Коррозия

Коррозия — это естественный процесс , который превращает очищенный металл в более химически стабильный оксид . Это постепенное разрушение материалов (обычно металла) в результате химической или электрохимической реакции с окружающей средой. Коррозионная инженерия — это область, посвященная 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. Ржавление , образование красно-оранжевых оксидов железа , является хорошо известным примером электрохимической коррозии. Этот тип коррозии обычно приводит к образованию оксидов или солей исходного металла и приводит к появлению характерной окраски. Коррозия также может возникать в материалах, отличных от металлов, таких как керамика или полимеры , хотя в этом контексте более распространен термин «деградация». Коррозия ухудшает полезные свойства материалов и конструкций, в том числе механическую прочность, внешний вид, проницаемость для жидкостей и газов. Коррозионные вещества отличаются от едких: первое подразумевает механическое разложение, второе — химическое. ^[3]

Многие конструкционные сплавы корродируют просто под воздействием влаги воздуха, но на этот процесс может сильно повлиять воздействие определенных веществ. Коррозия может быть сосредоточена локально с образованием ямки или трещины или может распространяться на большую площадь, более или менее равномерно разъедая поверхность. Поскольку коррозия представляет собой процесс, контролируемый диффузией , она возникает на открытых поверхностях. В результате методы снижения активности открытой поверхности, такие как пассивация и хроматная конверсия , 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 предмета из железа происходит окисление, и это место ведет себя как анод . Электроны , выпущенные в этом анодном пятне, перемещаются через металл в другое место на объекте и восстанавливают кислород в этом месте в присутствии H. ⁺ (который, как полагают, можно получить из угольной кислоты ( H ₂ CO ₃ ) образуется при растворении углекислого газа из воздуха в воду во влажном воздушном состоянии атмосферы. Ионы водорода в воде могут также появиться за счет растворения других кислотных оксидов из атмосферы). Это пятно ведет себя как катод .

Гальваническая коррозия [ править ]

Гальваническая коррозия возникает, когда два разных металла имеют физический или электрический контакт друг с другом и погружены в общий электролит , или когда один и тот же металл подвергается воздействию электролита с разными концентрациями. В гальванической паре более активный металл (анод) корродирует с ускорением, а более благородный металл (катод) – с меньшей скоростью. При раздельном погружении каждый металл ржавеет со своей скоростью. Какой тип металла(ов) использовать, легко определить, следуя гальваническому ряду . Например, цинк часто используется в качестве жертвенного анода для стальных конструкций. Гальваническая коррозия представляет большой интерес для морской промышленности, а также везде, где вода (содержащая соли) контактирует с трубами или металлическими конструкциями.

такие факторы, как относительный размер анода , тип металла и условия эксплуатации ( температура , влажность , соленость и т. д.). На гальваническую коррозию влияют ^[4] Соотношение площадей поверхностей анода и катода напрямую влияет на скорость коррозии материалов. Гальваническую коррозию часто можно предотвратить использованием жертвенных анодов .

Гальваническая серия [ править ]

комнатной температуры В любой конкретной среде (одна стандартная среда — аэрированная морская вода ) 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 аналогично конкуренции за свободные электроны между двумя материалами. Используя электролит как хозяин для потока ионов в том же направлении, благородный металл будет отбирать электроны у активного. Результирующий массовый расход или электрический ток можно измерить, чтобы установить иерархию материалов в интересующей среде. Эта иерархия называется гальваническим рядом и полезна для прогнозирования и понимания коррозии.

Удаление коррозии [ править ]

Зачастую продукты коррозии можно удалить химическим путем. Например, фосфорную кислоту в виде морского желе часто наносят на инструменты или поверхности из черных металлов для удаления ржавчины. Удаление коррозии не следует путать с электрополировкой , при которой удаляются некоторые слои основного металла, чтобы поверхность стала гладкой. Например, фосфорную кислоту также можно использовать для электрополировки меди, но при этом удаляется медь, а не продукты коррозии меди.

Устойчивость к коррозии [ править ]

Некоторые металлы более устойчивы к коррозии, чем другие (некоторые примеры см. в разделе «Гальванический ряд »). Существуют различные способы защиты металлов от коррозии (окисления), включая покраску, горячее цинкование , катодную защиту и их комбинации. ^[5]

химия Внутренняя

Золотые самородки не подвергаются естественной коррозии даже в геологических масштабах времени.

Наиболее устойчивыми к коррозии являются материалы, для которых коррозия термодинамически невыгодна. Любые продукты коррозии золота или платины имеют свойство самопроизвольно разлагаться на чистый металл, поэтому эти элементы можно найти на Земле в металлической форме и издавна ценят. Более распространенные «неблагородные» металлы можно защитить только временными средствами.

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

Пассивация [ править ]

Под пассивацией понимается самопроизвольное образование на поверхности металла сверхтонкой пленки продуктов коррозии, известной как пассивная пленка, которая действует как барьер для дальнейшего окисления. Химический состав и микроструктура пассивной пленки отличаются от основного металла. Типичная толщина пассивной пленки на алюминии, нержавеющих сталях и сплавах находится в пределах 10 нанометров. Пассивная пленка отличается от оксидных слоев, которые образуются при нагревании и имеют толщину микрометра: пассивная пленка восстанавливается при удалении или повреждении, а оксидный слой - нет. Пассивация в природных средах, таких как воздух, вода и почва, при умеренном pH наблюдается у таких материалов, как алюминий , нержавеющая сталь , титан и кремний .

Пассивация в первую очередь определяется металлургическими и экологическими факторами. Влияние pH суммируется с помощью диаграмм Пурбе , но влияние оказывают и многие другие факторы. Некоторые условия, которые препятствуют пассивации, включают высокий pH для алюминия и цинка, низкий pH или присутствие ионов хлорида для нержавеющей стали, высокую температуру для титана (в этом случае оксид растворяется в металле, а не в электролите) и фтора ионы для кремния. . С другой стороны, необычные условия могут привести к пассивации материалов, которые обычно не защищены, как в щелочной среде бетона это происходит со стальной арматурой . Воздействие жидкого металла, такого как ртуть , или горячего припоя часто может обойти механизмы пассивации.

материалов пассивированных Коррозия

Пассивация чрезвычайно полезна для уменьшения коррозионных повреждений, однако даже высококачественный сплав будет подвергаться коррозии, если будет ограничена его способность образовывать пассивирующую пленку. Правильный выбор материала, подходящего для конкретной среды, важен для долгосрочной эксплуатации этой группы материалов. Если в пассивной пленке происходит разрушение из-за химических или механических факторов, основные виды коррозии могут включать питтинговую коррозию , щелевую коррозию и коррозионное растрескивание под напряжением .

Питтинговая коррозия [ править ]

Определенные условия, такие как низкие концентрации кислорода или высокие концентрации таких веществ, как хлориды, которые конкурируют как анионы , могут препятствовать способности данного сплава повторно формировать пассивирующую пленку. В худшем случае почти вся поверхность останется защищенной, но небольшие локальные колебания разрушат оксидную пленку в нескольких критических точках. Коррозия в этих точках будет значительно усилена и в зависимости от условий может вызвать коррозионные язвы нескольких типов. Хотя коррозионные язвы зарождаются только в весьма экстремальных обстоятельствах, они могут продолжать расти даже тогда, когда условия возвращаются к нормальным, поскольку внутренняя часть язвы естественным образом лишена кислорода, а локально pH снижается до очень низких значений, а скорость коррозии увеличивается из-за автокаталитический процесс. В крайних случаях острые кончики чрезвычайно длинных и узких коррозионных язв могут вызвать концентрацию напряжений до такой степени, что в противном случае прочные сплавы могут разрушиться; тонкая пленка с невидимо маленьким отверстием может скрыть от глаз ямку размером с большой палец. Эти проблемы особенно опасны, поскольку их трудно обнаружить до того, как деталь или конструкция терпит неудачу . Питтинг остается одной из наиболее распространенных и разрушительных форм коррозии пассивированных сплавов. ^[6] но этого можно предотвратить, контролируя окружающую среду сплава.

Питтинг возникает, когда в металле образуется небольшое отверстие или полость, обычно в результате депассивации небольшой площади. Эта область становится анодной, а часть оставшегося металла становится катодной, вызывая локализованную гальваническую реакцию. Разрушение этого небольшого участка проникает в металл и может привести к выходу из строя. Эту форму коррозии часто трудно обнаружить из-за того, что она обычно относительно невелика и может быть покрыта и скрыта соединениями, образующимися в результате коррозии.

Распад сварного шва и разрушение по ножевой линии [ править ]

Нержавеющая сталь может создавать особые проблемы с коррозией, поскольку ее пассивирующее поведение зависит от присутствия основного легирующего компонента ( хрома , не менее 11,5%). Из-за повышенных температур сварки и термообработки карбиды хрома могут образовываться на границах зерен нержавеющих сплавов. Эта химическая реакция лишает материал хрома в зоне вблизи границ зерен, что делает эти области гораздо менее устойчивыми к коррозии. При этом создается гальваническая пара с хорошо защищенным сплавом рядом, что приводит к «распаду сварного шва» (коррозии границ зерен в зонах термического влияния) в высокоагрессивных средах. Этот процесс со временем может серьезно снизить механическую прочность сварных соединений.

Нержавеющая сталь считается «сенсибилизированной», если в ее микроструктуре образуются карбиды хрома. Типичная микроструктура нормализованной нержавеющей стали типа 304 не имеет признаков сенсибилизации, тогда как сильно сенсибилизированная сталь демонстрирует наличие выделений на границах зерен. Темные линии в сенсибилизированной микроструктуре представляют собой сетки карбидов хрома, образовавшиеся по границам зерен.

Специальные сплавы либо с низким содержанием углерода, либо с добавлением углеродных « поглотителей », таких как титан и ниобий (типы 321 и 347 соответственно), могут предотвратить этот эффект, но последние требуют специальной термической обработки после сварки, чтобы предотвратить аналогичное явление «ножевая атака». Как следует из названия, коррозия ограничивается очень узкой зоной, прилегающей к сварному шву, часто шириной всего несколько микрометров, что делает ее еще менее заметной.

коррозия Щелевая

Щелевая коррозия — это локализованная форма коррозии, возникающая в замкнутых пространствах (щелях), к которым ограничен доступ рабочей жидкости из окружающей среды. Формирование ячейки дифференциальной аэрации ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]} приводит к коррозии внутри щелей. Примерами щелей являются зазоры и зоны контакта между деталями, под прокладками или уплотнениями, внутренние трещины и швы, пространства, заполненные отложениями, а также под кучами шлама.

Щелевая коррозия зависит от типа щели (металл-металл, металл-неметалл), геометрии щели (размер, качество поверхности), а также металлургических факторов и факторов окружающей среды. Подверженность щелевой коррозии можно оценить с помощью стандартных процедур ASTM. Критическая температура щелевой коррозии обычно используется для оценки устойчивости материала к щелевой коррозии.

Водородная обработка канавок [ править ]

В химической промышленности водородная обработка канавок — это коррозия труб в канавках, возникающая в результате взаимодействия коррозионного агента, корродированных компонентов трубы и водорода газообразного пузырьков . ^[7] Например, когда серная кислота ( H ₂ SO ₄ ) течет по стальным трубам, железо в стали реагирует с кислотой, образуя пассивирующее покрытие из сульфата железа ( FeSO ₄ ) и газообразный водород ( Н ₂ ). Покрытие из сульфата железа защитит сталь от дальнейшей реакции; однако если пузырьки водорода попадут в контакт с этим покрытием, оно будет удалено. Таким образом, движущийся пузырь может образовать канавку, подвергая больше стали воздействию кислоты, вызывая порочный круг . Образование канавок усугубляется тенденцией последующих пузырьков следовать по тому же пути.

Высокотемпературная коррозия [ править ]

Высокотемпературная коррозия — это химическое разрушение материала (обычно металла) в результате нагрева. Эта негальваническая форма коррозии может возникнуть, когда металл подвергается воздействию горячей атмосферы, содержащей кислород, серу (« сульфидейшн ») или другие соединения, способные окислять (или способствовать окислению) соответствующий материал. Например, материалы, используемые в аэрокосмической промышленности, производстве электроэнергии и даже в автомобильных двигателях, должны выдерживать длительные периоды высокой температуры, в течение которых они могут подвергаться воздействию атмосферы, содержащей потенциально высококоррозионные продукты сгорания.

Некоторые продукты высокотемпературной коррозии потенциально могут быть обращены на пользу инженеру. Например, образование оксидов на нержавеющих сталях может обеспечить защитный слой, предотвращающий дальнейшее атмосферное воздействие, что позволяет использовать материал в течение длительного времени как при комнатной, так и при высоких температурах в агрессивных условиях. Такие продукты высокотемпературной коррозии в виде уплотненных оксидных слоев глазури предотвращают или уменьшают износ при высокотемпературном скользящем контакте металлических (или металлических и керамических) поверхностей. Термическое окисление также широко используется для создания контролируемых оксидных наноструктур, включая нанопроволоки и тонкие пленки.

Микробная коррозия [ править ]

Микробная коррозия , или широко известная как коррозия под микробиологическим влиянием (MIC), представляет собой коррозию, вызываемую или стимулируемую микроорганизмами , обычно хемоавтотрофами . Его можно применять как к металлическим, так и к неметаллическим материалам, в присутствии или в отсутствие кислорода. Сульфатвосстанавливающие бактерии активны в отсутствие кислорода (анаэробы); они производят сероводород , вызывая сульфидное растрескивание под напряжением . В присутствии кислорода (аэробные) некоторые бактерии могут непосредственно окислять железо до оксидов и гидроксидов железа, другие бактерии окисляют серу и выделяют серную кислоту, вызывая биогенную сульфидную коррозию . концентрационные ячейки В отложениях продуктов коррозии могут образовываться , приводящие к локальной коррозии.

Ускоренная коррозия при малом количестве воды (ALWC) является особенно агрессивной формой MIC, которая поражает стальные сваи в морской воде вблизи отметки отлива. Для него характерен оранжевый осадок, который при обработке кислотой пахнет сероводородом. Скорость коррозии может быть очень высокой, а расчетные допуски на коррозию вскоре могут быть превышены, что приведет к преждевременному выходу из строя стальной сваи. ^[8] Сваи, имеющие покрытие и катодную защиту, установленную во время строительства, не подвержены воздействию ALWC. Для незащищенных свай жертвенные аноды могут быть установлены локально на пораженных участках для предотвращения коррозии или может быть установлена полностью модернизированная система жертвенных анодов. Пораженные участки также можно обработать с помощью катодной защиты, используя либо жертвенные аноды, либо подавая ток на инертный анод для образования известкового осадка, который поможет защитить металл от дальнейшего воздействия.

Металлическое напыление [ править ]

Металлическое пыление — это катастрофическая форма коррозии, которая возникает, когда восприимчивые материалы подвергаются воздействию сред с высокой активностью углерода, таких как синтез-газ и другие среды с высоким содержанием CO. Коррозия проявляется в виде распада металла на металлический порошок. Предполагаемый механизм - это, во-первых, осаждение графитового слоя на поверхности металла, обычно из оксида углерода (CO) в паровой фазе. Считается, что этот графитовый слой образует метастабильные частицы M ₃ C (где M — металл), которые мигрируют от поверхности металла. Однако в некоторых режимах никаких частиц M ₃ C не наблюдается, что указывает на прямой перенос атомов металла в графитовый слой.

Защита от коррозии [ править ]

Различные обработки используются для замедления коррозионного повреждения металлических предметов, которые подвергаются воздействию погодных условий, соленой воды, кислот или других агрессивных сред. Некоторые незащищенные металлические сплавы чрезвычайно уязвимы для коррозии, например, сплавы, используемые в неодимовых магнитах , которые могут рассыпаться или рассыпаться в порошок даже в сухих, стабильных по температуре помещениях, если их не обработать должным образом.

Обработка поверхности [ править ]

При обработке поверхности для уменьшения коррозии необходимо проявлять особую осторожность, чтобы обеспечить полное покрытие без зазоров, трещин и точечных дефектов. Небольшие дефекты могут действовать как « ахиллесова пята », позволяя коррозии проникать внутрь и вызывать значительные повреждения, даже если внешний защитный слой в течение определенного периода времени остается неповрежденным.

Наносимые покрытия [ править ]

Гальваническое покрытие , покраска и нанесение эмали являются наиболее распространенными антикоррозионными обработками. Они работают, обеспечивая барьер из коррозионностойкого материала между вредной средой и конструкционным материалом. Помимо косметических и производственных проблем, может быть компромисс между механической гибкостью и устойчивостью к истиранию и высокой температуре. Покрытия обычно выходят из строя только на небольших участках, но если покрытие более благородное, чем подложка (например, хром на стали), гальваническая пара вызовет коррозию любого открытого участка гораздо быстрее, чем поверхность без покрытия. По этой причине часто бывает целесообразно покрыть поверхность активным металлом, например цинком или кадмием . Если цинковое покрытие недостаточно толстое, поверхность вскоре станет неприглядной и начнет ржаветь. Расчетный срок службы напрямую зависит от толщины металлического покрытия.

В ограниченном пространстве предпочтительнее красить валиком или кистью; распыление лучше подойдет для покрытия больших площадей, таких как стальные настилы и набережная. Гибкие полиуретановые покрытия, такие как, например, Durabak-M26, могут обеспечить антикоррозийное уплотнение с высокопрочной противоскользящей мембраной. Окрашенные покрытия относительно легко наносятся и имеют быстрое время высыхания, хотя температура и влажность могут привести к изменению времени высыхания.В настоящее время органические покрытия, изготовленные с использованием полимеров на основе нефти, заменяются многими органическими покрытиями на основе возобновляемых источников. Среди различных носителей или связующих полиуретаны являются наиболее изученным полимером в таких попытках. ^[9]

Реактивные покрытия [ править ]

Если окружающая среда контролируется (особенно в рециркуляционных системах), ингибиторы коррозии в нее часто можно добавлять . Эти химикаты образуют электроизоляционное или химически непроницаемое покрытие на открытых металлических поверхностях для подавления электрохимических реакций. Такие методы делают систему менее чувствительной к царапинам или дефектам покрытия, поскольку там, где металл подвергается воздействию, можно использовать дополнительные ингибиторы. Химические вещества, ингибирующие коррозию, включают некоторые соли жесткой воды (римские водные системы известны своими минеральными отложениями ), хроматы , фосфаты , полианилин , другие проводящие полимеры , а также широкий спектр специально разработанных химикатов, напоминающих поверхностно-активные вещества (т.е. цепные органические молекулы с ионными концевыми группами).

Анодирование [ править ]

Это альпинистское спусковое устройство анодировано желтым цветом.

Алюминиевые сплавы часто подвергаются поверхностной обработке. Электрохимические условия в ванне тщательно подбираются таким образом, чтобы в несколько нанометров в оксидной пленке металла появлялись однородные поры шириной . Эти поры позволяют оксиду становиться намного толще, чем позволяют условия пассивации. В конце обработки поры закрываются, образуя более твердый, чем обычно, поверхностный слой. Если это покрытие поцарапано, вступают в силу обычные процессы пассивации, защищающие поврежденный участок.

Анодирование очень устойчиво к атмосферным воздействиям и коррозии, поэтому его обычно используют для фасадов зданий и других участков, где поверхность будет регулярно контактировать с элементами. Несмотря на то, что он устойчив, его необходимо часто чистить. Если оставить панель без очистки, пятна на краях панели естественным образом появятся . Анодирование — это процесс преобразования анода в катод путем приведения в контакт с ним более активного анода.

Биопленочные покрытия [ править ]

Разработана новая форма защиты путем нанесения определенных видов бактериальных пленок на поверхность металлов в высокоагрессивных средах. Этот процесс существенно повышает коррозионную стойкость. Альтернативно, биопленки , продуцирующие антимикробные свойства , могут использоваться для предотвращения коррозии мягкой стали под действием сульфатвосстанавливающих бактерий . ^[10]

Опалубка с контролируемой проницаемостью [ править ]

Опалубка с контролируемой проницаемостью (CPF) — это метод предотвращения коррозии арматуры за счет естественного повышения долговечности покрытия во время укладки бетона. CPF использовался в средах для борьбы с воздействием карбонизации , хлоридов, мороза и истирания.

Катодная защита [ править ]

Катодная защита (КП) — это метод борьбы с коррозией металлической поверхности, превращающий ее в катод электрохимической ячейки . Системы катодной защиты чаще всего используются для защиты стальных трубопроводов и резервуаров; стальные сваи причалов , корабли и морские нефтяные платформы .

Жертвенная анодная защита [ править ]

Для эффективного CP потенциал стальной поверхности поляризуется (сдвигается) более отрицательно, пока поверхность металла не станет однородным потенциалом. При однородном потенциале движущая сила реакции коррозии останавливается. В гальванических системах CP материал анода корродирует под воздействием стали, и со временем его необходимо заменить. Поляризация электродных вызывается протеканием тока от анода к катоду, вызванным разницей потенциалов между анодом и катодом. Наиболее распространенными материалами жертвенных анодов являются алюминий, цинк, магний и родственные сплавы. Алюминий имеет самую высокую емкость, а магний имеет самое высокое напряжение возбуждения и поэтому используется там, где сопротивление выше. Цинк общего назначения и основа для гальванизации.

Ряд проблем связан с жертвенными анодами. Среди них, с экологической точки зрения, выбросы 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 системы катодной защиты наложенным током (ICCP). Их способность обеспечивать необходимую защиту должна регулярно проверяться водолазами посредством подводного осмотра. Кроме того, поскольку жертвенные аноды имеют ограниченный срок службы, их необходимо регулярно заменять с течением времени. ^[11]

Подаваемый ток катодной защиты [ править ]

Для более крупных конструкций гальванические аноды не могут экономически обеспечить достаточный ток для обеспечения полной защиты. В системах катодной защиты наложенным током (ICCP) используются аноды, подключенные к источнику постоянного тока (например, выпрямителю катодной защиты ). Аноды для систем ICCP представляют собой трубчатые и сплошные стержни из различных специализированных материалов. с высоким содержанием кремния К ним относятся чугун , графит, смешанные оксиды металлов или титановые стержни и проволоки с платиновым или ниобиевым покрытием.

Анодная защита [ править ]

Анодная защита передает анодный ток на защищаемую структуру (в отличие от катодной защиты). Он подходит для металлов, которые обладают пассивностью (например, нержавеющая сталь) и имеют достаточно малый пассивный ток в широком диапазоне потенциалов. Применяется в агрессивных средах, например растворах серной кислоты. Анодная защита – электрохимический метод защиты от коррозии путем удержания металла в пассивном состоянии.

коррозии Скорость

Формирование оксидного слоя описывается моделью Дила-Гроува , которая используется для прогнозирования и контроля образования оксидного слоя в различных ситуациях. Простой тест для измерения коррозии – это метод потери веса. ^[12] Метод заключается в выдержке чистой навески металла или сплава в агрессивной среде в течение заданного времени с последующей очисткой от продуктов коррозии и взвешиванием детали для определения потери веса. Скорость коррозии ( $R$ ) рассчитывается как

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

где $k$ — константа, $W$ — потеря веса металла за время $t$ , $A$ — площадь поверхности незащищенного металла, а $ρ$ — плотность металла (в г/см). ³).

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

эффект Экономический

США В 2002 году Федеральное управление автомобильных дорог опубликовало исследование под названием «Затраты на коррозию и профилактические стратегии в Соединенных Штатах», посвященное прямым затратам, связанным с коррозией металлов в промышленности США. В 1998 году общие ежегодные прямые затраты на коррозию в США составили примерно 276 миллиардов долларов (или 3,2% валового внутреннего продукта США на тот момент). ^[13] Если разбить на пять конкретных отраслей, экономические потери составляют 22,6 миллиарда долларов в инфраструктуре, 17,6 миллиарда долларов в производстве и обрабатывающей промышленности, 29,7 миллиарда долларов в транспорте, 20,1 миллиарда долларов в правительстве и 47,9 миллиарда долларов в коммунальных услугах. ^[14]

Ржавчина является одной из наиболее частых причин аварий на мостах. Поскольку ржавчина вытесняет гораздо больший объем, чем исходная масса железа, ее накопление также может привести к разрушению из-за разъединения соседних компонентов. Это стало причиной обрушения моста через реку Мианус в 1983 году, когда опорные подшипники проржавели изнутри и оттолкнули один угол дорожной плиты от ее опоры. Трое водителей, находившихся в тот момент на проезжей части, погибли, когда плита упала в реку внизу. Следующее расследование NTSB показало, что канализация на дороге была заблокирована для ремонта дороги и не была разблокирована; в результате сточные воды проникли в подвески опор. Ржавчина также сыграла важную роль в катастрофе Серебряного моста в 1967 году в Западной Вирджинии , когда стальной подвесной мост рухнул в течение минуты, в результате чего погибли 46 водителей и пассажиров, находившихся в то время на мосту.

Точно так же коррозия стали и железа, покрытых бетоном, может привести к растрескиванию бетона , создавая серьезные структурные проблемы. Это один из наиболее распространенных видов разрушения железобетонных мостов . Измерительные приборы, основанные на потенциале полуэлемента, могут обнаружить потенциальные пятна коррозии до того, как будет достигнуто полное разрушение бетонной конструкции.

Еще 20–30 лет назад оцинкованные стальные трубы широко использовались в системах питьевого водоснабжения для частных и многоквартирных домов, а также в коммерческом и общественном строительстве. Сегодня эти системы давно израсходовали защитный цинк и подвергаются внутренней коррозии, что приводит к ухудшению качества воды и поломкам труб. ^[15] Экономический ущерб домовладельцам, жильцам квартир и общественной инфраструктуре оценивается в 22 миллиарда долларов, поскольку страховая отрасль готовится к волне исков из-за поломок труб.

Коррозия неметаллов [ править ]

Большинство керамических материалов почти полностью невосприимчивы к коррозии. Прочные химические связи , удерживающие их вместе, оставляют в структуре очень мало свободной химической энергии; их можно считать уже подвергнутыми коррозии. Когда коррозия действительно происходит, это почти всегда простое растворение материала или химическая реакция, а не электрохимический процесс. Типичным примером защиты от коррозии керамики является добавление извести в натриево-известковое стекло для уменьшения его растворимости в воде; хотя оно не так растворимо, как чистый силикат натрия , обычное стекло действительно образует субмикроскопические дефекты при воздействии влаги. Из-за своей хрупкости такие дефекты вызывают резкое снижение прочности стеклянного предмета в течение первых нескольких часов при комнатной температуре.

Коррозия полимеров [ править ]

Деградация полимеров включает в себя несколько сложных и часто плохо изученных физико-химических процессов. Они разительно отличаются от других процессов, обсуждаемых здесь, поэтому термин «коррозия» применяется к ним лишь в широком смысле этого слова. Из-за их большой молекулярной массы очень небольшую энтропию при смешивании данной массы полимера с другим веществом можно получить , что обычно затрудняет их растворение. Хотя растворение является проблемой в некоторых применениях полимеров, против него относительно просто можно спроектировать.

Более распространенной и связанной с этим проблемой является «набухание», когда небольшие молекулы проникают в структуру, снижая прочность и жесткость и вызывая изменение объема. И наоборот, многие полимеры (особенно гибкий винил ) намеренно набухают пластификаторами , которые могут выщелачиваться из структуры, вызывая хрупкость или другие нежелательные изменения.

Однако наиболее распространенной формой деградации является уменьшение длины полимерной цепи. Механизмы разрыва полимерных цепей знакомы биологам из-за их воздействия на ДНК : ионизирующее излучение (чаще всего ультрафиолетовое ), свободные радикалы и окислители , такие как кислород, озон и хлор . Растрескивание озона — хорошо известная проблема, затрагивающая, натуральный каучук например, . Пластиковые добавки могут очень эффективно замедлить этот процесс и могут быть такими же простыми, как пигмент, поглощающий УФ-излучение (например, диоксид титана или сажа ). Пластиковые пакеты для покупок часто не содержат этих добавок, поэтому они легче разлагаются в виде мельчайших частиц мусора .

Коррозия стекла [ править ]

Стекло характеризуется высокой степенью коррозионной стойкости. Из-за своей высокой водостойкости его часто используют в качестве первичного упаковочного материала в фармацевтической промышленности, поскольку большинство лекарств хранится в водном растворе. ^[16] Помимо водонепроницаемости, стекло также устойчиво к воздействию некоторых химически агрессивных жидкостей или газов.

Болезнь стекла — коррозия силикатных стекол в водных растворах . Оно регулируется двумя механизмами: диффузионно - контролируемым выщелачиванием (ионным обменом) и гидролитическим растворением сетки стекла. ^[17] Оба механизма сильно зависят от pH контактирующего раствора: скорость ионного обмена уменьшается с ростом pH как 10. ^−0,5pH, тогда как скорость гидролитического растворения увеличивается с ростом pH как 10 ^{0,5 pH}. ^[18]

Математически скорости коррозии стекол характеризуются нормированными скоростями коррозии элементов $NR i$ (г/см ²·г) которые определяются как отношение общего количества попавших в воду частиц $M i$ (г) к площади поверхности, контактирующей с водой $S$ (см ²), время контакта $t$ (сутки) и содержание массовой доли элемента в стекле $f i$ :

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

.

Общая скорость коррозии представляет собой сумму вкладов обоих механизмов (выщелачивание + растворение): $NR i =NR x i +NR h$ . Диффузионное выщелачивание (ионный обмен) характерно для начальной фазы коррозии и заключается в замене ионов щелочных металлов в стекле гидроксонием (H ₃ O ⁺) ион из раствора. Он вызывает ионно-селективное истощение приповерхностных слоев стекол и дает зависимость скорости коррозии в виде обратного квадратного корня от времени воздействия. Диффузионно-контролируемая нормированная скорость выщелачивания катионов из стекол (г/см ²·г) определяется:

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

,

где $t$ – время, $D i$ – $i-й$ эффективный коэффициент диффузии катиона (см ²/d), который зависит от pH контактирующей воды как $D i = D i 0 \cdot10 -pH$ , $ρ$ — плотность стекла (г/см ³).

Растворение стеклянной сетки характерно для более поздних фаз коррозии и вызывает конгруэнтное выделение ионов в водный раствор с независимой от времени скоростью в разбавленных растворах (г/см ²·г):

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

,

где $r h$ – стационарная скорость гидролиза (растворения) стекла (см/сут). В закрытых системах потребление протонов водной фазы увеличивает pH и вызывает быстрый переход к гидролизу. ^[19] Однако дальнейшее насыщение раствора кремнеземом затрудняет гидролиз и приводит к возврату стекла к ионному обмену; например, диффузионно-контролируемый режим коррозии.

В типичных природных условиях нормированные скорости коррозии силикатных стекол очень низкие и составляют порядка 10 ⁻⁷ до 10 ⁻⁵ г/(см ²·г). Очень высокая стойкость силикатных стекол в воде делает их пригодными для иммобилизации опасных и ядерных отходов.

стекла коррозию на Испытания

Существует множество стандартизированных процедур измерения коррозии (также называемой химической стойкостью ) стекол в нейтральной, основной и кислой средах, в моделируемых условиях окружающей среды, в моделируемой жидкости организма, при высокой температуре и давлении, ^[21] и при других условиях.

Стандартная процедура ISO 719 ^[22] описан опыт экстракции водорастворимых основных соединений в нейтральных условиях: 2 г стекла размером частиц 300–500 мкм выдерживают 60 мин в 50 мл деионизированной воды марки 2 при 98 °С; 25 мл полученного раствора титруют 0,01 моль/л раствором HCl . Объем HCl, необходимый для нейтрализации, классифицируется согласно таблице ниже.

Количество 0,01М HCl, необходимое для нейтрализации экстрагированных основных оксидов, мл	Экстрагированный 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 стекол с плохими или неэкстрагируемыми щелочными компонентами, но которые все еще подвергаются воздействию воды; например, кварцевое стекло, стекло B ₂ O ₃ или стекло P ₂ O ₅ .

Обычные очки дифференцируют на следующие классы:

Гидролитический класс 1 (Тип I): К этому классу, который также называют нейтральным стеклом, относятся боросиликатные стекла (например, Duran , Pyrex , Fiolax). Стекло этого класса содержит значительные количества оксидов бора , оксидов алюминия и оксидов щелочноземельных металлов . Благодаря своему составу нейтральное стекло обладает высокой устойчивостью к температурным перепадам и высочайшей гидролитической стойкостью. По отношению к кислотным и нейтральным растворам он проявляет высокую химическую стойкость из-за низкого содержания щелочи по отношению к щелочным растворам.
Гидролитический класс 2 (Тип II): этот класс обычно содержит натриево-силикатные стекла с высокой гидролитической стойкостью за счет обработки поверхности. Натриево-силикатное стекло — это силикатное стекло, содержащее оксиды щелочных и щелочноземельных металлов и в первую очередь оксид натрия и оксид кальция .
Гидролитический класс 3 (Тип III): Стекло 3-го гидролитического класса обычно содержит натриево-силикатные стекла и имеет среднюю гидролитическую стойкость, которая в два раза хуже, чем у стекол 1-го типа. Кислотный класс DIN 12116 и щелочной класс DIN 52322 (ISO 695) следует отличать от гидролитического класса DIN 12111 (ISO 719).

См. также [ править ]

Анаэробная коррозия - коррозия металлов, происходящая в присутствии бескислородной воды.
Бактериальная анаэробная коррозия - бактериально-индуцированное окисление металла.
Этикетка химической опасности — предупреждающий символ на местах или продуктах.
Коррозионная инженерия - область техники, занимающаяся разработкой материалов, устойчивых к коррозии.
Коррозия в космосе - Коррозия материалов, происходящая в космическом пространстве.
Коррозионное вещество – постепенное разрушение материалов в результате химической реакции с окружающей средой.
Циклические коррозионные испытания . Коррозионные испытания, при которых окружающая среда, температура и/или другие параметры регулярно меняются. Часто эти циклы используются для ускоренной оценки коррозии.
Dimetcote – используется для защиты стали от коррозии.
Измерение удельного электрического сопротивления бетона
Электроотрицательность – склонность атома притягивать общую пару электронов.
Разрушение под воздействием окружающей среды – разрушение материала
Парадокс Фарадея (электрохимия) - Разрешенный парадокс в электрохимии.
Резервуары и сосуды из армированного волокном пластика
Криминалистическая экспертиза – Расследование отказов, связанных с юридическим вмешательством.
Анализатор водорода – страницы устройств
Водородное охрупчивание - снижение пластичности металла под воздействием водорода.
Зондовый силовой микроскоп Кельвина - бесконтактный вариант атомно-силовой микроскопии.
Таблица Менделеева - Табличное расположение химических элементов, упорядоченных по атомному номеру.
Эквивалентное число питтинговой стойкости – прогнозное измерение устойчивости нержавеющей стали к локализованной питтинговой коррозии.
Redox - химическая реакция, в которой изменяются степени окисления атомов.
Восстановительный потенциал - мера склонности вещества приобретать или терять электроны.
Ржавчина - форма коррозии, применимая к нержавеющей стали.
Испытание солевым туманом . Метод испытания на коррозию.
Техника сканирующего вибрирующего электрода
Коррозионное растрескивание под напряжением . Рост трещин в агрессивной среде.
Трибокоррозия – разрушение материала из-за коррозии и износа.
Цинковая вредитель - Тип коррозии цинка.

Ссылки [ править ]

^ «Коррозия | Окисление, электрохимическое, ржавление | Британника» . www.britanica.com . 03.08.2023 . Проверено 8 августа 2023 г.
^ Джонс, Денни А. (1991). Принципы и предотвращение коррозии . Нью-Йорк : Торонто : Нью-Йорк: Паб Macmillan. Компания; Коллиер Макмиллан Канада; Международный паб Максвелл Макмиллан. Группа. ISBN 978-0-02-361215-2 .
^ Хоффман, Роберт С.; Бернс, Мишель М.; Госслен, Софи (2020). «Проглатывание едких веществ». Медицинский журнал Новой Англии . 382 (18): 1739–1748. дои : 10.1056/nejmra1810769 . ПМИД 32348645 .
^ Нвага, Нзубе. «Статистическое исследование коррозии мягкой стали в соленых средах» .
^ «Методы защиты от коррозии» . Трубопроводные технологии и продукция. Архивировано из оригинала 10 февраля 2012 года . Проверено 31 января 2012 г.
^ «Различные виды коррозии: точечная коррозия – причины и предотвращение» . www.corrosionclinic.com . Консультационные услуги WebCorr по вопросам коррозии. Архивировано из оригинала 13 сентября 2022 г. Проверено 13 сентября 2022 г.
^ «Влияние серной кислоты на резервуары для хранения» . Архивировано из оригинала 13 сентября 2019 г. Проверено 27 октября 2019 г.
^ Дж. Э. Брейкелл, М. Сигварт, К. Фостер, Д. Маршалл, М. Ходжсон, Р. Коттис, С. Лайон (2005). Управление ускоренной маловодной коррозией в стальных морских конструкциях , Том 634 серии CIRIA, ISBN 0-86017-634-7
^ Хандерей, Джитендра К.; Гите, Викас В. (2017). «Полиуретановые покрытия на основе растительных масел: последние разработки в Индии» . Зеленые материалы : 1–14. дои : 10.1680/jgrma.17.00009 . Архивировано из оригинала 21 февраля 2023 г. Проверено 14 февраля 2023 г.
^ Р. Цзо; Д. Орнек; Британская Колумбия Сиретт; Р.М. Грин; К.-Х. Сюй; Ф.Б. Мансфельд; Т. К. Вуд (2004). «Подавление коррозии мягкой стали, вызываемой сульфатредуцирующими бактериями, с использованием биопленок, продуцирующих антимикробные свойства, в технологической воде Три-Майл-Айленда». Прил. Микробиол. Биотехнология . 64 (2): 275–283. дои : 10.1007/s00253-003-1403-7 . ПМИД 12898064 . S2CID 20734181 .
^ «Жертвенный анод: что это такое? Когда следует заменить» . Hydrosolution.com . Гидрорешение. 20 января 2020 г. Архивировано из оригинала 13 сентября 2022 г. Проверено 13 сентября 2022 г. Большинство производителей водонагревателей рекомендуют проверять состояние расходного анода каждые один (1)–три (3) года и заменять его, когда он израсходован более чем на 50%.
^ Швейцер, Филип А. (2010). Основы коррозии – механизмы, причины и методы предотвращения . Группа Тейлор и Фрэнсис. п. 25. ISBN 978-1-4200-6770-5 .
^ Кох, Герхардус Х.; Бронгерс, Мишель П.Х.; Томпсон, Нил Г.; Вирмани, Ю. Пол; Пайер, Джо Х. (сентябрь 2001 г.). «Издержки от коррозии и стратегии ее предотвращения в США» . CC Technologies Laboratories, Inc. Федеральное управление автомобильных дорог (FHWA). Архивировано из оригинала 8 июля 2011 г.
^ «Исследование затрат на коррозию NACE» . Cor-Pro.com . КДЕС. 12 ноября 2013 г. Архивировано из оригинала 11 сентября 2014 г. Проверено 16 июня 2014 г.
^ Дэниел Роблес. «Оценка состояния труб питьевого водоснабжения для высотного кондоминиума на северо-западе Тихого океана» . GSG Group, Inc. Дэн Роблес, PE. Архивировано из оригинала 29 декабря 2017 года . Проверено 10 декабря 2012 г.
^ Болтрес, Беттина (2015). Когда стекло встречается с фармацевтикой: взгляд на стекло как основной упаковочный материал . Эдитио Кантор. ISBN 978-3-87193-432-2 .
^ Варшнея, А.К. (1994). Основы неорганических стекол . Профессиональное издательство Персидского залива. ISBN 0127149708 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2023 г. Проверено 5 января 2016 г.
^ Оджован, Мичиган; Ли, МЫ (2007). Новые разработки в области стеклообразных ядерных отходов . Нью-Йорк: Издательство Nova Science. п. 100 и далее. ISBN 978-1600217838 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2023 г. Проверено 5 января 2016 г.
^ Коррозия стекла, керамики и керамических сверхпроводников . Д.Э. Кларк, Б.К. Зоитос (ред.), William Andrew Publishing/Noyes (1992) ISBN 081551283X .
^ Расчет химической стойкости (гидролитический класс) стекол. Архивировано 5 ноября 2007 г. в Wayback Machine . Glassproperties.com. Проверено 15 июля 2012 г.
^ «Испытание на гидратацию паров (VHT)» . Vscht.cz . Архивировано из оригинала 14 декабря 2007 года . Проверено 15 июля 2012 г.
^ «Процедура 719» . Международная организация по стандартизации . 1985. Архивировано из оригинала 14 марта 2018 г. Проверено 15 июля 2012 г.

Дальнейшее чтение [ править ]

Джонс, Денни А. (1996). Принципы и предотвращение коррозии . Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN 0-13-359993-0 . OCLC 32664979 .

[1] «Коррозия | Окисление, электрохимическое, ржавление | Британника» . www.britanica.com . 03.08.2023 . Проверено 8 августа 2023 г.

[2] Джонс, Денни А. (1991). Принципы и предотвращение коррозии . Нью-Йорк : Торонто : Нью-Йорк: Паб Macmillan. Компания; Коллиер Макмиллан Канада; Международный паб Максвелл Макмиллан. Группа. ISBN 978-0-02-361215-2 .

[3] Хоффман, Роберт С.; Бернс, Мишель М.; Госслен, Софи (2020). «Проглатывание едких веществ». Медицинский журнал Новой Англии . 382 (18): 1739–1748. дои : 10.1056/nejmra1810769 . ПМИД 32348645 .

[4] Нвага, Нзубе. «Статистическое исследование коррозии мягкой стали в соленых средах» .

[5] «Методы защиты от коррозии» . Трубопроводные технологии и продукция. Архивировано из оригинала 10 февраля 2012 года . Проверено 31 января 2012 г.

[6] «Различные виды коррозии: точечная коррозия – причины и предотвращение» . www.corrosionclinic.com . Консультационные услуги WebCorr по вопросам коррозии. Архивировано из оригинала 13 сентября 2022 г. Проверено 13 сентября 2022 г.

[7] «Влияние серной кислоты на резервуары для хранения» . Архивировано из оригинала 13 сентября 2019 г. Проверено 27 октября 2019 г.

[8] Дж. Э. Брейкелл, М. Сигварт, К. Фостер, Д. Маршалл, М. Ходжсон, Р. Коттис, С. Лайон (2005). Управление ускоренной маловодной коррозией в стальных морских конструкциях , Том 634 серии CIRIA, ISBN 0-86017-634-7

[9] Хандерей, Джитендра К.; Гите, Викас В. (2017). «Полиуретановые покрытия на основе растительных масел: последние разработки в Индии» . Зеленые материалы : 1–14. дои : 10.1680/jgrma.17.00009 . Архивировано из оригинала 21 февраля 2023 г. Проверено 14 февраля 2023 г.

[10] Р. Цзо; Д. Орнек; Британская Колумбия Сиретт; Р.М. Грин; К.-Х. Сюй; Ф.Б. Мансфельд; Т. К. Вуд (2004). «Подавление коррозии мягкой стали, вызываемой сульфатредуцирующими бактериями, с использованием биопленок, продуцирующих антимикробные свойства, в технологической воде Три-Майл-Айленда». Прил. Микробиол. Биотехнология . 64 (2): 275–283. дои : 10.1007/s00253-003-1403-7 . ПМИД 12898064 . S2CID 20734181 .

[11] «Жертвенный анод: что это такое? Когда следует заменить» . Hydrosolution.com . Гидрорешение. 20 января 2020 г. Архивировано из оригинала 13 сентября 2022 г. Проверено 13 сентября 2022 г. Большинство производителей водонагревателей рекомендуют проверять состояние расходного анода каждые один (1)–три (3) года и заменять его, когда он израсходован более чем на 50%.

[12] Швейцер, Филип А. (2010). Основы коррозии – механизмы, причины и методы предотвращения . Группа Тейлор и Фрэнсис. п. 25. ISBN 978-1-4200-6770-5 .

[13] Кох, Герхардус Х.; Бронгерс, Мишель П.Х.; Томпсон, Нил Г.; Вирмани, Ю. Пол; Пайер, Джо Х. (сентябрь 2001 г.). «Издержки от коррозии и стратегии ее предотвращения в США» . CC Technologies Laboratories, Inc. Федеральное управление автомобильных дорог (FHWA). Архивировано из оригинала 8 июля 2011 г.

[14] «Исследование затрат на коррозию NACE» . Cor-Pro.com . КДЕС. 12 ноября 2013 г. Архивировано из оригинала 11 сентября 2014 г. Проверено 16 июня 2014 г.

[15] Дэниел Роблес. «Оценка состояния труб питьевого водоснабжения для высотного кондоминиума на северо-западе Тихого океана» . GSG Group, Inc. Дэн Роблес, PE. Архивировано из оригинала 29 декабря 2017 года . Проверено 10 декабря 2012 г.

[16] Болтрес, Беттина (2015). Когда стекло встречается с фармацевтикой: взгляд на стекло как основной упаковочный материал . Эдитио Кантор. ISBN 978-3-87193-432-2 .

[17] Варшнея, А.К. (1994). Основы неорганических стекол . Профессиональное издательство Персидского залива. ISBN 0127149708 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2023 г. Проверено 5 января 2016 г.

[18] Оджован, Мичиган; Ли, МЫ (2007). Новые разработки в области стеклообразных ядерных отходов . Нью-Йорк: Издательство Nova Science. п. 100 и далее. ISBN 978-1600217838 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2023 г. Проверено 5 января 2016 г.

[19] Коррозия стекла, керамики и керамических сверхпроводников . Д.Э. Кларк, Б.К. Зоитос (ред.), William Andrew Publishing/Noyes (1992) ISBN 081551283X .

[20] Расчет химической стойкости (гидролитический класс) стекол. Архивировано 5 ноября 2007 г. в Wayback Machine . Glassproperties.com. Проверено 15 июля 2012 г.

[21] «Испытание на гидратацию паров (VHT)» . Vscht.cz . Архивировано из оригинала 14 декабря 2007 года . Проверено 15 июля 2012 г.

[22] «Процедура 719» . Международная организация по стандартизации . 1985. Архивировано из оригинала 14 марта 2018 г. Проверено 15 июля 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]