Коррозионная стойкость металлов

 

Группа стойкости	П, мм/год	Балл
I. Совершенно стойкие	< 0,001	1
II. Весьма стойкие	0,001–0,005	2
	0,005–0,01	3
III. Стойкие	0,01–0,05	4
	0,05–0,1	5
IV. Относительно стойкие	0,1–0,5	6
	0,5–1,0	7
V. Малостойкие	1,0–5,0	8
	5,0–10,0	9
VI. Нестойкие	> 10,0	10

 

Для изготовления строительных конструкций и ответственного оборудования используют металлы I и II групп стойкости. В отдельных случаях применяют материалы III и IV групп стойкости, учитывая сокращенный срок службы изделий и возможность загрязнения окружающей среды продуктами коррозии. При этом предусматривают меры по защите металлических конструкций от коррозионного разрушения.

Стойкость неметаллических материалов оценивают по изменениям в результате коррозии их физико-химических и механических свойств. При этом единой оценки не существует, а применяют условные показатели: «стоек», «ограниченно стоек», «нестоек», «относительно стоек», «применим», «неприменим».

КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

 

Характеристики и сущность коррозионных процессов

Металлов

Коррозия металлов – разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства. В тех случаях, когда окисление металла необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса, термин коррозия не употребляется. Например, к коррозии не относится растворение анода в гальванической ванне, поскольку анод должен окислятся, посылая свои ионы в раствор, чтобы протекал нужный процесс. Также не говорят о коррозии алюминия при осуществлении алюмотермического процесса, хотя физико-химическая сущность изменений, происходящих с металлом в подобных случаях, одинакова – металл окисляется.

Классификация коррозионных сред

По степени воздействия на металлы коррозионные среды делят:

· неагрессивные;

· слабоагрессивные;

· среднеагрессивные;

· сильноагрессивные.

Для определения степени агрессивности среды при атмосферной коррозии необходимо учитывать условия эксплуатации металлических конструкций зданий и сооружений. Степень агрессивности среды по отношению к конструкциям внутри отапливаемых и неотапливаемых зданий, зданий без стен и постоянно аэрируемых зданий определяется возможностью конденсации влаги, а также температурно-влажностным режимом и концентрацией газов и пыли внутри здания. Степень агрессивности среды по отношению к конструкциям на открытом воздухе, не защищенным от непосредственного попадания атмосферных осадков, определяется климатической зоной и концентрацией газов и пыли в воздухе. С учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов разработана классификация степени агрессивности сред по отношению к строительным металлическим конструкциям (табл. 2).

Таблица 2

Агрессивность сред по отношению к металлическим

Строительным конструкциям

Относительная влажность помещений и характеристика климатической зоны	Степень агрессивности среды в зависимости от условий эксплуатации строительной конструкций
	на открытом воздухе	внутри зданий в условиях периодической конденсации влаги	без конденсации влаги
60 % сухая	слабая	неагрессивная	неагрессивная
	слабая	слабая	неагрессивная
	средняя	средняя	слабая
	сильная	средняя	средняя
61–75 % нормальная	слабая	слабая	неагрессивная
	средняя	средняя	слабая
	средняя	средняя	средняя
	сильная	сильная	средняя
более 75 % влажная	средняя	слабая	слабая
	средняя	средняя	средняя
	сильная	сильная	средняя
	сильная	сильная	средняя

Таким образом, защита металлических конструкций от коррозии определяется агрессивностью условий их эксплуатации.

Скорость коррозии металлов и металлических покрытий в атмосферных условиях определяется комплексным воздействием ряда факторов: наличием на поверхности фазовых и адсорбционных пленок влаги, загрязненностью воздуха коррозионно-агрессивными веществами, изменением температуры воздуха и металла, образованием продуктов коррозии и так далее.

Оценка и расчет скорости коррозии должны основываться на учете продолжительности и материальном коррозионном эффекте действия на металл наиболее агрессивных факторов. В зависимости от факторов, влияющих на скорость коррозии, целесообразно следующее подразделение условий эксплуатации металлов, подвергаемых атмосферной коррозии:

1) закрытые помещения с внутренними источниками тепла и влаги (отапливаемые помещения);

2) закрытые помещения без внутренних источников тепла и влаги (неотапливаемые помещения);

3) открытая атмосфера.

Большинство металлов (кроме золота, серебра, платины, меди) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и так далее и обычно называются рудами. Ионное состояние металла более выгодно, так как оно характеризуется меньшей внутренней энергией. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том, что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл, находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. Получение металлов из их природных соединений всегда сопровождается значительной затратой энергии. Исключение составляют только металлы, встречающиеся в природе в свободном виде: золото, серебро, платина, ртуть. Энергия, затраченная на получение металлов, накапливается в них как свободная энергия Гиббса (Δ G) и делает их химически активными веществами, переходящими в результате взаимодействия с окружающей средой в состояние положительно заряженных ионов:

 

Ме ^{n +} + n  = Меº ( G > 0);    Меº – n  = Ме ^{n +} ( G < 0)

       металлургия                        коррозия металла

 

Самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой, происходящий с выделением энергии и рассеиванием вещества (рост энтропии), называется коррозией. Коррозионные процессы в металлах протекают необратимо в соответствии со вторым началом термодинамики. Таким образом, первопричиной коррозии металла является термодинамическая неустойчивость металлов в конкретной заданной среде.

Расходы на защиту металлических конструкций уже в ходе их возведения составляют около 1% стоимости самого сооружения.