Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Инженерия коррозии - это инженерная специальность, которая применяет научные, технические, инженерные навыки и знание законов природы и физических ресурсов для проектирования и реализации материалов, конструкций, устройств, систем и процедур для борьбы с коррозией . [1]

Общие сведения [ править ]

С целостной точки зрения коррозия - это явление, когда металлы возвращаются в состояние, в котором они находятся в природе. Движущая сила, вызывающая коррозию металлов, является следствием их временного существования в металлической форме. Для производства металлов из природных минералов и руд необходимо обеспечить определенное количество энергии, например, железную руду в доменной печи . Поэтому термодинамически неизбежно, что эти металлы при воздействии различных сред вернутся к своему естественному состоянию. Таким образом, коррозия и инженерия коррозии включают изучение химической кинетики , термодинамики и электрохимии .

Обычно относящаяся к металлургии или материаловедению , инженерия коррозии также относится к неметаллическим материалам, включая керамику, цемент , композитные материалы и проводящие материалы, такие как углерод / графит. Инженеры по коррозии часто управляют другими процессами, не относящимися к коррозии, включая (но не ограничиваясь ими) растрескивание, хрупкое разрушение, растрескивание, истирание, эрозию и, как правило, классифицируются как управление активами инфраструктуры . В 1990-е годы Имперский колледж Лондона даже предложил степень магистра наук под названием «Коррозия инженерных материалов». [2] UMIST -Институт науки и технологий Манчестерского университета, ныне входящий в состав Манчестерского университета, также предлагал аналогичный курс. Магистерские курсы по коррозионной инженерии доступны во всем мире, а учебные программы содержат учебные материалы по контролю и пониманию коррозии. В Университете штата Огайо есть центр коррозии, названный в честь одного из наиболее известных инженеров по коррозии Марса Дж. Фонтана . [3] В 1995 году сообщалось, что затраты на коррозию в США по всей стране составили почти 300 миллиардов долларов в год. [4] Это подтвердило более ранние сообщения о повреждении мировой экономики, вызванном коррозией. [5]

Группы инженеров по коррозии сформированы по всему миру, чтобы обучать, предотвращать, замедлять и контролировать коррозию. К ним относятся Национальная ассоциация инженеров по коррозии (NACE), Европейская федерация коррозии (EFC) и Институт коррозии Великобритании. Основная задача инженера по коррозии - экономно и безопасно управлять воздействием коррозии на материалы.

Заки Ахмад в своей книге «Принципы коррозионной техники и контроля коррозии» утверждает, что «Коррозионная инженерия - это применение принципов, выведенных из науки о коррозии, для минимизации или предотвращения коррозии». [6] Shreir et al. предлагают то же самое в своей большой двухтомной работе под названием «Коррозия». [7] Инжиниринг коррозии включает разработку схем предотвращения коррозии и внедрение конкретных правил и практик. Меры защиты от коррозии, включая катодную защиту, проектирование по предотвращению коррозии и покрытие конструкций относятся к режиму коррозионной техники. Однако наука о коррозии и инженерия идут рука об руку, и их нельзя разделить: это постоянный союз, позволяющий время от времени создавать новые и лучшие методы защиты. Это может включать использование ингибиторов коррозии . В «Справочнике по инженерии коррозии» автор Пьер Р. Роберж утверждает: «Коррозия - это разрушительное воздействие на материал в результате реакции с окружающей средой. Серьезные последствия процесса коррозии стали проблемой мирового значения». [8]

Некоторые из наиболее заметных участников дисциплины «Коррозионная инженерия» включают, среди прочего:

  • Майкл Фарадей (1791–1867)
  • Марсель Пурбэ (1904–1998)
  • Герберт Х. Улиг (1907–1993)
  • Улик Ричардсон Эванс (1889–1980)
  • Марс Дж. Фонтана (1910–1988)
  • Мелвин Романофф (-1970)
  • Пьер Р. Роберж

Типы коррозионных ситуаций [ править ]

Инженеры и консультанты по коррозии обычно специализируются на сценариях внутренней или внешней коррозии. В обоих случаях они могут предоставлять рекомендации по контролю коррозии, исследования по анализу отказов, продавать продукты для контроля коррозии или обеспечивать установку или проектирование систем контроля и мониторинга коррозии. [9] [10] [11] [12] [13] У каждого материала есть свои недостатки. Алюминий , гальваническое / цинковое покрытие, латунь и медь плохо переносят очень щелочную или очень кислую среду pH. Медь и латунь плохо переносят среду с высоким содержанием нитратов или аммиака . Углеродистые стали и железо плохо переносят низкое удельное сопротивление почвы.и среды с высоким содержанием хлоридов. Среды с высоким содержанием хлоридов могут даже разрушить и повредить сталь, заключенную в обычно защищающий бетон. Бетон плохо переносит высокие сульфатные и кислые среды. И ничто не может хорошо выжить в средах с высоким содержанием сульфидов и низким окислительно-восстановительным потенциалом с агрессивными бактериями.

Внешняя коррозия [ править ]

Подземная боковая коррозия почвы [ править ]

Инженеры по борьбе с коррозией под землей собирают образцы почвы для проверки химического состава почвы на наличие коррозионных факторов, таких как pH, минимальное удельное сопротивление почвы, хлориды, сульфаты, аммиак, нитраты, сульфиды и окислительно-восстановительный потенциал. [14] [15] Они собирают образцы с глубины, которую будет занимать инфраструктура, потому что свойства почвы могут изменяться от пласта к пласту. Минимальный тест на удельное сопротивление грунта на месте измеряется с использованием метода четырех штифтов Веннера, если его часто проводят для оценки коррозионной активности площадки. Однако в засушливый период испытание может не показать фактической коррозионной активности, поскольку подземный конденсат может сделать почву более влажной при контакте с заглубленными металлическими поверхностями. Вот почему важно измерить минимальное удельное сопротивление почвы или удельное сопротивление при насыщении. Само по себе испытание на удельное сопротивление грунта не позволяет выявить коррозионные элементы.[16] Инженеры по коррозии могут исследовать места, подверженные активной коррозии, используя наземные методы исследования, и спроектировать системы контроля коррозии, такие как катодная защита, чтобы остановить или снизить скорость коррозии. [17]

Инженеры-геотехники обычно не занимаются разработкой коррозии и направляют клиентов к инженеру по коррозии, если удельное сопротивление грунта ниже 3000 Ом-см или меньше, в зависимости от таблицы классификации коррозионной активности почвы, которую они читают. К сожалению, на старой молочной ферме удельное сопротивление почвы может превышать 3000 Ом-см, но при этом в ней все еще могут содержаться агрессивные уровни аммиака и нитратов, которые разъедают медные трубопроводы или заземляющие стержни. Общее высказывание о коррозии звучит так: «Если почва хороша для сельского хозяйства, она отлично подходит для коррозии».

Подводная внешняя коррозия [ править ]

Инженеры по подводной коррозии применяют те же принципы, что и при подземной борьбе с коррозией, но используют специально обученных и сертифицированных аквалангистов для оценки состояния, установки и ввода в эксплуатацию системы контроля коррозии. Основное различие заключается в типе эталонных ячеек, используемых для сбора показаний напряжения.

Атмосферная коррозия [ править ]

Предотвращение атмосферной коррозии обычно достигается путем выбора материалов и спецификаций покрытий . Использование цинковых покрытий на стальных конструкциях, также известных как гальваника, является формой катодной защиты, при которой цинк действует как расходный анод.а также форма покрытия. Ожидается, что со временем на оцинкованном покрытии появятся небольшие царапины. Цинк, являющийся более активным в гальванической серии, вызывает коррозию, а не нижележащую сталь, а продукты коррозии заполняют царапины, предотвращая дальнейшую коррозию. Пока царапины мелкие, конденсационная влага не должна вызывать коррозию лежащей под ними стали, пока цинк и сталь находятся в контакте. Пока есть влага, цинк разъедает и со временем исчезает.

Вид сбоку Железнодорожный мост Кроу-Холл к северу от Престона Ланкс корродирует - генерал
Электрификационный портал из коррозионно-стойкой стали

Коррозия в зонах влажности и брызг [ править ]

«Куртки свай», покрывающие старые бетонные сваи моста, для борьбы с коррозией, которая возникает, когда трещины в сваях позволяют соленой воде контактировать с внутренними стальными стержнями
Структурный элемент Blackpool Promenade в Bispham сильно корродирован

Значительное количество коррозии заборов происходит из-за того, что инструменты озеленения царапают покрытия заборов, а оросительные оросители опрыскивают эти поврежденные заборы. Переработанная вода обычно имеет более высокое содержание соли, чем питьевая питьевая вода, а это означает, что она более агрессивна, чем обычная водопроводная вода. Такой же риск повреждения и разбрызгивания воды существует для наземных трубопроводов и устройств предотвращения обратного потока. Стекловолоконные кожухи, клетки и бетонные опоры хорошо зарекомендовали себя, чтобы держать инструменты на расстоянии вытянутой руки. Даже место, где забрызгивает ваш водосток, может иметь значение. Дренаж из долины крыши дома может падать прямо на газовый счетчик, вызывая коррозию его трубопроводов с ускоренной скоростью, достигающей 50% толщины стенок в течение 4 лет. Это тот же эффект, что и зона брызг в океане,или в бассейне с большим количеством кислорода и перемешиванием, которое удаляет материал по мере его коррозии.

Резервуары или конструкционные трубы, такие как опоры для сидений скамейки или аттракционы, могут накапливать воду и влагу, если конструкция не допускает дренаж. Эта влажная среда может привести к внутренней коррозии конструкции, нарушающей ее целостность. То же самое может произойти в тропической среде, что приведет к внешней коррозии.

Гальваническая коррозия [ править ]

См. Основную статью Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия (также называемая биметаллической коррозией) - это электрохимический процесс, при котором один металл (более активный) подвергается коррозии преимущественно, когда он находится в электрическом контакте с другим разнородным металлом в присутствии электролита . [18] Подобная гальваническая реакция используется в первичных элементах для генерирования полезного электрического напряжения для питания портативных устройств - классическим примером является элемент с цинковыми и медными электродами. Гальваническая коррозия происходит, когда активный металл и более благородный металл контактируют в присутствии электролита .

Питтинговая коррозия [ править ]

См. Основную статью эквивалентное число точечной коррозии и сопротивления питтингу

Точечная коррозия, или точечная коррозия, представляет собой чрезвычайно локализованную коррозию, которая приводит к образованию небольших отверстий в материале - почти всегда в металле. Отказы, возникающие в результате этой формы коррозии, могут быть катастрофическими. При общей коррозии легче спрогнозировать количество материала, которое будет потеряно с течением времени, и это может быть встроено в конструкцию конструкции. Точечная коррозия, как и щелевая коррозия, может вызвать катастрофический отказ с очень небольшой потерей материала. Точечная коррозия случается с пассивными материалами.

Щелевая коррозия [ править ]

См. Основную статью Щелевая коррозия

Щелевая коррозия - это тип локальной коррозии с механизмом, очень похожим на точечную коррозию.

Коррозионное растрескивание под напряжением [ править ]

См. Основную статью Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) - это рост трещины в коррозионно-агрессивной среде. Для этого требуются три условия: 1) агрессивная среда 2) напряжение 3) чувствительный материал. SCC может привести к неожиданному внезапному и, следовательно, катастрофическому разрушению обычно пластичных металлов под действием растягивающего напряжения . Обычно это обостряется при повышенной температуре. SCC имеет высокую химическую специфичность, так как некоторые сплавы могут подвергаться SCC только при воздействии небольшого количества химических сред. Обычно SCC остается незамеченным до отказа. SCC обычно довольно быстро прогрессирует после первоначального зарождения трещины и чаще наблюдается в сплавах, чем в чистых металлах. Таким образом, инженер по коррозии должен знать об этом явлении. [19]

Нитевидная коррозия [ править ]

Нитевидная коррозия может рассматриваться как тип щелевой коррозии и иногда наблюдается на металлах, покрытых органическим покрытием ( краской ).

Нитевидная коррозия окрашенного алюминия

Коррозионная усталость [ править ]

См. Основную статью Коррозионная усталость

Микробная коррозия [ править ]

См. Основную статью Микробная коррозия

В настоящее время известно, что биокоррозия, биообрастание и коррозия, вызываемые живыми организмами, имеют электрохимическую основу. [20] Другие морские существа, такие как мидии, черви и даже губки, как известно, разрушают инженерные материалы. [21]

Повреждение водородом [ править ]

См. Основную статью Повреждение водородом

Водородное охрупчивание [ править ]

См. Основную статью Водородное охрупчивание

Высокотемпературная коррозия [ править ]

См. Основную статью Высокотемпературная коррозия

Внутренняя коррозия [ править ]

Внутренняя коррозия вызывается совокупным воздействием и серьезностью четырех видов разрушения материала, а именно: общей коррозии, точечной коррозии, микробной коррозии и коррозии жидкости. [22]К внутренней коррозии могут применяться те же принципы контроля внешней коррозии, но из-за доступности подходы могут быть разными. Таким образом, используются специальные инструменты для контроля внутренней коррозии и контроля, которые не используются для контроля внешней коррозии. Видеообзор труб и высокотехнологичные интеллектуальные свиньи используются для внутренних проверок. Интеллектуальные скребки могут быть вставлены в систему трубопроводов в одной точке и «пойманы» дальше по линии. Использование ингибиторов коррозии, выбор материалов и внутренних покрытий в основном используются для контроля коррозии в трубопроводах, в то время как аноды вместе с покрытиями используются для контроля коррозии в резервуарах.

Проблемы с внутренней коррозией относятся к следующему:

- Коррозия водопровода - Коррозия газопровода - Коррозия маслопровода - Коррозия резервуара для воды

Хорошая конструкция для предотвращения коррозии [ править ]

Коррозионная инженерия предполагает хороший дизайн. Использование закругленной кромки вместо острой кромки снижает коррозию, в отличие от соединения посредством сварки или другого метода соединения двух разнородных металлов, чтобы избежать гальванической коррозии. Избегать наличия небольшого анода (или анодного материала) рядом с большим катодом (или катодным материалом) является хорошей практикой. Например, сварочный материал всегда должен быть более благородным, чем окружающий его материал. Нельзя использовать нержавеющую сталь для работы с дезоксигенированными растворами, поскольку нержавеющая сталь использует кислород для поддержания пассивации.

Коррозия на стыке - плохая конструкция

См. Также [ править ]

  • Общества коррозии
  • Замедлитель коррозии
  • Коррозионное растрескивание под напряжением
  • Растрескивание под воздействием окружающей среды
  • Разрушение конструкции
  • Механика разрушения
  • Электрохимия
  • Анодная защита
  • Покрытие
  • Национальный институт стандартов и технологий

Ссылки [ править ]

  1. ^ 1950-, Третуэй, Кеннет Р. (Кеннет Ричард) (1988). Коррозия для студентов естественно-технических специальностей . Чемберлен, Джон, 1934-. Харлоу, Эссекс, Англия: Longman Scientific & Technical. ISBN 0582450896. OCLC  15083645 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  2. ^ Сидки и Хокинг (май 1994). «Магистр коррозии технических материалов». Конспект лекций Имперского колледжа .
  3. ^ «Добро пожаловать в Центр коррозии Фонтаны» . Центр коррозии Фонтана . 2013-10-02 . Источник 2021-02-20 .
  4. Перейти ↑ Fontana, Mars G (2005). Коррозионная техника (3-е изд.). Нью-Дели: Тата МакГроу-Хилл. ISBN 0070607443. OCLC  225414435 .
  5. ^ Trethewey, Kenneth R .; Чемберлен, Джон (1988). Коррозия для студентов естественно-технических специальностей . Харлоу, Эссекс, Англия: Longman Scientific & Technical. ISBN 0582450896. OCLC  15083645 .
  6. Перейти ↑ Zaki., Ahmad (2006). Принципы коррозионной техники и контроля коррозии . Институт инженеров-химиков (Великобритания) (1-е изд.). Бостон, Массачусетс: Elsevier / BH. ISBN 9780080480336. OCLC  147962712 .
  7. ^ Шрейр, LL; Бурштейн, GT; Джарман, РА (1994). Коррозия (3-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 159124501X. OCLC  53032654 .
  8. ^ Роберж, Pierre R. (2012). Справочник по коррозионной технике (2-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 9780071750370. OCLC  801050825 .
  9. ^ Р., Роберж, Пьер (2008). Коррозионная инженерия: принципы и практика . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 9780071640879. OCLC  228826475 .
  10. ^ Улиг Коррозии справочник . Реви, Р. Уинстон (Роберт Уинстон), 1944-, Улиг, Герберт Генри, 1907- (Третье изд.). Хобокен, Нью-Джерси. Март 2011 г. ISBN. 9780470872857. OCLC  729724608 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  11. ^ 1944-, Реви, Р. Уинстон (Роберт Уинстон) (2008-05-16). Коррозия и контроль коррозии: введение в коррозионную науку и технику . Улиг, Герберт Генри, 1907- (Четвертое изд.). Хобокен, Нью-Джерси. ISBN 9780470277256. OCLC  228416767 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  12. Перейти ↑ Zaki., Ahmad (2006). Принципы коррозионной техники и контроля коррозии . Институт инженеров-химиков (Великобритания) (1-е изд.). Бостон, Массачусетс: Elsevier / BH. ISBN 9780080480336. OCLC  147962712 .
  13. ↑ Volkan, Cicek. Коррозионная техника . Салем, Массачусетс. ISBN 9781118720752. OCLC  878554832 .
  14. ^ Романофф, Мелвин (1964). «Наружная коррозия чугунных труб» . Журнал AWWA . 56 (9): 1129–1143. DOI : 10.1002 / j.1551-8833.1964.tb01314.x . ISSN 1551-8833 . 
  15. ^ Романов, Мельвин. «Монография - Подземная коррозия почвы» (PDF) . NIST Правительство США .
  16. ^ "Архивная копия" . Архивировано 23 августа 2018 года . Проверено 11 августа 2017 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  17. ^ ОФИЦИАЛЬНАЯ ВЫСТАВКА - ENT000391-00-BD01 - М. Романофф, Подземная коррозия, Циркуляр Национального бюро стандартов (1957). (nrc.gov)
  18. ^ «Гальваническая коррозия» . www.nace.org . Архивировано 22 декабря 2018 года . Проверено 21 декабря 2018 .
  19. ^ "Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC)" . www.nace.org . Архивировано из оригинала на 2018-12-22 . Проверено 21 декабря 2018 .
  20. Перейти ↑ Brett, Christopher MA (1993). Электрохимия: принципы, методы и приложения . Ана Мария Оливейра Бретт. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-855389-7. OCLC  26398887 .
  21. ↑ Малкольм Смит «Губка, поедающая строительный раствор», бюллетень по загрязнению морской среды, том 19 (5), стр. 219-22
  22. ^ О. Олабиси, С. Аль-Сулейман, А. Jarragh, и С. Abraham, «Оценка трубопроводов утечки Восприимчивость», материалы Производительность, т. 57, No. 6, июнь 2018 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • NACE (ранее известная как Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов) NACE International
  • Европейская федерация коррозии [1] http://www.efcweb.org/
  • Институт коррозии Великобритании [2]