Факторы атмосферной коррозии

На скорость атмосферной коррозии металлов оказывает влияние целый ряд факторов.

Влажность воздуха является одним из главных факторов, способствующих образованию на поверхности металла пленки влаги, что приводит к его электрохимической коррозии, скорость которой возрастает с увеличением относительной влажности воздуха (рис. 6). При этом в большинстве практических случаев (загрязненный воздух) скорость коррозии многих металлов резко увеличивается только по достижении некоторой определенной относительной влажности воздуха (называемой иногда критической влажностью), при которой появляется сплошная пленка влаги на корродирующей поверхности металла в результате конденсации воды за счет гидратирования находящихся на этой поверхности солевых и других пленок продуктов коррозии или капиллярной конденсации. Величина критической влажности значительно изменяется в зависимости от состояния поверхности металла и состава атмосферы.

Рис. 6 Влияние относительной влажности воздуха на скорость атмосферной коррозии железа в воздухе с 0.01% SO₂ в течение 55 суток.

Примеси воздуха очень сильно влияют на скорость атмосферной коррозии металлов:

а) посторонние, не входящие в элементарный состав воздуха, газы (SO₂, SO₃, Cl₂, NH₃, HCl), попадая в пленку влаги на поверхности корродирующего металла, увеличивают ее электропроводность и гигроскопичность продуктов коррозии (например, SO₃, HCl), действуют как депассиваторы (например, НCl, SO₂) или комплексообразователи (например, NH₃), а также как катодные деполяризаторы (например, Cl₂, SO₂):

б) твердые частицы, попадающие из воздуха, на корродирующую поверхность металла, могут быть сами коррозионными, например NaCl, Na₂SO₄, (NH₄)₂SO₄, действуя как депассиваторы (NaCI, Na₂SO₄ или комплексообразователи [(NH₄)₂SO₄], а также увеличивая электропроводность пленки электролита и гигроскопичность продуктов коррозии, адсорбентами (например, частицы угля), облегчающими адсорбцию различных газов и влаги из воздуха и конденсацию влаги в результате увеличения капиллярной конденсации, и инертными (например, песок), облегчающими капиллярную конденсацию влаги (рис. 7).

Характер атмосферы и географический фактор оказывают большое влияние на скорость атмосферной коррозии металлов. Наиболее агрессивными являются сильно загрязненные-индустриальные атмосферы, наименее активными — чистые и сухие континентальные атмосферы_.

Рис. 7 Влияние частиц угля, SiO₂ и (NH₄)₂SO₄ на скорость атмосферной коррозии железа при отсутствии и наличии SO₂ и воздуха: 1 — частиц угля с SO₂; 2 — частиц (NH₄)₂SO₄, (с SO₂); 3 — частиц SiO₂ (с SO₂); 4 — SiO₂ (0,01%); 5 — частиц (NH₄)₂SO₄ (без SO₂);6 — частиц угля без SO₂

Влияние географического фактора на атмосферную коррозию металлов изучается на коррозионных станциях, расположенных в районах с различными климатическими условиями. Эти испытания показали большое влияние на атмосферную коррозию металлов различных (газообразных и твердых) примесей воздуха, температуры и влажности воздуха. При этом было установлено, что основным фактором коррозионной агрессивности незагрязненной атмосферы является влажность, характеризуемая не общим количеством выпадающих в данной местности осадков, общим количеством дождливых дней либо значением средней влажности воздуха, а общим временем нахождения влажной пленки на поверхности металла (длительностью увлажнения поверхности металла) ф, которое может быть представлено следующим уравнением:

(2).

где ф₁ — продолжительность дождя; ф₂ — продолжнтельность тумана; ф₃ — продолжительность выпадения росы; ф₄ — продолжительность высыхания поверхности металла после каждого выпадения осадков; ф₅ — продолжительность оттепели в зимний период времени.

Слагаемые уравнения зависят от влажности воздуха, температуры, скорости ветра и других метеорологических факторов.

Образующиеся продукты атмосферной коррозии металлов, как правило, остаются на металле, хорошо с ним сцепленными, и оказывают большее (на свинце и алюминии) или меньшее (на никеле и цинке) защитное действие, уменьшая скорость коррозии со временем (рис. 8). Ускорение коррозии железа в начальный период обусловлено большой гигроскопичностью продуктов коррозии (ржавчины), защитное действие которых начинает сказываться только при значительной толщине.

Рис. 8 Характерные кинетические кривые атмосферной коррозии некоторых металлов

Катодные включения (например, Cu, Pd) заметно повышают коррозийнную стойкость железоуглеродистых сплавов в атмосфере даже при незначительном их содержании (десятые доли процента меди — рис. 9). В процессе коррозии медистой стали в электролит (увлажненные продукты коррозии) переходит и железо, и медь, но ионы последней, являясь по отношению к железу катодным деполяризатором, разряжаются и выделяются на его поверхность в виде мелкодисперсной меди. Медь является весьма эффективным катодом и при определенных условиях, например, при повышенной концентрации окислителя — кислорода у поверхности металла, что имеет место при влажной атмосферной коррозии, и отсутствии депассивирующих ионов, способствует пассивированию железа в соответствии с электрохимическим механизмом.

Рис. 9 Влияние содержания меди на скорость атмосферной коррозии стали.

Температура оказывает большое влияние на атмосферную коррозию металлов. Повышение температуры при постоянной абсолютной влажности (т.е. содержании водяных паров) воздуха приводит к уменьшению его относительной влажности, что затрудняет конденсацию влаги на поверхности металла или облегчает испарение пленки влаги и приводит к уменьшению скорости атмосферной коррозии металлов. Обратный эффект оказывает понижение температуры, которое облегчает конденсацию влаги на поверхности металла, в том числе и капельную, при температурах ниже точки росы, затрудняет испарение пленки и приводит к ускорению коррозионного процесса.

Влияние загрязненности атмосферы и других факторов на скорость атмосферной коррозии металлов может быть учтено введением соответствующих поправочных коэффициентов, что позволяет прогнозирование коррозии металлов в атмосферных условиях.

Для защиты металлов от атмосферной коррозии применяют нанесение различных защитных неметаллических (смазки, лакокрасочные покрытия) и металлических (цинковых, никелевых, многослойных) покрытий или превращение поверхностного слоя металла в химическое соединение (окисел, фосфат), обладающее защитными свойствами.

Рациональными являются методы, воздействующие на контролирующие процессы влажной атмосферной коррозии:

• а) торможение анодного электродного процесса коррозии путем легирования стали легко пассивирующимися металлами (Сг, Al, Ti, Ni) или катодными добавками (Сu), облегчающими пассивирование стали в условиях атмосферной коррозии, или введением пассивирующих (окислительных) пигментов в лакокрасочные материалы и смазки (например, цинк-хроматного пигмента);
• б) уменьшение слоя электролита на поверхности корродирующего металла путем уменьшения влажности (осушки) воздуха, затруднения конденсации влаги (например, отапливанием помещений) и уменьшения загрязненности воздуха.

Для борьбы с атмосферной коррозией металлов используют замедлители коррозии: контактные (например, NaNO₂, наносимые на стальные изделия (обработкой их в водных растворах замедлителей), и летучие (например, нитриты, карбонаты и бензоаты дициклогексиламина и моноэтаноламина), обладающие высокой упругостью пара, которые применяются для защиты металлических изделий при их хранении и транспортировке в контейнерах или при упаковке в оберточные материалы.