Коррозионные испытания

1 Лабораторные коррозионные испытания

2 Методы удаления продуктов коррозии после коррозионных испытаний

2.1 Общие положения

2.2Химический метод

2.3 Электрохимический метод

2.4 Механический метод

2.5 Протокол (отчет) по удалению продуктов коррозии Заключение Список использованной литературы

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Начало практического использования человеком железа относят к IX веку до нашей эры. Именно в этот период человечество перешло из бронзового века в век железный.

В XXI веке высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций.

Коррозионные испытания, проводятся для определения скорости и типа коррозии металлов и сплавов, а также для установления состава и свойств продуктов коррозии, эффективности защитных покрытий, смазок, ингибиторов и других средств защиты от коррозии. Коррозионные испытания позволяют устанавливать взаимосвязи между структурой, способом изготовления, технологией обработки металла или сплава, характеристиками среды (ее составом, температурой, скоростью движения) и коррозионной стойкостью материала. Различают эксплуатационные, натурные и лабораторные коррозионные испытания. При эксплуатационных коррозионных испытаниях наблюдают за поведением реальных машин, агрегатов или деталей во время работы. Эти испытания длительны и, как правило, дополняются лабораторными определениями характера и глубины коррозионных поражений. Натурные коррозионные испытания проводят в естественных средах (атмосфера, почва, морская или речная вода) на специальных коррозионных станциях, расположенных в различных климатических зонах. ATM коррозионные станции представляют собой наземные огороженные площадки, на которых размещают стенды с образцами; морские — обычно плавающие понтоны с рамами для крепления образцов; почвенные — площадки, где образцы закапывают в грунт.

Целью данной работы является описание главных методов по удалению коррозии после проведения коррозионных испытаний

1. Лабораторные коррозионные испытания

Лабораторные коррозионные испытания проводят в искусственно создаваемых и контролируемых условиях. Их преимущество — возможность строгого контроля отд. факторов, относящихся как к металлу, так и к среде, а также относит. дешевизна. Среди лабораторных коррозионных испытаний (см. рис.) наиболее важными являются так называемые ускоренные коррозионные испытания, в которых создаются условия, вызывающие быстрое коррозионное разрушение вследствие увеличения агрессивности среды. При выборе этих условий руководствуются основным правилом — механизм коррозии не должен изменяться. Ускорение коррозии достигается соответствующим воздействием на фактор, контролирующий процесс, напр. увеличением подвода деполяризатора, содержания в среде агрессивных веществ. Основные среды для лабораторных коррозионных испытаний-электролиты, влажная атмосфера, содержащая или не содержащая коррозионноактивные вещества (NaCl, SO₂, CO₂)

Рисунок 1-Лабораторно-коррозионные испытания Схематическое изображение методов лабораторных коррозионных испытаний: при полном погружении образца в электролит (а), частичном погружении (б), периодическом погружении (в), с размешиванием (г), с аэрацией (д), при термостатировании (е), в движущемся электролите (ж), во влажной атмосфере (з).во влажной атмосфере с периодической конденсацией (и), в почве (к), в газовой среде с повышенной температурой (л), на контактную коррозию (м), на щелевую коррозию (н), на коррозию под напряжением с постоянной деформацией и постоянной нагрузкой (о и п соотв.), на коррозионную усталость (р). на кавитацию ©, на коррозию при трении или фреттинг-коррозию (т), 1 образец; 2 — коррозионная среда; 3 — мешалка; 4 — термосгатирующая жидкость; 5 — камера; 6 — сосуд с водой; 7 — крышка; 8 — полая подставка с циркулирующей охлаждающей водой; 9 — термостат; 10 — термостат для подвода охлаждающей воды: 11 и 12 — резиновые пробка и лента: 13 — перфорированный катод; 14 — плексигласовый цилиндр с отверстиями в дне: 15 — весы: 16 — плексигласовая накладка для создания щели: 17 — винт; 18 — скоба из изолирующего материала; 19 — груз: 20 — рычаг; 21 — двигатель; 22 — магнитострикционный вибратор с сердечником 23; 24 — пружина; 25 — неподвижный образец; 26 — шатун к кривошипу.

При коррозионных испытаниях изменение скорости коррозии определяют по след, признакам: потеря или увеличение массы образца; кол-во выделившегося водорода или поглощенного кислорода; время до появления первого коррозионного очага; кол-во появившихся очагов коррозии за период испытания; изменение электрического сопротивления образца; количество металла, перешедшего в раствор; изменение механических свойств материала после коррозии (предела прочности и относит. удлинения); изменение отражательной способности образца. Если коррозия происходит по электрохимическому механизму, в коррозионных испытаниях используют измерение электродных потенциалов, снятие поляризационных кривых гальваностатическими или потенциостатическими методами. Последний метод получил наибольшее распространение, особенно для исследования металлов и сплавов, способных переходить в пассивное состояние. При изучении контактной коррозии измеряют изменение поляризационного сопротивления пары, состоящей из разнородных металлов. Импедансные методы коррозионных испытаний основаны на измерении сопротивления и емкости электрические цепи с образцом и для установления склонности к локальной коррозии используются в условиях снятия кривых заряжения. При химической коррозии основные критерии в коррозионных испытаниях — изменение внешнего вида образца, его массы и механических свойств.

2 Методы удаления продуктов коррозии после коррозионных испытаний

2.1 Общие положения

В России методы для удаления продуктов коррозии представлены в ГОСТ Р9.907−2007.

Легкая механическая очистка щеткой с мягкой щетиной под струей воды может быть предварительно применена для удаления непрочно прилегающих или рыхлых продуктов коррозии.

Если по способу, указанному выше, продукты коррозии не удаляются, то используют один из следующих методов:

а) химический;

б) электрохимический;

в) механический.

Для полного удаления продуктов коррозии независимо от используемого метода может появиться необходимость повторной обработки поверхности. Степень удаления продуктов коррозии определяют визуально. Использование микроскопа (увеличение от 7^? до 30^?) особенно пригодно для поверхности, покрытой раковинами, так как в них могут скапливаться продукты коррозии.

Идеальный метод удаления продуктов коррозии должен позволять удалять только продукты коррозии и не приводить к удалению основного металла. Для подтверждения этого могут быть использованы два способа. При одном способе (способ А) используют контрольный образец, при другом (способ Б) — испытуемый образец, требующий определенного числа циклов удаления продуктов коррозии (далее — травление) с прокорродировавшей поверхности.

Способ, А Контрольные образцы должны быть идентичными (химически, металлургически и геометрически) испытуемым образцам, должны быть очищены таким же методом, что и испытуемые образцы. По взвешиванию контрольного образца до и после травления (взвешивание проводят с точностью до 0,1 г — для образцов массой до 70 г и с точностью 0,001 г — для образцов массой более 70 г) определяют потерю массы металла. Потеря массы контрольного образца будет отражать потерю массы испытуемого образца, вызванную процедурой удаления продуктов коррозии.

Для определения потери массы металла контрольных образцов проводят контрольное травление на образцах, не подвергавшихся коррозионным испытаниям. Количество контрольных образцов — не менее трех.

Перед травлением контрольные образцы выдерживают в эксикаторе с влагопоглотителем в течение 24ч и взвешивают.

На одном и том же контрольном образце проводят травление в определенном растворе и при определенном режиме три раза. После каждого травления определяют величину потери массы контрольного образца. Вычисляют среднеарифметическое значение потери массы контрольного образца в результате трех травлений.

Способ Б После удаления продуктов коррозии с поверхности прокорродировавшего испытуемого образца операцию его травления повторяют несколько раз. Строят график зависимости потери массы образца от числа равных циклов травления (рисунок 2), где точкаА представляет массу прокорродировавшего образца до начала удаления продуктов коррозии (травления). В большинстве случаев будет иметь место линейная зависимость значений массы образца, полученных в циклах травления (после удаления продуктов коррозии), от числа циклов его травления. Получают две линии АВ и ВC. Линия АВ характеризует удаление продуктов коррозии и может быть не всегда видима. Линия ВС характеризует удаление основного металла после того, как удалены продукты коррозии. Экстраполяцией линии ВС на ось ординат мы получим точку D, которая характеризует массу образца при нулевом количестве циклов удаления продуктов коррозии (травления). В некоторых случаях зависимость может быть нелинейной и тогда следует сделать наиболее приемлемую экстраполяцию.

Рисунок 2 — График зависимости изменения массы прокорродировавшего образца после повторяющихся циклов удаления продуктов коррозии

Наиболее близкая к исходной (истинная) масса образца после удаления продуктов коррозии будет между точками В и D в зависимости от степени возможного осаждения металла на поверхности образца из растворенных продуктов коррозии и (или) из материала анода во время удаления продуктов коррозии (травления).

Предпочтительным методом удаления продуктов коррозии будет тот, который:

а) обеспечивает эффективное (полное) удаление продуктов коррозии;

б) обеспечивает минимальную (потеря массы контрольного образца не превышает 0,005%массы нетравленого образца) или нулевую потерю массы контрольного образца;

в) обеспечивает кривую массы как функцию числа циклов удаления продуктов коррозии (травления), которая близка к горизонтали, когда число циклов взято как абсцисса.

Для химического или электрохимического методов удаления продуктов коррозии используют свежеприготовленные травильные растворы на дистиллированной или деионизированной воде. Отклонения концентрации раствора от номинального не должны превышать от 3% до 5%.

После удаления продуктов коррозии металлический образец тщательно промывают сначала водопроводной, а затем дистиллированной водой, после чего образец сушат одним из способов:

— в сушильном шкафу и дают остыть до комнатной температуры;

— погружением в раствор этилового спирта по ГОСТ Р 51 652 (или ацетона по ГОСТ 2603), затем обдувом ручным воздушным вентилятором;

— фильтровальной бумагой по ГОСТ 12 026с последующим помещением в эксикатор по ГОСТ 25 336 с влагопоглотителем в течение 24 ч.

После этого образец взвешивают.

2.2 Химический метод

Сущность метода состоит в удалении продуктов коррозии с поверхности образцов химическим растворением продуктов коррозии в растворах (пастах) определенного состава.

Для удаления продуктов коррозии с поверхности образцов химическим методом применяют:

— емкости для травильного раствора, изготовленные из инертных материалов (например, стекла, винипласта);

— растворы для удаления продуктов коррозии (травильные растворы); пасты (составы) для удаления продуктов коррозии.

Состав раствора и режим травления выбирают по таблице 1; пасты (составы) для удаления продуктов коррозии применяют в соответствии с требованиями технических документов на конкретный материал (состав).

В зависимости от условий образования и состава продуктов коррозии допускается применять другие растворы и режимы травления при соблюдении требований.

Не допускается применять растворы и режимы травления, указанные в таблице 1, а также пасты (составы), если после коррозионных испытаний металлов нарушена сплошность покрытия образцов, в том числе и для многослойных покрытий.

Химической обработке часто предшествует легкая механическая очистка щеткой испытуемого образца для удаления непрочно прилегающих рыхлых продуктов коррозии.

Для эффективного (более полного) удаления продуктов коррозии рекомендуется использовать ультразвуковую очистку.

Рекомендуется периодическое удаление образца из травильного раствора для легкой механической очистки щеткой, что может способствовать удалению плотно прилегающих продуктов коррозии.

После химической очистки (травления) рекомендуется легкая очистка щеткой для удаления рыхлых продуктов коррозии.

Таблица— Растворы и режимы обработки для химического метода удаления продуктов коррозии

2.3 Электрохимический метод

Сущность метода состоит в удалении продуктов коррозии с поверхности образца под действием постоянного электрического тока в электролите определенного состава.

Для удаления продуктов коррозии с поверхности образца электрохимическим методом применяют:

— емкости для проведения электролиза, изготовленные из инертных материалов (например, стекла, винипласта);

— источник постоянного тока, обеспечивающий плотность тока не менее 20 А/дм²;

— растворы для удаления продуктов коррозии (травильные растворы).

Перед электрохимической обработкой проводят легкую механическую очистку образцов щеткой для удаления непрочно прилегающих продуктов коррозии. Очистку щеткой также проводят после электрохимической обработки для удаления неплотных шламов или наносов. Это поможет свести к минимуму повторные отложения металла на поверхности образца.

Состав растворов и режимы электрохимической обработки выбирают по таблице2.

Таблица -Растворы и режимы обработки для электрохимического метода удаления продуктов коррозии

2.4 Механический метод

Сущность метода состоит в механическом удалении продуктов коррозии с поверхности образцов.

Механический метод предусматривает удаление продуктов коррозии:

— щеткой (металлической или волосяной);

— абразивной шкуркой мелкой зернистости (до 10 мкм);

— резинкой (чернильной или карандашной);

— соскабливанием;

— вибрационным способом в металлических ситах;

— ультразвуковым способом;

— механическим ударом;

— импульсным обдуванием (песком или водяной струей).

Струйную обработку мягким абразивом или взвесью абразив/дистиллированная вода можно также использовать для удаления продуктов коррозии.

Примечание — Грубая механическая очистка может привести к удалению основного металла, поэтому действовать надо осторожно.

Механические методы часто используют для удаления прочно сцепленных с металлом продуктов коррозии.

Механические методы должны использоваться только тогда, когда остальные методы не дали положительных результатов при удалении продуктов коррозии. Как и в других методах, рекомендуется коррекция на потерю массы металла вследствие очистки.

Прилагаемые усилия, используемые при механической очистке, должны быть постоянными.

коррозионное испытание химический раствор

2.5 Протокол (отчет) по удалению продуктов коррозии

Протокол (отчет) по удалению продуктов коррозии должен содержать следующую информацию:

— ссылку на настоящий стандарт;

— металл образца или покрытия; площадь поверхности образца;

— метод удаления продуктов коррозии;

— для химического метода: обозначение способа травления; состав травильного раствора с указанием концентрации примененных реактивов (для паст — марку и НД на нее), температуру и длительность обработки (травления);

— для электрохимического метода: обозначение способа травления; состав травильного раствора с указанием концентрации примененных реактивов, режим обработки (материал анода, силу тока, температуру и длительность обработки (травления);

— для механического метода: примененный механический метод (мягкая щетка, деревянный скребок, шпатель или скальпель по ГОСТ 21 240, абразивные смеси и длительность очистки;

— при использовании многократных процедур травления — соответствующие подробности каждого метода и последовательность применения методов;

— результаты контрольного травления или повторяющихся циклов травления, использованных для определения истинной массы образца во избежание удаления основного металла при травлении;

— потерю массы образца вследствие коррозии.

Заключение

Существует несколько очень эффективных методов для удаления коррозии после коррозионных испытаний. Основными являются: химический, механический и электрохимический методы. Для химического или электрохимического методов удаления продуктов коррозии используют свежеприготовленные травильные растворы на дистиллированной или деионизированной воде. Из этих методов выбирают тот, который обеспечивает эффективное (полное) удаление продуктов коррозии и обеспечивает минимальную (потеря массы контрольного образца не превышает 0,005%массы нетравленого образца) или нулевую потерю массы контрольного образца.

Идеальный метод будет тот, который позволит удалить только продукты коррозии и не приведёт к удалению основного испытуемого материала.

Независимо от метода для полного удаления коррозии может понадобится повторная обработка поверхности.

Все данные методы позволяют достаточно эффективно удалить коррозию после испытаний и являются основными.

1.ГОСТ Р9.907−2007

2.ГОСТ 5272, ГОСТ 9.008

3. Андреев И. Н. Коррозия металлов и их защита. — Казань: Татарское книжное издательство, 2002

Исаев И. П. «Коррозия металлов». -М.: 1989.

4. Карякина М. И., Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий, М., 2002;

5. Никифоров В. М. Технология металлов и конструкционные материалы. — М.: Высшая школа, 2007.

6. Улиг Г. Г., Реви Р. У. Коррозия и борьба с ней. — Л.: Химия, 2005.;

7. Розенфельд И. Л., Жигалова К. А., Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов, М., 2005;

8.Советский энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия, 1983.

9.Фокин М. Н., Жигалова К. А., Методы коррозионных испытаний металлов, М., 2006

9.Фреймам Л. И., Макаров В. А., Брыксин И. Е., Потенциостатнческие методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите, Л., 2000;