Основні показники корозії та методи оцінки корозійної стійкості
Корозія призводить до зміни маси; механічні, електричні, оптичні, електрохімічні властивості; складу та структури, стану поверхні металу. Ці зміни характеризує корозійна стійкість (хімічний опір матеріалів).Корозійна стійкість -здатність металу чинити опір корозійному впливу середовища.
Корозійна стійкість визначається якісно та кількісно - на основіпоказників корозії (швидкість корозії в даних умовах, час до досягнення заданого ступеня корозійних уражень), напівкількісно - групою або балом стійкості за прийнятою в СНД 10 -бальною шкалою. На основі цих показників визначається термін служби, довговічність та надійність металоконструкцій.
Корозійним ефектам абоінтегральним показникам корозії відповідають швидкісні абодиференціальні показники. Диференціальні показники знаходять як відношення зміни корозійного ефекту або першу похідну від часу графічними чи аналітичними методами.
Доякісних показниківкорозіївідносяться:
-візуальна оцінка корозійної стійкості- спостереження зовнішнього вигляду зразків з фотографуванням, замальовкою або коротким описом та спостереження за змінами у корозійно-активному середовищі;
- мікродослідження з метою встановлення характеру корозійного руйнування, наявність або відсутність локальних корозійних уражень (міжкристалітної, піттингової корозії, корозійного розтріскування тощо);
- застосування спеціальних реактивів, що викликають фарбування анодних і катодних ділянок поверхні металу, що корродує.
Середкількісних показників прямим та найбільш надійним способомвизначення корозійної стійкості є гравіметричний (ваговий) метод, заснований на зміні маси зразків при випробуваннях. Гравіметричним методом визначаєтьсяшвидкість корозії -корозійні втрати одиниці поверхні металу в одиницю часу.
(Швидкість корозії, або швидкість реакції іонізації металу, визначається числом грам-часток, що реагують на поверхні металу в одиницю часу. Оскільки поверхня металу має певний мікрорельєф, площа "видимої" поверхні S, розрахованої за геометричними розмірами, менша від істинної поверхні S0, на якій протікає взаємодія металу з корозійним середовищем Ці площі пов'язані співвідношенням: , де q - коефіцієнт шорсткості.Для ідеально гладкої поверхні (наприклад, рідкого металу) коефіцієнт дорівнює одиниці і S = S0.Для твердих металів q>1. експериментально, тому зазвичай в розрахунках використовують площу "видимої" поверхні S, а число атомів, що прореагували, замінюють масою окисленого металу.)
Залежно стану продуктів корозії використовують різні варіанти гравіметричного методу. Питомувтрату маси на одиницю площі визначають за формулою:
, (1.2) деm0- маса зразка до випробувань [кг,г],mτ -маса зразка після випробувань та видалення продуктів корозії [м 2]. Зазвичай питому втрату маси виражають у . Для обчислення втрати маси збільшення маси зразка необхідно знати склад продуктів корозії.
При утворенні легковидалених продуктів корозії (механічними, хімічними або електрохімічними методами), використовують негативний показник зміни маси, абошвидкість корозії в даних умовах :
, (1.3) деm0 та mτ– маса зразка до та після корозійних випробувань та видалення продуктів корозії відповідно, [г]; S–площа окисленої поверхні металу, [м 2]; τ–час випробувань, [год]. (Цим методом можливе визначення швидкості суцільної, рівномірної та нерівномірної, місцевої та підповерхневої корозії).
Якщо на поверхні металу утворюються добре зчеплені з поверхнею продукти корозії, що важко видаляються, то за приростом маси зразка можна визначитипозитивний показникшвидкості корозії:
, (1.4) деm0іmτ –маса зразка до та після корозійних випробувань разом з продуктами корозії відповідно, г; S–площа окисленої поверхні металу, м 2; τ–час випробувань, год.
Визначивши склад продуктів корозії металу, можна перерахувати позитивний показник зміни маси негативний і навпаки:
, (1.5) деAМе,Aок- маса грам-атома металу та окислювача відповідно;nМеіnок– валентність металу та окислювача відповідно.
Іншим прямим і широко використовуваним на практиці методом визначення корозійної стійкості є швидкість проникнення корозії абоглибинний показниккорозіїКH:
, (1.6)
де H - глибина корозійного руйнування (проникнення корозії) [мм], що визначається безпосереднім виміром (штангенциркулем, мікрометром, мікроскопом, УЗК тощо), в одиницю часу -τ[год]. (При суцільній корозії з постійною швидкістю показник називаєтьсялінійною швидкістю корозії, .Глибинні показники мають більш універсальний характер і ними визначають швидкості локальної корозії).
Знаючи негативний та глибинний показник можна визначити час дозменшення маси на одиницю площі на допустиму величину ( ), та час проникнення корозії на допустиму глибину ( ).
При рівномірній корозії негативний показник (г/м 2. год) і глибинний показник пов'язані співвідношенням:
, (1.7) деdMe- щільність металу, [г/см 3].
Для якісної та кількісної оцінки корозійної стійкості металу в конкретних умовах рекомендується використовуватишкалу корозійної стійкості металів (додаток, табл. 1), в якій одиницею корозійної стійкості є бал. Шкала має 10 балів та має порівняльний характер.
Волюметричний (об'ємний) методзаснований на вимірюванні об'єму газу, що виділив, в результаті корозії і дозволяє визначитиводневий показник корозії (об'єм виділеного в результаті корозійної реакції водню), ікисневий показник (обсяг поглиненого в результаті корозії кисню). Об'ємні показники є відношенням обсягу ΔV виділеного або поглиненого газу з одиниці поверхні в одиницю часу, наведеного до нормальних умов (Т=273 К, Р=1,013·10 5 Па):
, (1.8)
Об'ємний показник корозії пов'язаний із позитивним співвідношенням:
, (1.9) де МГі VМ - молекулярна маса та обсяг молячи газу (22400 см 3 ) за нормальних умов; 10 4 - коефіцієнт перерахункусм 3ум 3.
До інтегральних показників корозії відносяться механічні показники корозії, КМ, відношення зміни механічних властивостей до і після корозії в % (наприклад, міцності):
,(1.10)
де ΔσВ=σ–σВ,σіσВ– межа міцності металу до та після корозійних випробувань відповідно.
Механічні показникизастосовуються для оцінки міжкристалітної корозії, корозійного розтріскування,корозійної крихкості,і т.п.
Змінаелектричного опоруметалу при корозії протягом певного часу застосовують як показник корозії:
, (1.11)
деΔR=Rτ – R0,R0таRτ– електричний опір зразка до та після корозійних випробувань протягом часуτ.
Даний показник можна використовувати як для загальної корозії, так і для локальної (міжкристалітної, піттингової). При використанні цього показника важливо враховувати, що електричний опір залежить від структурного стану металу (сплаву), тому він не повинен змінюватися в процесі корозійних випробувань (наприклад, розпад твердого розчину будь-якого компонента сплаву при високотемпературних випробуваннях).
Іншими показниками можуть бути погіршення відбивної здатності, час до появи першого корозійного ураження тощо.
При локальних видах корозії (піттингової, корозії плямами, корозії, що розшаровує), а також при корозії виробів з покриттями, як показники корозійної стійкості використовуютьступінь ураження поверхні за певний час або в одиницю часу , абоосередковий показник корозії:
КS= , (1.12)
деSiтаni– площа та кількість корозійних поразок.
Для оцінки корозійної стійкості покриттів та піттингової корозії площу корозійних уражень визначають для кожного типорозміру корозійного вогнища з подальшим ранжуванням результатів та оцінкою за спеціальними 10-бальними шкалами корозійної стійкості, в яких бали присвоюються залежно від ступеня та кількості корозійних уражень.
Швидкість електрохімічної корозії може бути виражена у вигляді токового показника корозії i- щільності анодного струму, що відповідає швидкості даного корозійного процесу, - застосовують для дослідження електрохімічної корозії. Зв'язок між зв'язок між величиноюi(А/см 2 ) та негативним показником зміни маси (г/м 2 ·год) встановлюється на основі закону Фарадея:
, (1.13)
деn- валентність металу, що переходить у розчин; F = 26,8 А·ч/г-екв - постійна Фарадея,AMe- атомна маса металу, г; 10 4 – коефіцієнт перерахунку.
Цей показник визначається з урахуванням поляризаційних кривих чи безпосередньо – приладами корозиметрами (наприклад, типу “КМ-МИСиС” та інших.) з автоматичним перерахунком на глибинний чи ваговий показники.