Коррозия металлов. Виды коррозии. Факторы, влияющие на скорость коррозии.

Лекция 1 Коррозия металлов. Виды коррозии. Факторы, влияющие на скорость коррозиии. Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие их взаимодействия с окружающей средой. В основе этого взаимодействия лежат химические и электрохимические реакции, а иногда и механическое воздействие внешней среды. Эрозия, истирание или износ – разрушение металла, происходящее при физическом взаимодействии среды (это не коррозионный процесс, но часто механическое воздействие усиливается коррозией) В соответствии с международным стандартом ISO. Коррозия – самопроизвольное разрушение металлов и сплавов при физико-химическом взаимодействии с окружающей средой, в ходе которого нарушаются функции металла и изделий (сооружений) из него. Коррозия является физико-химическим процессом и закономерности ее протекания определяются общими законами термодинамики и кинетики гетерогенных систем. Ущерб от коррозии. Оборудование для производства, различные коммуникации изготавливают на основе черных и цветных металлов. Со временем в результате коррозии металлы разрушаются. Это приносит не только экономические потери, но и приводит к глобальным экологическим катастрофам. Ущерб от коррозии в развитых странах составляет около 4% валового национального продукта. Большое количество металла превращается в лом, а примерно 10% металла теряется безвозвратно. В РФ ежегодные потери металлов из-за коррозии составляют до 12% общей массы металлофонда, что соответствует утрате до 30% ежегодно производимого металла. Особенно велики затраты на возмещение потерь от коррозии в коммунальном хозяйстве, военной технике, при добыче и транспортировке нефти и газа, добыче других полезных ископаемых. Различают прямые и косвенные потери. Под прямыми потерями понимают затраты на замену оборудования и затраты на повышение коррозионной стойкости оборудования (покраска, легирование и другие виды защиты). 1.Косвенные потери: 2.Потери из-за простоев оборудования, вызванных авариями (недовыработка); 3.Потери готовой продукции (протечки и т.п.); 4.Потери мощности оборудования (уменьшение теплопередачи, сечений трубопроводов вследствие обрастания стенок продуктами коррозии); 5.Потери из-за снижения качества продукции (загрязнение готовой продукции); Затраты материалов и энергоносителей для обеспечения допусков на коррозию. Подсчет косвенных потерь очень сложен, а иногда потери вообще не могут быть выражены в денежных единицах. К таким потерям относятся гибель людей, экологические последствия аварий (взрывы на газо- и нефтепроводах). Полностью устранить затраты нельзя, можно оптимизировать меры борьбы с коррозией и тем самым сократить расходы примерно на 15%. Проблема коррозии относится к глобальным проблемам: 1. Экономическая проблема: прирост производства металла сравним с потерями из- за коррозии. 2. Проблема надежности оборудования. 3. Экологическая проблема. От выхода из строя оборудования страдает экология (аварии, разлив нефти, взрывы газа и т.д.). Чтобы бороться с коррозией и защищать металл от разрушения необходимо знать теорию коррозионных процессов. Классификация коррозионных процессов Коррозионные процессы классифицируют по определяющему механизму процесса, по виду коррозионной среды и условиям протекания процесса, по характеру коррозионных поражений. I. Классификация по определяющему механизму процесса. Химическая коррозия. Это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление компонента среды протекают одновременно в одном акте. Продукты взаимодействия пространственно не разделены. Например, окисление магния при нагревании на воздухе: 2Mg+O2=2MgO или 4Fe+3O2=2Fe2O3. 2. Электрохимическая коррозия – процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором растворение металла и восстановление компонента среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала. Например, коррозия стали в морской воде, почвенная коррозия. 3. Биокоррозия или биологическая коррозия. Разрушение металла, вызываемое непосредственно или косвенно жизнедеятельностью бактерий, плесени, грибков. 4. Кавитационная коррозия. Кавитация – разрушение металла под микроударным воздействием жидкой среды. Это воздействие проявляется при захлопывании на поверхности твердого металла пузырьков пара, имеющихся в жидкости. Исчезновение пузырьков сопровождается гидравлическим ударом, который и является причиной коррозии. 5. Эрозионная коррозия. Эрозия (истирание) – износ и выбивание частиц металла с поверхности под влиянием твердых частиц, находящихся в потоке жидкости. Часто кавитационное и эрозионное воздействие протекают одновременно и усиливают друг друга. 1. II. По условиям протекания. 1. Газовая коррозия. Коррозия металла в газовой среде при минимальном количестве влаги (не более 0,1%) или при высоких температурах. Часто встречается в химической промышленности (при получении серной кислоты на стадии окисления оксида серы SO2). 2. Атмосферная коррозия. Коррозия металла в атмосфере воздуха или любого влажного газа. 3. Жидкостная коррозия. Коррозия металла в жидкой среде: в неэлектролитах (органические растворители, жидкое топливо и др.) и в электролитах (электропроводные растворы, и расплавы). 4. Подземная коррозия – коррозия в почвах и грунтах. 5. Коррозия в условиях криптоклимата ( в условиях замкнутого пространства с атмосферой или жидкостью специального состава). 6. Контактная коррозия. Вызвана контактом металлов, имеющих различные стационарные потенциалы в данном электролите. 7. Радиоционная коррозия. Коррозия, обусловленная действием радиоактивного излучения. 8. Структурная коррозия. Связана со структурной неоднородностью металла (ускорение коррозионного процесса в растворах кислот катодными включениями в металлах: карбидами в стали, графитом в чугуне и т.д.). 9. Морская коррозия. 10. Коррозия под действием блуждающий токов. Коррозия подземных трубопроводов, расположенных вблизи электрофицированных рельсовых дорог. 11. Коррозия под напряжением. Коррозия, вызванная одновременно действием коррозионной среды и механических напряжений. Если это растягивающее напряжение, то может произойти растрескивание металла. Такая коррозия опасна для конструкций, испытывающих механические нагрузки: оси турбин, паровые котлы. 12. Фреттинг-коррозия. Коррозия, вызванная одновременно вибрацией и воздействием коррозионной среды. III. По характеру коррозионного разрушения. 1. Сплошная или общая коррозия охватывает всю поверхность металла. Она может быть равномерной (одинаковая скорость по всей поверхности) (рисунок 2, а) и неравномерной (скорость неодинакова на различных участках поверхности металла) (рисунок 2, б). Виды коррозии: а – сплошная равномерная; б – сплошная неравномерная; в – структурно избирательная; г – пятнами; д – язвами; е – точками (питтинговая); ж – подповерхностная; з – межкристаллическая 2. Структурно-избирательная коррозия – разрушается одна структурная составляющая или один компонент сплава (рисунок 2, в). 3. Местная (локальная) коррозия охватывает отдельные участки поверхности металла. Различают следующие виды местной коррозии: - пятнами (рисунок 2, г), - язвами (рисунок 2, д), - точечная (питтинговая) (рисунок 2, е), - сквозная, - нитевидная – распространяется в виде нитей преимущественно под неметаллическими защитными покрытиями, - подповерхностная – начинается с поверхности, но затем распространяется в глубине металла (рисунок 2, ж). Продукты коррозии сосредоточены в полостях металла. Этот вид коррозии вызывает вспучивание и расслоение металлических изделий, - межкристаллитная коррозия характеризуется разрушением метали по границам зерен (рисунок 2, з). Она опасна тем, что внешний вид металла не меняется, но он быстро теряет прочность и легко разрушается. Связано это с образованием между зерен рыхлых малопрочных продуктов коррозии. - щелевая коррозия вызывает разрушением металла под прокладками, в зазорах, щелях, резьбовых креплениях. Химическая коррозия К химической коррозии относятся высокотемпературная газовая коррозия и коррозия в растворах неэлектролитов. Газовой коррозией называется, коррозия при высоких температурах в атмосфере паров и газов. На практике большое число различных изделий и деталей аппаратуры подвергается разрушению именно вследствие газовой коррозии. Арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки турбин, отжиговые ящики, пирометрические трубки и т. д., а также и металл, подвергаемый термической обработке - нагреву перед закалкой, отжигу и т. д., в результате газовой коррозии покрываются слоем окислов - окалиной. Для того чтобы металлы и сплавы возможно было применять при высоких температурах, они должны обладать, кроме устойчивости по отношению к газовой коррозии, жаростойкостью, также и жаропрочностью. Под жаростойкостью понимается стойкость к химическому взаимодействию металла с окружающей средой. Жаропрочностью называется способность металлов и сплавов сохранять механические свойства при высоких температурах. Для очень большого числа металлов и сплавов жаростойкость выше жаропрочности, т. е. предел температуры, при которой металл окисляется еще достаточно медленно (жаростоек) , обычно выше температуры, при которой начинается резкое падение механических свойств металла. При относительно низких температурах (порядка 200-300°) на железе уже начинает появляться видимая пленка оксидов. По мере повышения температуры скорость окисления возрастает. В пределах до 600° скорость коррозии еще настолько мала, что изделия из железа могут применяться для работы в этих условиях. При дальнейшем повышении температуры в небольшом интервале, зависящем как от состава металла, так и от состава внешней среды, скорость окисления резко повышается. При газовой коррозии оксидные пленки, образующиеся на железе при температурах до 600-800°, обладают защитными свойствами и замедляют процесс окисления, но затем защитные свойства пленки падают, и коррозия ускоряется. Окалина на углеродистой стали имеет сложное строение: внутренний слой, прилегающий к металлу состоит из оксида железа (II) - FeO. затем следует слой, представляющий собой смешанный оксид железа Fe3O4, наружный слой состоит из оксида железа (III) - Fe2O3. При газовой коррозии железоуглеродистых сплавов наблюдается декарбуризация, или обезуглероживание, значительно усложняющая процесс коррозии. Это явление заключается в том, что при воздействии на железоуглеродистые сплавы газов, содержащих окислители, на поверхности металла происходит реакция между углеродом и этими газами с образованием газообразных соединений. Вследствие этого поверхностный слой обедняется углеродом (иногда до феррита), а кроме того, выделяющиеся газы нарушают целость слоя продуктов коррозии, уменьшая его защитные свойства. Введение в сталь добавок, образующих прочные сложные карбиды, повышает стойкость стали в этих условиях. Применяют добавку хрома, вольфрама; хорошие результаты получены при применении хромомолибденовых сталей. При газовой коррозии чугуна иногда наблюдается увеличение его объема или, как говорят, «рост чугуна». Происходит это вследствие проникновения вдоль включений графита и мелких трещин коррозионно-активных газов, окисляющих чугун. Оксиды занимают больший объем, чем тот металл, из которого они образовались, и в чугуне появляются многочисленные мелкие трещинки. Особенно способствует росту чугуна попеременное нагревание и охлаждение. В результате этого процесса механические свойства чугуна резко падают. На скорость газовой коррозии значительно влияет состав атмосферы, от которой находится в зависимости состав слоя продуктов коррозии и его защитные свойства. Такие газы, как диоксид серы, хлор, диокид углерода, оксиды азота ускоряют коррозионное разрушение, а такие газы, как метан, оксид углерода, водород - замедляют. Защитные свойства образующихся продуктов коррозии имеют первостепенное значение. Добавка алюминия или кремния в сталь, не содержащую других легирующих компонентов, значительно повышает жаростойкость этого сплава, однако, механические качества его весьма низки, так как он очень хрупок и, кроме того, обладает малой жаропрочностью. Введение алюминия и кремния в хромистые и хромоникелевые стали дает сплавы с высокими механическими свойствами, обладающие хорошей жаропрочностью. Некоторые элементы резко понижают коррозионную устойчивость металлов и сплавов при высоких температурах, например - бор, флюсующий оксиды пленки, и свинец (соединения свинца добавляются как детонаторы в жидкое горючее для двигателей внутреннего сгорания).Для повышения жаропрочности вводят кроме указанных добавок также молибден и ванадий. Большое число металлов обладает очень низким сопротивлением к газовой коррозии. К таким металлам относятся: бор, цинк, кадмий, свинец и др. Таким образом, при высокотемпературной газовой коррозии возможен вариант, при котором образующаяся оксидная пленка будет защищать металл от дальнейшего разрушения. Для этого оксидная пленка должна быть неэлектропроводной и беспористой. В противном случае коррозия будет протекать с постоянной скоростью и металл будет превращаться в оксид (окалину). Механизм электрохимической коррозии. Большинство металлических изделий в той или иной степени разрушается от коррозии, вызванной соприкосновением с различными водными растворами, проводящими ток, т. е. электролитами. Так, например, вследствие соприкосновения с влажной почвой корродируют трубопроводы и кабели, проложенные в земле. Находясь в воде, корродируют подводные части судов, особенно морских, части трубопроводов, проложенные на дне рек, оболочки подводных кабелей, конденсаторы теплосиловых установок и многие другие. Особенно велико количество металла, корродирующего вследствие соприкосновения с влажной загрязненной атмосферой. В результате коррозии металлы окисляются, но нельзя рассматривать коррозию как простой процесс окисления. Процесс коррозии не есть непосредственное соединение металла с другими элементами, в частности с кислородом, он протекает какими-то более сложными путями. Швейцарский ученый де-ля-Рив в 1823 г. высказал предположение, что коррозия металлов в электролитах есть результат работы множества находящихся на поверхности металлов микроскопически малых короткозамкнутых гальванических элементов де-ляРив назвал их микро- или локальными элементами. Таким образом, электрохимическая коррозия протекает в результате работы множества коррозионных микрогальванических элементов, возникающих на поверхности металла, соприкасающейся с электролитом, вследствие разного рода неоднородностей. Анодный и катодный процессы идут на различных участках поверхности металла, а электроны переходят по металлу от анодных участков к катодным. Основными причинами неоднородности металлических изделий и появления анодных и катодных участков являются: - контакт деталей, изготовленных из различных металлов; - внутренняя химическая неоднородность металлов и сплавов, проявляющаяся в наличии в них кристаллитов (зерен) разного состава, выделений различных фаз на границах кристаллитов и т.п.; - неоднородность отдельных кристаллитов по составу; - неравномерная деформация деталей и конструкций; - неоднородность коррозионной среды; - температурные градиенты; - электрические, магнитные поля и т.д. На анодных участках происходит растворение (окисление) металла: Для железа: Fe - 2e → Fe2+. Для меди: Cu - 2e → Cu2+. Для алюминия: Al - 3e → Al3+. На катодных участках происходит восстановление деполяризатора, в качестве которого чаще всего выступают растворенный в воде кислород или ионы водорода: O2+2H2O +4е→4OH2H+ + 2e → H2 В зависимости от того, какая из этих реакций имеет место, говорят, что коррозия протекает с кислородной или водородной деполяризацией. В первом случае мы можем наблюдать образование нерастворимого осадка ( ржавчины в случае с железом) или выделение пузырьков газообразного водорода. Вероятность протекания той или иной реакции зависит как от активности металла, так и pH среды. Чем правее расположен металл в ряду напряжений, тем менее вероятно протекание реакции восстановления водорода. Чем выше кислотность раствора (ниже рН), тем выше вероятность протекания этой реакции. Таким образом, коррозия железа в растворе соляной кислоты будет протекать с водородной деполяризацией, а в нейтральном растворе поваренной соли - с кислородной. Ниже приведены значения потенциалов некоторых металлов в различных средах: Металл Магний Алюминий Цннк Железо Кадмий Никель Свинец Медь Станартный электродный потенциал 0,1 N HCI —2,40 — 1,33 —0,76 -0,44 —0,40 -0,23 —0,12 +0,34 -0,50 —0,76 -0,32 —0,52 -0,06 -0.23 +0,15 З% NaCl+ 0,1N NH4OH 3% NaCl —1,38 -1,31 -0,10 —0,50 -0,04 —0,51 +0,03 —0,63 -0,83 0,50 -0,52 —0,02 -0,26 +0,05 +0,1 Н2О2 —0,53 -0,77 -0,50 -0,50 +0,05 —0,24 +0,05 Чем отрицательнее потенциал металла, тем выше его активность. Влияние внутренних и внешних факторов на скорость коррозии. К внутренним факторам относят состояние поверхности, состав и структуру корродирующего металла. Характер поверхности металла обычно влияет на скорость его коррозии в слабоагрессивной среде. Металл с отполированной поверхностью устойчивее, чем с шероховатой. Однако, когда в результате коррозии полированная поверхность становится шероховатой, то ее преимущество перед полированной пропадает. Сплавы, устойчивые в условиях коррозии с выделением водорода (обычно в кислотах), должны представлять однородный твердый раствор, склонный к образованию на поверхности защитных пленок. В некоторых случаях полезно вводить добавки, дающие катодные структурные составляющие с большим перенапряжением водорода. В случае коррозии с поглощением кислорода внутренние факторы имеют относительно меньшее значение; особенно существенны условия, в которых сплав находится, т. е. внешние факторы. Состав сплава оказывает большое влияние на его коррозионную устойчивость особенно при коррозии, идущей с выделением водорода. Необходимо рассмотреть так называемые «границы устойчивости», обнаруженные Тамманом в твердых растворах. Тамман установил, что при введении в сплав компонента, устойчивого по отношению к данному электролиту и дающего твердый раствор с основным металлом при прибавлении его в количестве n/8%, где n= 1,2, 3 и т.д. (т. е. 12,5; 25; 37,5; 50% атомн.), коррозионная устойчивость его скачкообразно возрастает. Состояние металла характеризуется теми операциями, которым он подвергался в процессе обработки или эксплуатации. Внутренние напряжения, остающиеся в металле после его обработки, большей частью ухудшают коррозионную устойчивость металла, сдвигают его потенциал в отрицательном направлении и часто к межкристаллитной коррозии. Для этого вида коррозии характерно образование мелких трещин, постепенно переходящих в крупные. Излом в этом случае очень часто бывает интеркристаллитным, т. е. он располагается по границам зерен Влияние внешних факторов К внешним факторам относится среда, окружающая металл, как, например, электролит (его состав, температура и т. д.). Как уже говорилось, во многих случаях внешняя среда оказывает значительно большее влияние на скорость коррозии, чем состав или состояние металла. Изменение концентрации ионов водорода в растворе — один из наиболее значительных факторов, влияющих на скорость коррозии. Как уже говорилось выше, с изменением pH может измениться даже характер процесса. Так, например, с уменьшением pH на катодных участках вместо ионизации кислорода, вследствие уменьшения потенциала разряда водорода может начаться выделение газообразного водорода, а также изменяются свойства образующихся продуктов коррозии и т. д. Изменения скорости коррозии разных металлов в зависимости от pH схематически показаны на рисунке. Для устойчивых металлов, как платина и золото, скорость коррозии практически не зависит от pH (а). Цинк, алюминий и свинец неустойчивы и в кислых, и в щелочных растворах, что объясняется амфотерностью этих металлов, растворимостью их окислов, образующих на поверхности защитные пленки в кислотах и в щелочах (б). На кривой зависимости скорости коррозии меди от pH также имеется подъем как в области кислых, так и щелочных растворов, хотя и менее резкий, чем для перечисленных трех металлов (б). Скорость коррозии железа и магния в щелочных растворах по сравнению со скоростью коррозии в нейтральных и кислых растворах меньше, вследствие того, что гидроокиси этих металлов практически нерастворимы в щелочах и образуют на поверхности металлов защитную пленку. При очень больших концентрациях щелочи, особенно при высоких температурах, железо начинает довольно интенсивно корродировать; его амфотерность проявляется только в концентрированных щелочных растворах (в). Никель и кадмий устойчивы в нейтральных и щелочных растворах и корродируют в кислотах (г), Такого рода кривые получаются в случае отсутствия в растворах окислителей (не считая кислорода воздуха), которые могли бы вызвать изменение скорости коррозии — уменьшение вследствие пассивации или возрастание в результате деполяризующего действия окислителя. Так, например, алюминий при одинаковых значениях pH корродирует в соляной кислоте значительно быстрее, чем в азотной, так как азотная кислота пассивирует алюминий, в то время как медь растворяется в азотной кислоте значительно быстрее, чем в соляной (в данном случае азотная кислота не пассивирует медь, а является деполяризатором). По этому признаку кислоты делятся на две группы - окислительные и неокислительные. К первой группе относится азотная кислота всех концентраций и концентрированная серная (выше 70%). Ко второй группе относится серная (ниже 70%), соляная, уксусная и др. Окислительные кислоты вызывают при некоторых условиях пассивацию металла, и коррозия в этих случаях практически прекращается, в других случаях, когда их пассивирующее действие недостаточно, они могут, восстанавливаясь на катоде, служить деполяризаторами, и скорость коррозии в них очень велика. Соли, содержащиеся в растворах, часто не изменяя pH раствора, влияют на скорость коррозии металлов. Для удобства изложения разделим соли, присутствующие в растворах, на следующие группы: Соли-пассиваторы, способствующие образованию защитной пленки на поверхности металлов. К таким солям относятся К2Сr2О7; КСгО4, КМпO4 и т. п. Однако нужно принять во внимание, что действие солей на разные металлы может быть различным. Так, например, в присутствии карбонатов пассивируются свинец и цинк, в присутствии сульфата пассивируется свинец, в присутствии фторидов — магний и т. д. Нахождение фторидов в растворе на другие металлы действует активирующе. Присутствие в растворе солей пассиваторов замедляет коррозию. Сол и-aктиваторы. К этой группе относятся соли галоидоводородных кислот, дающие при диссоциации ионы F-;C1-; Вг- и J-. Эти ионы препятствуют образованию пассивной пленки на всех металлах; исключение представляют молибден и серебро (а также магний в присутствии F-). Одновременное присутствие пассиваторов и активаторов часто вызывает точечную коррозию. Такой вид коррозии очень опасен, так как при относительно небольшом количестве растворившегося металла может произойти разрушение изделия. Соли, изменяющие pH раствора, т. е. соли сильных кислот и слабых оснований (CaCl2; MgS04), вследствие гидролиза уменьшающие pH раствора, или соли слабых кислот и сильных оснований (Na2CO3, NaCH3COO), увеличивающие pH раствора, влияют на скорость коррозии взаимно противоположно, в зависимости от влияния на коррозию при изменении pH. Например, при добавлении в воду Na2CO3 скорость коррозии алюминия возрастает, а железа уменьшается. Газы, присутствующие в атмосфере, окружающей жидкость, в которой протекает коррозия, диффундируя через раствор к металлу, также влияют на скорость его коррозии. Наибольший интерес представляет действие кислорода воздуха. Который оказывает двоякое влияние на скорость коррозии. С одной стороны, являясь деполяризатором, он ускоряет коррозию, а с другой стороны, пассивируя металл, он замедляет коррозию. В одних случаях, в зависимости от концентрации кислорода, от состава раствора, от металла и т. п., превалирует ускоряющее, а в других случаях замедляющее действие его на коррозию металла. Очень велико влияние кислорода на распределение коррозии, особенно в нейтральных растворах. Эванс обнаружил, что причиной часто наблюдаемого распределения по поверхности металла анодных и катодных участков служит неравномерность доступа воздуха к разным частям поверхности металла. Эванс назвал это явление дифференциальной аэрацией. При этом возникает гальванический элемент: Такое распределение анодных и катодных участков объясняется большей пассивацией лучше аэрируемых участков и вследствие этого сдвигом их потенциалов в положительном направлении. Если поместить на поверхность железа каплю электролита, то под этой каплей железо начинает корродировать, причем первоначально, пока концентрация кислорода в капле равномерна, распределение, анодных и катодных участков вызвано структурной неоднородностью металла. Через некоторое время анодной поверхностью становится участок металла под серединой капли, а катодной — кольцо по периферии капли. С повышением температуры скорость коррозии будет возрастать, однако, иногда наблюдается обратное явление. При коррозии, скорость которой определяется доступом кислорода, повышение температуры приводит, с одной стороны, к уменьшению растворимости кислорода, с другой, — к увеличению скорости его диффузии, а следовательно, возможно понижение скорости коррозии. При коррозии железа в воде в случае, когда сосуд открыт, при повышении температуры кислород, растворенный в воде, может удаляться; скорость коррозии будет максимальна приблизительно при 80°. В дальнейшем с повышением температуры скорость коррозии уменьшается. Если сосуд с водой, в котором корродирует железо, закрыть, т. е. затруднить удаление кислорода из раствора, то по мере повышения температуры скорость коррозии непрерывно будет возрастать. С изменением температуры могут также изменяться свойства защитной пленки на металле, что, конечно, повлияет на его коррозионную устойчивость. При коррозии с выделением водорода повышение температуры ускоряет процесс. Движение раствора относительно металла, т. е. перемешивание, облегчает доступ кислорода к корродирующему металлу, обновляет раствор вблизи его поверхности; поэтому в перемешиваемых растворах скорость коррозии больше, чем в неподвижных. При относительно небольших скоростях движения раствора сказанное наблюдается как в нейтральных, так и в кислых растворах. С дальнейшим повышением скорости движения жидкости коррозия замедляется, вероятно, вследствие того, что с повышением доступа кислорода поверхность железа пассивируется более полно и возможно также вследствие большей равномерности концентрации кислорода по поверхности металла. При еще более высоких скоростях движения жидкости скорость коррозии опять возрастает. Этот вторичный подъем кривой вероятнее всего есть результат механического разрушения защитной пленки на поверхности металла, а также и самого металла быстро движущейся струей жидкости. В кислой среде скорость коррозии в движущихся растворах больше, чем в неподвижных. В месте удара очень быстро движущихся потоков жидкости образуются вакуумные пустоты и наблюдается особый вид разрушения, называемый кавитацией. При кавитации возникают глубокие язвы, которые, например, наблюдаются на поверхности металла на винтах быстроходных судов. Некоторые виды коррозии Атмосферная коррозия. Большое практическое значение имеет коррозия во влажном воздухе при обычных температурах, так называемая атмосферная коррозия. Огромное количество металла разрушается именно вследствие коррозии в этих условиях. Атмосферную коррозию нужно рассматривать, как электрохимическую, причем электролитом является тонкая пленка влаги, образовавшаяся из адсорбированных поверхностью металла ларов воды, находящихся в атмосфере. В данных условиях коррозия протекает с легким доступом кислорода, так как металл и атмосферу разделяет только тонкая пленка влаги. Электролит вследствие очень малого поперечного сечения обладает большим омическим сопротивлением. В большинстве случаев атмосферная коррозия идет с поглощением кислорода, и только в воздухе, сильно загрязненном кислыми газами, наблюдается выделение водорода. Правильнее всего рассматривать атмосферную коррозию, как процесс, скорость которого зависит не от доступа кислорода, а главным образом от омического сопротивления электролита, т. е. пленки влаги и от свойств образовавшихся продуктов коррозии. Поэтому особенно большое влияние на скорость атмосферной коррозии оказывают изменения состава или толщины пленки электролита. Состав воздуха оказывает очень большое влияние на скорость коррозии вследствие того, что примеси, находящиеся в воздухе, растворяясь в пленке влаги, изменяют ее состав и электропроводность и влияют также на состав и свойства образующихся продуктов коррозии. Так как объем электролита при атмосферной коррозии очень мал, то образующиеся в результате коррозии даже хорошо растворимые соли быстро насыщают электролит и выкристаллизовываются в нем. Одним из наиболее важных свойств продуктов коррозии является их гигроскопичность. В случае образования продуктов коррозии, хорошо абсорбирующих влагу, пленка электролита становится толще, сопротивление ее уменьшается, и коррозия возрастает. В небольшом интервале влажности, разном для различных металлов, резко повышается скорость коррозии. Значение относительной влажности, при которой наблюдается этот скачок, носит название критической влажности. Предполагается, что резкое ускорение коррозии при критической влажности вызвано изменением состава продуктов коррозии и повышением их гигроскопичности. Поэтому в складских помещениях, особенно в помещениях, предназначенных для длительного хранения металлов, необходимо, чтобы влажность воздуха была ниже критической; для железа значение критической влажности находится приблизительно при 65—70% относительной влажности. Из сказанного ясно, что при хранении изделий из железа и его сплавов воздух в складе должен иметь относительную влажность ниже критической. Присутствие примесей в воздухе может влиять на величину критической влажности. В атмосфере сельской местности, городской, промышленной, морской, тропической, континентальной, северных районов и пр. состав воздуха, колебания температуры и влажности весьма различны, а следовательно, различна и скорость атмосферной коррозии. Почвенная коррозия. Большое количество металла в виде труб (водопроводы, нефтепроводы, газопроводы, оболочки кабелей и т. п.) находится в почве и разрушается вследствие коррозии. Почва представляет смесь различных минеральных веществ разной воздухо- и водопроницаемости, часто загрязненную продуктами гниения органических веществ и т. п. Коррозия металлов в почве - электрохимический процесс; электролитом в этом случае является почвенная вода. Омическое сопротивление почв весьма велико, и существует предположение, что скорость коррозии в почве определяется ее омическим сопротивлением. Однако необходимо учитывать трудность доступа кислорода воздуха через почву. Агрессивность почвы весьма различна. В некоторых случаях .металлы в течение долгого времени (нескольких десятилетий) могут находиться в почве, не подвергаясь заметной коррозии. Иногда же достаточно кратковременного пребывания (например, в течение одного года), чтобы вследствие значительного ржавления трубы (например нефтепровод) были выведены из строя. Вывести заключение о степени агрессивности почвы лишь на основании исследования ее состава и структуры можно только весьма приблизительно. Поэтому перед производством работ экспериментально определяют агрессивность почв и в случаях значительной величины защищают металл от ее воздействия. Для защиты от коррозии в почве металл покрывают толстым слоем асфальта, каменноугольной смолы и т. п. Для увеличения механической прочности таких покрытий трубы обертывают материалом, пропитанным веществом, которым производится обмазка. В особенно ответственных случаях такие покрытия делают многослойными. Защита тонкими пленками, например лакокрасочными покрытиями, не достигает цели, так как вследствие движения почвы из-за колебаний влажности, температуры и т. п. такое покрытие ввиду малой прочности разрушается. Коррозия блуждающими токами. Электрические токи, ответвляющиеся вследствие недостаточной изоляции проводников и текущие различными случайными путями, называются блуждающими. Блуждающие токи возникают от источников постоянного и переменного тока, но последний не оказывает корродирующего действия. Большей частью источником блуждающего постоянного тока в земле служат электрические железные дороги, питающиеся постоянным током. Источником блуждающих постоянных токов может также явиться любая установка, потребляющая или производящая постоянный ток, например, электролитическая ванна, аккумуляторная батарея и т. д. Как видно на рисунке, ток с электростанции по положительному фидеру через дугу поступает в мотор вагона и затем направляется через колеса в рельсы, служащие отрицательным фидером, а по ним снова попадает на станцию. Вследствие недостаточной изоляции рельсов от почвы, которая проводит ток, часть тока ответвляется и блуждает различными путями по почве и находящимся в ней металлическим предметам и затем снова попадает в рельс. Таким образом, как на рельсах, так и на пролегающем недалеко в почве трубопроводе будут участки входа и выхода тока: первые вызывают образование катодной, а вторые — анодной зоны на металле. Для уменьшения силы ответвляющегося блуждающего тока прежде всего необходимо улучшить изоляцию проводников, с которых происходит утечка тока, так на рельсах электропоездов необходимо улучшить контакт между стыками и увеличить изоляцию их от почвы. Для защиты трубопроводов, кабелей и тому подобных изделий, находящихся в почве, их покрывают толстыми неэлектропроводными покрытиями. Эти слои должны быть беспористы, так как в противном случае в порах сконцентрируется весь проходящий через них блуждающий ток, и наступит быстрое разрушение металла. Кроме указанного метода защиты, употребляется катодная защита и электродренаж. Первая заключается в том, что при помощи уложенного в землю дополнительного электрода к системе труб или кабелей подводится от постороннего источника Достоянный ток, поляризующий защищаемые изделия катодно, а дополнительный электрод — анодно. Электродренаж состоит в том, что к участкам труб, поляризуемых блуждающими токами катодно, присоединяют провод, идущий на станцию. Таким образом, ток из трубы не выходит в почву, вызывая при этом растворение металла, а идет по проводам. Оба эти способа дают хорошие результаты при защите небольших, несложных систем трубопроводов или кабелей. Если же сеть защищаемых труб сложна и разветвлена, отдельные участки системы могут иметь разный потенциал один по отношению к другому и этим вызывать протекание постоянного тока и коррозию.