Коррозионные исследования

Коррозионные исследования – это ряд испытаний, которым подвергают тот или иной материал для определения его долговечности в определенных  коррозионных условиях. Но это еще не все. Более детально основные цели коррозионных испытаний  сформулировал Акимов Г.В. Их можно представить следующим образом:

- установление механизма, по которому протекает коррозионный процесс (электрохимическая коррозия, химическая или смешанная);

- определение активного компонента окружающей среды, который  вызывает процесс электрохимической коррозии (деполяризаторы: H₂SO₃^-, O₂, H⁺• H₂O и др.) или химической (пары воды, кислород, углекислый газ и т.п.);

- установление контроля процесса коррозии (если химическая коррозия – смешанный, кинетический или диффузионный;  в случае электрохимического разрушения – катодного при основной роли диффузии кислорода и др.);

- определение  внешних и внутренних факторов, которые влияют на протекание процессов коррозии и коррозионную стойкость металлов, сплавов (структура, состав металла и коррозионной среды, внешняя температура, давление, внутренние напряжения и т.д.);

- выбор сплава или металла, который будет отличаться самой высокой коррозионной стойкостью в данных условиях эксплуатации (при этом нужно также учитывать его стоимость, прочностные характеристики и т.п.);

- определение эффективности методов защиты металлов от коррозии (устойчивости защитных покрытий, эффективности ингибирующих добавок, электрохимической защиты и др.);

- сравнение устойчивости разных металлов в одной и той же коррозионной среде, определение коррозионной активности сред, по отношению к металлам или сплавам;

- контроль качества выпускаемых материалов (проверка коррозионной стойкости продукции).

Классификация коррозионных исследований:

Все методы исследования коррозионных процессов подразделяются на три группы:

- лабораторные исследования (испытания проводятся в лабораториях, где имитируют различные эксплуатационные условия металлов и сплавов);

-  эксплуатационные исследования (исследования машин, агрегатов и различного оборудования, средств защиты в  условиях их дальнейшей эксплуатации);

- внелабораторные исследования (испытания образцов в эксплуатационных естественных условиях, например, в море, на воздухе и т.п.).

Объектом исследования в лабораторных и внелабораторных испытаниях является металлический образец. Условия исследований разные.

При эксплуатационных и внелабораторных испытаниях условия коррозионной среды одинаковы, но в первом случае в качестве испытуемого выступает уже не образец, а готовое изделие, покрытие, агрегат и т.п.

Чаще всего проводят все три вида испытаний в следующей последовательности: лабораторные, внелабораторные, эксплуатационные. Каждый из вышеперечисленных методов имеет свои преимущества и изъяны, но вместе они, в какой-то степени, дополняют друг друга.

Также все методы коррозионных испытаний можно подразделить еще на две группы:

- ускоренные исследования;

-  длительные испытания.

Ускоренные коррозионные испытания проводят в искусственно созданных условиях. При этом значительно ускоряются все коррозионные процессы, но их характер протекания не меняется. Обычно эффект ускорения достигается облегчением протекания контролирующих процессов.

Длительные коррозионные исследования по продолжительности не отличаются от естественных эксплуатационных.

Очень часто проводят оба вида коррозионных испытаний, т.к. они дополняют друг друга, но иногда обходятся без длительных исследований.

Показатели коррозии металлов

Показатель коррозии – это величина, по которой можно судить о скорости протекания коррозионных процессов (коррозионного разрушения металла). Все показатели коррозии разделяются на количественные и качественные.

Количественные показатели коррозии металла: показатель изменения массы образцов K_m, глубинный К_п, показатель склонности к коррозионному разрушению К_τ, объемный К_{объемн.}, очаговый показатель К_η, механический К_σ, плотность коррозионного тока ì (токовый показатель коррозии), изменение электрического сопротивления К_R, оптический показатель коррозии (отражательный).

Качественные показатели коррозии металла:

-  микроисследования (проводятся для того, чтоб определить характер коррозионного разрушения, установить, протекает ли межкристаллитное разрушение и т.п.);

- наблюдения за внешним видом исследуемых образцов (фотографирование, описание, зарисовка, внимательное наблюдение за поведением коррозионного раствора и т.п.);

- использования индикаторов (необходимо для того, чтоб определить катодные и анодные зоны участков, на которых наблюдается коррозионное разрушение).

Для того, чтоб количественно выразить скорость равномерной коррозии металлов,  выбор определенного показателя коррозии не принципиален. Выводы могут формироваться на основе показаний измерительной техники, метода коррозионного исследования и т.п.
А для установления местного коррозионного разрушения (неравномерной коррозии) очень важно правильно подобрать подходящий показатель коррозии. О наличии межкристаллитной коррозии можно судить, и количественно выразить, используя при микроисследовании глубинный показатель, а также показатель прочности и изменения электросопротивления образцов. При помощи очагового показателя коррозии, склонности к коррозии и глубинного показателя можно количественно выразить точечное коррозионное разрушение.

Среди всех существующих показателей коррозии металлов наиболее часто используются следующие: механический, глубинный, массовый (показатель изменения масс), объемный и некоторые  другие.

Массовый показатель коррозии

Km^± показывает, насколько изменилась в результате коррозионного процесса масса исследуемого образца, отнесенная к единице времени и площади поверхности металла: Km^± = m/(S×τ). Массовый показатель коррозии может иметь положительное значение (если за время испытания масса образца увеличилась) или отрицательное (если масса уменьшилась после удаления продуктов коррозии). Существует формула, по которой можно сделать пересчет положительного массового показателя в отрицательный, но только при условии. Для этого необходимо знать состав продуктов коррозии.

K_m^- =  K_m⁺ ×(n_ok×A_Мe)/(n_Me×A_ok).

A_Мe – атомная масса металла, A_ok – атомная масса окислителя, K_m^- и K_m⁺ -отрицательный и положительный показатели коррозии, n_ok – валентность окислителя, n_Me - валентность металла.

Если наблюдается равномерное коррозионное разрушение, то массовый отрицательный показатель коррозии металла можно пересчитать в глубинный: K_п = (Km^-×8,76)/ρMe, где ρ_Me – плотность металла.

Глубинный показатель коррозии

Глубинный показатель коррозии определяет, на какую глубину распространилась коррозия за определенный отрезок времени. Например, мм/год. Обозначается глубинный показатель коррозии – К_П. Глубинный показатель коррозии можно также определить толщиной пленки продуктов коррозии (мм/год).

Объемный показатель коррозии

Объемный показатель коррозии записывается, как К_V и определяется количеством газа (ΔV), который выделился или поглотился при нормальных условиях в процессе коррозионного разрушения, отнесенным к единице поверхности металла и к единице времени.

K_V = ΔV/S•τ

Выражается, например, в см³/(см²•ч).

Механический показатель коррозии

Записывается, как К_мех и характеризует изменение механического свойства металла за период коррозионного процесса. Выражается в процентах. Например, показатель прочности: К_σ.

К_σ = Δσ_τ/Δσ_τ0 ,

где Δσ_τ0 – это предел прочности при растяжении перед началом  коррозии, а σ_τ – изменение предела прочности при растяжении за время коррозионного процесса.