Тоттану жылдамдығы сыртқы орта жағдайларына да, материалдың ішкі қасиеттеріне де байланысты көп факторлы параметр. Нормативтік-техникалық құжаттамада жабдықты және құрылыс конструкцияларын пайдалану кезінде олардың ақаусыз жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін металды жоюдың рұқсат етілген мәндеріне белгілі шектеулер бар. Техникада коррозия жылдамдығын анықтаудың әмбебап әдісі жоқ. Бұл барлық факторларды есепке алудың күрделілігіне байланысты. Ең сенімді әдіс - нысанның жұмыс тарихын зерттеу.
Шарттар
Қазір инженерлік дизайнда коррозияның бірнеше жылдамдығы қолданылады:
- Тікелей бағалау әдісі бойынша: бет бірлігіндегі металл бөлігінің массасының азаюы – салмақ көрсеткіші (1 м2 1 сағатқа грамммен өлшенеді); зақымдану тереңдігі (немесе коррозия процесінің өткізгіштігі), мм/жыл; коррозия өнімдерінің бөлінетін газ фазасының мөлшері; алғашқы коррозия зақымдануы пайда болатын уақыт ұзақтығы; бірлік аудандағы коррозия орталықтарының саныбелгілі бір уақыт аралығында пайда болған беттер.
- Жана емес бағаланған: электрохимиялық коррозия ток күші; электр кедергісі; физикалық және механикалық сипаттамалардың өзгеруі.
Бірінші тікелей бағалау көрсеткіші ең көп таралған.
Есептеу формулалары
Жалпы жағдайда металдың коррозия жылдамдығын анықтайтын салмақ жоғалту келесі формула бойынша табылады:
Vkp=q/(St), мұндағы q – металдың массасының азаюы, g;
S – материал тасымалданған бетінің ауданы, m2;
t – уақыт кезеңі, сағат
Табақ және одан жасалған қабықтар үшін тереңдік индексін (мм/жыл) анықтаңыз:
Ж=м/т, м – металға ену тереңдігі.
Жоғарыда сипатталған бірінші және екінші көрсеткіштер арасында келесі байланыс бар:
H=8, 76Vkp/ρ, мұндағы ρ – материалдың тығыздығы.
Тоттану жылдамдығына әсер ететін негізгі факторлар
Металдардың бұзылу жылдамдығына келесі факторлар топтары әсер етеді:
- ішкі, материалдың физикалық және химиялық табиғатына байланысты (фазалық құрылымы, химиялық құрамы, бөліктің бетінің кедір-бұдыры, материалдағы қалдық және жұмыс кернеулері және т.б.);
- сыртқы (қоршаған орта жағдайлары, коррозиялық ортаның қозғалу жылдамдығы, температура, атмосфераның құрамы, ингибиторлардың немесе стимуляторлардың болуы және т.б.);
- механикалық (коррозиялық сызаттардың дамуы, циклдік жүктемелердің әсерінен металдың бұзылуы,кавитация және тотығу коррозиясы);
- дизайн мүмкіндіктері (металл маркасын таңдау, бөлшектер арасындағы бос орындар, кедір-бұдырлық талаптары).
Физикалық және химиялық қасиеттері
Ең маңызды ішкі коррозия факторлары мыналар:
- Термодинамикалық тұрақтылық. Оны сулы ерітінділерде анықтау үшін абсцисса осі бойынша ортаның рН, ал ордината осі бойынша тотығу-тотықсыздану потенциалы сызылған анықтамалық Pourbaix диаграммалары қолданылады. Оң бағытта потенциалды ығысу материалдың үлкен тұрақтылығын білдіреді. Шартты түрде ол металдың қалыпты тепе-теңдік потенциалы ретінде анықталады. Шындығында материалдар әртүрлі жылдамдықпен коррозияға ұшырайды.
- Химиялық элементтердің периодтық жүйесіндегі атомның орны. Коррозияға ең сезімтал металдар сілтілі және сілтілі жер металдары. Атом саны артқан сайын коррозия жылдамдығы төмендейді.
- Хрустальды құрылым. Ол жойылуға екіұшты әсер етеді. Ірі түйіршікті құрылымның өзі коррозияның күшеюіне әкелмейді, бірақ дән шекараларының түйіршік аралық іріктеп бұзылуының дамуына қолайлы. Фазалары біркелкі таралатын металдар мен қорытпалар біркелкі тоттанады, ал біркелкі емес таралулары фокалды механизм бойынша тоттанады. Фазалардың өзара орналасуы агрессивті ортада анод пен катодтың қызметін атқарады.
- Кристалдық тордағы атомдардың энергетикалық біртекті еместігі. Ең жоғары энергияға ие атомдар беттердің бұрыштарында орналасқанмикрокедір-бұдырлар және химиялық коррозия кезінде белсенді еріту орталықтары болып табылады. Сондықтан металл бөлшектерді мұқият өңдеу (ұнтақтау, жылтырату, өңдеу) коррозияға төзімділігін арттырады. Бұл әсер тегіс беттерде тығызырақ және үздіксіз оксидті қабықшалардың пайда болуымен де түсіндіріледі.
Орташа қышқылдықтың әсері
Химиялық коррозия процесінде сутегі иондарының концентрациясы келесі нүктелерге әсер етеді:
- коррозия өнімдерінің ерігіштігі;
- қорғаныш оксидті қабықшалардың түзілуі;
- металл бұзылу жылдамдығы.
РН 4-10 бірлік (қышқыл ерітіндісі) диапазонында болғанда, темірдің коррозиясы заттың бетіне оттегінің ену қарқындылығына байланысты. Сілтілік ерітінділерде коррозия жылдамдығы алдымен беттік пассивацияға байланысты төмендейді, содан кейін рН >13 кезінде қорғаныс оксидті қабықтың еруі нәтижесінде жоғарылайды.
Металдың әрбір түрі үшін ерітіндінің қышқылдығына жойылу қарқындылығының өзіндік тәуелділігі бар. Асыл металдар (Pt, Ag, Au) қышқыл ортада коррозияға төзімді. Zn, Al қышқылдарда да, сілтілерде де тез ыдырайды. Ni және Cd сілтілерге төзімді, бірақ қышқылдарда оңай коррозияға ұшырайды.
Бейтарап ерітінділердің құрамы және концентрациясы
Бейтарап ерітінділердегі коррозия жылдамдығы тұздың қасиеттеріне және оның концентрациясына көбірек байланысты:
- Тұздардың гидролизі кезіндекоррозиялық ортада активаторлар немесе металдардың жойылуын тежегіштер (ингибиторлар) ретінде әрекет ететін иондар түзіледі.
- РН жоғарылататын қосылыстар деструктивті процестің жылдамдығын арттырады (мысалы, сода күлі), ал қышқылдықты төмендететіндер (аммоний хлориді) оны төмендетеді.
- Ерітіндіде хлоридтер мен сульфаттар болған кезде деструкция тұздардың белгілі концентрациясына жеткенше белсендіріледі (бұл хлорид пен күкірт иондарының әсерінен анодтық процестің күшеюімен түсіндіріледі) және содан кейін оттегінің ерігіштігінің төмендеуіне байланысты бірте-бірте азаяды.
Тұздардың кейбір түрлері ерімейтін қабықша түзуге қабілетті (мысалы, темір фосфаты). Бұл металды одан әрі бұзылудан қорғауға көмектеседі. Бұл қасиет тотты бейтараптандырғыштарды қолданғанда пайдаланылады.
Корозия ингибиторлары
Коррозия ингибиторлары (немесе ингибиторлары) тотығу-тотықсыздану процесіне әсер ету механизмінде ерекшеленеді:
- Анод. Олардың арқасында пассивті пленка қалыптасады. Бұл топқа хроматтар мен бихроматтарға, нитраттар мен нитриттерге негізделген қосылыстар жатады. Ингибиторлардың соңғы түрі бөлшектерді өзара әрекеттестік қорғау үшін қолданылады. Анодтық коррозия ингибиторларын пайдаланған кезде алдымен олардың ең аз қорғаныш концентрациясын анықтау қажет, өйткені аз мөлшерде қосу бұзылу жылдамдығының артуына әкелуі мүмкін.
- Катод. Олардың әсер ету механизмі оттегі концентрациясының төмендеуіне және сәйкесінше катодтық процестің баяулауына негізделген.
- Қорғау. Бұл ингибиторлар қорғаныш қабаты ретінде тұндырылған ерімейтін қосылыстар түзу арқылы металл бетін оқшаулайды.
Соңғы топқа тотты бейтараптандырғыштар кіреді, олар оксидтерді тазалау үшін де қолданылады. Олардың құрамында әдетте фосфор қышқылы бар. Оның әсерінен металды фосфаттау жүреді - ерімейтін фосфаттардың күшті қорғаныс қабатының пайда болуы. Бейтараптандырғыштар бүріккіш пистолетпен немесе роликпен қолданылады. 25-30 минуттан кейін беті ақ-сұр түске ие болады. Композиция құрғағаннан кейін бояулар мен лактар қолданылады.
Механикалық әрекет
Агрессивті ортада коррозияның жоғарылауына механикалық әсердің келесі түрлері ықпал етеді:
- Ішкі (формалау немесе термиялық өңдеу кезінде) және сыртқы (сырттан түсетін жүктеменің әсерінен) кернеулер. Осының нәтижесінде электрохимиялық біртексіздік пайда болады, материалдың термодинамикалық тұрақтылығы төмендейді, коррозиялық крекинг пайда болады. Тотықтырғыш аниондар, мысалы, NaCl болған кезде, созылу жүктемелері кезінде (перпендикуляр жазықтықта жарықтар пайда болады) бұзылу әсіресе жылдам. Бұзылатын құрылғылардың типтік мысалы бу қазандарының бөліктері болып табылады.
- Ауыспалы динамикалық әрекет, діріл (коррозиядан шаршау). Шаршау шегінің қарқынды төмендеуі байқалады, бірнеше микрожарықтар пайда болады, олар кейін бір үлкенге біріктіріледі. Саністен шығу циклдері көп дәрежеде металдар мен қорытпалардың химиялық және фазалық құрамына байланысты. Сорғы осьтері, серіппелер, турбина қалақтары және басқа жабдық осындай коррозияға ұшырайды.
- Бөлшектердің үйкелісі. Тез коррозия бөлшектердің бетіндегі қорғаныс қабықшаларының механикалық тозуы және қоршаған ортамен химиялық әрекеттесу нәтижесінде болады. Сұйықтықта бұзылу жылдамдығы ауаға қарағанда төмен.
- Кавитация әсері. Кавитация сұйық ағынының үздіксіздігі құлап, пульсирлеуші әсер тудыратын вакуумдық көпіршіктердің пайда болуы нәтижесінде бұзылған кезде пайда болады. Нәтижесінде жергілікті табиғаттың терең зақымдануы орын алады. Мұндай коррозия химиялық аппараттарда жиі кездеседі.
Дизайн факторлары
Агрессивті жағдайларда жұмыс істейтін элементтерді жобалау кезінде тоттану жылдамдығы келесі жағдайларда жоғарылайтынын ескеру қажет:
- бірдей емес металдар жанасқанда (олардың арасындағы электродтық потенциалдың айырмашылығы неғұрлым көп болса, электрохимиялық бұзылу процесінің ток күші соғұрлым жоғары болады);
- механикалық кернеу концентраторлары (ойықтар, ойықтар, саңылаулар және т.б.) болғанда;
- өңделген беттің төмен тазалығымен, өйткені бұл жергілікті қысқа тұйықталған гальваникалық жұптарды тудырады;
- аппараттың жеке бөліктерінің температурасының айтарлықтай айырмашылығымен (жылу гальваникалық элементтер түзіледі);
- тоқырау аймақтары (саңылаулар, бос орындар) болғанда;
- қалыптастыру кезіндеқалдық кернеулер, әсіресе дәнекерленген қосылыстарда (оларды жою үшін термиялық өңдеуді – жасытуды қамтамасыз ету қажет).
Бағалау әдістері
Агрессивті ортада металдардың бұзылу жылдамдығын бағалаудың бірнеше жолы бар:
- Зертханалық - нақтыға жақын жасанды имитацияланған жағдайларда үлгілерді сынау. Олардың артықшылығы – оқу уақытын қысқартуға мүмкіндік береді.
- Дала – табиғи жағдайда өткізіледі. Олар көп уақыт алады. Бұл әдістің артықшылығы - әрі қарай жұмыс істеу жағдайында металдың қасиеттері туралы ақпарат алу.
- Табиғи ортада дайын металл объектілерін in-situ сынау.
