Конденсация влаги на поверхности корродирующего металла

Видимая пленка влаги на поверхности металла, приводящая к протеканию мокрой атмосферной коррозии, возникает в результате непосредственного попадания электролита на поверхность металла (дождь, обливание конструкции водой или другим электролитом) или физической капельной конденсации влаги, которая происходит при относительной влажности воздуха, близкой к 100%.

Пленка влаги на поверхности металла, в результате взаимодействия которой с металлом происходит влажная атмосферная коррозия, возникает при относительной влажности атмосферного воздуха ниже 100%. Причинами появления пленки влаги являются следующие три процесса:

1. Капиллярная конденсация влаги обусловлена зависимостью давления паров, насыщающих пространство, от формы поверхности и степени кривизны мениска жидкости, над которым устанавливается равновесное давление паров. Равновесное давление насыщенных паров наибольшее над выпуклым мениском, а наименьшее — над вогнутым мениском (рис. 3), причем зависимость последнего от радиуса кривизны вогнутого мениска r определяется уравнением Томсона:

(1).

где p₁ и _р0 — давление насыщенного пара над вогнутым и плоским мениском соответственно; а — поверхностное натяжение жидкости; v_m — молярный объем жидкости; R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура; г — радиус кривизны вогнутого мениска.

Рис. 3 Влияние формы поверхности на давление насыщенных паров:

а — вогнутый мениск; б — плоский мениск; в — выпуклый мениск

С уменьшением радиуса кривизны вогнутого мениска уменьшается давление насыщенных водяных паров над этим мениском.

Таким образом, наличие капилляров со смачивающимися стенками приводит к конденсации водяного пара, не насыщенного по отношению к плоскому мениску жидкости. Подобными капиллярами на поверхности корродирующего металла являются: микрощели на поверхности металла, осевшие на поверхности металла твердые частицы (пылинки), поры в окисной пленке или продуктах коррозии металла, зазоры между деталями конструкции (рис. 4).

Адсорбционная конденсация влаги обусловлена проявлением адсорбционных сил аа поверхности металла и способна создавать слои влаги толщиной до нескольких десятков молекулярных слоев (рис. 5).

Рис. 5 Зависимость толщины адсорбционной пленки влаги на тонкошлифованной поверхности железа от относительной влажности атмосферного воздуха.

Согласно уравнению (1), потенциал мениска равен, т. е. обратно пропорционален радиусу кривизны мениска, а потенциал адсорбционных сил, обратно пропорционален кубу радиуса. Поэтому если в широких капиллярах преобладает капиллярная конденсация влаги, то в тонких капиллярах преобладает эффект действия адсорбционного поля.

3. Химическая конденсация влаги — продолжение развития адсорбционной конденсации в виде химического взаимодействия продуктов коррозии с водой с образованием гидратированных соединений, которым соответствует пониженное давление насыщенного водяного пара.

Кроме того, дальнейшую конденсацию влаги облегчает наличие на поверхности металла пленки раствора соли, которому также соответствует пониженное давление насыщенного водяного пара коррозия атмосферная подземная питтинговая.