Интенсификация процессов коррозии

Коррозия - это процесс химического или электрохимического взаимо­действия материала с окружающей средой, сопровождающийся образовани­ем продуктов коррозии. Последние, в отличие от используемых в судострое­нии металлических материалов с ценным комплексом механических свойств (прочности, пластичности и др.), зачастую находятся в порошкообразном или рыхлом состоянии, хрупки и имеют практически нулевую прочность. Это не­избежно приводит к снижению конструкционной прочности корпуса судна, деталей СТС и их отказу.

По характеру взаимодействия с окружающей средой различают химиче­скую (протекает в среде, не проводящей электрический ток) и электрохими­ческую (в среде, проводящей электрический ток) коррозию.

Рассмотрим эти процессы применительно к стали - этот материал являет­ся в настоящее время и останется в обозримом будущем основным в судо­строении.

В общем случае механизм химической коррозии корпуса судна в морской среде можно как процесс образования оксидной пленки с характерным оран­жевым цветом (ржавчины) на поверхности материала в результате взаимо­действия железа с кислородом воздуха и водой:

4Fe + 30₂+2H₂0 2Fe₂ H₂0 (2.17)

Эта пленка пористая и рыхлая, не образует защитного барьера и не пре­пятствует дальнейшему протеканию коррозии - как химической, так и элек­трохимической.

Процесс электрохимической коррозии можно разделить на 2 реакции - анодную и катодную. Сталь является структурно неоднородным материалом и состоит из 2-х фаз: феррита (практически чистого железа) и цементита (хи­мического соединения Fe₃C). Будучи электроотрицательным (см. выше), же­лезо при наличии электролита - морской воды - является активным участни­ком процесса:

• анодная реакция Fe -> Fe²⁺ + 2e^_

• катодная реакция О₂ + ₂H₂O + 4е~ —> 40Н^_

Продукты указанных реакций вступают во взаимодействие друг с другом, образуя вначале гидрооксид железа, который в дальнейшем окисляется и превращается в ржавчину:

Fe²⁺ + 20Н^_ Fe(OH)₂ Fe₂ Н₂0

Скорость коррозии П (как химической, так и электрохимической) сильно зависит от температуры и может быть выражена известным уравнением Аррениуса:

где П₀ - экспериментальный коэффициент, Е_акт - энергия активации реакции взаимодействия, температура Т, К.

Если учесть, что температура поверхности забортной воды колеблется в пределах -2... + 35°С и уменьшается с увеличением широты нахождения судна, то теоретически скорость коррозии его корпуса в тропиках в ~ 8 раз больше, чем в Арктике.

Повышение температуры способствует также росту биологических отло­жений на корпусе судна, особенно его подводной части. Наряду с продукта­ми коррозии, это увеличивает шероховатость поверхности корпуса и потери на преодоление сопротивления воды движению судна.

Особо интенсивно протекает коррозия в районе переменной ватерлинии – она обычно составляет 0,4 мм/год, а в тропиках может возрастать до 0,9 мм/год. Эти показатели соответственно в 2 и 4,5 раза превышают среднюю скорость коррозии корпуса судна.

Следует отметить, что помимо корпуса судна, коррозии подвержены мно­гочисленные элементы СТС: высокотемпературной химической - головка поршня, крышка рабочего цилиндра и клапаны механизма газораспределения СДВС, электрохимической и химической - внутренние поверхности трубо­проводов и насосов системы пожаротушения забортной водой и т.д.

В этой связи знание механизма коррозии и ее основных закономерностей позволяет выработать комплекс мер как при конструировании и изготовле­нии судна, так и во время эксплуатации, что позволяет в значительной мере снизить интенсивность коррозионного разрушения и вероятность отказов СТС. К ним относятся выбор материалов, соответствующих условиям экс­плуатации, покраска поверхностей корпуса судна и СТС, установка протек­торов и др. (см. ниже).