Коррозия материалов.

Коррозия является одной из самых больших и дорогостоящих инженерных проблем человечества. Прямые потери от коррозии составляют в США более 70 млрд. долл. в год. В любой стране мира потери составляют 3-4% от валового национального продукта. Непрямые потери, в виде простоев, недоотпуска энергии, потерь газа, нефти и т.п., потерь мощности насосов, котлов, порча воды, консервов и других продуктов вообще трудно поддаются исчислению.

Мы будем рассматривать, в основном, коррозию металлов. Обязательным условием возникновения коррозии является наличие влаги, причем по влаге должна осуществляться проводимость между участками, участвующими в процессе коррозии. Основной металл, который подвергается коррозии, и который необходимо защищать от коррозии - это железо, точнее сталь. Итог коррозии - образование каверн в монолите материала, заполнение этих каверн и окружающего пространства рыхлой рыжеватой массой, состоящей из гидроксида железа Fe(OH)₂, окисленного гидроксида Fe(OH)₃. В принципе, к каждому из гидроксидов могут присоединиться несколько молекул воды, получаются гидраты окислов двух и трехвалентного железа. Цвет ржавчины, в основном определяется цветом гидроксида трехвалентного железа.

Основные механизмы коррозии железа.

Коррозия во влажной неоднородной среде(в грунте, при увлажнении туманом, дождем и т.п.). Происходит при разделении поверхности металла на участки с разными электрохимическими характеристиками (анодные и катодные зоны). Разделение на зоны может быть связано с разной степенью доступа кислорода к различным участкам, с разными концентрациями, либо разными электролитами, либо разными температурами. В анодной зоне идет выход ионов металла из кристаллической решетки в окружающую среду и соединение с присутствующими там ионами. В катодной зоне приэлектродная реакция сводится к восстановлению отрицательных гидроксильных ионов:

катодная зона:4ОН^- = 2Н₂О + О₂ +4e^-

анодная зона: 2Fe⁺⁺ +4ОН^- = 2Fe(OH)₂

Ионы дрейфуют от катода к аноду, там соединяются с ионами железа, образуя гидроксид.

Контактная коррозия.Происходит при контакте между собой различных металлов во влажной среде. Более "благородные" из этих металлов являются катодом в паре с менее "благородным" корродирующим анодом. Электрохимических ряд металлов, применяемых в электроэнергетике имеет следующий вид (вышерасположенные металлы более "благородны" по сравнению с нижерасположенными):

медь
свинец
сталь в бетоне
сталь в грунте
алюминий
цинк.

Все вы проводили лабораторную работу по изучению материала "ЭКОМ", где измеряли контактное сопротивление электродов. Если вы помните, у пятой плитки очень маленькое сопротивление по сравнению с остальными. Так вот, у этой плитки электроды выполнены из латуни, а у остальных плиток - из оцинкованной стали. Если после изготовления плитки ее сразу использовать для нагревателей, то оцинкованные электроды прекрасно служат. А если плитки полежат во влажной теплой атмосфере, то произойдет коррозия. Цинк полностью "съедается" на электродах, остается слабоэлектропроводный слой оксида цинка. Это наглядный пример вредного эффекта коррозии.

Электрокоррозия(коррозия под действием блуждающих токов).

Происходит в водной и грунтовой средах в зонах, прилегающих к электрифицированному на постоянном токе транспорту (железная дорога, трамвай, метро). Предполагает наличие протяженных подземных коммуникаций, в которые попадает блуждающий ток. Места "входа" тока (катодные зоны) не корродируют; в местах "выхода" тока металл растворяется по закону Фарадея. В связи с движением источника тока (электровоз) катодные и анодные зоны меняют свое местоположение на коммуникации.

Защита от коррозии.

Существует огромное количество способов борьбы с коррозией, которые применимы в зависимости от условий.

1. Уменьшить влажность среды.

2. Защитить с помощью расположенного рядом "жертвенного" или "протекторного" анода (цинк, магний, алюминий).

3. Подать напряжение на объект с помощью источника постоянного тока, при этом "минус" подается на защищаемый металл. (Катодная защита).

4. Подать повышенное напряжение противоположной полярности. (Анодная защита). Когда подают повышенное напряжение, в некоторых случаях, происходит пассивация поверхности.

5. Сделать покрытия на поверхность металла. Существуют два типа покрытий:

а) коррозионностойкие с помощью более благородных металлов (никелирование, омеднение, освинцовывание, хромирование), при этом недопускается наличие пор в покрытии.

б) протекторные, (цинковые, алюминиевые, оловянные).

6. Покрыть поверхность изолятором. Это эмалирование, например, посуды, покраска, покрытие лаком.