Коррозия - это естественный процесс, который превращает очищенный металл в более химически стабильную форму, такую как оксид , гидроксид или сульфид . Это постепенное разрушение материалов (обычно металла ) в результате химической и / или электрохимической реакции с окружающей средой. Коррозионная инженерия - это область, посвященная контролю и предотвращению коррозии.
В наиболее распространенном использовании этого слова это означает электрохимическое окисление металла в реакции с окислителем, таким как кислород или сульфаты . Ржавчина , образование оксидов железа , является хорошо известным примером электрохимической коррозии. Этот тип повреждения обычно приводит к образованию оксида (ов) или соли (ов) исходного металла, что приводит к характерному оранжевому цвету. 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, включая прочность, внешний вид и проницаемость для жидкостей и газов.
Многие конструкционные сплавы корродируют просто от воздействия влаги в воздухе, но на процесс может сильно повлиять воздействие определенных веществ. Коррозия может концентрироваться локально, образуя яму или трещину, или она может распространяться по широкой площади, более или менее равномерно разъедая поверхность. Поскольку коррозия - это процесс, контролируемый диффузией, она возникает на открытых поверхностях. В результате методы снижения активности открытой поверхности, такие как пассивация и преобразование хромата , могут повысить коррозионную стойкость материала. Однако некоторые механизмы коррозии менее заметны и менее предсказуемы.
Химический состав коррозии довольно сложен, но по существу ее можно рассматривать как электрохимическое явление. Во время коррозии в определенном месте на поверхности изделия из железа происходит окисление, и это пятно ведет себя как анод . В электроны выпущенные на этом анодное пятно двигаться через металл и перейти в другое место на металле и уменьшить кислород в этом месте в присутствии H + (который , как полагают, будет доступна из H 2 CO 3 образуются в результате растворения диоксида углерода из воздух в воду во влажном воздушном состоянии атмосферы.Ионы водорода в воде также могут быть доступны из-за растворения других кислых 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 большей скоростью, а более благородный металл (катод) корродирует с меньшей скоростью. При отдельном погружении каждый металл подвергается коррозии со своей скоростью. Какой тип металла (ов) использовать, можно легко определить, следуя гальванической серии. Например, цинк часто используется в качестве расходуемого 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.
На гальваническую коррозию влияют такие факторы, как относительный размер анода , типы металла и условия эксплуатации ( температура , влажность , соленость и т. Д.). Соотношение площадей анода и катода напрямую влияет на скорость коррозии материалов. Гальваническую коррозию часто можно предотвратить за счет использования расходуемых анодов .
Гальваническая серия [ править ]
В любой данной среде (одна стандартная среда - это аэрированная морская вода комнатной температуры ) 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 в качестве хозяина для потока ионов в одном и том же направлении, благородный металл будет забирать электроны у активного. Результирующий массовый расход или электрический ток можно измерить, чтобы установить иерархию материалов в интересующей среде. Эта иерархия называется гальванической последовательностью и полезна для прогнозирования и понимания коррозии.
Удаление коррозии [ править ]
Часто удается удалить продукты коррозии химическим путем. Например, фосфорная кислота в форме морского желе часто наносится на инструменты или поверхности из черных металлов для удаления ржавчины. Удаление коррозии не следует путать с электрополировкой , при которой удаляются некоторые слои металла, лежащего под ним, для получения гладкой поверхности. Например, фосфорная кислота также может использоваться для электрополировки меди, но при этом удаляется медь, а не продукты ее коррозии.
Устойчивость к коррозии [ править ]
Некоторые металлы более устойчивы к коррозии, чем другие (некоторые примеры см. В гальванических сериях ). Существуют различные способы защиты металлов от коррозии (окисления), включая окраску, горячее цинкование , катодную защиту и их комбинации. [1]
Внутренняя химия [ править ]
Наиболее устойчивыми к коррозии являются материалы, для которых коррозия является термодинамически неблагоприятной. Любые продукты коррозии золота или платины имеют тенденцию самопроизвольно разлагаться на чистый металл, поэтому эти элементы можно найти на Земле в металлической форме, и они давно ценятся. Более обычные «неблагородные» металлы можно защитить только более временными средствами.
Некоторые металлы имеют естественную медленную кинетику реакции , хотя их коррозия является термодинамически благоприятной. К ним относятся такие металлы, как цинк , магний и кадмий . Хотя коррозия этих металлов является непрерывной и продолжающейся, она происходит достаточно медленно. Ярким примером является графит , который выделяет большое количество энергии при окислении , но имеет такую медленную кинетику, что при нормальных условиях он эффективно невосприимчив к электрохимической коррозии.
Пассивация [ править ]
Пассивация относится к спонтанному образованию ультратонкой пленки продуктов коррозии, известной как пассивная пленка, на поверхности металла, которая действует как барьер для дальнейшего окисления. Химический состав и микроструктура пассивной пленки отличается от основного металла. Типичная толщина пассивной пленки на алюминии, нержавеющей стали и сплавах находится в пределах 10 нанометров. Пассивная пленка отличается от оксидных слоев, которые образуются при нагревании и имеют микрометровую толщину: пассивная пленка восстанавливается, если ее удалить или повредить, а оксидный слой - нет. Пассивация в естественных средах, таких как воздух, вода и почва при умеренном pH , наблюдается в таких материалах, как алюминий , нержавеющая сталь , титан икремний .
Пассивация в первую очередь определяется металлургическими и экологическими факторами. Влияние pH суммировано с помощью диаграмм Пурбе , но многие другие факторы имеют большое значение. Некоторые условия, которые препятствуют пассивации, включают высокий pH для алюминия и цинка, низкий pH или присутствие хлорид- ионов для нержавеющей стали, высокую температуру для титана (в этом случае оксид растворяется в металле, а не в электролите) и фторид- ионы для кремния. . С другой стороны, необычные условия могут привести к пассивации материалов, которые обычно не защищены, как это делает щелочная среда бетона для стальной арматуры . Воздействие жидкого металла, например ртути или горячего металла.припой часто может обойти механизмы пассивации.
Коррозия в пассивированных материалах [ править ]
Пассивация чрезвычайно полезна для уменьшения коррозионного повреждения, однако даже высококачественный сплав будет подвергаться коррозии, если его способность образовывать пассивирующую пленку будет нарушена. Правильный выбор материала, подходящего для конкретной среды, важен для долговечности этой группы материалов. Если в пассивной пленке происходит разрушение из-за химических или механических факторов, основные виды коррозии могут включать точечную коррозию , щелевую коррозию и коррозионное растрескивание под напряжением .
Питтинговая коррозия [ править ]
Определенные условия, такие как низкие концентрации кислорода или высокие концентрации веществ, таких как хлорид, которые конкурируют в качестве анионов , могут препятствовать способности данного сплава повторно формировать 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 язвы нескольких типов, в зависимости от условий. Пока коррозионные ямы только зарождаютсяпри довольно экстремальных обстоятельствах они могут продолжать расти, даже когда условия возвращаются к нормальным, поскольку внутренняя часть ямы естественным образом лишена кислорода и локально pH снижается до очень низких значений, а скорость коррозии увеличивается из-за автокаталитического процесса. В крайних случаях острые концы очень длинных и узких коррозионных ямок могут вызвать концентрацию напряжения до такой степени, что в противном случае твердые сплавы могут разрушиться; тонкая пленка, пронизанная невидимо маленьким отверстием, может скрыть ямку размером с большой палец из поля зрения. Эти проблемы особенно опасны, потому что их трудно обнаружить до выхода из строя детали или конструкции . Точечная коррозия остается одной из наиболее распространенных и разрушительных форм коррозии в пассивированных сплавах, [ цитата необходима ] но этого можно избежать, контролируя окружающую среду сплава.
Точечная коррозия возникает, когда в металле образуется небольшое отверстие или полость, обычно в результате дестассивации небольшой площади. Эта область становится анодной, а часть оставшегося металла становится катодной, вызывая локализованную гальваническую реакцию. Ухудшение этой небольшой площади проникает в металл и может привести к поломке. Эту форму коррозии часто трудно обнаружить из-за того, что она обычно относительно небольшая и может быть покрыта или скрыта составами, вызывающими коррозию.
Распад сварного шва и ножевое нападение [ править ]
Нержавеющая сталь может создавать особые проблемы с коррозией, поскольку ее пассивирующее действие 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 границы зерен, что делает эти области гораздо менее устойчивыми к коррозии. Это создает гальваническую парурядом с хорошо защищенным сплавом, что приводит к «распаду сварного шва» (коррозии границ зерен в зонах термического влияния) в высококоррозионных средах. Этот процесс может со временем 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 показывает никаких признаков сенсибилизации, в то время как сильно сенсибилизированная сталь показывает присутствие выделений на границах зерен. Темные линии на сенсибилизированной микроструктуре представляют собой сети карбидов хрома, образованные по границам зерен.
Специальные сплавы с низким содержанием углерода или с добавлением углеродных « геттеров », таких как титан и ниобий (типов 321 и 347 соответственно), могут предотвратить этот эффект, но последние требуют специальной термической обработки после сварки, чтобы предотвратить подобное явление "ножевое нападение". Как следует из названия, коррозия ограничивается очень узкой зоной, прилегающей к сварному шву, часто всего несколько микрометров в поперечнике, что делает ее еще менее заметной.
Щелевая коррозия [ править ]
Щелевая коррозия - это локализованная форма коррозии, возникающая в замкнутых пространствах (щелях), доступ к которым рабочей жидкости из окружающей среды ограничен. Образование разностной ячейки аэрации приводит к коррозии внутри щелей. Примерами щелей являются зазоры и области контакта между деталями, под прокладками или уплотнениями, внутри трещин и швов, пространства, заполненные отложениями, и под отвалами шлама.
На щелевую коррозию влияют тип щели (металл-металл, металл-неметалл), геометрия щели (размер, качество поверхности), а также металлургические факторы и факторы окружающей среды. Восприимчивость к щелевой коррозии можно оценить с помощью стандартных процедур ASTM. Критическая температура щелевой коррозии обычно используется для оценки устойчивости материала к щелевой коррозии.
Обработка водородных канавок [ править ]
В химической промышленности , водород обработка канавок являются коррозией труб с помощью канавок , созданных при взаимодействии агрессивного агента, корродированными трубы, составляющие и водородных газовых пузырьками . [2] Например, когда серная кислота ( H 2 S O 4 ) протекает по стальным трубам, железо в стали вступает в реакцию с кислотой с образованием пассивирующего покрытия из сульфата железа ( Fe S O 4 ) и газообразного водорода ( H 2.). Покрытие из сульфата железа защитит сталь от дальнейшей реакции; однако, если пузырьки водорода соприкоснутся с этим покрытием, оно будет удалено. Таким образом, движущийся пузырек образует канавку, подвергающую воздействию кислоты больше стали: порочный круг . Нарезание 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 или другие соединения, способные окислять (или способствовать окислению) рассматриваемый материал. Например, материалы, используемые в аэрокосмической промышленности, производстве электроэнергии и даже в автомобильных двигателях, должны выдерживать длительные периоды воздействия высоких температур, когда они могут подвергаться воздействию атмосферы, содержащей потенциально высококоррозионные продукты сгорания.
Продукты высокотемпературной коррозии потенциально могут быть обращены на пользу инженеру. Образование оксидов на нержавеющих сталях, например, может обеспечить защитный слой, предотвращающий дальнейшее атмосферное воздействие, позволяя использовать материал в течение продолжительных периодов времени как при комнатной, так и при высоких температурах в неблагоприятных условиях. Такие продукты высокотемпературной коррозии в виде глазури с уплотненным оксидным слоем предотвращают или уменьшают износ во время высокотемпературного скользящего контакта металлических (или металлических и керамических) поверхностей. Термическое окисление также обычно используется в качестве способа получения контролируемых оксидных наноструктур, включая нанопроволоки и тонкие пленки.
Микробная коррозия [ править ]
Микробная коррозия , или обычно известная как коррозия, вызванная микробиологическими факторами (MIC), представляет собой коррозию, вызываемую или вызываемую микроорганизмами , обычно хемоавтотрофами . Он может применяться как к металлическим, так и к неметаллическим материалам, в присутствии или в отсутствие кислорода. Сульфатредуцирующие бактерии активны в отсутствие кислорода (анаэробные); они производят сероводород , вызывая сульфидное растрескивание под напряжением . В присутствии кислорода (аэробный) некоторые бактерии могут непосредственно окислять железо до оксидов и гидроксидов железа, другие бактерии окисляют серу и производят серную кислоту, вызывая биогенную сульфидную коррозию . Концентрационные ячейки могут образовываться в отложениях продуктов коррозии, что приводит к локальной коррозии.
Ускоренная коррозия при малой воде (ALWC) - это особенно агрессивная форма 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, и вскоре могут быть превышены расчетные допуски на коррозию, что приведет к преждевременному разрушению стальной сваи. [3]Сваи с покрытием и катодной защитой, установленной во время строительства, не подвержены ALWC. В случае незащищенных свай расходуемые аноды могут быть установлены локально в пораженные участки, чтобы предотвратить коррозию, или может быть установлена полностью модернизированная система расходных анодов. Пораженные участки также можно обрабатывать с помощью катодной защиты, используя либо расходуемые аноды, либо подачу тока на инертный анод для образования известкового налета, который поможет защитить металл от дальнейшего воздействия.
Металлическое напыление [ править ]
Металлическая пыль - это катастрофическая форма коррозии, которая возникает, когда чувствительные материалы подвергаются воздействию сред с высоким содержанием углерода, таких как синтез-газ и другие среды с высоким содержанием CO. Коррозия проявляется в виде распада массивного металла на металлический порошок. Подозреваемый механизм - это, во-первых, осаждение графитового слоя на поверхности металла, обычно из оксида углерода (CO) в паровой фазе. Затем считается, что этот графитовый слой образует метастабильные частицы M 3 C (где M - металл), которые мигрируют от поверхности металла. Однако в некоторых режимах не наблюдается никаких частиц M 3 C, указывающих на прямой перенос атомов металла в слой графита.
Защита от коррозии [ править ]
Для замедления коррозионного повреждения металлических предметов, которые подвергаются воздействию погодных условий, соленой воды, кислот или других агрессивных сред, используются различные виды обработки. Некоторые незащищенные металлические сплавы чрезвычайно уязвимы для коррозии, например, те, которые используются в неодимовых магнитах , которые могут раскалываться или рассыпаться в порошок даже в сухих, устойчивых к температуре помещениях, если не обработать их должным образом для предотвращения коррозии.
Обработка поверхности [ править ]
Когда обработка поверхности используется для замедления коррозии, необходимо проявлять большую осторожность, чтобы обеспечить полное покрытие без зазоров, трещин или точечных дефектов. Небольшие дефекты могут действовать как « ахиллесова пята », позволяя коррозии проникать внутрь и вызывать обширные повреждения, даже если внешний защитный слой остается неповрежденным в течение определенного периода времени.
Нанесенные покрытия [ править ]
Гальваника , покраска и нанесение эмали - самые распространенные виды антикоррозийной обработки. Они работают, создавая барьер из коррозионно-стойкого материала между разрушающей средой и конструкционным материалом. Помимо косметических и производственных проблем, возможны компромиссы 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 намного быстрее, чем поверхность без покрытия. По этой причине часто целесообразно использовать активный металл, такой как цинк иликадмий . Если цинковое покрытие недостаточно толстое, поверхность быстро становится неприглядной с очевидной ржавчиной. Расчетный ресурс напрямую зависит от толщины металлического покрытия.
Покраска валиком или кистью более предпочтительна для тесных пространств; спрей будет лучше для больших площадей покрытия, таких как стальные палубы и набережные. Гибкие полиуретановые покрытия, такие как, например, Durabak-M26, могут обеспечить антикоррозионное уплотнение с очень прочной противоскользящей мембраной. Окрашенные покрытия относительно легко наносить, и они быстро сохнут, хотя температура и влажность могут привести к изменению времени высыхания. В настоящее время органические покрытия, изготовленные с использованием полимеров на нефтяной основе, заменяются многими органическими покрытиями на основе возобновляемых источников. Среди различных носителей или связующих полиуретаны являются наиболее исследованным полимером в таких попытках. [4]
Реактивные покрытия [ править ]
Если окружающая среда находится под контролем (особенно в рециркуляционных системах), в нее часто можно добавлять ингибиторы коррозии . Эти химические вещества образуют электрически изолирующее или химически непроницаемое покрытие на открытых металлических поверхностях для подавления электрохимических реакций. Такие методы делают систему менее чувствительной к царапинам или дефектам покрытия, поскольку дополнительные ингибиторы могут быть доступны везде, где обнажается металл. Химические вещества, замедляющие коррозию, включают некоторые соли в жесткой воде (римские водные системы известны своими минеральными отложениями ), хроматы , фосфаты , полианилин , другие проводящие полимеры.и широкий спектр специально разработанных химикатов, которые напоминают поверхностно-активные вещества (т.е. длинноцепочечные органические молекулы с ионными концевыми группами).
Анодирование [ править ]
Алюминиевые сплавы часто подвергаются поверхностной обработке. Электрохимические условия в ванне тщательно регулируются так, чтобы в оксидной пленке металла появлялись однородные поры шириной несколько нанометров . Эти поры позволяют оксиду становиться намного толще, чем это позволяют условия пассивирования. В конце обработки поры закрываются, образуя более твердый, чем обычно, поверхностный слой. Если это покрытие поцарапано, для защиты поврежденного участка вступают в действие обычные процессы пассивирования.
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 эластичный, его необходимо часто чистить. Если оставить его без очистки, края панели появятся естественным образом. Анодирование - это процесс преобразования анода в катод путем приведения в контакт более активного анода.
Биопленочные покрытия [ править ]
Была разработана новая форма защиты путем нанесения определенных видов бактериальных пленок на поверхность металлов в высококоррозионных средах. Этот процесс существенно увеличивает коррозионную стойкость. В качестве альтернативы можно использовать биопленки, продуцирующие противомикробные препараты, для подавления коррозии мягкой стали от сульфатредуцирующих бактерий . [5]
Опалубка с контролируемой проницаемостью [ править ]
Опалубка с контролируемой проницаемостью (CPF) - это метод предотвращения коррозии арматуры за счет естественного повышения прочности покрытия во время укладки бетона. CPF использовался в окружающей среде для борьбы с эффектами карбонизации , хлоридов, мороза и истирания.
Катодная защита [ править ]
Катодная защита (CP) - это метод контроля коррозии металлической поверхности путем превращения этой поверхности в катод электрохимической ячейки . Системы катодной защиты чаще всего используются для защиты стальных трубопроводов и резервуаров; стальные сваи пирса , корабли и морские нефтяные платформы .
Жертвенная анодная защита [ править ]
Для эффективных КП потенциал стальной поверхности поляризуется (толкается) более отрицательно, пока металлическая поверхность не будет иметь однородный потенциал. При равномерном потенциале движущая сила реакции коррозии останавливается. В гальванических системах CP материал анода подвергается коррозии под воздействием стали, и в конечном итоге его необходимо заменить. Поляризация обусловлена током от анода к катоду, что обусловлено разницей в электродном потенциале между анодом и катодом. Наиболее распространенными расходными материалами анода являются алюминий, цинк, магний и родственные сплавы. Алюминий имеет самую высокую емкость, а магний - самое высокое управляющее напряжение, и поэтому используется там, где сопротивление выше. Цинк общего назначения и основа для цинкования.
Катодная защита наложенным током [ править ]
Для более крупных структур гальванические аноды не могут с экономической точки зрения обеспечивать ток, достаточный 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 цельные стержневые формы из различных специализированных материалов. К ним относятся чугун с высоким содержанием кремния , графит, пруток и проволока с покрытием из смешанных оксидов металлов или платиной или титаном или ниобием.
Анодная защита [ править ]
Анодная защита воздействует анодным током на защищаемую конструкцию (в отличие от катодной защиты). Он подходит для металлов, которые проявляют пассивность (например, нержавеющая сталь) и достаточно малый пассивный ток в широком диапазоне потенциалов. Применяется в агрессивных средах, например в растворах серной кислоты.
Скорость коррозии [ править ]
Формирование оксидного слоя описывается моделью Дила-Гроува , которая используется для прогнозирования и контроля образования оксидного слоя в различных ситуациях. Простым тестом для измерения коррозии является метод потери веса. [6] Метод включает в себя воздействие коррозионной среды на чистую взвешенную деталь из металла или сплава в течение определенного времени с последующей очисткой для удаления продуктов коррозии и взвешиванием детали для определения потери веса. Скорость коррозии (R) рассчитывается как
где k - постоянная величина, W - потеря веса металла за время t , A - площадь поверхности обнаженного металла, а ρ - плотность металла (в г / см³).
Другие общие выражения для скорости коррозии - это глубина проникновения и изменение механических свойств.
Экономическое влияние [ править ]
В 2002 году Федеральное управление шоссейных дорог США опубликовало исследование под названием «Затраты на коррозию и превентивные стратегии в Соединенных Штатах» о прямых расходах, связанных с коррозией металлов в промышленности США. В 1998 году общие годовые прямые затраты на коррозию в США составили около 300 евро. 276 миллиардов долларов (около 3,2% валового внутреннего продукта США ). [7] В разбивке по пяти конкретным отраслям экономические потери инфраструктуры составляют 22,6 миллиарда долларов; 17,6 миллиарда долларов в производстве и производстве; 29,7 миллиарда долларов на транспорт; 20,1 миллиарда долларов в правительстве; и 47,9 миллиарда долларов на коммунальные услуги. [8]
Ржавчина - одна из самых частых причин аварий на мостах. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объем, чем исходная масса железа, ее накопление может также вызвать разрушение из-за разрыва соседних частей. Это стало причиной обрушения моста через реку Мианус в 1983 году, когда подшипники заржавели изнутри и оттолкнули один угол дорожной плиты от ее опоры. Трое водителей на проезжей части в то время погибли, когда плита упала в реку внизу. Следующее расследование NTSB показало, что слив на дороге был заблокирован для повторного покрытия дороги и не был разблокирован; в результате стоки воды попали в опоры. Ржавчина была также важным фактором катастрофы Серебряного моста в 1967 году в Западной Вирджинии , когда стальнаяПодвесной мост рухнул в течение минуты, в результате чего на мосту погибли 46 водителей и пассажиров.
Точно так же коррозия покрытой бетоном стали и железа может вызвать растрескивание бетона , создавая серьезные структурные проблемы. Это один из наиболее распространенных видов разрушения железобетонных мостов . Измерительные приборы, основанные на потенциале полуячейки, могут обнаруживать потенциальные пятна коррозии до того, как произойдет полное разрушение бетонной конструкции.
Еще 20–30 лет назад оцинкованные стальные трубы широко использовались в системах питьевого водоснабжения для частных и многосемейных жителей, а также в коммерческом и общественном строительстве. Сегодня в этих системах давно израсходован защитный цинк, и они подвергаются внутренней коррозии, что приводит к плохому качеству воды и выходу из строя труб. [9] Экономическое воздействие на домовладельцев, жителей многоквартирных домов и общественную инфраструктуру оценивается в 22 миллиарда долларов, поскольку страховая отрасль готовится к волне исков из-за отказов трубопровода.
Коррозия в неметаллах [ править ]
Большинство керамических материалов практически не подвержены коррозии. Сильные химические связи, которые удерживают их вместе, оставляют очень мало свободной химической энергии в структуре; их можно рассматривать как уже проржавевшие. Когда происходит коррозия, это почти всегда простое растворение материала или химическая реакция, а не электрохимический процесс. Распространенным примером защиты от коррозии в керамике является добавление извести к натриевому стеклу для снижения 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 хрупкоститакие дефекты вызывают резкое снижение прочности стеклянного предмета в течение первых нескольких часов при комнатной температуре.
Коррозия полимеров [ править ]
Деградация полимера включает несколько сложных и часто плохо изученных физико-химических процессов. Эти процессы разительно отличаются от других процессов, обсуждаемых здесь, поэтому термин «коррозия» применяется к ним только в широком смысле этого слова. Из-за их большой молекулярной массы, очень небольшая энтропия может быть получена путем смешивания данной массы полимера с другим веществом, что делает их, как правило, довольно трудными для растворения. Хотя растворение является проблемой в некоторых применениях полимеров, противодействовать этому относительно просто.
Более распространенной и связанной проблемой является «набухание», когда небольшие молекулы проникают в структуру, уменьшая прочность и жесткость и вызывая изменение объема. И наоборот, многие полимеры (особенно гибкий винил ) намеренно набухают пластификаторами , которые могут вымываться из структуры, вызывая хрупкость или другие нежелательные изменения.
Однако наиболее распространенной формой разложения является уменьшение длины полимерной цепи. Механизмы разрыва полимерных цепей знакомы биологам из-за их воздействия на ДНК : ионизирующее излучение (чаще всего ультрафиолетовый свет), свободные радикалы и окислители, такие как кислород, озон и хлор . Озоновое растрескивание является хорошо известной проблемой, например, для натурального каучука . Пластиковые добавки могут очень эффективно замедлить этот процесс и могут быть такими же простыми, как пигмент, поглощающий УФ (например, диоксид титана или технический углерод ).Пластиковые пакеты для покупок часто не содержат этих добавок, поэтому они легче разрушаются до ультрамелких частиц подстилки .
Коррозия стекла [ править ]
Стекло отличается высокой устойчивостью к коррозии. Из-за своей высокой водостойкости он часто используется в качестве первичного упаковочного материала в фармацевтической промышленности, поскольку большинство лекарств хранятся в водном растворе. [10] Помимо водостойкости, стекло также устойчиво к воздействию определенных химически агрессивных жидкостей или газов.
Заболевание стекла - это коррозия силикатных стекол в водных растворах . Это определяется двумя механизмами: диффузии - контролируется выщелачивание (ионный обмен) и гидролитического растворения стеклянной сети. [11] Оба механизма сильно зависят от pH контактирующего раствора: скорость ионного обмена уменьшается с pH на 10 -0,5 pH, тогда как скорость гидролитического растворения увеличивается с pH на 10 0,5 pH . [12]
Математически скорости коррозии стекол характеризуются нормированными скоростями коррозии элементов NR i (г / см 2 · сут), которые определяются как отношение общего количества частиц, выброшенных в воду M i (г) к поверхности, контактирующей с водой. площадь S (см 2 ), время контакта t (дни) и массовая доля содержания элемента в стекле f i :
- .
Общая скорость коррозии представляет собой сумму вкладов обоих механизмов (выщелачивание + растворение) NR i = NR x i + NR h . Выщелачивание с контролируемой диффузией (ионный обмен) характерно для начальной фазы коррозии и включает замену ионов щелочных металлов в стекле ионом гидроксония (H 3 O + ) из раствора. Это вызывает ионоселективное истощение приповерхностных слоев стекол и дает зависимость скорости коррозии от времени выдержки, обратно пропорциональную квадратному корню. Нормализованная скорость выщелачивания катионов из стекла с контролируемой диффузией (г / см 2 · сут) определяется как:
- ,
где t - время, D i - эффективный коэффициент диффузии i-го катиона (см 2 / сут), который зависит от pH контактирующей воды как D i = D i 0 · 10 –pH , а ρ - плотность стекла. (г / см 3 ).
Растворение сетки стекла характерно для более поздних фаз коррозии и вызывает конгруэнтное выделение ионов в водный раствор с не зависящей от времени скоростью в разбавленных растворах (г / см 2 · сут):
- ,
где r h - стационарная скорость гидролиза (растворения) стекла (см / сут). В закрытых системах потребление протонов из водной фазы увеличивает pH и вызывает быстрый переход к гидролизу. [13] Однако дальнейшее насыщение раствора диоксидом кремния препятствует гидролизу и заставляет стекло возвращаться в режим ионного обмена, например, контролируемый диффузией режим коррозии.
В типичных естественных условиях нормированные скорости коррозии силикатных стекол очень низкие и составляют порядка 10 -7 -10 -5 г / (см 2 · сут). Очень высокая стойкость силикатных стекол в воде делает их пригодными для иммобилизации опасных и ядерных отходов.
Испытания на коррозию стекла [ править ]
Существует множество стандартизированных процедур для измерения коррозии (также называемой химической стойкостью ) стекол в нейтральной, щелочной и кислой средах, в смоделированных условиях окружающей среды, в смоделированной жидкости организма, при высокой температуре и давлении [15] и в других условиях.
Стандартная процедура ISO 719 [16] описывает испытание экстракции водорастворимых основных соединений в нейтральных условиях: 2 г стекла с размером частиц 300–500 мкм выдерживают 60 мин в 50 мл деионизированной воды сорта 2 при 98 ° С; 25 мл полученного раствора титруют 0,01 моль / л раствора HCl . Объем HCl, необходимый для нейтрализации, классифицируется в соответствии с таблицей ниже.
| Количество 0,01 М HCl, необходимое для нейтрализации извлеченных основных оксидов, мл | Эквивалент извлеченного Na 2 O , мкг | Гидролитический класс |
|---|---|---|
| <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 подвержены воздействию воды, например, кварцевое стекло, стекло B 2 O 3 или стекло P 2 O 5 .
Обычные очки делятся на следующие классы:
Гидролитический класс 1 (Тип I):
Этот класс, который также называют нейтральным стеклом, включает боросиликатные стекла (например, Duran , Pyrex , Fiolax).
Стекло этого класса содержит существенные количества оксидов бора , оксидов алюминия и оксидов щелочноземельных металлов . Благодаря своему составу нейтральное стекло обладает высокой устойчивостью к перепадам температур и высочайшей гидролитической стойкостью. По отношению к кислотным и нейтральным растворам проявляет высокую химическую стойкость из-за низкого содержания щелочи по отношению к щелочным растворам.
Гидролитический класс 2 (Тип II):
Этот класс обычно содержит силикатно-натриевые стекла с высокой гидролитической стойкостью за счет отделки поверхности. Силикат натрия стекло представляет собой силикатное стекло, которое содержит щелочной и щелочно - оксид земли и , прежде всего , 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.
Класс кислоты DIN 12116 и класс щелочи DIN 52322 (ISO 695) следует отличать от гидролитического класса DIN 12111 (ISO 719).
См. Также [ править ]
- Анаэробная коррозия - коррозия металла, происходящая в присутствии бескислородной воды.
- Этикетка химической опасности
- Коррозия в космосе - Коррозия материалов, происходящая в космосе.
- Коррозионное вещество
- Циклические коррозионные испытания
- Dimetcote
- Электроотрицательность
- Измерение удельного электрического сопротивления бетона
- Разрушение под воздействием окружающей среды - общее название преждевременного разрушения под действием растягивающих напряжений и вредных сред.
- Парадокс Фарадея (электрохимия)
- Судебная инженерия - Расследование сбоев, связанных с правовым вмешательством
- Резервуары и сосуды из армированного волокном пластика
- Анализатор водорода
- Водородное охрупчивание - охрупчивание металла под воздействием водорода.
- Зондовый силовой микроскоп Кельвина - Бесконтактный вариант атомно-силовой микроскопии
- Восстановительный потенциал - мера склонности вещества приобретать или терять электроны.
- Эквивалентное число сопротивления питтингу
- Редокс - химическая реакция, при которой изменяется степень окисления атомов.
- Восстановительный потенциал - мера склонности вещества приобретать или терять электроны.
- Периодическая таблица - Табличное расположение химических элементов, упорядоченных по атомному номеру
- Румяна
- Испытание в солевом тумане
- Техника сканирующего вибрирующего электрода
- Коррозионное растрескивание под напряжением - рост трещин в агрессивной среде.
- Трибокоррозия - разрушение материала из-за коррозии и износа.
- Цинк-вредитель
Ссылки [ править ]
- ^ Методы защиты от коррозии, технологии и продукты трубопроводов, (получено в январе 2012 г.)
- ^ «Влияние серной кислоты на резервуары для хранения» . Проверено 27 октября 2019 .
- ^ JE Breakell, M Siegwart, K Foster, D Marshall, M Hodgson, R Cottis, S Lyon (2005). Управление ускоренной коррозией с низким содержанием воды в стальных морских сооружениях , том 634 серии CIRIA, ISBN 0-86017-634-7
- ^ Khanderay, Jitendra °, и Викас В. Гите. «Полиуретановые покрытия на основе растительных масел: последние разработки в Индии». Зеленые материалы 5.3 (2017): 109-122.
- ^ Р. Цзо; Д. Орнек; BC Syrett; RM Green; C.-H. Сюй; Ф. Б. Мансфельд; ТК Вуд (2004). «Предотвращение коррозии мягкой стали от сульфатредуцирующих бактерий с использованием биопленок, производящих противомикробные препараты, в технологической воде Три-Майл-Айленда». Appl. Microbiol. Biotechnol . 64 (2): 275–283. DOI : 10.1007 / s00253-003-1403-7 . PMID 12898064 .
- ^ [ Основы коррозии - механизмы, причины и методы предотвращения ]. Филип А. Швейцер, Taylor and Francis Group, LLC (2010) ISBN 978-1-4200-6770-5 , стр. 25.
- ^ Герхардус Х. Кох, Мишель PHBrongers, Нил Г. Томпсон, Ю. Пол Вирмани и Джо Х. Пайер. ИЗДЕРЖКИ КОРРОЗИИ И ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ СТРАТЕГИИ В СОЕДИНЕННЫХ ШТАТАХ - отчет CC Technologies Laboratories, Inc. для Федерального управления шоссейных дорог (FHWA), сентябрь 2001 г.
- ^ "Исследование затрат на коррозию NACE" . Cor-Pro.com . КДЕС. 2013-11-12 . Проверено 16 июня 2014 .
- ^ Даниэль Роблес. «Оценка состояния труб с питьевой водой для многоэтажного кондоминиума на северо-западе Тихого океана» . GSG Group, Inc. Дэн Роблес, ЧП . Проверено 10 декабря 2012 года .
- ^ Беттин Болтрес (2015), когда стекло встречается с фармацевтикой: понимание стекла как основного упаковочного материала . Editio Cantor. ISBN 978-3-87193-432-2
- ^ AK Varshneya (1994). Основы неорганических стекол . Gulf Professional Publishing. ISBN 0127149708 .
- ^ MI Ojovan, WE Ли. Новые разработки в области стеклянных ядерных отходов . Nova Science Publishers, Нью-Йорк (2007) ISBN 1600217834 стр. 100 и далее.
- ^ Коррозия стекла, керамики и керамических сверхпроводников . Д. Д. Кларк, Б. К. Зойтос (ред.), Уильям Эндрю Паблишинг / Нойес (1992) ISBN 081551283X .
- ^ Расчет химической стойкости (гидролитического класса) стекол . Glassproperties.com. Проверено 15 июля 2012.
- ↑ Vapor Hydration Testing (VHT). Архивировано 14 декабря 2007 г. на Wayback Machine . Vscht.cz. Проверено 15 июля 2012.
- ^ Международная организация по стандартизации, процедура 719 (1985) . Iso.org (21 января 2011 г.). Проверено 15 июля 2012.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Джонс, Денни (1996). Принципы и предотвращение коррозии (2-е изд.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси : Prentice Hall . ISBN 978-0-13-359993-0.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме коррозии . |
- Стандарты ASTM по коррозии и износу
