שיעור קורוזיה הוא פרמטר רב גורמים התלוי הן בתנאי הסביבה החיצוניים והן בתכונות הפנימיות של החומר. בתיעוד הנורמטיבי והטכני, קיימות הגבלות מסוימות על הערכים המותרים של הרס מתכת במהלך פעולת ציוד ומבני בניין כדי להבטיח את פעולתם ללא בעיות. בהנדסה, אין שיטה אוניברסלית לקביעת שיעור הקורוזיה. זה נובע מהמורכבות של לקחת בחשבון את כל הגורמים. השיטה האמינה ביותר היא ללמוד את היסטוריית הפעולה של המתקן.
קריטריונים
כיום, נעשה שימוש במספר שיעורי קורוזיה בתכנון הנדסי:
- לפי שיטת ההערכה הישירה: הפחתה במסה של חלק מתכת ליחידת משטח - מחוון משקל (נמדד בגרמים ל-1 מ'2 למשך שעה); עומק נזק (או חדירות תהליך קורוזיה), מ"מ/שנה; כמות שלב הגז המשוחרר של מוצרי קורוזיה; משך הזמן שבו מופיע נזק הקורוזיה הראשון; מספר מרכזי קורוזיה ליחידת שטחמשטחים שהופיעו במשך פרק זמן מסוים.
- אומד בעקיפין: חוזק זרם קורוזיה אלקטרוכימי; התנגדות חשמלית; שינוי במאפיינים פיזיים ומכאניים.
אינדיקטור הערכת השווי הישיר הראשון הוא הנפוץ ביותר.
נוסחאות חישוב
במקרה הכללי, הירידה במשקל שקובעת את קצב הקורוזיה של המתכת נמצאת בנוסחה הבאה:
Vkp=q/(St), כאשר q היא הירידה במסה של המתכת, g;
S – שטח פנים שממנו הועבר החומר, m2;
t - פרק זמן, שעות
עבור גיליונות מתכת וצדפים העשויים ממנו, קבע את מדד העומק (מ מ/שנה):
H=m/t, m הוא עומק החדירה לתוך המתכת.
יש את הקשר הבא בין האינדיקטור הראשון והשני שתואר לעיל:
H=8, 76Vkp/ρ, כאשר ρ היא צפיפות החומר.
גורמים עיקריים המשפיעים על שיעור הקורוזיה
הקבוצות הבאות של גורמים משפיעות על קצב הרס המתכות:
- פנימי, קשור לאופי הפיזיקלי והכימי של החומר (מבנה שלב, הרכב כימי, חספוס פני השטח של החלק, מתח שיורי והפעלה בחומר ואחרים);
- חיצוניים (תנאים סביבתיים, מהירות תנועה של תווך מאכל, טמפרטורה, הרכב האטמוספירה, נוכחות של מעכבים או ממריצים ואחרים);
- מכני (פיתוח של סדקי קורוזיה, הרס של מתכת בפעולת עומסים מחזוריים,קורוזיה של קוויטציה ועצבנות);
- תכונות עיצוב (בחירת דרגת מתכת, פערים בין חלקים, דרישות חספוס).
מאפיינים פיזיים וכימיים
גורמי הקורוזיה הפנימיים החשובים ביותר הם הבאים:
- יציבות תרמודינמית. כדי לקבוע זאת בתמיסות מימיות, נעשה שימוש בדיאגרמות Pourbaix התייחסות, לאורך ציר האבססיס שבו משרטט את ה-pH של המדיום, ולאורך ציר הסמטה, פוטנציאל החיזור. שינוי פוטנציאלי בכיוון החיובי פירושו יציבות רבה יותר של החומר. מבחינה טנטטיבית, הוא מוגדר כפוטנציאל שיווי המשקל הרגיל של המתכת. במציאות, חומרים נשחקים בקצבים שונים.
- מיקומו של אטום בטבלה המחזורית של יסודות כימיים. המתכות הרגישות ביותר לקורוזיה הן מתכות אלקליות ואדמה אלקליין. קצב הקורוזיה יורד ככל שהמספר האטומי עולה.
- מבנה קריסטל. יש לזה השפעה מעורפלת על ההרס. המבנה הגס-גרגיר עצמו אינו מוביל לעלייה בקורוזיה, אך הוא חיובי לפיתוח הרס סלקטיבי בין-גרגירי של גבולות התבואה. מתכות וסגסוגות בעלות חלוקה הומוגנית של פאזות קורוזיות באופן שווה, בעוד שמתכות בעלות חלוקה לא אחידה קורוזיות לפי מנגנון מוקד. הסידור ההדדי של השלבים מבצע את תפקיד האנודה והקתודה בסביבה אגרסיבית.
- אי-הומוגניות אנרגטית של אטומים בסריג הגביש. אטומים בעלי האנרגיה הגבוהה ביותר ממוקמים בפינות הפניםמיקרו-חספוסים ומהווים מרכזי פירוק פעילים במהלך קורוזיה כימית. לכן, עיבוד זהיר של חלקי מתכת (שחזה, ליטוש, גימור) מגביר את העמידות בפני קורוזיה. השפעה זו מוסברת גם על ידי היווצרות של סרטי תחמוצת צפופים ורציפים יותר על משטחים חלקים.
השפעת חומציות בינונית
בתהליך של קורוזיה כימית, ריכוז יוני המימן משפיע על הנקודות הבאות:
- מסיסות של מוצרי קורוזיה;
- היווצרות סרטי תחמוצת מגן;
- שיעור הרס מתכת.
כאשר ה-pH הוא בטווח של 4-10 יחידות (תמיסה חומצית), קורוזיה של ברזל תלויה בעוצמת חדירת החמצן לפני השטח של האובייקט. בתמיסות אלקליות, קצב הקורוזיה יורד תחילה עקב פסיבציה של פני השטח, ולאחר מכן, ב-pH >13, עולה כתוצאה מהתמוססות סרט התחמוצת המגן.
לכל סוג מתכת יש תלות משלו של עוצמת ההרס בחומציות התמיסה. מתכות אצילות (Pt, Ag, Au) עמידות בפני קורוזיה בסביבה חומצית. Zn, Al נהרסים במהירות גם בחומצות וגם באלקליות. Ni ו-Cd עמידים בפני אלקליות אך מתכלים בקלות בחומצות.
הרכב וריכוז של תמיסות ניטרליות
קצב הקורוזיה בתמיסות ניטרליות תלוי יותר בתכונות המלח ובריכוזו:
- במהלך הידרוליזה של מלחים בבסביבה קורוזיבית, נוצרים יונים הפועלים כמפעילים או מעכבים (מעכבים) של הרס מתכות.
- התרכובות המגבירות את ה-pH גם מעלות את קצב תהליך ההרס (למשל, אפר סודה), ואלה שמפחיתות חומציות מפחיתות אותו (אמוניום כלוריד).
- בנוכחות כלורידים וסולפטים בתמיסה, ההשמדה מופעלת עד שמגיעים לריכוז מסויים של מלחים (מה שמוסבר בהתעצמות תהליך האנודה בהשפעת יוני כלוריד וגופרית), וכן ואז פוחת בהדרגה עקב ירידה במסיסות החמצן.
סוגים מסוימים של מלחים מסוגלים ליצור סרט בלתי מסיס (לדוגמה, פוספט ברזל). זה עוזר להגן על המתכת מפני הרס נוסף. מאפיין זה משמש בעת החלת מנטרלי חלודה.
מעכבי קורוזיה
מעכבי קורוזיה (או מעכבים) שונים במנגנון הפעולה שלהם על תהליך החיזור:
- אנודה. בזכותם נוצר סרט פסיבי. קבוצה זו כוללת תרכובות המבוססות על כרומטים וביכרומטים, חנקות וניטריטים. הסוג האחרון של מעכבים משמש להגנה הדדית של חלקים. כאשר משתמשים במעכבי קורוזיה אנודיים, יש צורך לקבוע תחילה את ריכוז ההגנה המינימלי שלהם, שכן הוספה בכמויות קטנות עלולה להוביל לעלייה בקצב ההרס.
- קתודה. מנגנון פעולתם מבוסס על ירידה בריכוז החמצן ובהתאם לכך האטה בתהליך הקתודי.
- מגן. מעכבים אלה מבודדים את פני המתכת על ידי יצירת תרכובות בלתי מסיסות המופקדות כשכבת הגנה.
הקבוצה האחרונה כוללת מנטרלי חלודה, המשמשים גם לניקוי תחמוצות. בדרך כלל הם מכילים חומצה זרחתית. בהשפעתה מתרחשת זרחון מתכת - היווצרות שכבת הגנה חזקה של פוספטים בלתי מסיסים. מנטרלים מיושמים עם אקדח ריסוס או רולר. לאחר 25-30 דקות, פני השטח מקבלים צבע לבן-אפור. לאחר התייבשות הקומפוזיציה, מורחים צבעים ולכות.
פעולה מכנית
עלייה בקורוזיה בסביבה אגרסיבית מתאפשרת על ידי סוגים כאלה של פעולה מכנית כמו:
- מתחים פנימיים (במהלך דפוס או טיפול בחום) וחיצוני (בהשפעת עומס המופעל חיצוני). כתוצאה מכך, מתרחשת חוסר הומוגניות אלקטרוכימית, היציבות התרמודינמית של החומר פוחתת ונוצר פיצוח קורוזיה. מהיר במיוחד ההרס תחת עומסי מתיחה (נוצרים סדקים במישורים מאונכים) בנוכחות אניונים מחמצנים, למשל, NaCl. דוגמה טיפוסית להתקנים הכפופים להרס מסוג זה הם חלקים של דודי קיטור.
- פעולה דינמית מתחלפת, רטט (עייפות קורוזיה). יש ירידה אינטנסיבית בגבול העייפות, נוצרים סדקים מרובים, אשר לאחר מכן מתמזגים לאחד גדול. מספרמחזוריות לכישלון תלויה במידה רבה יותר בהרכב הכימי והפאזי של מתכות וסגסוגות. צירי משאבה, קפיצים, להבי טורבינה וציוד אחר נתונים לקורוזיה כזו.
- חיכוך של חלקים. קורוזיה מהירה נובעת משחיקה מכנית של סרטי ההגנה על פני החלק ואינטראקציה כימית עם הסביבה. בנוזל, קצב ההרס נמוך יותר מאשר באוויר.
- השפעה של קוויטציה. קוויטציה מתרחשת כאשר רציפות זרימת הנוזל מופרת כתוצאה מהיווצרות בועות ואקום שקורסות ויוצרות אפקט פועם. כתוצאה מכך נוצר נזק עמוק בעל אופי מקומי. סוג זה של קורוזיה נראה לעתים קרובות במכשירים כימיים.
גורמי עיצוב
בעת תכנון אלמנטים הפועלים בתנאים אגרסיביים, יש לקחת בחשבון שקצב הקורוזיה עולה במקרים הבאים:
- כאשר מתכות שונות באות במגע (ככל שההבדל בפוטנציאל האלקטרודה ביניהן גדול יותר, כך חוזק הזרם של תהליך ההרס האלקטרוכימי גבוה יותר);
- בנוכחות רכזי מתח מכני (חריצים, חריצים, חורים ואחרים);
- עם ניקיון נמוך של המשטח המעובד, מכיוון שהתוצאה היא זוגות גלווניים מקומיים קצרים במעגל;
- עם הבדל משמעותי בטמפרטורה של חלקים בודדים של המכשיר (נוצרים תאים גלווניים תרמיים);
- בנוכחות אזורים עומדים (חריצים, פערים);
- בעת היווצרותמתחים שיוריים, במיוחד במפרקים מרותכים (כדי להעלים אותם, יש צורך לספק טיפול בחום - חישול).
שיטות הערכה
ישנן מספר דרכים להעריך את קצב ההרס של מתכות בסביבות אגרסיביות:
- מעבדה - בדיקת דגימות בתנאים מדומים מלאכותיים קרובים לאמיתיים. היתרון שלהם הוא שהם מאפשרים לך לצמצם את זמן הלימוד.
- שדה - מתקיים בתנאים טבעיים. לוקח להם הרבה זמן. היתרון בשיטה זו הוא קבלת מידע על תכונות המתכת בתנאי המשך הפעולה.
- בדיקה במקום של חפצי מתכת מוגמרים בסביבה הטבעית.
