Stopnja korozije je večfaktorski parameter, ki je odvisen tako od zunanjih okoljskih pogojev kot od notranjih lastnosti materiala. V normativni in tehnični dokumentaciji obstajajo določene omejitve glede dovoljenih vrednosti uničenja kovin med delovanjem opreme in gradbenih konstrukcij, da se zagotovi njihovo nemoteno delovanje. V inženirstvu ni univerzalne metode za določanje stopnje korozije. To je posledica zapletenosti upoštevanja vseh dejavnikov. Najbolj zanesljiva metoda je preučiti zgodovino delovanja objekta.
Merila
Trenutno se v inženirskem načrtovanju uporablja več stopenj korozije:
- Po neposredni metodi ocenjevanja: zmanjšanje mase kovinskega dela na enoto površine - kazalnik teže (merjeno v gramih na 1 m2 za 1 uro); globina poškodb (ali prepustnost korozijskega procesa), mm/leto; količina sproščene plinske faze korozijskih produktov; čas, v katerem se pojavi prva korozijska poškodba; število korozijskih centrov na enoto površinepovršine, ki so se pojavile v določenem časovnem obdobju.
- Posredno ocenjeno: jakost toka elektrokemične korozije; električni upor; sprememba fizikalnih in mehanskih lastnosti.
Prvi kazalnik neposrednega vrednotenja je najpogostejši.
Formule za izračun
V splošnem primeru se izguba teže, ki določa stopnjo korozije kovine, določi z naslednjo formulo:
Vkp=q/(St), kjer je q zmanjšanje mase kovine, g;
S – površina, s katere je bil material prenesen, m2;
t – časovno obdobje, ure
Za pločevino in iz nje izdelane školjke določite indeks globine (mm/leto):
H=m/t, m je globina prodiranja v kovino.
Obstaja naslednje razmerje med prvim in drugim zgoraj opisanim indikatorjem:
H=8, 76Vkp/ρ, kjer je ρ gostota materiala.
Glavni dejavniki, ki vplivajo na stopnjo korozije
Naslednje skupine dejavnikov vplivajo na stopnjo uničenja kovin:
- notranja, povezana s fizikalno in kemično naravo materiala (fazna struktura, kemična sestava, površinska hrapavost dela, preostale in obratovalne napetosti v materialu in drugo);
- zunanje (okoljske razmere, hitrost gibanja jedkega medija, temperatura, sestava ozračja, prisotnost zaviralcev ali stimulansov in drugo);
- mehanski (razvoj korozijskih razpok, uničenje kovine pod vplivom cikličnih obremenitev,kavitacija in fretting korozija);
- oblikovne značilnosti (izbira kakovosti kovine, reže med deli, zahteve glede hrapavosti).
fizikalne in kemijske lastnosti
Najpomembnejši dejavniki notranje korozije so naslednji:
- Termodinamična stabilnost. Za določitev v vodnih raztopinah se uporabljajo referenčni Pourbaixovi diagrami, na katerih je na abscisni osi narisan pH medija, vzdolž ordinatne osi pa redoks potencial. Potencialni premik v pozitivno smer pomeni večjo stabilnost materiala. Pogojno je opredeljen kot normalni ravnotežni potencial kovine. V resnici materiali korodirajo z različno hitrostjo.
- Položaj atoma v periodnem sistemu kemičnih elementov. Kovine, ki so najbolj občutljive na korozijo, so alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine. Hitrost korozije se zmanjša, ko se atomsko število poveča.
- Kristalna struktura. Ima dvoumen učinek na uničenje. Grobozrnata struktura sama po sebi ne vodi do povečanja korozije, je pa ugodna za razvoj intergranularnega selektivnega uničenja mej zrn. Kovine in zlitine s homogeno porazdelitvijo faz korodirajo enakomerno, tiste z neenakomerno porazdelitvijo pa korodirajo po žariščnem mehanizmu. Medsebojna razporeditev faz opravlja funkcijo anode in katode v agresivnem okolju.
- Energijska nehomogenost atomov v kristalni mreži. Atomi z najvišjo energijo se nahajajo na vogalih obrazovmikrohrapavosti in so aktivna središča raztapljanja med kemično korozijo. Zato skrbna obdelava kovinskih delov (brušenje, poliranje, dodelava) poveča odpornost proti koroziji. Ta učinek je razložen tudi s tvorbo gostejših in bolj neprekinjenih oksidnih filmov na gladkih površinah.
vpliv srednje kislosti
V procesu kemične korozije koncentracija vodikovih ionov vpliva na naslednje točke:
- topnost korozijskih produktov;
- tvorba zaščitnih oksidnih filmov;
- stopnja uničenja kovin.
Ko je pH v območju 4-10 enot (kisla raztopina), je korozija železa odvisna od intenzivnosti prodiranja kisika na površino predmeta. V alkalnih raztopinah se stopnja korozije najprej zmanjša zaradi površinske pasivacije, nato pa se pri pH >13 poveča zaradi raztapljanja zaščitnega oksidnega filma.
Za vsako vrsto kovine obstaja lastna odvisnost intenzivnosti uničenja od kislosti raztopine. Žlahtne kovine (Pt, Ag, Au) so odporne proti koroziji v kislem okolju. Zn, Al se hitro uničijo tako v kislinah kot v alkalijah. Ni in Cd sta odporna na alkalije, vendar zlahka korodirata v kislinah.
Sestava in koncentracija nevtralnih raztopin
Hitrost korozije v nevtralnih raztopinah je bolj odvisna od lastnosti soli in njene koncentracije:
- Med hidrolizo soli vv korozivnem okolju nastajajo ioni, ki delujejo kot aktivatorji ali zaviralci (inhibitorji) uničenja kovin.
- Tiste spojine, ki povečajo pH, povečajo tudi hitrost uničujočega procesa (na primer soda), tiste, ki zmanjšujejo kislost (amonijev klorid).
- Ob prisotnosti kloridov in sulfatov v raztopini se uničenje aktivira, dokler se ne doseže določena koncentracija soli (kar je razloženo z intenziviranjem anodnega procesa pod vplivom kloridnih in žveplovih ionov), in nato se postopoma zmanjšuje zaradi zmanjšanja topnosti kisika.
Nekatere vrste soli lahko tvorijo netopen film (na primer železov fosfat). To pomaga zaščititi kovino pred nadaljnjim uničenjem. Ta lastnost se uporablja pri nanašanju nevtralizatorjev rje.
Zaviralci korozije
Zaviralci korozije (ali inhibitorji) se razlikujejo po mehanizmu delovanja na redoks proces:
- Anoda. Zahvaljujoč njim se oblikuje pasivni film. V to skupino spadajo spojine na osnovi kromatov in bikromatov, nitratov in nitritov. Zadnja vrsta zaviralcev se uporablja za medoperativno zaščito delov. Pri uporabi anodnih zaviralcev korozije je treba najprej določiti njihovo minimalno zaščitno koncentracijo, saj lahko dodajanje v majhnih količinah povzroči povečanje stopnje uničenja.
- katoda. Mehanizem njihovega delovanja temelji na zmanjšanju koncentracije kisika in s tem na upočasnitvi katodnega procesa.
- Zaščita. Ti inhibitorji izolirajo kovinsko površino tako, da tvorijo netopne spojine, ki se odlagajo kot zaščitna plast.
V zadnjo skupino spadajo nevtralizatorji rje, ki se uporabljajo tudi za čiščenje oksidov. Običajno vsebujejo fosforno kislino. Pod njegovim vplivom se pojavi fosfatiranje kovin - tvorba močne zaščitne plasti netopnih fosfatov. Nevtralizatorji se nanašajo z brizgalno pištolo ali valjčkom. Po 25-30 minutah površina pridobi belo-sivo barvo. Ko se sestava posuši, se nanesejo barve in laki.
Mehansko delovanje
Povečanje korozije v agresivnem okolju olajšajo takšne vrste mehanskega delovanja, kot so:
- Notranji (med oblikovanjem ali toplotno obdelavo) in zunanji (pod vplivom zunanje obremenitve) napetosti. Posledično pride do elektrokemične nehomogenosti, zmanjša se termodinamična stabilnost materiala in nastane korozijsko razpokanje. Še posebej hitro je uničenje pod nateznimi obremenitvami (razpoke nastanejo v pravokotnih ravninah) v prisotnosti oksidacijskih anionov, na primer NaCl. Tipičen primer naprav, ki so podvržene tej vrsti uničenja, so deli parnih kotlov.
- Izmenično dinamično delovanje, vibracije (korozijska utrujenost). Intenzivno se zmanjša meja utrujenosti, nastane več mikrorazpok, ki se nato združijo v eno veliko. Številkacikli do odpovedi so v večji meri odvisni od kemične in fazne sestave kovin in zlitin. Osi črpalk, vzmeti, lopatice turbin in druga oprema so izpostavljeni takšni koroziji.
- Trenje delov. Hitra korozija je posledica mehanske obrabe zaščitnih filmov na površini dela in kemične interakcije z okoljem. V tekočini je stopnja uničenja nižja kot v zraku.
- Učinek kavitacije. Kavitacija se pojavi, ko je kontinuiteta toka tekočine kršena zaradi tvorbe vakuumskih mehurčkov, ki se zrušijo in ustvarijo pulzirajoč učinek. Posledično pride do globoke poškodbe lokalne narave. To vrsto korozije pogosto opazimo v kemičnih aparatih.
Dejavniki oblikovanja
Pri načrtovanju elementov, ki delujejo v agresivnih pogojih, je treba upoštevati, da se stopnja korozije poveča v naslednjih primerih:
- ko pridejo različne kovine v stik (večja kot je razlika v potencialu elektrode med njimi, večja je tokovna moč elektrokemičnega procesa uničenja);
- v prisotnosti mehanskih koncentratorjev napetosti (utori, žlebovi, luknje in drugo);
- z nizko čistočo obdelane površine, saj to povzroči lokalne kratke galvanske pare;
- z občutno razliko v temperaturi posameznih delov aparata (nastanejo termogalvanske celice);
- ob prisotnosti stagnirajočih območij (reže, vrzeli);
- ob oblikovanjupreostale napetosti, zlasti v zvarjenih spojih (za njihovo odpravo je potrebno poskrbeti za toplotno obdelavo - žarjenje).
Metode vrednotenja
Obstaja več načinov za oceno stopnje uničenja kovin v agresivnih okoljih:
- Laboratorij - testiranje vzorcev v umetno simuliranih pogojih, ki so blizu resničnim. Njihova prednost je, da vam omogočajo skrajšanje časa študija.
- Teren - poteka v naravnih razmerah. Trajajo dolgo. Prednost te metode je pridobivanje informacij o lastnostih kovine v pogojih nadaljnjega delovanja.
- In situ testiranje končnih kovinskih predmetov v naravnem okolju.
