Korozijas ātrums ir daudzfaktoru parametrs, kas ir atkarīgs gan no ārējiem vides apstākļiem, gan no materiāla iekšējām īpašībām. Normatīvajā un tehniskajā dokumentācijā ir noteikti ierobežojumi metāla iznīcināšanas pieļaujamajām vērtībām iekārtu un būvkonstrukciju ekspluatācijas laikā, lai nodrošinātu to netraucētu darbību. Inženierzinātnēs nav universālas metodes korozijas ātruma noteikšanai. Tas ir saistīts ar visu faktoru ņemšanas vērā sarežģītību. Visuzticamākā metode ir izpētīt objekta darbības vēsturi.
Kritēriji
Šobrīd inženiertehniskajā projektēšanā tiek izmantotas vairākas korozijas pakāpes:
- Pēc tiešās novērtēšanas metodes: metāla daļas masas samazinājums uz virsmas vienību - svara rādītājs (mēra gramos uz 1 m2 uz 1 stundu); bojājuma dziļums (vai korozijas procesa caurlaidība), mm/gadā; korozijas produktu izdalītās gāzes fāzes daudzums; laiks, kurā parādās pirmie korozijas bojājumi; korozijas centru skaits uz laukuma vienībuvirsmas, kas parādījās noteiktā laika periodā.
- Netieši aprēķināts: elektroķīmiskās korozijas strāvas stiprums; elektriskā pretestība; fizikālo un mehānisko īpašību izmaiņas.
Visizplatītākais ir pirmais tiešā vērtēšanas rādītājs.
Aprēķinu formulas
Vispārējā gadījumā svara zudumu, kas nosaka metāla korozijas ātrumu, nosaka pēc šādas formulas:
Vkp=q/(St), kur q ir metāla masas samazinājums, g;
S – virsmas laukums, no kura tika pārnests materiāls, m2;
t – laika periods, stundas
Lokšņu metālam un no tā izgatavotajiem korpusiem nosakiet dziļuma indeksu (mm/gadā):
H=m/t, m ir iespiešanās dziļums metālā.
Ir šāda saistība starp pirmo un otro iepriekš aprakstīto rādītāju:
H=8, 76Vkp/ρ, kur ρ ir materiāla blīvums.
Galvenie faktori, kas ietekmē korozijas ātrumu
Šīs faktoru grupas ietekmē metālu iznīcināšanas ātrumu:
- iekšējais, kas saistīts ar materiāla fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām (fāzes struktūra, ķīmiskais sastāvs, detaļas virsmas raupjums, materiāla paliekošie un ekspluatācijas spriegumi un citi);
- ārējie (vides apstākļi, kodīgas vides kustības ātrums, temperatūra, atmosfēras sastāvs, inhibitoru vai stimulantu klātbūtne un citi);
- mehāniska (korozijas plaisu veidošanās, metāla iznīcināšana ciklisku slodžu ietekmē,kavitācija un rievojoša korozija);
- dizaina iezīmes (metāla kvalitātes izvēle, spraugas starp detaļām, raupjuma prasības).
Fizikālās un ķīmiskās īpašības
Svarīgākie iekšējās korozijas faktori ir šādi:
- Termodinamiskā stabilitāte. Lai to noteiktu ūdens šķīdumos, tiek izmantotas atsauces Purbē diagrammas, pa kuru abscisu asi attēlo barotnes pH, bet pa ordinātu asi – redokspotenciālu. Potenciāla nobīde pozitīvā virzienā nozīmē lielāku materiāla stabilitāti. Provizoriski tas ir definēts kā normāla metāla līdzsvara potenciāls. Patiesībā materiāli korozējas dažādos ātrumos.
- Atoma pozīcija ķīmisko elementu periodiskajā tabulā. Visjutīgākie pret koroziju ir sārmu un sārmzemju metāli. Korozijas ātrums samazinās, palielinoties atomu skaitam.
- Kristāla struktūra. Tam ir neviennozīmīga ietekme uz iznīcināšanu. Rupjgraudainā struktūra pati par sevi neizraisa korozijas palielināšanos, bet ir labvēlīga graudu robežu starpgranulāras selektīvas iznīcināšanas attīstībai. Metāli un sakausējumi ar viendabīgu fāžu sadalījumu korodē vienmērīgi, savukārt tie, kuriem ir nevienmērīgs sadalījums, korodē pēc fokusa mehānisma. Fāžu savstarpējais izvietojums veic anoda un katoda funkciju agresīvā vidē.
- Atomu enerģētiskā neviendabība kristāla režģī. Atomi ar vislielāko enerģiju atrodas seju stūrosmikroraupjumam un ir aktīvi šķīdināšanas centri ķīmiskās korozijas laikā. Tāpēc rūpīga metāla detaļu apstrāde (slīpēšana, pulēšana, apdare) palielina izturību pret koroziju. Šis efekts ir izskaidrojams arī ar blīvāku un nepārtrauktāku oksīda kārtiņu veidošanos uz gludām virsmām.
Vidēja skābuma ietekme
Ķīmiskās korozijas procesā ūdeņraža jonu koncentrācija ietekmē šādus punktus:
- korozijas produktu šķīdība;
- oksīda aizsargplēvju veidošana;
- metāla iznīcināšanas ātrums.
Kad pH ir robežās no 4-10 vienībām (skābs šķīdums), dzelzs korozija ir atkarīga no skābekļa iekļūšanas objekta virsmā intensitātes. Sārmainos šķīdumos korozijas ātrums vispirms samazinās virsmas pasivācijas dēļ, un pēc tam pie pH >13 palielinās aizsargājošās oksīda plēves izšķīšanas rezultātā.
Katram metāla veidam ir sava iznīcināšanas intensitātes atkarība no šķīduma skābuma. Cēlmetāli (Pt, Ag, Au) ir izturīgi pret koroziju skābā vidē. Zn, Al ātri iznīcina gan skābēs, gan sārmos. Ni un Cd ir izturīgi pret sārmiem, bet viegli korozējas skābēs.
Neitrālu šķīdumu sastāvs un koncentrācija
Korozijas ātrums neitrālos šķīdumos vairāk ir atkarīgs no sāls īpašībām un tā koncentrācijas:
- Sāļu hidrolīzes laikākorozīvā vidē veidojas joni, kas darbojas kā metālu iznīcināšanas aktivatori vai palēninātāji (inhibitori).
- Savienojumi, kas paaugstina pH, arī paātrina destruktīvo procesu (piemēram, sodas pelni), bet tie, kas samazina skābumu, to samazina (amonija hlorīds).
- Hlorīdu un sulfātu klātbūtnē šķīdumā iznīcināšana tiek aktivizēta, līdz tiek sasniegta noteikta sāļu koncentrācija (kas izskaidrojams ar anoda procesa pastiprināšanos hlorīda un sēra jonu ietekmē), un tad pakāpeniski samazinās skābekļa šķīdības samazināšanās dēļ.
Daži sāļu veidi spēj veidot nešķīstošu plēvi (piemēram, dzelzs fosfāts). Tas palīdz aizsargāt metālu no turpmākas iznīcināšanas. Šo īpašību izmanto, uzklājot rūsas neitralizatorus.
Korozijas inhibitori
Korozijas inhibitori (vai inhibitori) atšķiras pēc to darbības mehānisma redoksprocesā:
- Anods. Pateicoties viņiem, veidojas pasīva plēve. Šajā grupā ietilpst savienojumi, kuru pamatā ir hromāti un bihromāti, nitrāti un nitrīti. Pēdējais inhibitoru veids tiek izmantots detaļu savstarpējai aizsardzībai. Izmantojot anodiskās korozijas inhibitorus, vispirms ir jānosaka to minimālā aizsargājošā koncentrācija, jo pievienošana nelielos daudzumos var palielināt iznīcināšanas ātrumu.
- Katods. To darbības mehānisms ir balstīts uz skābekļa koncentrācijas samazināšanos un attiecīgi katoda procesa palēnināšanos.
- Aizsardzība. Šie inhibitori izolē metāla virsmu, veidojot nešķīstošus savienojumus, kas tiek nogulsnēti kā aizsargslānis.
Pēdējā grupā ietilpst rūsas neitralizatori, kurus izmanto arī oksīdu tīrīšanai. Tie parasti satur fosforskābi. Tās ietekmē notiek metālu fosfatēšana - veidojas spēcīgs nešķīstošu fosfātu aizsargslānis. Neitralizatorus uzklāj ar smidzināšanas pistoli vai rullīti. Pēc 25-30 minūtēm virsma iegūst b alti pelēku krāsu. Pēc kompozīcijas nožūšanas tiek uzklātas krāsas un lakas.
Mehāniska darbība
Korozijas palielināšanos agresīvā vidē veicina tādi mehāniskās iedarbības veidi kā:
- Iekšējie (formēšanas vai termiskās apstrādes laikā) un ārējie (ārējas slodzes ietekmē) spriegumi. Tā rezultātā rodas elektroķīmiskā neviendabība, samazinās materiāla termodinamiskā stabilitāte, veidojas korozijas plaisāšana. Īpaši ātra ir iznīcināšana pie stiepes slodzēm (plaisas veidojas perpendikulārās plaknēs) oksidējošu anjonu, piemēram, NaCl, klātbūtnē. Tipisks šāda veida iznīcināšanas ierīču piemērs ir tvaika katlu daļas.
- Mainīga dinamiska darbība, vibrācija (korozijas nogurums). Notiek intensīva noguruma robežas samazināšanās, veidojas vairākas mikroplaisas, kuras pēc tam saplūst vienā lielā. Numurscikli līdz neveiksmei lielākā mērā ir atkarīgi no metālu un sakausējumu ķīmiskā un fāzes sastāva. Sūkņu asis, atsperes, turbīnu lāpstiņas un cits aprīkojums ir pakļauts šādai korozijai.
- Detaļu berze. Ātru koroziju izraisa detaļas virsmas aizsargplēvju mehāniskais nodilums un ķīmiskā mijiedarbība ar vidi. Šķidrumā iznīcināšanas ātrums ir mazāks nekā gaisā.
- Kavitācijas ietekme. Kavitācija rodas, ja tiek pārkāpta šķidruma plūsmas nepārtrauktība vakuuma burbuļu veidošanās rezultātā, kas sabrūk un rada pulsējošu efektu. Tā rezultātā rodas dziļi vietēja rakstura bojājumi. Šāda veida korozija bieži tiek novērota ķīmiskajos aparātos.
Dizaina faktori
Projektējot elementus, kas darbojas agresīvos apstākļos, jāņem vērā, ka korozijas ātrums palielinās šādos gadījumos:
- kad saskaras dažādi metāli (jo lielāka ir elektrodu potenciāla atšķirība starp tiem, jo lielāka ir elektroķīmiskā iznīcināšanas procesa strāvas stiprums);
- mehānisko sprieguma koncentratoru klātbūtnē (rievas, rievas, caurumi un citi);
- ar zemu apstrādātās virsmas tīrību, jo tas rada lokālus īssavienojumus galvaniskajiem pāriem;
- ar būtisku atsevišķu aparāta daļu temperatūras atšķirību (veidojas termiskās galvaniskās šūnas);
- stagnējošu zonu klātbūtnē (spraugas, spraugas);
- veidojotpaliekošie spriegumi, īpaši metinātajos šuvēs (lai tos novērstu, jāparedz termiskā apstrāde - atkausēšana).
Novērtēšanas metodes
Ir vairāki veidi, kā novērtēt metālu iznīcināšanas ātrumu agresīvā vidē:
- Laboratorija - paraugu testēšana mākslīgi simulētos apstākļos, kas ir tuvu reālam. To priekšrocība ir tā, ka tie ļauj samazināt pētījuma laiku.
- Laukums - notiek dabiskos apstākļos. Tie aizņem ilgu laiku. Šīs metodes priekšrocība ir informācijas iegūšana par metāla īpašībām turpmākās darbības apstākļos.
- Gatavo metāla priekšmetu in-situ testēšana dabiskajā vidē.
