Коррозия

Коррозия - это естественный процесс , который превращает изысканный металл в более химически стабильный оксид . Это постепенное ухудшение материалов (обычно металл) химической или электрохимической реакцией с окружающей средой. Коррозионная инженерия - это поле, посвященное контролю и предотвращению коррозии. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

В наиболее распространенном использовании этого слова это означает электрохимическое окисление металла в реакции с окислителем, таким как кислород , водород или гидроксид. Ржавчина , образование оксидов железа красного цвета , является хорошо известным примером электрохимической коррозии. Этот тип коррозии обычно производит оксиды или соли исходного металла и приводит к отличительной окраске. Коррозия также может происходить в материалах, отличных от металлов, таких как керамика или полимеры , хотя в этом контексте термин «деградация» чаще встречается. Коррозия ухудшает полезные свойства материалов и конструкций, включая механическую прочность, внешний вид и проницаемость для жидкостей и газов. Коррозий отличается от едкого: первое подразумевает механическое деградацию, последнее химическое вещество. ^{[ 3 ]}

Многие структурные сплавы коррозируют только от воздействия влаги в воздухе, но процесс может сильно повлиять на воздействие определенных веществ. Коррозия может быть сконцентрирована локально, чтобы сформировать яму или трещину, или она может распространяться по обширной площади, более или менее равномерно коррочить поверхность. Поскольку коррозия -это процесс, контролируемый диффузией , он происходит на обнаженных поверхностях. В результате методы снижения активности обнаженной поверхности, такие как пассивация и конверсия хромата , могут повысить коррозионную стойкость материала. Однако некоторые механизмы коррозии менее заметны и менее предсказуемы.

Химия коррозии сложна; Это можно считать электрохимическим явлением. Во время коррозии в определенном месте на поверхности объекта из железа происходит окисление, и это пятно ведет себя как анод . Электроны , выпущенные в этом анодном точке, перемещаются через металл на другое место на объекте и уменьшают кислород в этом месте в присутствии H ⁺ (что, как полагают, доступно из углекислоты ( H ₂ CO ₃ ) сформировано из -за растворения углекислого газа из воздуха в воду при влажном состоянии атмосферы. Ион водорода в воде также может быть доступен из -за растворения других кислотных оксидов из атмосферы). Это место ведет себя как катод .

Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия возникает, когда два разных металла имеют физический или электрический контакт друг с другом и погружаются в общий электролит или когда один и тот же металл подвергается воздействию электролита с различными концентрациями. В гальванической паре более активный металл (анод) корредирует с ускоренной скоростью, а более благородный металл (катод) корродирует с более медленной скоростью. При погружении отдельно каждый металл корредирует по своей собственной скорости. Какой тип металла (ы) использовать легко определяется путем следствия за гальваническим сериалом . Например, цинк часто используется в качестве жертвенного анода для стальных конструкций. Гальваническая коррозия представляет большой интерес для морской промышленности, а также в любом месте воды (содержащей соли) контактов или металлических конструкций.

Такие факторы, как относительный размер анода , типы металла и условия работы ( температура , влажность , соленость и т. Д.), Влияют гальваническую коррозию. ^{[ 4 ]} Коэффициент площади поверхности анода и катода напрямую влияет на скорости коррозии материалов. Гальваническая коррозия часто предотвращается использованием жертвенных анодов .

Гальваническая серия

В любой данной среде (одна стандартная среда аэрированная, в комнатно-температурную морскую воду ) один металл будет либо более благородным , либо более активным , чем другие, в зависимости от того, насколько сильно его ионы связаны с поверхностью. Два металла в электрическом контакте имеют одни и те же электроны, так что «перетягивание каната» на каждой поверхности аналогична конкуренции за свободные электроны между двумя материалами. Используя электролит в качестве хозяина для потока ионов в том же направлении, благородный металл будет взять электроны из активного. Полученный массовый поток или электрический ток могут быть измерены для установления иерархии материалов в интересах. Эта иерархия называется гальванической серией и полезна для прогнозирования и понимания коррозии.

Коррозия удаление

Часто можно химически удалить продукты коррозии. Например, фосфорная кислота в форме военно -морского желе часто применяется к железнодорожным инструментам или поверхностям для удаления ржавчины. Удаление коррозии не следует путать с электрополизмом , которая удаляет некоторые слои базового металла, чтобы сделать гладкую поверхность. Например, фосфорная кислота также может использоваться для электрополистической меди, но она делает это путем удаления меди, а не продуктов коррозии меди.

Сопротивление коррозии

Некоторые металлы более устойчивы к коррозии, чем другие (для некоторых примеров см. Гальванические серии ). Существуют различные способы защиты металлов от коррозии (окисления), включая живописную гальванизацию, гальванизацию горячей дип , катодную защиту и их комбинации. ^{[ 5 ]}

Внутренняя химия

Золотые самородки не коррозируют, даже в геологическом масштабе времени.

Материалы, наиболее устойчивые к коррозии, - это материалы, для которых коррозия термодинамически неблагоприятна. Любая коррозионная продукция золота или платины, как правило, спонтанно разлагается на чистый металл, поэтому эти элементы можно найти в металлической форме на Земле и давно ценится. Более распространенные «базовые» металлы могут быть защищены только более временными средствами.

Некоторые металлы имеют естественную медленную кинетику реакции , хотя их коррозия термодинамически благоприятна. К ним относятся такие металлы, как цинк , магний и кадмий . Хотя коррозия этих металлов непрерывна и продолжается, это происходит с приемлемо медленной скоростью. Чрезвычайным примером является графит , который высвобождает большое количество энергии при окислении , но имеет такую медленную кинетику, что он эффективно невосприимчив к электрохимической коррозии в нормальных условиях.

Пассивация

Пассивация относится к спонтанной формированию ультрафийной пленки продуктов коррозии, известной как пассивная пленка, на поверхности металла, которая действует как барьер для дальнейшего окисления. Химический состав и микроструктура пассивной пленки отличаются от основного металла. Типичная толщина пассивной пленки на алюминиевом, нержавеющей стали и сплавах находится в пределах 10 нанометров. Пассивная пленка отличается от слоев оксидных слоев, которые образуются при нагревании и находятся в диапазоне толщины микрометра - пассивная пленка восстанавливается, если его удаляют или повреждены, тогда как оксидный слой нет. Пассивация в природных условиях, таких как воздух, вода и почва при умеренном рН, видно в таких материалах, как алюминий , нержавеющая сталь , титан и кремний .

Пассивация в первую очередь определяется металлургическими и окружающими факторами. Эффект pH суммируется с использованием диаграмм Pourbaix , но многие другие факторы влияют. Некоторые условия, которые ингибируют пассивацию, включают высокий рН для алюминия и цинка, низкий pH или присутствие хлоридных ионов для нержавеющей стали, высокую температуру для титана (в этом случае оксид растворяется в металл, а не на электролит) и фторидные ионы для силикона Полем С другой стороны, необычные условия могут привести к пассивации материалов, которые обычно незащищены, как щелочная среда бетона делает для стальной арматуры . Воздействие жидкого металла, такого как ртуть или горячая припоя, часто может обходить механизмы пассивации.

Коррозия в пассивированных материалах

Пассивация чрезвычайно полезна при смягчении коррозионного повреждения, однако даже высококачественный сплав будет коррозировать, если его способность сформировать пассивирующую пленку препятствует. Правильный выбор правильного класса материала для конкретной среды важен для долгосрочной производительности этой группы материалов. Если в пассивной пленке происходит распад из -за химических или механических факторов, результирующие основные способы коррозии могут включать в себя коррозию , коррозию , коррозию и коррозию напряжения .

Коррозия ячейки

Определенные условия, такие как низкие концентрации кислорода или высокие концентрации видов, таких как хлорид, которые соревнуются как анионы , могут мешать способности данного сплава переформировать пассивирующую пленку. В худшем случае почти вся поверхность останется защищенной, но крошечные локальные колебания ухудшат оксидную пленку в нескольких критических точках. Коррозия в этих точках будет значительно усилена и может вызвать коррозионные ямы нескольких типов, в зависимости от условий. В то время как коррозионные ямы только при довольно экстремальных обстоятельствах, они могут продолжать расти, даже когда условия возвращаются к норме, поскольку внутренняя часть ямы естественным образом лишается кислорода, а локально pH уменьшается до очень низких значений, а скорость коррозии увеличивается из -за увеличения из -за увеличения из -за увеличения от коррозии из -за увеличения. Автокаталитический процесс. В крайних случаях острые кончики чрезвычайно длинных и узких коррозионных ям могут вызвать концентрацию напряжения до такой степени, что в противном случае жесткие сплавы могут разбить; Тонкая пленка, пронзившая невидимо маленькую дыру, может скрыть яму размером с большой палец от обзора. Эти проблемы особенно опасны, потому что их трудно обнаружить перед частью или структурой терпит неудачу . Пытание остается одним из наиболее распространенных и разрушительных форм коррозии в пассивированных сплавах, ^{[ 6 ]} Но это может быть предотвращено контролем среды сплава.

Полученные результаты, когда небольшое отверстие или полость образуется в металле, обычно в результате депассивации небольшой площади. Эта область становится анодной, в то время как часть оставшегося металла становится катодной, создавая локализованную гальваническую реакцию. Ухудшение этой небольшой площади проникает в металл и может привести к сбою. Эта форма коррозии часто трудно обнаружить из-за того, что она обычно является относительно малой и может быть покрыта и скрыта соединениями, производимыми коррозией.

Сварная атака и атака ножниц

Нержавеющая сталь может создавать особые проблемы коррозии, поскольку ее пассивирующее поведение зависит от наличия основного легирующего компонента ( хром , по крайней мере, 11,5%). Из -за повышенных температур сварки и термообработки хром -карбиды могут образовываться в границах зерен нержавеющих сплавов. Эта химическая реакция лишает материала хрома в зоне вблизи границы зерна, что делает эти области гораздо менее устойчивыми к коррозии. Это создает гальваническую пару с хорошо защищенным сплавом поблизости, что приводит к «сварному распаду» (коррозия границ зерна в зонах, затронутых тепло,) в высоко коррозийных средах. Этот процесс может серьезно уменьшить механическую прочность сварных суставов с течением времени.

Говорят, что нержавеющая сталь «сенсибилизирована», если в микроструктуре образуются хромовые карбиды. Типичная микроструктура нормированной нержавеющей стали типа 304 не показывает признаков сенсибилизации, в то время как сильно сенсибилизированная сталь показывает присутствие осадков границы зерна. Темные линии в сенсибилизированной микроструктуре представляют собой сети хромовых карбидов, образованных вдоль границ зерна.

Специальные сплавы, либо с низким содержанием углерода, либо с добавленным углеродом, таким как титан и ниобий (в типах 321 и 347, соответственно), могут предотвратить этот эффект, но последнее требует особой термообработки после сварки, чтобы предотвратить аналогичный феномен «Атака ножниц». Как следует из названия, коррозия ограничена очень узкой зоной, прилегающей к сварному шва, часто всего несколько микрометров, что делает ее еще менее заметной.

Коррозия расщелины

Коррозия трещины - это локализованная форма коррозии, возникающая в ограниченных пространствах (щели), которой доступ к рабочей жидкости из окружающей среды ограничен. Образование дифференциальной аэрационной ячейки ^{[ необходимо дальнейшее объяснение ]} приводит к коррозии внутри щелей. Примерами щели являются пробелы и области контакта между частями, под прокладками или уплотнениями, внутренние трещины и швы, места, заполненные отложениями, и под кучами ила.

На коррозию трещины влияют тип щели (металлический металл, металлический металл), геометрия расщелины (размер, поверхностная отделка) и металлургические и экологические факторы. Восприимчивость к коррозии расщелины может быть оценена с помощью стандартных процедур ASTM. Критическая температура коррозии расщелины обычно используется для ранжирования устойчивости материала к щелевой коррозии.

Водородная канавка

В химической промышленности водородная канавка - это коррозия трубопроводов в канавках, создаваемых взаимодействием коррозионного агента, компонентов коррозированной трубы и водорода газа пузырьков . ^{[ 7 ]} Например, когда серная кислота ( H ₂ SO ₄ ) протекает через стальные трубы, железо в стали реагирует с кислотой с образованием пассивированного покрытия сульфата железа ( FESO ₄ ) и водородного газа ( H ₂ ). Покрытие сульфата железа защитит сталь от дальнейшей реакции; Однако, если пузырьки водорода связываются с этим покрытием, оно будет удалено. Таким образом, канавка может быть сформирована пузырьком путешествующего пузыря, обнажая больше стали кислоте, вызывая порочный цикл . Канавка усугубляется тенденцией последующих пузырьков следовать тому же пути.

Высокотемпературная коррозия

Высокотемпературная коррозия -это химическое ухудшение материала (обычно металл) в результате нагрева. Эта негалваническая форма коррозии может возникнуть, когда металл подвергается горячей атмосфере, содержащей кислород, серу (« сульфидирование ») или другие соединения, способные окислять (или содействовать окислению) соответствующему материалу. Например, материалы, используемые в аэрокосмической промышленности, производстве электроэнергии и даже в автомобильных двигателях, должны противостоять длительным периодам при высокой температуре, в течение которых они могут подвергаться воздействию атмосферы, содержащей потенциально высококоррозийные продукты сжигания.

Некоторые продукты высокотемпературной коррозии потенциально могут быть превращены в преимущество инженера. Например, образование оксидов на нержавеющих сталях может обеспечить защитный слой, предотвращающий дальнейшую атмосферную атаку, что позволяет использовать материал в течение длительных периодов как в комнате, так и в высоких температурах в враждебных условиях. Такие высокотемпературные продукты коррозии в виде глазури с компактированным слоем оксида , предотвращают или уменьшают износ во время высокотемпературного скользящего контакта металлических (или металлических и керамических) поверхностей. Термическое окисление также обычно используется для получения контролируемых наноструктур оксида, включая нанопроволоки и тонкие пленки.

Микробная коррозия

Микробная коррозия , или широко известная как микробиологическая коррозия (MIC), представляет собой коррозию, вызванную или способствующей микроорганизмами , обычно химиоаутотрофы . Это может применяться как к металлическим, так и к неметаллическим материалам, в присутствии или отсутствии кислорода. Сульфат-восстановительные бактерии активны в отсутствие кислорода (анаэробный); Они производят сероводород , вызывая сульфидное растрескивание . В присутствии кислорода (аэробика) некоторые бактерии могут непосредственно окислять железо до оксидов железа и гидроксидов, другие бактерии окисляют серу и продуцируют серную кислоту, вызывающую биогенную коррозию сульфида . Концентрационные клетки могут образовываться в отложениях коррозионных продуктов, что приводит к локализованной коррозии.

Ускоренная коррозия низкой воды (ALWC) является особенно агрессивной формой микрофона, которая поражает стальные свай в морской воде вблизи отметки низкого прилива. Он характеризуется оранжевым илом, который пахнет сероводородом при обработке кислотой. Скорости коррозии могут быть очень высокими, и вскоре могут быть превышены добычи конструктивной коррозии, что приведет к преждевременному сбору стальной кучи. ^{[ 8 ]} Сваи, которые были покрыты и имеют катодную защиту, установленную во время строительства, не подвержены ALWC. Для незащищенных свай жертвенные аноды могут быть установлены локально в пораженные области, чтобы препятствовать коррозии или может быть установлена полная модернизированная система жертвенных анодов. Пострадавшие участки также могут быть обработаны с использованием катодной защиты, используя либо жертвенные аноды, либо применение тока к инертному аноду для производства известнякового месторождения, что поможет защитить металл от дальнейшей атаки.

Металлическая пыль

Металлическая пыль -это катастрофическая форма коррозии, которая возникает, когда восприимчивые материалы подвергаются воздействию среды с высокой углеродной деятельностью, такими как синтез-газ и другие среды с высоким содержанием CO. Коррозия проявляется как разрыв массового металлического до металлического порошка. Во -первых, предполагаемый механизм представляет собой осаждение графитового слоя на поверхности металла, обычно из угарного газа (CO) в фазе пара. Считается, что этот графитный слой образует метастабильные виды M ₃ C (где M - металл), который мигрирует от поверхности металла. Однако в некоторых режимах не наблюдается видов M ₃ C, указывающего на прямую перенос атомов металлов в графитный слой.

Защита от коррозии

Различные обработки используются для замедления коррозионного повреждения металлических объектов, которые подвергаются воздействию погоды, соленой воды, кислот или других враждебных сред. Некоторые незащищенные металлические сплавы чрезвычайно уязвимы к коррозии, например, используемые в неодимиемных магнитах , которые могут размахивать или рассыпаться в порошок даже в сухих, стабильных температурных средах в помещении, если не обработано.

Поверхностная обработка

Когда обработка поверхности используется для снижения коррозии, необходимо использовать большую осторожность, чтобы обеспечить полное покрытие, без промежутков, трещин или дефектов руку. Небольшие дефекты могут выступать в качестве « ахиллесовой пятки », позволяя коррозии проникать в интерьер и нанести большой ущерб, даже когда внешний защитный слой остается, по -видимому, нетронутым в течение определенного периода времени.

Нанесенные покрытия

Накрытие , живопись и применение эмали являются наиболее распространенными антикоррозионными процедурами. Они работают, предоставляя барьер коррозионного материала между разрушительной средой и структурным материалом. Помимо косметических и производственных проблем, могут быть компромисс в механической гибкости по сравнению с сопротивлением истиранию и высокой температуре. Пластины обычно терпят неудачу только в небольших участках, но если покрытие является более благородным, чем субстрат (например, хром на стали), гальваническая пара вызовет любую открытую область гораздо быстрее, чем незапланированная поверхность. По этой причине часто бывает разумно тарелка с активным металлом, таким как цинк или кадмий . Если покрытие цинка недостаточно густо, поверхность скоро становится неприглядной с ржавой явной. Срок службы дизайна напрямую связан с толщиной металлического покрытия.

Покраска либо роликом, либо кистью более желательна для узких помещений; Спрей будет лучше для более крупных зон покрытия, таких как стальные колоды и набережная. Гибкие полиуретановые покрытия, такие как Durabak-M26, могут обеспечить антикоррозивное уплотнение с очень прочной устойчивой к скольжению мембраны. Окрашенные покрытия относительно просты в нанесении и имеют быстрое время сушки, хотя температура и влажность могут привести к варьированию сухого времени.

Реактивные покрытия

Если среда контролируется (особенно в рециркуляционных системах), ингибиторы коррозии к ней часто можно добавлять . Эти химические вещества образуют электрически изолирующее или химически непроницаемое покрытие на обнаженных металлических поверхностях, чтобы подавить электрохимические реакции. Такие методы делают систему менее чувствительной к царапинам или дефектам в покрытии, так как дополнительные ингибиторы могут быть доступны везде, где обнаруживается металл. Химические вещества, которые ингибируют коррозию, включают некоторые соли в жесткой воде (римские системы водоснабжения известны своими минеральными отложениями ), хроматами , фосфатами , полианилином , другими проводящими полимерами и широким спектром специально разработанных химических веществ, напоминающих поверхностно-активные вещества (т.е. цепные органические молекулы с ионными конечными группами).

Анодирование

Этот потомка восхождения анодирован желтой отделкой.

Алюминиевые сплавы часто подвергаются обработке поверхности. Электрохимические условия в ванне осторожно регулируются так, что однородные поры, шириной несколько нанометров , появляются в оксидной пленке металла. Эти поры позволяют оксиду расти намного толще, чем позволяли бы пассивирующие условия. В конце обработки поры могут запечатать, образуя более сильный, чем обычно поверхностный слой. Если это покрытие поцарапано, нормальные процессы пассивации вступают во владение для защиты поврежденной области.

Анодирование очень устойчива к выветриванию и коррозии, поэтому оно обычно используется для фасадов здания и других областей, где поверхность будет регулярно контакт с элементами. Будучи устойчивым, его нужно часто чистить. Если оставить без очистки, окрашивание краем панели будет естественным образом. Анодизация - это процесс преобразования анода в катод путем обеспечения более активного анода в контакт с ним.

Биоплентные покрытия

Новая форма защиты была разработана путем применения определенных видов бактериальных пленок на поверхность металлов в высоко коррозийных средах. Этот процесс существенно увеличивает коррозионную стойкость. антимикробного производства Альтернативно, биопленки могут использоваться для ингибирования коррозии мягкой стали из сульфат-восстановительных бактерий . ^{[ 9 ]}

Контролируемая проницаемость

Контролируемая проницаемость Фола (CPF) - это метод предотвращения коррозии армирования путем естественного повышения долговечности крышки во время размещения бетона. CPF использовался в средах для борьбы с эффектами карбонизации , хлоридов, мороза и истирания.

Катодная защита

Катодная защита (CP) - это метод контроля коррозии металлической поверхности, делая ее катодом электрохимической ячейки . Системы катодной защиты чаще всего используются для защиты стальных трубопроводов и резервуаров; Стальные кучи , корабли и оффшорные масляные платформы .

Жертвенная защита анодов

Для эффективного CP потенциал стальной поверхности поляризован (толкнут) более отрицательным, пока поверхность металла не получит равномерный потенциал. С равномерным потенциалом движущая сила для коррозионной реакции остановлена. Для гальванических систем CP материал анода корредирует под воздействием стали, и в конечном итоге его необходимо заменить. Поляризация потенциале вызвана потоком тока от анода к катоду, вызванной разницей в электрода между анодом и катодом. Наиболее распространенными материалами жертвенных анодов являются алюминий, цинк, магний и связанные сплавы. Алюминий обладает самой высокой способностью, а магний имеет самое высокое напряжение вождения и, таким образом, используется там, где сопротивление выше. Цинк - это общее назначение и основа для оцинкования.

Ряд проблем связан с жертвенными анодами. Среди них, с точки зрения окружающей среды, находится высвобождение цинка, магния, алюминия и тяжелых металлов, таких как кадмий , в окружающую среду, включая морскую воду. С рабочей точки зрения, системы жертвенных анодов считаются менее точными, чем современные системы катодной защиты, такие как впечатленные системы катодной защиты (ICCP). Их способность обеспечивать необходимую защиту должна регулярно проверять с помощью подводных осмотров дайверами. Кроме того, поскольку они имеют конечную жизнь, жертвенные аноды должны регулярно заменяться с течением времени. ^{[ 10 ]}

Впечатленная текущая катодная защита

Для более крупных структур гальванические аноды не могут экономически обеспечить достаточно тока, чтобы обеспечить полную защиту. катодной защиты Впечатленные текущие системы (ICCP) используют аноды, подключенные к источнику питания постоянного тока (например, выпрямитель катодной защиты ). Аноды для систем ICCP представляют собой трубчатые и сплошные стержни различных специализированных материалов. К ним относятся высокий кремниевый чугун , графит, смешанный оксид металлов или платиновый титан или стержень с покрытием ниобия и провода.

Анодная защита

Анодная защита впечатляет анодный ток на структуре, которая должна быть защищена (напротив катодной защиты). Он подходит для металлов, которые демонстрируют пассивность (например, нержавеющая сталь) и соответственно небольшой пассивный ток в широком спектре потенциалов. Он используется в агрессивной среде, таких как растворы серной кислоты. Анодная защита - это электрохимический метод защиты от коррозии, сохраняя металл в пассивном состоянии

Скорость коррозии

Образование оксидного слоя описывается моделью сделки -гровой , которая используется для прогнозирования и контроля образования слоя оксида в различных ситуациях. Простой тест на измерение коррозии - это метод потери веса. ^{[ 11 ]} Метод включает в себя обнаружение чистого взвешенного куска металла или сплава в коррозийную среду в течение определенного времени, за которым следует чистка для удаления продуктов коррозии и взвешивания кусочка, чтобы определить потерю веса. Скорость коррозии ( $r$ ) рассчитывается как

R={\frac {kW}{\rho At}}

Если $k$ является постоянной, $w$ - потеря веса металла во времени $t$ , $a$ - это площадь поверхности обнаженного металла, а $ρ$ - плотность металла (в г/см. ³).

Другими распространенными выражениями для скорости коррозии являются глубина проникновения и изменение механических свойств.

Экономическое воздействие

США В 2002 году Федеральная администрация шоссе опубликовала исследование под названием «Затраты на коррозию и профилактические стратегии в Соединенных Штатах» на прямые затраты, связанные с металлической коррозией в отрасли США. В 1998 году общая годовая прямая стоимость коррозии в США примерно 276 миллиардов долларов (или 3,2% валового внутреннего продукта США в то время). ^{[ 12 ]} Разбитые на пять конкретных отраслей промышленности, экономические потери составляют 22,6 млрд. Долл. США в виде инфраструктуры, 17,6 млрд. Долл. США в производстве и производстве, 29,7 млрд. Долл. США в виде транспорта, 20,1 млрд долл. США и 47,9 млрд долл. США в коммунальных услугах. ^{[ 13 ]}

Ржавчина является одной из наиболее распространенных причин аварий на мостовой части. Поскольку ржавчина вытесняет гораздо больший объем, чем исходная масса железа, его наращивание также может вызвать сбой, вытесняя соседние компоненты. Это было причиной коллапса моста реки Миана в 1983 году, когда поддержание подшипников заржали внутренне и оттолкнула один угол дорожной плиты с его поддержки. Три водителя на проезжей части в то время погибли, когда плита упала в реку внизу. Следующее расследование NTSB показало, что утечка на дороге была заблокирована для перезагрузки дороги, и не был разблокирован; В результате сток вода проникла в подвешители поддержки. Руста также была важным фактором в стихийном бедствии Серебряного моста в 1967 году в Западной Вирджинии , когда в течение минуты рухнул стальной подвесной мост , убив 46 водителей и пассажиров, которые были на мосту в то время.

Аналогичным образом, коррозия покрытой бетоном стали и железа может привести к размахиванию бетона , создавая серьезные проблемы с конструкцией. Это один из наиболее распространенных режимов отказа от железобетонных мостов . Измерительные приборы, основанные на полуэлементном потенциале, могут обнаружить потенциальные места коррозии до достижения полного разрушения бетонной конструкции.

До 20–30 лет назад оцинкованная стальная труба широко использовалась в системах питьевой воды для жителей для одиночных и многоквартирных жителей, а также для коммерческого и общественного строительства. Сегодня эти системы давно потребляли защитный цинк и корродируют внутренне, что приводит к плохому качеству воды и сбоям труб. ^{[ 14 ]} Экономическое влияние на домовладельцев, жителей кондо и общественной инфраструктуры оценивается в 22 миллиарда долларов, поскольку страховая отрасль фигурирует для волны претензий из -за неудач труб.

Коррозия в неметаллах

Большинство керамических материалов почти полностью невосприимчивы к коррозии. Сильные химические связи , которые скрепляют их вместе, оставляют очень мало свободной химической энергии в структуре; Их можно рассматривать как уже коррозированные. Когда возникает коррозия, это почти всегда простое растворение материала или химической реакции, а не электрохимический процесс. Распространенным примером защиты от коррозии в керамике является извести, добавленную в содовое стекло, чтобы уменьшить растворимость в воде; Хотя он не так растворим, как чистый силикат натрия , нормальное стекло образует субмикроскопические недостатки при воздействии влаги. Из -за своей хрупкости такие недостатки вызывают резкое снижение прочности стеклянного объекта в течение первых нескольких часов при комнатной температуре.

Коррозия полимеров

Разложение полимера включает в себя несколько сложных и часто плохо изученных физиохимических процессов. Они поразительно отличаются от других процессов, обсуждаемых здесь, и поэтому термин «коррозия» применяется только в свободном смысле этого слова. Из -за их большой молекулярной массы очень мало энтропии можно получить, смешивая данную массу полимера с другим веществом, что делает их в целом довольно трудным для растворения. В то время как растворение является проблемой в некоторых полимерных приложениях, с ним относительно просто спроектировать.

Более распространенной и связанной проблемой является «отека», где малые молекулы проникают в структуру, снижая прочность и жесткость и вызывая изменение объема. И наоборот, многие полимеры (особенно гибкий винил ) намеренно набухают пластификаторами , которые могут быть выщелачиваются из структуры, вызывая хрупкость или другие нежелательные изменения.

Однако наиболее распространенной формой деградации является уменьшение длины полимерной цепи. Механизмы, которые разбивают полимерные цепи, знакомы биологам из -за их влияния на ДНК : ионизирующее излучение (чаще всего ультрафиолетовое свет), свободные радикалы и окислители, такие как кислород, озон и хлор . Озоновое растрескивание -это хорошо известная проблема, натуральная каучука например, . Пластиковые добавки могут замедлить этот процесс очень эффективно и могут быть такими же простыми, как ультрафиолетовый пигмент (например, диоксид титана или углеродный черный ). Пластиковые пакеты для покупок часто не включают эти добавки, так что они легче разбиваться в качестве ультрадисменных частиц мусора .

Коррозия стекла

Стекло характеризуется высокой степенью коррозионной стойкости. Из -за его высокой водостойкости он часто используется в качестве первичного упаковочного материала в фармацевтической промышленности, поскольку большинство лекарств сохраняются в водяном растворе. ^{[ 15 ]} Помимо водонепроницаемости, стекло также устойчиво при воздействии определенных химически-агрессивных жидкостей или газов.

Стеклянная болезнь - это коррозия силикатных очков в водных растворах . Он регулируется двумя механизмами: диффузия - контролируемое выщелачивание (ионообмен) и гидролитическое растворение стеклянной сети. ^{[ 16 ]} Оба механизма сильно зависят от рН контактирующего раствора: скорость ионного обмена уменьшается с рН как 10 ^−0,5PH, в то время как скорость гидролитического растворения увеличивается с pH как 10 ^{0,5 / ч}. ^{[ 17 ]}

Математически, скорости коррозии очков характеризуются нормализованными скоростями коррозии элементов $NR I$ (G/CM ²· D), которые определяются как соотношение общего количества высвобождаемых видов в воду $M i$ (g) к площади поверхности поверхности воды $S$ (CM ²), время контакта $t$ (дни) и содержание весовой фракции элемента в стекле $F I$ :

\mathrm {NR} _{i}={\frac {M_{i}}{Sf_{i}t}}

.

Общая скорость коррозии представляет собой сумму вкладов из обоих механизмов (выщелачивание + растворение): $nr i = nr x i + nr h$ . Диффузионное контролируемое выщелачивание (ионное обмен) характерно для начальной фазы коррозии и включает замена щелочных ионов в стекле гидронием (H ₃ O ⁺) Ион из решения. Это вызывает ионно-селективное истощение ближних поверхностных слоев очков и дает зависимость от скорости коррозии в обратном квадратном уровне со временем воздействия. Нормализованная скорость выщелачивания катионов с контролируемой диффузией (г/см ²· D) дается как:

\mathrm {NR} x_{i}=2\rho {\sqrt {\frac {D_{i}}{\pi t}}}

,

где $t$ время, $D I$ является $эффективным$ коэффициентом диффузии (см. ²/d), что зависит от рН контактирующей воды как $d i = d i 0 \cdot 10 -Ph$ и $ρ$ - плотность стекла (г/см ³).

Растворение стеклянной сети характерно для более поздних этапов коррозии и вызывает конгруэнтное высвобождение ионов в водный раствор с зависимой от времени скоростью в разбавленных растворах (г/см. ²· D):

\mathrm {NR} h=\rho r_{h}

,

где $r h$ - скорость стационарного гидролиза (растворение) стекла (см/сут). В закрытых системах потребление протонов из водной фазы увеличивает pH и вызывает быстрый переход к гидролизу. ^{[ 18 ]} Тем не менее, дальнейшее насыщение раствора с кремнеземами препятствует гидролизу и приводит к возвращению стекла к ионо-обмену; Например, диффузионный режим коррозии, контролируемый диффузией.

В типичных природных условиях нормализованные скорости коррозии силикатных очков очень низки и имеют порядок 10 ⁻⁷ до 10 ⁻⁵ G/(см ²· D). Очень высокая долговечность силикатных стаканов в воде делает их подходящими для иммобилизации опасных и ядерных отходов.

Стекло -коррозионные тесты

Существует многочисленные стандартизированные процедуры для измерения коррозии (также называемой химической долговечности ) стекла в нейтральных, основных и кислых средах, в моделируемых условиях окружающей среды, в моделируемой жидкости тела, при высокой температуре и давлении, ^{[ 20 ]} и в других условиях.

Стандартная процедура ISO 719 ^{[ 21 ]} Описывает проверку экстракции водорастворимых основных соединений в нейтральных условиях: 2 г стекла, размер частиц 300–500 мкм, хранится в течение 60 мин в 50 мл деионизированной воды 2 степени при 98 ° C; 25 мл полученного раствора титруют против 0,01 моль/л HCl раствора . Объем HCl, необходимый для нейтрализации, классифицируется в соответствии с таблицей ниже.

Количество 0,01 млн. HCl, необходимое для нейтрализации извлеченных основных оксидов, ML	Извлеченный NA ₂ O эквивалент, мкг	Гидролитический сорт
<0,1	<31	1
0.1-0.2	31-62	2
0.2-0.85	62-264	3
0.85-2.0	264-620	4
2.0-3.5	620-1085	5
> 3.5	> 1085	> 5

Стандартизированный тест ISO 719 не подходит для стаканов с плохими или не извлеченными щелочными компонентами, но которые все еще подвергаются атакованию водой; Например, кварцевое стекло, B ₂ O ₃ стекло или P ₂ O ₅ стекло.

Обычные очки дифференцируются в следующие классы:

Гидролитический класс 1 (тип I): этот класс, который также называется нейтральным стеклом, включает в себя боросиликатные очки (например, Duran , Pyrex , Fiolax). Стекло этого класса содержит необходимые количества оксидов бора , оксидов алюминия и оксидов щелочной земли . Через свой состав нейтральный стекло обладает высокой сопротивлением к температурным амортизаторам и самой высокой гидролитической сопротивлении. Против кислотных и нейтральных растворов он показывает высокую химическую устойчивость, из -за его плохого содержания щелочи против щелочных растворов.
Гидролитический класс 2 (тип II): этот класс обычно содержит натриевые силикатные очки с высокой гидролитической сопротивлением посредством отделки поверхности. Силикатное стекло натрия представляет собой силикатное стекло, которое содержит щелочную и щелочную оксид Земли , в первую очередь оксид натрия и оксид кальция .
Гидролитический класс 3 (тип III): стекло 3 -го гидролитического класса обычно содержит натриевые силикатные очки и обладает средним гидролитическим сопротивлением, которое в два раза беднее, чем у стекла 1 типа. Acid Class DIN 12116 и Alkali Class DIN 52322 (ISO 695) следует отличить от гидролитического класса DIN 12111 (ISO 719).

Смотрите также

Анаэробная коррозия - коррозия металла, возникающая в присутствии аноксических водных
Бактериальная анаэробная коррозия -бактериально-индуцированное окисление металлических
Метка химической опасности - символ предупреждения о местах или
Corrosion Engineering - область инженерии, занимающихся проектированием материалов, которые противостоят коррозии
Коррозия в пространстве - Коррозия материалов, встречающихся в космосе
Коррозионное вещество - постепенное разрушение материалов с помощью химической реакции с его
Циклические испытания на коррозию - тесты на коррозию, при которых окружающая среда, температура и/или другие параметры регулярно циклировались. Часто эти циклы используются для оценки коррозии ускоренным образом.
Dimetcote - используется для стальной коррозионной стойкости
Измерение электрического удельного сопротивления бетона
Электроотрицательность - тенденция атома привлекать общую пару электронов
Площадь стресса окружающей среды - разрушение материала
Парадокс Фарадея (электрохимия) - разрешенный парадокс в электрохимии
Фворитные пластиковые резервуары и сосуды
Судебно -медицинская экспертиза - расследование неудач, связанных с юридическим вмешательством
Анализатор водорода -
Водородное охлаждение - снижение пластичности металла, подвергнутого водороду
Кельвинский зондский силовой микроскоп - бесконтактный вариант атомной силовой микроскопии
Периодическая таблица - табличное расположение химических элементов, упорядоченных атомным номером
Устойчивость к ячечкам эквивалентное число - прогнозное измерение сопротивления нержавеющей стали к локализованной коррозии ямы
Окислительно -восстановительный - химическая реакция, в которой изменяются состояния окисления атомов
Потенциал восстановления - мера тенденции вещества к получению или потере электронов
Rouging - форма коррозии, применимая к
распыление соля Тест на
Сканирование вибрирующего электрода Техника
Коррозия стресса, растрескивание - рост трещин в коррозионной среде
Трибокоррозия - деградация материала из -за коррозии и износа.
Цинк -вредители - тип коррозии в цинке

Ссылки

^ «Коррозия | окисление, электрохимическое, ржавое | Британская» . www.britannica.com . 2023-08-03 . Получено 2023-08-08 .
^ Джонс, Денни А. (1991). Принципы и предотвращение коррозии . Нью -Йорк: Торонто: Нью -Йорк: Macmillan Pub. Co.; Кольер Макмиллан Канада; Maxwell Macmillan International Pub. Группа. ISBN 978-0-02-361215-2 .
^ Хоффман, Роберт С.; Бернс, Мишель М.; Госселин, Софи (2020). «Приглашение едких веществ». Новая Англия Журнал медицины . 382 (18): 1739–1748. doi : 10.1056/nejmra1810769 . PMID 32348645 .
^ Нвага, Нзуб. «Статистическое исследование коррозии мягкой стали в солевых средах» .
^ «Методы защиты от коррозии» . Технология трубопровода и продукты. Архивировано с оригинала 10 февраля 2012 года . Получено 31 января 2012 года .
^ «Различные типы коррозии: коррозия утилизация - причины и профилактика» . CorrosionClinic.com . WebCorr Corrosion Consulting Services. Архивировано из оригинала 2022-09-13 . Получено 2022-09-13 .
^ «Влияние серной кислоты на резервуары для хранения» . Архивировано с оригинала 2019-09-13 . Получено 2019-10-27 .
^ Je Breackell, M Siegwart, K Foster, D Marshall, M Hodgson, R Cottis, S Lyon (2005). Управление ускоренной низкой коррозией воды в стальных морских конструкциях , том 634 серии Ciria, ISBN 0-86017-634-7
^ Р. Зуо; Д. Орнек; BC Syrett; RM зеленый; C.-H. HSU; FB Mansfeld; TK Wood (2004). «Ингибирование коррозии мягкой стали из сульфат-восстановительных бактерий с использованием антимикробных биопленок в процессной воде с трехмильными островами». Приложение Микробиол. Биотехнол . 64 (2): 275–283. doi : 10.1007/s00253-003-1403-7 . PMID 12898064 . S2CID 20734181 .
^ «Жертвный анод: что это? Когда вы должны заменить» . Hydrosolution.com . Гидрооборот. 20 января 2020 года. Архивировано с оригинала 2022-09-13 . Получено 2022-09-13 . Большинство производителей водонагревателя рекомендуют осмотреть состояние жертвенного анода каждый (1) до трех (3) лет и заменить его, когда он был потреблен более 50%
^ Schweitzer, Philip A. (2010). Основы коррозии - механизмы, причины и профилактические методы . Тейлор и Фрэнсис Группа. п. 25. ISBN 978-1-4200-6770-5 .
^ Кох, Герхардус Х.; Brongers, Michiel PH; Томпсон, Нил Дж.; Вирмани, Ю. Пол; Плательщик, Джо Х. (сентябрь 2001 г.). «Затраты на коррозию и превентивные стратегии в Соединенных Штатах» . CC Technologies Laboratories, Inc. Федеральное управление шоссе (FHWA). Архивировано из оригинала 2011-07-08.
^ «NACE CORROSION ESPENCE» . COR-PRO.com . Нок 2013-11-12. Архивировано из оригинала 2014-09-11 . Получено 16 июня 2014 года .
^ Даниэль Роблс. «Оценка состояния трубы для питьевой воды для высокопоставленного кондоминиума на северо -западе Тихого океана» . GSG Group, Inc. Дэн Роблс, PE. Архивировано с оригинала 29 декабря 2017 года . Получено 10 декабря 2012 года .
^ Boltres, Bettine (2015). Когда стекло встречает фарма: понимание стекла в качестве основного упаковочного материала . Редактор Кантор. ISBN 978-3-87193-432-2 .
^ Варшнея, А.К. (1994). Основы неорганических очков . Gulf Professional Publishing. ISBN 0127149708 Полем Архивировано из оригинала 2023-02-14 . Получено 2016-01-05 .
^ Ojovan, MI; Ли, мы (2007). Новые разработки в стеклянных ядерных отходах . Нью -Йорк: Nova Science Publishers. п. 100 фр. ISBN 978-1600217838 Полем Архивировано из оригинала 2023-02-14 . Получено 2016-01-05 .
^ Коррозия стекла, керамики и керамических сверхпроводников . De Clark, Bk Zoitos (Eds.), William Andrew Publishing/Noyes (1992) ISBN 081551283X .
^ Расчет химической долговечности (гидролитический класс) очков, архивированный 2007-11-05 на машине Wayback . GlassProperties.com. Получено на 2012-07-15.
^ «Тестирование гидратации пара (VHT)» . Vscht.cz . Архивировано из оригинала 14 декабря 2007 года . Получено 2012-07-15 .
^ «Процедура 719» . Международная организация по стандартизации . 1985. Архивировано из оригинала 2018-03-14 . Получено 2012-07-15 .

Дальнейшее чтение

Джонс, Денни А. (1996). Принципы и предотвращение коррозии . Верхняя седл -река, Нью -Джерси: Прентис Холл. ISBN 0-13-359993-0 Полем OCLC 32664979 .

[1] «Коррозия | окисление, электрохимическое, ржавое | Британская» . www.britannica.com . 2023-08-03 . Получено 2023-08-08 .

[2] Джонс, Денни А. (1991). Принципы и предотвращение коррозии . Нью -Йорк: Торонто: Нью -Йорк: Macmillan Pub. Co.; Кольер Макмиллан Канада; Maxwell Macmillan International Pub. Группа. ISBN 978-0-02-361215-2 .

[3] Хоффман, Роберт С.; Бернс, Мишель М.; Госселин, Софи (2020). «Приглашение едких веществ». Новая Англия Журнал медицины . 382 (18): 1739–1748. doi : 10.1056/nejmra1810769 . PMID 32348645 .

[4] Нвага, Нзуб. «Статистическое исследование коррозии мягкой стали в солевых средах» .

[5] «Методы защиты от коррозии» . Технология трубопровода и продукты. Архивировано с оригинала 10 февраля 2012 года . Получено 31 января 2012 года .

[6] «Различные типы коррозии: коррозия утилизация - причины и профилактика» . CorrosionClinic.com . WebCorr Corrosion Consulting Services. Архивировано из оригинала 2022-09-13 . Получено 2022-09-13 .

[7] «Влияние серной кислоты на резервуары для хранения» . Архивировано с оригинала 2019-09-13 . Получено 2019-10-27 .

[8] Je Breackell, M Siegwart, K Foster, D Marshall, M Hodgson, R Cottis, S Lyon (2005). Управление ускоренной низкой коррозией воды в стальных морских конструкциях , том 634 серии Ciria, ISBN 0-86017-634-7

[9] Р. Зуо; Д. Орнек; BC Syrett; RM зеленый; C.-H. HSU; FB Mansfeld; TK Wood (2004). «Ингибирование коррозии мягкой стали из сульфат-восстановительных бактерий с использованием антимикробных биопленок в процессной воде с трехмильными островами». Приложение Микробиол. Биотехнол . 64 (2): 275–283. doi : 10.1007/s00253-003-1403-7 . PMID 12898064 . S2CID 20734181 .

[10] «Жертвный анод: что это? Когда вы должны заменить» . Hydrosolution.com . Гидрооборот. 20 января 2020 года. Архивировано с оригинала 2022-09-13 . Получено 2022-09-13 . Большинство производителей водонагревателя рекомендуют осмотреть состояние жертвенного анода каждый (1) до трех (3) лет и заменить его, когда он был потреблен более 50%

[11] Schweitzer, Philip A. (2010). Основы коррозии - механизмы, причины и профилактические методы . Тейлор и Фрэнсис Группа. п. 25. ISBN 978-1-4200-6770-5 .

[12] Кох, Герхардус Х.; Brongers, Michiel PH; Томпсон, Нил Дж.; Вирмани, Ю. Пол; Плательщик, Джо Х. (сентябрь 2001 г.). «Затраты на коррозию и превентивные стратегии в Соединенных Штатах» . CC Technologies Laboratories, Inc. Федеральное управление шоссе (FHWA). Архивировано из оригинала 2011-07-08.

[13] «NACE CORROSION ESPENCE» . COR-PRO.com . Нок 2013-11-12. Архивировано из оригинала 2014-09-11 . Получено 16 июня 2014 года .

[14] Даниэль Роблс. «Оценка состояния трубы для питьевой воды для высокопоставленного кондоминиума на северо -западе Тихого океана» . GSG Group, Inc. Дэн Роблс, PE. Архивировано с оригинала 29 декабря 2017 года . Получено 10 декабря 2012 года .

[15] Boltres, Bettine (2015). Когда стекло встречает фарма: понимание стекла в качестве основного упаковочного материала . Редактор Кантор. ISBN 978-3-87193-432-2 .

[16] Варшнея, А.К. (1994). Основы неорганических очков . Gulf Professional Publishing. ISBN 0127149708 Полем Архивировано из оригинала 2023-02-14 . Получено 2016-01-05 .

[17] Ojovan, MI; Ли, мы (2007). Новые разработки в стеклянных ядерных отходах . Нью -Йорк: Nova Science Publishers. п. 100 фр. ISBN 978-1600217838 Полем Архивировано из оригинала 2023-02-14 . Получено 2016-01-05 .

[18] Коррозия стекла, керамики и керамических сверхпроводников . De Clark, Bk Zoitos (Eds.), William Andrew Publishing/Noyes (1992) ISBN 081551283X .

[19] Расчет химической долговечности (гидролитический класс) очков, архивированный 2007-11-05 на машине Wayback . GlassProperties.com. Получено на 2012-07-15.

[20] «Тестирование гидратации пара (VHT)» . Vscht.cz . Архивировано из оригинала 14 декабря 2007 года . Получено 2012-07-15 .

[21] «Процедура 719» . Международная организация по стандартизации . 1985. Архивировано из оригинала 2018-03-14 . Получено 2012-07-15 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]