Основные типы коррозии металлов

Рис. 3. Равномерная коррозия

По характеру распределения повреждений различают коррозию равномерную (рис. 3), когда коррозией повреждена приблизительно в одинаковой степени вся поверхность металла или сплава.

При равномерной коррозии способность металла противостоять агрессивному воздействию среды можно оценить путем определения скорости коррозии, измеряемой потерей металла (т.е. количеством металла, превратившегося в химическое соединение — продукт коррозии) на единице поверхности в единицу времени.

Неравномерная коррозия (рис. 4) может быть в виде изолированных пятен или глубоких поражений, называемых язвами, если они поражают лишь малую часть поверхности. Если процесс коррозии распространяется вглубь металла, то коррозию называют питтинговой (от английского слова pit — углубление).

Рис. 4. Неравномерная коррозия: пятнами (а); язвами (б); питтинговая (в); межкристаллитная (г); внутрикристаллитная (д); подповерхностная (е)

Очень опасным типом неравномерной коррозии является межкристаллитная коррозия, которая характеризуется разрушением металла по границам кристаллитов, определяющих структуру металла. Величина потерь при этом типе коррозии может быть незначительной, механическая же прочность металла сильно снижается. Межкристаллитной коррозии подвержены некоторые стали, латунь, бронза, другие медные сплавы.

Классификация коррозионных процессов

По условиям прохождения и характеру агрессивной среды различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия

Химическая коррозия — разрушение металла за счет его окисления веществами, содержащимися в окружающей среде, без возникновения в системе электрического тока в соответствии с уравнением в общем виде:

Ме – nē → Меⁿ⁺.

По условиям протекания коррозионного процесса (характеру агрессивной среды) различают:

а) газовую коррозию — в газах и парах без конденсации влаги на поверхности металла, обычно при высоких температурах. Примером газовой коррозии может служить окисление металла кислородом воздуха при высоких температурах

nМе + О₂ = Ме_nO_m ,

или в среде различных агрессивных газов. Например, в среде иода на поверхности меди происходит окислительно-восстановительная реакция:

2Cu + I₂ = Cu₂I₂

2 │Cu – 1ē → Сu⁺ окисление

1 │I₂ + 2ē → 2I^– восстановление.

б) коррозию в неэлектролитах — агрессивных органических жидкостях, таких, как сернистая нефть и др.

Кинетика химической коррозии. Скорость химической коррозии, в первую очередь, зависит от свойств образующихся продуктов коррозии. В процессе окисления на поверхности металла образуется твердая пленка оксидов. Для дальнейшего продолжения коррозии необходимо, чтобы ионы металла или кислород (или оба одновременно) диффундировали через эту пленку. Обычно с поверхности раздела металл—оксид в направлении от металла к внешней поверхности пленки происходит диффузия ионов металла, а не атомов, так как ионы металлов по размерам меньше атомов. Одновременно в этом же направлении должны перемещаться электроны. Ионы О^2– имеют больший радиус, чем атомы, поэтому с поверхности раздела оксид—газ в глубь пленки двигаются не ионы, а атомы кислорода, которые в пленке ионизируются:

О + 2ē = О^2–

и, встречаясь с ионами металла, образуют оксиды.

Для щелочных и щелочноземельных металлов наблюдается линейный закон роста толщины пленок во времени:

y = kt,

где y — толщина пленки, k — постоянная, зависящая от природы металла, t — время окисления.

При повышении температуры реакция окисления таких металлов начинает резко ускоряться вследствие плохого отвода теплоты.

Для металлов Fе, Со, Ni, Мn, Тi по мере утолщения пленки дальнейший рост её будет все время замедляться. Рост пленки для этих металлов характеризуется параболической зависимостью и описывается выражением:

y² = 2DC_O2t,

где D — коэффициент диффузии; C_O2— концентрация кислорода.

Для металлов Zn, Аl, Cr установлена логарифмическая зависимость роста пленки во времени:

y = k ln t,

где k — постоянная, зависящая от природы металла. Пленки на таких металлах обладают высокими защитными свойствами.

Помимо кислорода сильными окислителями являются фтор, диоксид серы, хлор, сероводород. Их агрессивность по отношению к различным металлам неодинакова. Так например, алюминий и его сплавы, хром и стали с высоким содержанием хрома устойчивы в атмосфере кислорода, но становятся неустойчивыми в атмосфере хлора. Никель неустойчив в атмосфере диоксида серы, а медь вполне устойчива. Различная скорость коррозии металлов в разных средах обусловлена прежде всего свойствами образующихся на поверхности металлов оксидных пленок. При изменении состава внешней среды изменяется состав защитной пленки, ее физико-химические свойства и защитные качества.