Химия и технология лакокрасочных покрытий

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КОРРОЗИЮ

Коррозия, как любой физико-химический процесс, подвержена влиянию многих факторов - и внешних, и внутренних. К ним отно­сятся: природа металла, его структура, состояние поверхности, тем­пература, давление, скорость движения и pH среды и др.

Металлы разных групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева ведут себя по-разному. Самыми неустойчивыми

Рис. 5.8. Зависимость скорости коррозии от pH среды

В коррозионном отношении являются металлы главной подгруппы

I и II групп - щелочные и щелочноземельные. Металлы побочной подгруппы I группы (А& Аи) и VIII группы (Об, 1г, Представляют противоположный полюс, это наиболее коррозионностойкие метал­лы. Металлы других групп занимают промежуточное положение между ними. Большинство из них, в том числе такие технически важные металлы, как А1, Сг, Бе, Со, N4, способны пассивироваться и тем самым оказывать заметное сопротивление воздействию различ­ных сред. На рис. 5.8 показано поведение различных металлов в рас­творах в зависимости от их pH (от 0 до 14). Отчетливо выделяются

5 групп в отношении коррозионной стойкости.

Коррозионная стойкость металлов возрастает при легировании - введении в их состав элементов, обеспечивающих повышение тер­модинамической устойчивости, или образование на поверхности защитной (оксидной) пленки. Примером может служить легирова­ние железа с помощью №, Сг, Т1, Мо и других металлов.

Тщательная обработка поверхности, например шлифование или полирование, повышает стойкость против коррозии, особенно в ат­мосферных условиях. Коррозионная стойкость металлов, находящих­ся под нагрузкой, меньше, чем ненапряженных. С повышением тем­пературы сопротивление металлов коррозии, как правило, уменьша­ется, однако возможна и экстремальная зависимость (рис. 5.9, А), когда коррозия протекает с кислородной деполяризацией.

Рис. 5.9. Зависимость скорости коррозии стали от температуры (а) и скоро­сти движения воды (б):

1 - закрытая система; 2 - открытая система

Рис. 5.10. Зависимость коррозии стали от влажности воздуха, содержащего 0,01 % 802

"и:

Неоднозначный характер имеет и ° зависимость скорости коррозии от ин­тенсивности перемешивания раствора.

В электролитах, исключающих образо­вание пассивного состояния металла (например, в морской воде), скорость коррозии с повышением интенсивности движения воды возрастает. В случае пас­сивации металла после ускорения воз­можно торможение коррозионного про­цесса, однако при очень больших ско­ростях (обычно более 20 м/с) кривая коррозии снова идет вверх, наблюдается коррозионно-эрозионный износ (рис. 5.9, Б).

Атмосферная коррозия - наиболее распространенный вид раз­рушения металлов. Примерно 80 % металлических конструкций (строительные сооружения, машины, транспортные средства) экс­плуатируются на открытом воздухе. Коррозия в атмосферных усло­виях обусловливается воздействием воды, адсорбирующейся из воз­духа, и кислорода, беспрепятственно проникающего в адсорбцион­ный слой. Электрическое сопротивление слоя воды и соответственно скорость коррозионного процесса непосредственно связаны с его толщиной, которая является функцией влажности окружающего воз­духа. Таким образом, скорость коррозии оказывается тем больше, чем выше влажность. Особенно быстро коррозия развивается при влажности атмосферного воздуха более 60 % (рис. 5.10).

Ниже приведены значения скорости коррозии железа (в мкм/год) для различных климатических районов страны (сельская местность):

Ленинградская область 43 Сибирь 13-20

Московская область 28

Коррозия усугубляется присутствием в воздухе примесей агрес­сивных газов и механических загрязнений. Если принять скорость коррозии в атмосфере чистого сухого воздуха (континентальный климат) за единицу, то в сильно загрязненной атмосфере индустри­альных районов она достигает 100.

Об относительном поведении различных металлов в атмосфере города можно судить по следующим данным:

Металл РЬ А1 Си № Ъп. Бе

Скорость коррозии, мкм/год 4 8 12 32 50 200

Уменьшая влажность контактирующего с металлом воздуха (осу­шая его) и применяя различные способы изоляции и пассивации по­верхности, можно значительно уменьшить неблагоприятное воздей­ствие атмосферы на металлы и уменьшить вред,' причиняемый кор­розией.

Подземная коррозия Вызывается действием грунтовых вод и растворенных в них солей и газов, а также действием блуждающих токов. Она протекает с кислородной деполяризацией и лимитируется доступом кислорода к металлу. В наибольшей степени подземной коррозии подвержены металлические трубопроводы, кабельные се­ти, подземные хранилища, тюбинги метро, сваи и другие конструк­ции, соприкасающиеся с почвой или грунтом. Вред, который причи­няет подземная коррозия, достаточно велик: ежегодно в нашей стра­не выходит из строя 2-3 % подземных сооружений, что в пересчете на металл составляет около 1 млн. т. Поэтому защита металла, экс­плуатируемого в этих условиях, крайне необходима. Существующие способы борьбы с подземной коррозией сводятся к применению раз­личных изолирующих покрытий и электрохимической защиты.

Морская коррозия, Аналогично почвенной, протекает как элек­трохимический процесс с кислородной деполяризацией. Вода раз­личных морских водоемов содержит от 1 до 3,8 % легкодиссоции - рующих солей и поэтому обладает высокой электрической проводи­мостью. Морская вода, кроме того, хорошо аэрирована и содержит до 0,04 г/л кислорода. Это делает ее достаточно активной в коррози­онном отношении. Разрушение металлов нередко усугубляется влия­нием механического и биологического факторов (эрозия и кавита­ция, обрастание конструкций морскими растительными и животны­ми организмами). Особенно усиливается коррозия корпусов судов вблизи ватерлинии в связи с легким доступом кислорода к металлу и ухудшением условий для образования и сохранения защитных пле­нок из продуктов коррозии. На скорость коррозии в морской воде сильное влияние оказывает окалина: создавая катодные участки, она может в десятки раз увеличивать обычную для морских условий ско­рость коррозии.

Основным средством защиты конструкций в морской воде, а так­же от воздействия брызг и морского тумана является применение ла­кокрасочных покрытий. При окраске строящихся судов потребляется свыше 4,5 кг лакокрасочных материалов на 1 т грузоподъемности. В морской воде также эффективно используется протекторная защита.

Коррозия в сильноагрессивных средах - растворах неорганиче­ских и органических кислот, солей, щелочей, атмосфере влажных агрессивных газов и паров (оксиды азота и серы, галогены, галоген - водороды и др.) - наиболее часто встречается при эксплуатации хи­мического оборудования, вытяжных шкафов, а также емкостей, тру­бопроводов, насосов и вентиляторов, используемых для хранения и транспортирования указанных веществ. Коррозия в этих средах про­текает большей частью с водородной деполяризацией и высокой скоростью. Бороться с этим видом коррозии особенно затруднитель­но. Применяемые способы сводятся к понижению активности среды и надежной изоляции поверхности материалами, более стойкими в химическом отношении, чем защищаемый металл.