Brzina korozije je multifaktorski parametar koji ovisi i o vanjskim uvjetima okoline i o unutarnjim svojstvima materijala. U normativno-tehničkoj dokumentaciji postoje određena ograničenja na dopuštene vrijednosti razaranja metala tijekom rada opreme i građevinskih konstrukcija kako bi se osigurao njihov nesmetan rad. U inženjerstvu ne postoji univerzalna metoda za određivanje brzine korozije. To je zbog složenosti uzimanja u obzir svih čimbenika. Najpouzdanija metoda je proučavanje povijesti rada objekta.
Kriteriji
Trenutno se u inženjerskom dizajnu koristi nekoliko stopa korozije:
- Prema izravnoj metodi procjene: smanjenje mase metalnog dijela po jedinici površine - indikator težine (mjereno u gramima po 1 m2 za 1 sat); dubina oštećenja (ili propusnost procesa korozije), mm/god; količina otpuštene plinske faze korozijskih produkata; duljina vremena tijekom kojeg se pojavljuju prva oštećenja od korozije; broj centara korozije po jedinici površinepovršine koje su se pojavile tijekom određenog vremenskog razdoblja.
- Neizravno procijenjeno: jakost struje elektrokemijske korozije; električni otpor; promjena fizičkih i mehaničkih karakteristika.
Prvi pokazatelj izravnog vrednovanja je najčešći.
Formule za izračun
U općem slučaju, gubitak težine koji određuje brzinu korozije metala nalazi se sljedećom formulom:
Vkp=q/(St), gdje je q smanjenje mase metala, g;
S – površina s koje je materijal prebačen, m2;
t – vremensko razdoblje, sati
Za lim i školjke izrađene od njega odredite indeks dubine (mm/godina):
H=m/t, m je dubina prodiranja u metal.
Postoji sljedeći odnos između prvog i drugog gore opisanog pokazatelja:
H=8, 76Vkp/ρ, gdje je ρ gustoća materijala.
Glavni čimbenici koji utječu na brzinu korozije
Sljedeće grupe čimbenika utječu na brzinu razaranja metala:
- unutarnji, koji se odnosi na fizikalnu i kemijsku prirodu materijala (fazna struktura, kemijski sastav, hrapavost površine dijela, zaostala i radna naprezanja u materijalu i ostalo);
- vanjski (uvjeti okoline, brzina kretanja korozivnog medija, temperatura, sastav atmosfere, prisutnost inhibitora ili stimulansa i drugo);
- mehanički (nastanak korozijskih pukotina, uništavanje metala pod djelovanjem cikličkih opterećenja,kavitacija i fretting korozija);
- obilježja dizajna (izbor metalne klase, praznine između dijelova, zahtjevi za hrapavosti).
Fizička i kemijska svojstva
Najvažniji faktori unutarnje korozije su sljedeći:
- Termodinamička stabilnost. Za njegovo određivanje u vodenim otopinama koriste se referentni Pourbaixovi dijagrami, po čijoj je osi apscise ucrtan pH medija, a duž ordinatne osi redoks potencijal. Potencijalni pomak u pozitivnom smjeru znači veću stabilnost materijala. Okvirno se definira kao normalni ravnotežni potencijal metala. U stvarnosti, materijali korodiraju različitim brzinama.
- Položaj atoma u periodnom sustavu kemijskih elemenata. Metali koji su najosjetljiviji na koroziju su alkalni i zemnoalkalni metali. Brzina korozije se smanjuje kako se atomski broj povećava.
- Kristalna struktura. Ima dvosmislen učinak na uništavanje. Sama krupnozrnasta struktura ne dovodi do povećanja korozije, ali je povoljna za razvoj intergranularnog selektivnog razaranja granica zrna. Metali i legure s homogenom raspodjelom faza korodiraju ravnomjerno, dok one s neujednačenom raspodjelom korodiraju prema žarišnom mehanizmu. Međusobni raspored faza obavlja funkciju anode i katode u agresivnom okruženju.
- Energetska nehomogenost atoma u kristalnoj rešetki. Atomi s najvećom energijom nalaze se na uglovima licamikrohrapavosti i aktivni su centri otapanja tijekom kemijske korozije. Stoga, pažljiva obrada metalnih dijelova (brušenje, poliranje, dorada) povećava otpornost na koroziju. Ovaj učinak se također objašnjava stvaranjem gušćih i kontinuiranijih oksidnih filmova na glatkim površinama.
Utjecaj srednje kiselosti
U procesu kemijske korozije, koncentracija vodikovih iona utječe na sljedeće točke:
- topljivost produkata korozije;
- formiranje zaštitnih oksidnih filmova;
- stopa uništenja metala.
Kada je pH u rasponu od 4-10 jedinica (kisela otopina), korozija željeza ovisi o intenzitetu prodora kisika na površinu predmeta. U alkalnim otopinama, brzina korozije prvo se smanjuje zbog površinske pasivacije, a zatim, pri pH >13, raste kao rezultat otapanja zaštitnog oksidnog filma.
Za svaku vrstu metala postoji vlastita ovisnost intenziteta razaranja o kiselosti otopine. Plemeniti metali (Pt, Ag, Au) otporni su na koroziju u kiseloj sredini. Zn, Al se brzo uništavaju iu kiselinama i u lužinama. Ni i Cd otporni su na lužine, ali lako korodiraju u kiselinama.
Sastav i koncentracija neutralnih otopina
Brzina korozije u neutralnim otopinama više ovisi o svojstvima soli i njezinoj koncentraciji:
- Tijekom hidrolize soli uu korozivnom okruženju nastaju ioni koji djeluju kao aktivatori ili usporavači (inhibitori) razaranja metala.
- Oni spojevi koji povećavaju pH također povećavaju brzinu destruktivnog procesa (na primjer, soda), a oni koji smanjuju kiselost, smanjuju je (amonijev klorid).
- U prisutnosti klorida i sulfata u otopini, destrukcija se aktivira sve dok se ne postigne određena koncentracija soli (što se objašnjava intenziviranjem anodnog procesa pod utjecajem kloridnih i sumpornih iona), te zatim postupno opada zbog smanjenja topivosti kisika.
Neke vrste soli mogu formirati netopivi film (na primjer, željezni fosfat). To pomaže u zaštiti metala od daljnjeg uništavanja. Ovo svojstvo se koristi kod primjene neutralizatora hrđe.
Inhibitori korozije
Inhibitori korozije (ili inhibitori) razlikuju se po mehanizmu djelovanja na redoks proces:
- Anoda. Zahvaljujući njima nastaje pasivni film. Ova skupina uključuje spojeve na bazi kromata i bikromata, nitrata i nitrita. Posljednja vrsta inhibitora koristi se za međuoperativnu zaštitu dijelova. Kod uporabe anodnih inhibitora korozije potrebno je prvo odrediti njihovu minimalnu zaštitnu koncentraciju, jer dodavanje u malim količinama može dovesti do povećanja brzine razaranja.
- Katoda. Mehanizam njihova djelovanja temelji se na smanjenju koncentracije kisika i, sukladno tome, usporavanju katodnog procesa.
- Zaštita. Ovi inhibitori izoliraju metalnu površinu stvaranjem netopivih spojeva koji se talože kao zaštitni sloj.
Posljednja skupina uključuje neutralizatore hrđe, koji se također koriste za čišćenje oksida. Obično sadrže fosfornu kiselinu. Pod njegovim utjecajem dolazi do fosfatiranja metala - stvaranja snažnog zaštitnog sloja netopivih fosfata. Neutralizatori se nanose pištoljem za prskanje ili valjkom. Nakon 25-30 minuta, površina poprima bijelo-sivu boju. Nakon što se sastav osuši, nanose se boje i lakovi.
Mehaničko djelovanje
Povećavanje korozije u agresivnom okruženju je olakšano takvim vrstama mehaničkog djelovanja kao što su:
- Unutarnja (tijekom oblikovanja ili toplinske obrade) i vanjska (pod utjecajem vanjskog opterećenja) naprezanja. Kao rezultat, javlja se elektrokemijska nehomogenost, termodinamička stabilnost materijala se smanjuje i nastaje korozijsko pucanje. Posebno je brzo uništavanje pod vlačnim opterećenjima (pukotine nastaju u okomitim ravninama) u prisutnosti oksidirajućih aniona, na primjer, NaCl. Tipičan primjer uređaja koji su podložni ovoj vrsti uništenja su dijelovi parnih kotlova.
- Izmjenično dinamičko djelovanje, vibracije (korozijski zamor). Dolazi do intenzivnog smanjenja granice zamora, nastaju više mikropukotina koje se zatim spajaju u jednu veliku. Brojciklusi do sloma u većoj mjeri ovisi o kemijskom i faznom sastavu metala i legura. Osovine pumpe, opruge, lopatice turbine i druga oprema podložni su takvoj koroziji.
- Trenje dijelova. Brza korozija je posljedica mehaničkog trošenja zaštitnih filmova na površini dijela i kemijske interakcije s okolinom. U tekućini, brzina razaranja je niža nego u zraku.
- Utjecaj kavitacije. Kavitacija nastaje kada je narušen kontinuitet protoka tekućine kao rezultat stvaranja vakuumskih mjehurića koji se kolabiraju i stvaraju pulsirajući učinak. Kao rezultat toga, dolazi do dubokih oštećenja lokalne prirode. Ova vrsta korozije često se može vidjeti u kemijskim aparatima.
Čimbenici dizajna
Pri projektiranju elemenata koji rade u agresivnim uvjetima, mora se uzeti u obzir da se stopa korozije povećava u sljedećim slučajevima:
- kad različiti metali dođu u kontakt (što je veća razlika u potencijalu elektrode između njih, to je veća strujna snaga elektrokemijskog procesa razaranja);
- u prisutnosti mehaničkih koncentratora naprezanja (žljebovi, žljebovi, rupe i ostalo);
- uz nisku čistoću obrađene površine, jer to rezultira lokalnim kratkospojnim galvanskim parovima;
- sa značajnom razlikom u temperaturi pojedinih dijelova aparata (formiraju se toplinsko-galvanske ćelije);
- u prisutnosti stagnirajućih zona (urezi, praznine);
- prilikom formiranjazaostala naprezanja, posebno u zavarenim spojevima (za njihovo otklanjanje potrebno je osigurati toplinsku obradu - žarenje).
Metode evaluacije
Postoji nekoliko načina za procjenu brzine razaranja metala u agresivnim okruženjima:
- Laboratorij - ispitivanje uzoraka u umjetno simuliranim uvjetima bliskim stvarnim. Njihova prednost je što vam omogućuju skratiti vrijeme učenja.
- Teren - održava se u prirodnim uvjetima. Traju dugo. Prednost ove metode je dobivanje informacija o svojstvima metala u uvjetima daljnjeg rada.
- In-situ testiranje gotovih metalnih predmeta u prirodnom okruženju.
