Показатели коррозии. Способы выражения скорости коррозии
Для количественной оценки скорости коррозии используют нижеследую-щие показатели.
Массометрический показатель скорости коррозии. Он определяется как отношение убыли массы металла в результате коррозии к его поверхности и времени испытания:
Кm = (mo –m) / S×t , (1.1)
где mo, m – соответственно масса образца до и после испытания;
S – площадь поверхности образца;
t – время испытания.
Данный показатель используется при оценке равномерной коррозии. Он непригоден для оценки неравномерной коррозии, межкристаллитной коррозии.
Объемный показатель коррозии. Он определяется отношением объема выделенного или поглощенного газа в процессе коррозии к поверхности образца и времени испытания:
Кv = V / S×t , (1.2)
где V – объем поглощенного или выделенного газа.
Переход металла в продукты коррозии в кислых средах сопровождается выделением эквивалентного количества водорода. В нейтральных кислородосодержащих средах при образовании продуктов коррозии поглощается эквивалентное количество кислорода.
Глубинный показатель скорости. Он определяется как отношение глубины, образовавшейся в результате коррозии каверны, к времени испытания:
Кl = l/t , (1.3)
где l – глубина каверны.
Сопоставление этого показателя с массометрическим позволяет оценить степень неравномерности коррозии.
Механический показатель коррозии. Он характеризует изменение механических свойств металла в % за время испытаний. Например, показатель изменения предела прочности
Кg = Gв1 / Gв , (1.4)
где Gв1, Gв – соответственно предел прочности металла до и после испытаний.
Токовый показатель коррозии. С его помощью оценивается количество прокорродировавшего металла по известной силе коррозионного тока:
Ка = I×A×t / (F×S), (1.5)
где I – ток коррозии;
F – константа Фарадея;
А – атомная масса металла;
n – валентность металла в данном коррозионном процессе.
В соответствии с ГОСТ 13819-68 коррозионную стойкость металлов (стойкость их сопротивляться коррозионному воздействию среды) рекомендуется определять в зависимости от скорости коррозии, которая оценивается по десятибалльной шкале (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов
| Группа стойкости | Скорость коррозии металла, мм/год | Балл |
| Совершенно стойкие | Менее 0,001 | |
| Весьма стойкие | Свыше 0,001 до 0,05 Свыше 0,005 до 0,01 | |
| Стойкие | Свыше 0,01 до 0,05 Свыше 0,05 до 0,1 | |
| Пониженно-стойкие | Свыше 0,1 до 0,5 Свыше 0,5 до 1,0 | |
| Малостойкие | Свыше 1,0 до 5,0 Свыше 5 до 10,0 | |
| Нестойкие | Свыше 10 |
Под скоростью коррозии в десятибалльной шкале понимают проникновение коррозии в глубину металла, которая рассчитывается по потере массы после удаления продуктов коррозии:
П = DМ / r×t , (1.6)
где DМ – убыль массы металла;
r - плотность металла.
Коррозионную стойкость металлов при скорости коррозии 0,5 мм/год и выше оценивают по группам стойкости при скорости коррозии ниже 0,5 мм/год по баллам.
Периодичность оценки скорости коррозии оборудования рекомендуется следующая:
при скорости коррозии более 0,1 мм/год – 1,5…2 мес.;
при скорости коррозии менее 0,1 мм/год – 12 мес.
Следует отметить, что приведенная ниже шкала оценки коррозионной стойкости получила достаточно широкое распространение, однако она не универсальна в силу того, что понятие стойкости относительно и связано с назначением оборудования и свойствами коррозионной среды. В качестве примера в табл. 1.4 приведены данные о скорости коррозии стали нефтяного оборудования при контакте с типичной для него коррозионной средой.
Таблица 1.4
Скорость коррозии стали в двухфазной среде 0,5 н. раствор NaCl -углеводород
| Углеводород | Скорость коррозии, г×(м2×ч) | Углеводород | Скорость коррозии, г×(м2×ч) | ||
| без Н2S | 800 мг/л Н2S | без Н2S | 800 мг/л Н2S | ||
| 0,5 н. раствор NaCl Гексан Бензол Циклогексан | 3,0 2,4 2,6 2,1 | 4,5 4,6 4,9 4,3 | Октан Этилбензол Гексадекан Додекан | 2,2 2,7 1,5 0,5 | 4,7 4,8 3,5 - |
2. Взаимодействие между частицами веществ*
Виды взаимодействий
При сближении молекул появляется притяжение, что обусловливает их взаимодействие. К основным видам взаимодействия молекул относятся ван-дер-ваальсовы силы, водородные связи и донорно-акцепторное взаимодействие.
Ван-дер-ваальсовы силы включают в себя три составляющие: диполь-дипольное, индукционное и дисперсное взаимодействие (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия
молекул:
а – диполь-дипольное (ориентационное);
б - индукционное; в – дисперсионное
При сближении полярных молекул они ориентируются таким образом, чтобы положительная сторона одного диполя была ориентирована к отрицательной стороне другого диполя. Возникающее взаимодействие называется диполь-дипольным. Энергия этого взаимодействия пропорциональна электрическому моменту диполя и обратно пропорциональна расстоянию между центрами диполей.
Диполи могут воздействовать на неполярные молекулы, превращая их в индуцированные (наведенные) диполи. Между постоянными и наведенными диполями возникает притяжение, энергия которого пропорциональна электрическому моменту диполя и обратно пропорциональна расстоянию между центрами молекул.
Энергия индукционного взаимодействия значительно меньше энергии диполь-дипольного взаимодействия.
В любой молекуле возникают флуктуации электрической плотности, в результате чего появляются мгновенные диполи, которые, в свою очередь, индуцируют мгновенные диполи у соседних молекул. Их появление и распад происходят синхронно. Энергия дисперсионного взаимодействия пропорциональна поляризуемости молекул и обратно пропорциональна расстоянию между центрами частиц.
Суммарная энергия ван-дер-ваальсовского взаимодействия молекул на 1-2 порядка ниже энергии химических связей.
Водородная связь
Химическая связь, образованная положительно поляризованным водородом молекулы А (или полярной группы) и электроотрицательным атомом В другой или той же молекулы, называется водородной связью. Образование водородной связи обусловлено тем , что в полярных молекулах А (или полярных группах) поляризованный атом водорода обладает уникальными свойствами (отсутствием внутренних оболочек, значительным сдвигом электронной пары к атому с высокой электроотрицательностью и очень малым размером), поэтому водород способен глубоко внедряться в электронную оболочку соседнего отрицательно поляризованного атома.
Энергия водородной связи возрастает с увеличением электро-отрицательности и уменьшением размеров атомов В, поэтому наиболее прочные водородные связи возникают, когда в качестве атомов В выступают F, О или N.
В жидком состоянии молекулы, вступающие в водородные связи, ассоциированы, а в твердом состоянии образуют сложные кристаллические структуры.
Образование межмолекулярных водородных связей приводит к существенному изменению свойств веществ: повышению вязкости, диэлектрической постоянной, температур кипения и плавления, теплот плавления и парообразования.
Энергия водородной связи имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи и ван-дер-ваальсовых сил.