Гальваническая (биметаллическая) коррозия

Основные понятия и терминология

Коррозия – самопроизвольное окисление металлов, вредное для промышленной практики (уменьшающее долговечность изделий). Это слово произошло от латинского corrodere – разъедать. Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной или агрессивной. При этом образуются продукты коррозии: химические соединения, содержащие металл в окисленной форме.

В тех случаях, когда окисление металла необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса, термин «коррозия» употреблять не следует. Например, нельзя говорить о коррозии растворимого анода в гальванической ванне, поскольку анод должен окисляться, посылая свои ионы в раствор, чтобы протекал нужный процесс. Нельзя также говорить о коррозии алюминия при осуществлении алюмотермического процесса. Но физико-химическая сущность изменений, происходящих с металлом во всех подобных случаях, одинакова: металл окисляется. Следовательно, термин «коррозия» имеет не столько научное, сколько инженерное значение. Правильнее было бы употреблять термин «окисление» независимо от того, вредно или полезно оно для нашей практики. В системе стандартизации (ГОСТ 5272-68) коррозия металлов определена как разрушение металлов вследствие химического и электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. В системе ИСО (международной стандартизации) это понятие несколько шире: физико-химическое взаимодействие между металлом и средой, в результате которого изменяются свойства металла, и часто происходит ухудшение функциональных характеристик металла, среды или включающей их технической системы.

Объекты воздействия коррозии – металлы, сплавы (твердые растворы), металлопокрытия, металлоконструкции машин, оборудования и сооружений. Процесс коррозии представляют как коррозионную систему, состоящую из металла и коррозионной среды. Коррозионная среда содержит одно или несколько веществ, вступающих в реакцию с металлом. Она может быть жидкой и газообразной. Газообразная среда, окисляющая металл, называется окислительной газовой средой. Изменение в любой части коррозионной системы, вызванное коррозией, называется коррозионным эффектом. Коррозионный эффект, ухудшающий функциональные характеристики металла, покрытия, среды или включающих их технических систем, расценивают как эффект повреждения или как коррозионную порчу (по системе ИСО). В результате коррозии образуются новые вещества, включающие окислы и соли корродирующего металла, это – продукты коррозии. Видимые продукты атмосферной коррозии, состоящие в основном из гидратированных оксидов железа, называют ржавчиной, продукты газовой коррозии – окалиной. Количество металла, превращенного в продукты коррозии за определенное время, относят к коррозионным потерям. Коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени характеризуют скорость коррозии. Эффект повреждений, связанный с потерями механической прочности металла, определяют термином – коррозионное разрушение, глубину его в единицу времени называют скоростью проникновения коррозии. Важнейшее понятие – коррозионная стойкость. Она характеризует способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды. Коррозионную стойкость определяют качественно и количественно – скоростью коррозии в данных условиях, группой или баллом стойкости по принятой шкале, с помощью оптических приборов. Металлы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, называют коррозионно стойкими. Факторы, влияющие на скорость, вид, рас-пределение коррозии и связанные с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности), называют внутренними факторами коррозии. Факторы, влияющие на те же параметры коррозии, но связанные с составом коррозионной среды и условиями процесса (температура, влажность, обмен среды, давление и т. п.), называют внешними факторами коррозии. В ряде случаев факторы коррозии целесообразно делить в соответствии с таблицей 4.

 

Таблица 4

Факторы коррозии

 

ТИПЫ КОРРОЗИИ

Общая коррозия

Общее поражение больших площадей поверхности металла является одним из наиболее распространенных типов коррозии. Оно обычно характеризуется химической или электрохимической реакцией, которая протекает равномерно по всей поверхности или на большой площади. Металл получает утончение и в итоге - теряет свои свойства.

При таком типе поражения поверхности анодные и катодные процессы распределяются равномерно по всей поверхности металла.

Общая коррозия ведет к снижению толщины материала линейно во времени. Условие сквозного прободения может быть подсчитано из условий коррозии.

Например, при условии коррозии 0.13 мм/ год (5 mpy) потеря толщины металла будет составлять 1.52 мм (0.060") в течение 12-ти летнего периода. При норме коррозии 1.59 мм (1/16") это можно считать равнозначным 12-ти летнему периоду работы, и при хранении в танке - 25 лет.

Трубы теплообменников с толщиной стенок 2.11 мм (0.083") могут допускать не более 50% потери толщины (т.е. 1.02 мм(0.040")) в течение 8 лет при условии 0.13 мм/год (5 mpy).

 

Гальваническая (биметаллическая) коррозия

Гальваническая коррозия наблюдается, когда металл или сплав электрически соединен с другим или с проводящим неметаллом (графит, прокатная окалина) в коррозионной среде (электролите).

Условия корродирования одного из металлов или сплавов обычно усиливаются, в то же время для другого - они снижаются. Т.е. металл с более отрицательным в свободном состоянии коррозионным потенциалом (активный член пары) будет подвержен коррозии более интенсивно.

На процесс гальванической коррозии в основном влияют следующие факторы:

 

разница электрохимических потенциалов металлов или сплавов, соединенных в электрическую пару·  величина площадей анодной и катодной зон·  расстояние между анодом и катодом·  электросопротивление гальванической цепи·

 

Наиболее распространенный способ предсказания развития гальванической коррозии - это погружение гальванической пары в интересующий электролит и тестирование. В большинстве случаев гальваническая коррозия может быть предсказана исходя из гальванической серии. В гальванической серии металлы и сплавы расположены в соответствии с их потенциалами, измеренными, например, в морской воде.

Также на развитие процесса гальванической коррозии влияют площадь поверхности, расстояние между анодом и катодом и их геометрические параметры.

Когда поверхность более благородного металла или сплава (катода) больше в сравнении с площадью более активного члена пары (анода), мы получим наиболее неблагоприятные условия развития гальванической коррозии.

И, наоборот, при большей площади анодной зоны (больше - активный член и меньше - более благородный) гальваническая коррозия развивается в меньшей степени.