Физическая сущность коррозии металлов

 

Работу технических устройств и их деталей нельзя рассмат­ривать в отрыве от внешних условий, от воздействия внешней среды.

Внешняя среда вызывает разрушение поверхностных слоев деталей под воздействием химических и электрохимических про­цессов. Внешняя среда меняет механические свойства деталей и материалов. Некоторые изделия, даже не будучи использован­ными по назначению, стареют под воздействием времени хране­ния и внешней среды. К таковым следует отнести большинство разновидностей боеприпасов, некоторые измерительные устрой­ства, электрические батареи, аккумуляторы, пищевые продукты и т. д.

Под внешней средой в теории надежности следует понимать физические, химические, магнитоэлектрические, гравитацион­ные и другие условия, сопровождающие работу или хранение элемента или технической системы.

Внешние условия не являются функцией деятельности машины, а определяются исключительно окружающей элемент средой.

Внешняя среда подразделяется на следующие виды.

1. Безвоздушная среда — глубокий вакуум.

2. Атмосферная среда, которая может быть различной в за­висимости от содержания влаги:

а) сухая среда;

б) средней влажности;

в) весьма влажная среда.

3. Газовая среда, имеет место при работе различной газоап­паратуры: печей газопламенной обработки, компрессоров холо­дильных машин и др.

4. Жидкостная среда, которую можно подразделить на:

а) нейтральную;

б) агрессивную.

5. Комбинированная среда имеет место, когда изделие цик­лически меняет среду, например, газовую на жидкостную, жидкостную на атмосферную и т. д.

Воздействие внешней среды усугубляется наложением на элемент или изделие температурных и электрических полей или воздействием особых факторов (например, живых микроорганизмов и т. д.).

Наиболее распространенным видом воздействия внешней сре­ды на технические устройства являются различные виды коррозии.

Под коррозией металлов понимают разрушение, вызванное химическим или электрохимическим воздействием вне­шней среды. При этом образуются продукты химических взаимо­действий, состав которых зависит от условий протекания процесса.

По механизму процесса, зависящему от характера внешней среды, различают:

1. Коррозию химическую.

2. Коррозию электрохимическую.

К химической коррозии относятся:

а) газовая коррозия, протекающая в газах и парах при невоз­можности конденсации влаги, на поверхности металла обычно при высоких температурах (например, коррозия печной армату­ры, двигателей внутреннего сгорания, лопаток паровых и газо­вых турбин и т. д.);

б) коррозия в не электролитах — в жидкостях, не проводящих электрического тока (например, в органических жидкостях: спир­те, бензине, керосине, растворителях и т.д.).

К электрохимической коррозии относится:

а) атмосферная коррозия во влажном газе или воздухе;

б) почвенная коррозия (например, коррозия трубопроводов, уложенных в земле);

в) в растворах электролитов, т. е. в жидкостях, проводящих электрический ток (например, в морской воде, растворах кислот, солей или щелочей).

По характеру разрушения материала коррозия подразделяет­ся:

1. Равномерную или общую коррозию—разрушение проис­ходит по всей поверхности металла равномерно.

2. Местную или локальную коррозию, т. е. Сосредоточенную на отдельных участках поверхности детали.

3. Точечную коррозию (питтинг), сосредоточенную на очень малой поверхности, которую еще называют «осповидной».

4. Межкристаллитную (интеркристаллитную) коррозию, при которой разрушение сосредоточивается на границах кристаллов.

Коррозия изменяет внешний вид изделия, делает его шероховатым, изъязвленным. Особенно опасна межкристаллитная коррозия, т, к. она значительно снижает прочность детали.

Если не применять специальных защитных мер, то изделие может выйти из строя от коррозии раньше, чей наступит отказ от износа или усталости деталей.

Весьма распространена химическая коррозия металлов. В подавляющем своем большинстве эта коррозия имеет место при повышенных температурах, когда на поверхностях металлов, подвергающихся коррозии, нет пленок воды или другой электропроводящей жидкости.

Агрессивные газы и жидкости — не электролиты вступают в химическую реакцию с поверхностью металлов и поверхность детали покрывается толстой рыхлой коркой окислов. В основном имеют место реакции окисления металла кислородом. Химическая коррозия резко снижает прочность металлов. Известно, например, что предел прочности стали с содержанием 0,24% углерода, подвергшейся в течение 24 часов при 560^оС и давлении 150 атм. воздействию водорода, уменьшился с 480 МПа до 26 МПа.

Если коррозия протекает при низких температурах, когда поверхности покрывает тонкая пленка влаги, то процесс окисления превращается в процесс электрохимического растворения. Такой процесс называется электрохимической коррозией.

Большинство металлических изделий при соприкосновении с различными водными растворами, проводящими ток, разруша­ются. Разрушаются подводные части судов в морской воде. Сильно коррозирует металл во влажной и загрязненной атмосфере.

Протекание через область соприкосновения металла с электролитом электрического тока сильно убыстряет протекание этого процесса. В научной литературе имеется значительное число гипотез объясняющих механизм электрохимической коррозии. В настоящее время большинство авторов рассматривают коррозию металла как результат действия множества короткозамкнутых элементов, находящихся на поверхности металла. Эти элементы возникают вследствие электрической неоднородности металла или электрической неоднородности внешней среды.

Если в электролит погружены два разных металла, то причина возникновения гальванической пары очевидца.

Однако когда в электролит погружен один металл, на его поверхности также могут возникнуть короткозамкнутые гальванические элементы. При этом участки поверхности, имеющие более электроотрицательный потенциал, становятся анодами и растворяются.

Чем объяснить то обстоятельство, что поверхность металла имеет разные электропотенциалы в разных точках? Причина - это разность потенциалов между различными структурными составляющими металла: примесями, кристаллами и т. д. И если эти участки погружены в электролит в виде капелек жидкости или сплошной массы и электропроводящей жидкости, то на поверхности металла образуются короткозамкнутые гальванические пары называемые микроэлементами.