Контактная биметаллическая коррозия является разновидностью электрохимической коррозии, вызванной контактом металлов, имеющих разные электродные потенциалы в электролите. При этом коррозия метала с более отрицательным потенциалом обычно усиливается, а разрушение металла с более положительным потенциалом замедляется или полностью прекращается.
Для работы коррозионного элемента необходимо, чтобы область контакта между материалами была покрыта раствором электролита. Контактная коррозия происходит в морской воде, имеющей большую электропроводность, чем пресная; или при загрязнении поверхности металла дорожной солью. Если в контактной коррозии принимает участие один металл, то он разрушается под действием концентрационного элемента дифференцированной аэрации. Это происходит при частичном погружении металлической конструкции в почву или морскую воду. В этом случае анодная и катодная зоны образуются за счёт неравномерного воздействия на металл кислорода воздуха. Те участки, которые не соприкасаются с кислородом, становятся анодами, а соприкасающиеся - катодами.
Проявление такого вида коррозии – язвенное разрушение железа, происходящее под лакокрасочными покрытиями или под грязью.
Однако коррозия может протекать и в атмосферных условиях – в местах контакта разнородных материалов. Этот вид коррозии возникает также, когда металл имеет на поверхности пористое металлическое покрытие, отличающееся по своему потенциалу от основного металла.
При конструировании учитывают возможность контактов различных металлов, и если скорость коррозии превышает 150 г/м2, то контакты не допустимы.
2. Атмосферная коррозия
Атмосферная коррозия протекает во влажном воздухе, по механизму действия гальванического элемента. Дифференциацию поверхности металла на катодные и анодные участки вызывают:
Другими словами участки, где доступ кислорода наибольший, пассивируются (на поверхности металла образуется оксидная плёнка). Потенциал пассивированного металла будет более положительным, чем потенциал тех участков, где доступ кислорода меньше. Следовательно, этот участок будет служить катодом:
А (–) Fe / H2O, O2 / Fe, Fe2O3, O2 (+) К
На аноде: Fe – 2e- = Fe2+;
На катоде: O2 + 2H2O + 4e- = 4 OH-.
Кислород О2 – деполяризатор. Суммарный процесс:
2 Fe + O2 + 2 H2O = 2Fe(OH)2; 4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O = 4 Fe(OH)3.
В зависимости от влажности атмосферы различают несколько видов атмосферной коррозии: мокрую, влажную, сухую.
Мокрая атмосферная коррозия при относительной влажности до 100% наблюдается при наличии адсорбционной капиллярной или химической плёнки влаги на поверхности металла. Образование плёнки способствует конденсации влаги и образованию вторичных продуктов коррозии (гидроксидов).
Влажная коррозия возникает при влажности в атмосфере ниже 100% . При влажности воздуха менее 60% наблюдается сухая атмосферная коррозия, то есть коррозия под действием преимущественно кислорода воздуха.
3. Грунтовая коррозия
Грунтовая коррозия металлов протекает по электрохимическому механизму. Коррозионные процессы на поверхности металлических коммуникаций могут протекать вследствие возникновения микрогальванических элементов, образовавшихся за счёт неоднородной по составу поверхности или различной её аэрации.
Поверхность металла, где доступ кислорода ограничен, будет являться анодом. Другая часть поверхности металла, где доступ кислорода облегчен, будет выполнять роль катода. Возникает короткозамкнутый гальванический элемент за счёт различной аэрации поверхности металла:
А (–) Fe / H2O, O2 / Fe (Fe2O3) (+) К
При этом в конечном итоге образуется ржавчина:
2 Fe(OH)3 + (n-3)H2O = Fe2O3 ·nH2O
Грунтовая коррозия металлических конструкций чаще всего происходит в условиях, характерных для нейтральных сред, с участием кислорода в качестве деполяризатора. В кислых грунтах может протекать коррозия с водородной деполяризацией: 2Н+ + 2е = Н2.
Скорость коррозии металлов в грунте зависит от состава, воздухопроницаемости, кислотности, влажности, удельного электросопротивления, температуры, микроорганизмов. Наиболее коррозионно-активными являются болотистые почвы, торфяники, ил. Песок, известняк практически не коррозионно-активны.
Максимальная скорость коррозии наблюдается в воздухопроницаемых почвах и грунтах при влажности 30-35%. Существенное влияние на скорость коррозии металлов оказывает рН почвы. Однако в почвах с рН меньше 6,5 коррозионная активность по отношению к стали повышается. Наибольшей коррозионной активностью обладают почвы с рН менее 5,5. Нейтральные почвы с рН = 6,5 – 7,5 и слабощелочные (до рН = 8,5) не коррозионно-активны.
На скорость коррозии влияет также величина удельного электрического сопротивления грунта. Установлено, что низкой коррозионной активностью обладают грунты с удельным электрическим сопротивлением более 100 Ом·м, высокой – с сопротивлением менее 20 Ом·м. Коррозия металлических подземных конструкций зависит от содержания в почве и грунте различных солей. Так, с увеличением содержания хлоридов, нитратов, сульфатов скорость коррозии стальных подземных сооружений возрастает. Повышение температуры также способствует повышению скорости грунтовой коррозии металлов.
4. Коррозия под действием блуждающих токов
Блуждающими токами называются электрические токи, протекающие в земле при использовании её в качестве токопроводящей среды. Попадая в металлические конструкции, расположенные в грунте, они вызывают коррозию. Источниками возникновения блуждающих токов в почве являются электрифицированные железные дороги постоянного тока, трамваи, метрополитен, шахтный электротранспорт, линии электропередач постоянного тока по системе провод – земля. Поскольку рельсы недостаточно изолированы от земли, а почва является шунтирующим проводником, то часть тока проходит в землю, встречая на своём пути подземные металлические соединения. Поскольку контактный провод подсоединен к положительному полюсу тяговой подстанции, а рельс – к отрицательному, то в месте выхода тока из рельса образуется анодная зона, где коррозия разрушает подошву рельса и крепежные костыли. В месте, где блуждающие токи входят в трубопровод, образуется катодная зона, а в месте выхода тока – анодная, в которой происходит разрушение металла трубопровода.
Этот вид коррозии очень опасен, так как блуждающие токи нередко распространяются на несколько десятков километров и вызывают сильные повреждения металлических конструкций.
5. Морская коррозия металлов
Портовые сооружения, причалы, суда, оборудование морских нефтепроводов подвержены воздействию морской коррозии.
Морская вода представляет собой раствор разнообразных солей, главным образом хлоридов, сульфатов и карбонатов натрия, калия, магния и кальция. Она является электролитом, её электропроводность достаточно высокая и составляет (2,5-3,0)·10-2 Ом-1см-1, имеет нейтральную или слабощелочную среду (рН=7,2 – 8,6). Присутствие в морской воде ионов хлора, то есть ионов - активаторов, делает эту среду высоко коррозионно-активной. В морской воде содержится большое количество микроорганизмов, способствующих ускорению коррозии.
Коррозия в морской воде протекает по электрохимическому механизму исключительно с катодным контролем. Присутствие ионов хлора Cl– препятствует образованию пассивных плёнок на поверхности металлов. Высокая электропроводность исключает проявление омического торможения. Зависимость скорости коррозии железа от концентрации хлорида натрия в аэрированном водном растворе проходит через максимум при содержании NaCl 3%. Уменьшение скорости коррозии объясняется снижением растворимости кислорода в воде с ростом концентрации NaCl. Повышенное содержание кислорода в поверхностном слое воды вызывает усиленную коррозию в области ватерлинии судов, на участках гидросооружений, находящихся близко к поверхности или периодически омываемых водой.
Основным видом защиты от морской коррозии являются противокоррозионные лакокрасочные и металлизированные покрытия и электрохимическая защита.