Методы исследования коррозии металлов

Методы  исследования коррозии металлов

Реферат выполнила  студентка 1 курса магистратуры Тишаева В.В.

ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет»

Тюмень – 2012

Введение

Современное развитие химической промышленности, разработка новых технологических процессов, протекающих в агрессивных средах, предъявляют к конструкционным  материалам высокие требования. Наиболее важными конструкционными материалами  являются металлы и их сплавы. В  процессе эксплуатации изделий, вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой происходит коррозия.

Процессы коррозии необратимы и часто приводят к  отказам различных машин и  аппаратов, металлоконструкций, поэтому  их необходимо обнаруживать на ранних стадиях, давать количественную оценку коррозионного повреждения, прогнозировать опасность развития в случае непринятия мер по усилению коррозионной защиты. Установление причин коррозионного  разрушения позволяет правильно  выбрать метод защиты.

Целью коррозионных исследований является не только определение  долговечности данного металла  в определенных условиях, но и раскрытие  механизма коррозионного процесса, который может быть электрохимическим. химическим или смешанным. Определяется контроль коррозионного процесса: кинетический, диффузионный или смешанный в случае химической коррозии, или виды контроля электрохимических коррозионных процессов. например катодный при основной роли перенапряжения ионизации кислорода. Также устанавливаются агрессивные компоненты внешней среды. например О2, СО2. пары воды, вызывающие химическое коррозионное разрушение металла, или деполяризаторы (О2, Н+, Н2О, HSO3- и др.), способствующие электрохимической коррозии металлов. Изучается влияние внутренних (структура, состав сплава, состояние поверхности, наличие внутренних напряжений и др.) и внешних (состав коррозионной среды, скорость ее движения, температура, давление и др.) факторов на коррозионную стойкость металлов или сплавов.

1. Классификация  методов исследования коррозии

Разнообразие условий  внешней среды требует использования  различных средств для определения коррозионной стойкости в разных случаях, как лабораторного исследования, так и практических испытаний. Каждый метод коррозионного испытания должен исходить из этого фундаментального взгляда на механизм коррозии металлов.

В наиболее общей  форме практическая цель коррозионного  испытания может быть выражена как  определение долговечности данного  металлического материала в данных условиях; результаты коррозионных испытаний  должны дать возможность сделать  заключение о коррозионном поведении  того или иного металла или  сплава в эксплуатационных условиях.

Более детально задачи коррозионных исследований н испытаний можно охарактеризовать следующим образом:

1) раскрытие механизма  коррозионного процесса, который  может быть химическим, электрохимическим  или смешанным — химико-электрохимическим;

2) установление  агрессивного компонента внешней  среды (О2, СО2, пары Н2О др.), вызывающего химическое разрушение металла, или деполяризатора (О2, Н+, Н2О, HSО3 и др.), ответственного за электрохимическую коррозию металла;

3) установление  влияния основных внутренних (состава,  структуры, состояния поверхности  сплава, наличия напряжений и  др.) и внешних (состава коррозионной  среды, ее движения, температуры  и др.) факторов на коррозионную  стойкость металла или сплава;

4) выбор наилучшего  металла или сплава для применения  в определенных эксплуатационных  условиях; при этом необходимо  учитывать не только коррозионную  стойкость материала, но и его  прочность, технологические свойства, стоимость и пр.

5) сравнение коррозионной  активности сред по отношению  к одному или нескольким металлическим  материалам;

6) проверка методов  зашиты металлов от коррозии: определение эффективности противокоррозионного  легирования, применения замедлителей  коррозии или электрохимической  защиты, проверка надежности защитных  покрытий и т. д.;

7) проверка качества  выпускаемой продукции в отношении  коррозионной стойкости, например, контроль нержавеющей хромоникелевой  стали на отсутствие склонности  к межкристаллитной коррозии, проверка  качества защитных покрытий и  т. д.

Сложность задачи исследования, сложность и разнообразие коррозионной среды и условий коррозии заставляют разрабатывать систему методов  исследования и испытаний, которая  позволяла бы ответить на поставленные теорией и практикой вопросы.

Можно формулировать  следующие требования к методу или  вернее системе методов:

1. Метод должен  соответствовать поставленной цели. Наиболее простым и коротким  путем метод должен дать возможность  решения поставленной задачи. Если  метод оказывается слишком сложным,  следует дифференцировать задачу  на ряд более простых и создать  соответствующую систему методов.

2. Метод должен  соответствовать современным представлениям  о механизме коррозии, т. е.  быть на современном уровне  науки.

3. Метод должен  предоставлять возможность строгого  контроля всех факторов. Только  при этом условии можно получить  воспроизводимые результаты, отсюда  — требование сравнительной простоты  метода.

4. Метод должен  воспроизводить именно тот вид  коррозии, который практически важен  для данного материала. Например, нержавеющие стали в практических  условиях при эксплуатации во  влажном воздухе и в нейтральных  или слабокислых соляных растворах  часто обнаруживают либо точечную  коррозию, либо интеркристаллитное  разрушение. Если метод испытания  будет построен так, что коррозия  нержавеющей стали будет носить  равномерный характер, то такой  метод не смажет быть практически  пригодным.

5. Метод должен  предоставлять возможность сравнительно  простой расшифровки результатов  испытания, хотя бы они были  и не прямые, т. е. не представляли  непосредственно количества разрушенного  коррозией металла с единицы  площади в единицу времени.  Эта возможность появляется лишь  в том случае, если метод построен  на солидной научной базе, т.  е. находится в соответствии  с теорией коррозионных процессов.

По общему характеру  исследований данные методы подразделяются на три группы:

1) лабораторные  исследования — коррозионные  исследования металлических образцов  в лабораторных, искусственно создаваемых  условиях;

2) внелабораторные  исследования — коррозионные  исследования металлических образцов  в естественных, эксплуатационных  условиях (в том числе исследования  в природных условиях: в атмосфере,  в море, в грунте и др.);

3) эксплуатационные  исследования — испытания машин,  аппаратов, сооружений и средств  защиты в эксплуатационных условиях. Таким образом, общим для лабораторных  и внелабораторных исследований  является их объект — образцы,  а отличаются они условиями  исследований, в то время как  общим для внелабораторных и  эксплуатационных исследований  являются их условия, а отличаются  они объектом исследований.

Обычно вначале  проводят лабораторные, затем внелабораторные  и последними – эксплуатационные испытания. Различные виды исследований дополняют друг друга.

По продолжительности  исследований методы подразделяются на две группы:

1) длительные —  соответствующие по продолжительности  эксплуатационным условиям;

2) ускоренные —  проводимые в искусственных условиях, ускоряющих коррозионные процессы, протекающие в эксплуатационных  условиях; ускорение испытаний достигается  обычно путем облегчения протекания  контролируемых процессов, но  без изменения характера коррозионного  процесса.

Ускоренные и  длительные методы исследований дополняют  и контролируют друг друга. Сопоставление  результатов при этих исследованиях  позволяет получить коэффициенты пересчета, что освобождает от необходимости  проведения длительных испытаний.

2. Показатели  коррозии

Величину, по которой  судят о скорости коррозионного  разрушения металла, принято называть показателем коррозии. Показатели коррозии могут быть качественными и количественными.

2.1 Качественные  показатели коррозии:

1) наблюдение внешнего  вида образцов с фотографированием,  зарисовкой или кратким описанием  и наблюдение за изменениями  в коррозионном растворе;

2) микроисследования  для установления характера коррозии, наличия или отсутствия межкристаллитной  коррозии и т. д.;

3) применение цветных  индикаторов для обнаружения  анодных и катодных участков  корродирующей поверхности металла.

2.2. К количественным  показателям коррозии можно отнести:

Очаговый  показатель коррозии Кп- число коррозионных участков,возникающих на единице металлической поверхности за определенный промежуток времени в данных условиях эксплуатации.

Глубинный показатель коррозии Кглхарактеризует максимальную или среднюю глубину коррозионного разрушения металла в течение определенного времени, (мм/год).

Массовый  показатель коррозии Кт- характеризует изменение массы (m) образца металла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла S и к единице времени τ (например, г/(м²•ч)):

Km±=m/S•τ                          (1.1)

Этот показатель может быть отрицательным, если масса  металла за время испытания τ  после удаления продуктов коррозии уменьшилась. Он может быть и положительным, если масса образца за время испытаний  увеличилась.

Если известен состав продуктов коррозии металла, то можно  сделать пересчет положительного показателя изменения массы в отрицательный по формуле:

Km¯=Km+nok•AMe/nMe•Aok  (1.2)

где Km¯ и Km+ — соответственно отрицательный и положительный массовый показатель коррозии; AMe — атомная масса металла; Aok — атомная масса окислителя; nMe — валентность металла; nok — валентность окислителя.

В случае равномерной  коррозии металла можно сделать  пересчет от отрицательного показателя изменения массы (Km¯, г/(м²-ч)) к глубинному показателю Кп (мм/год):

Кгл=Km¯•8,76/ρMe                           (1.3)

где ρMe/см3 — плотность  металла.

Объемный показатель коррозии (Кν) указывает объем поглощенного или выделившегося в процессе коррозии металла газа ΔV, при веденного  к нормальным условиям, и отнесенный к единице поверхности металла  и к единице времени (например, см³/(см²-ч)):

Кν=ΔV/Sτ                          (1.4)

Электрические показатели коррозии:Ki- токовый, который соответствует скорости коррозионного процесса. мА/см ; Кг - показатель изменения электросопротивления поверхности металла за определенное время, %.

Используется также механический показатель коррозии Kмех. Он характеризует изменение какого-либо механического свойства металла за время коррозионного процесса, выраженное в процентах.  Например, прочностной показатель (Кσ):

Кσ=Δστ/Δστø                         (1.5)

где στ — изменение  предела прочности при растяжении за время τ коррозии; στø—предел прочности при растяжении до коррозии.Показатель склонности металла к коррозии Кс - срок эксплуатации или проведения испытаний до начала коррозионного процесса, т.е. когда коррозионное поражение поверхности металла составляет 1% площади. Измеряется в часах или сутках. 

Для установления равномерной  коррозии металла и количественного  выражения ее скорости выбор показателя коррозии не имеет принципиального  значения и делается на основании  применяемого метода исследования аппаратуры, необходимой точности измерений  и т. п.

В случае неравномерной, местной коррозии выбор показателя коррозии имеет существенное значение. Так, точечная коррозия может быть количественно  выражена только с помощью показателя склонности к коррозии. Межкристаллитная коррозия металла может быть установлена  и количественно выражена с помощью  глубинного показателя при микроисследовании, прочностного показателя и изменения  электрического сопротивления образцов.

Данные коррозионных исследований должны сопровождаться достаточно полной характеристикой металла, коррозионной среды и условий испытания. Характеристика изучаемого металла включает сведения о его химическом составе, структуре, способе изготовления (литой, горячекатаный, холоднокатаный металл, его термообработка, характер и степень деформации), состоянии поверхности (наличие естественной окисной пленки, окалины литейной корки), происхождение (металл заводской плавки, опытной плавки, технология плавки).

Характеристика  коррозионной среды содержит данные о составе, концентрации pH раствора, квалификацию применяемых реактивов, а также условия исследования, данные о температуре, газовой атмосфере, скорости перемешивания раствора и др.

Для качественной и  количественной оценки коррозионной стойкости  металлов и средств защиты в определенных условиях предназначен ряд шкал коррозионной стойкости. Наиболее распространенной и рекомендуемой является десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов (табл. 1).

Таблица 1. Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов (ГОСТ 13819-68) 

 

Гуппа стойкости	Скорость коррозии, мм/год	Балл
Совершенно стойкие	Менее 0,001	1
Весьма стойкие	Свыше 0,001 до 0,005	2
	Свыше 0,005 до0,01	3
Стойкие	Свыше 0,01 до 0,05	4
	Свыше 0,05 до0,1	5
Пониженно стойкие	Свыше 0,1 до 0,5	6
	Свыше 0,5 до 1,0	7
Малостойкие	Свыше 1,0 до 5,0	8
	Свыше 5,0 до 10,0	9
Нестойкие	Свыше 10	10