Ο ρυθμός διάβρωσης είναι μια πολυπαραγοντική παράμετρος που εξαρτάται τόσο από τις εξωτερικές περιβαλλοντικές συνθήκες όσο και από τις εσωτερικές ιδιότητες του υλικού. Στην κανονιστική και τεχνική τεκμηρίωση, υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στις επιτρεπόμενες τιμές καταστροφής μετάλλων κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού και των κτιριακών κατασκευών για να διασφαλιστεί η απρόσκοπτη λειτουργία τους. Στη μηχανική, δεν υπάρχει καθολική μέθοδος για τον προσδιορισμό του ρυθμού διάβρωσης. Αυτό οφείλεται στην πολυπλοκότητα του να λαμβάνονται υπόψη όλοι οι παράγοντες. Η πιο αξιόπιστη μέθοδος είναι η μελέτη του ιστορικού λειτουργίας της εγκατάστασης.
Κριτήρια
Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται αρκετοί ρυθμοί διάβρωσης στον μηχανολογικό σχεδιασμό:
- Σύμφωνα με την άμεση μέθοδο αξιολόγησης: μείωση της μάζας ενός μεταλλικού μέρους ανά μονάδα επιφάνειας - δείκτης βάρους (μετρούμενο σε γραμμάρια ανά 1 m2 για 1 ώρα). βάθος ζημιάς (ή διαπερατότητα διεργασίας διάβρωσης), mm/έτος. την ποσότητα της απελευθερούμενης αέριας φάσης των προϊόντων διάβρωσης· το χρονικό διάστημα κατά το οποίο εμφανίζεται η πρώτη ζημιά από διάβρωση· αριθμός κέντρων διάβρωσης ανά μονάδα επιφάνειαςεπιφάνειες που εμφανίστηκαν σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο.
- Έμμεση εκτίμηση: ισχύς ρεύματος ηλεκτροχημικής διάβρωσης. ηλεκτρική αντίσταση; αλλαγή στα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά.
Ο πρώτος δείκτης άμεσης αποτίμησης είναι ο πιο συνηθισμένος.
Τύποι υπολογισμού
Σε γενική περίπτωση, η απώλεια βάρους που καθορίζει τον ρυθμό διάβρωσης του μετάλλου βρίσκεται με τον ακόλουθο τύπο:
Vkp=q/(St), όπου q είναι η μείωση της μάζας του μετάλλου, g;
S – επιφάνεια από την οποία μεταφέρθηκε το υλικό, m2;
t – χρονική περίοδος, ώρες
Για λαμαρίνα και κοχύλια κατασκευασμένα από αυτήν, προσδιορίστε τον δείκτη βάθους (mm/έτος):
H=m/t, m είναι το βάθος διείσδυσης στο μέταλλο.
Υπάρχει η ακόλουθη σχέση μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου δείκτη που περιγράφεται παραπάνω:
H=8, 76Vkp/ρ, όπου ρ είναι η πυκνότητα του υλικού.
Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό διάβρωσης
Οι ακόλουθες ομάδες παραγόντων επηρεάζουν τον ρυθμό καταστροφής μετάλλων:
- εσωτερικό, που σχετίζεται με τη φυσική και χημική φύση του υλικού (δομή φάσης, χημική σύνθεση, επιφανειακή τραχύτητα του εξαρτήματος, υπολειμματικές και λειτουργικές τάσεις στο υλικό και άλλα)·
- εξωτερικές (περιβαλλοντικές συνθήκες, ταχύτητα κίνησης ενός διαβρωτικού μέσου, θερμοκρασία, σύνθεση της ατμόσφαιρας, παρουσία αναστολέων ή διεγερτικών και άλλα)·
- μηχανική (ανάπτυξη ρωγμών διάβρωσης, καταστροφή μετάλλου υπό τη δράση κυκλικών φορτίων,σπηλαίωση και διάβρωση με φρέζες),
- χαρακτηριστικά σχεδίασης (επιλογή ποιότητας μετάλλου, κενά μεταξύ των εξαρτημάτων, απαιτήσεις τραχύτητας).
Φυσικές και χημικές ιδιότητες
Οι πιο σημαντικοί εσωτερικοί παράγοντες διάβρωσης είναι οι ακόλουθοι:
- Θερμοδυναμική σταθερότητα. Για τον προσδιορισμό του σε υδατικά διαλύματα, χρησιμοποιούνται διαγράμματα Pourbaix αναφοράς, κατά μήκος του άξονα της τετμημένης του οποίου απεικονίζεται το pH του μέσου, και κατά μήκος του άξονα τεταγμένων, το δυναμικό οξειδοαναγωγής. Μια πιθανή μετατόπιση προς τη θετική κατεύθυνση σημαίνει μεγαλύτερη σταθερότητα του υλικού. Δοκιμαστικά, ορίζεται ως το κανονικό δυναμικό ισορροπίας του μετάλλου. Στην πραγματικότητα, τα υλικά διαβρώνονται με διαφορετικούς ρυθμούς.
- Η θέση ενός ατόμου στον περιοδικό πίνακα των χημικών στοιχείων. Τα μέταλλα που είναι πιο ευαίσθητα στη διάβρωση είναι τα μέταλλα των αλκαλίων και των αλκαλικών γαιών. Ο ρυθμός διάβρωσης μειώνεται όσο αυξάνεται ο ατομικός αριθμός.
- Κρυσταλλική δομή. Έχει μια διφορούμενη επίδραση στην καταστροφή. Η ίδια η χονδροειδής δομή δεν οδηγεί σε αύξηση της διάβρωσης, αλλά είναι ευνοϊκή για την ανάπτυξη διακοκκώδους επιλεκτικής καταστροφής των ορίων των κόκκων. Μέταλλα και κράματα με ομοιογενή κατανομή φάσεων διαβρώνονται ομοιόμορφα, ενώ αυτά με ανομοιόμορφη κατανομή διαβρώνονται σύμφωνα με εστιακό μηχανισμό. Η αμοιβαία διάταξη των φάσεων εκτελεί τη λειτουργία της ανόδου και της καθόδου σε ένα επιθετικό περιβάλλον.
- Ενεργειακή ανομοιογένεια ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα. Τα άτομα με την υψηλότερη ενέργεια βρίσκονται στις γωνίες των προσώπωνμικροτραχύτητες και είναι ενεργά κέντρα διάλυσης κατά τη χημική διάβρωση. Επομένως, η προσεκτική κατεργασία μεταλλικών μερών (λείανση, στίλβωση, φινίρισμα) αυξάνει την αντοχή στη διάβρωση. Αυτό το φαινόμενο εξηγείται επίσης από το σχηματισμό πυκνότερων και πιο συνεχών μεμβρανών οξειδίου σε λείες επιφάνειες.
Επίδραση της μέτριας οξύτητας
Στη διαδικασία της χημικής διάβρωσης, η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου επηρεάζει τα ακόλουθα σημεία:
- διαλυτότητα προϊόντων διάβρωσης;
- σχηματισμός προστατευτικών μεμβρανών οξειδίου;
- ποσοστό καταστροφής μετάλλων.
Όταν το pH κυμαίνεται από 4-10 μονάδες (όξινο διάλυμα), η διάβρωση του σιδήρου εξαρτάται από την ένταση της διείσδυσης του οξυγόνου στην επιφάνεια του αντικειμένου. Στα αλκαλικά διαλύματα, ο ρυθμός διάβρωσης αρχικά μειώνεται λόγω παθητικοποίησης της επιφάνειας και στη συνέχεια, σε pH >13, αυξάνεται ως αποτέλεσμα της διάλυσης του προστατευτικού φιλμ οξειδίου.
Για κάθε τύπο μετάλλου υπάρχει η δική του εξάρτηση από την ένταση της καταστροφής από την οξύτητα του διαλύματος. Τα ευγενή μέταλλα (Pt, Ag, Au) είναι ανθεκτικά στη διάβρωση σε όξινο περιβάλλον. Ο Zn, το Al καταστρέφονται γρήγορα τόσο σε οξέα όσο και σε αλκάλια. Το Ni και το Cd είναι ανθεκτικά στα αλκάλια αλλά διαβρώνονται εύκολα στα οξέα.
Σύνθεση και συγκέντρωση ουδέτερων διαλυμάτων
Ο ρυθμός διάβρωσης σε ουδέτερα διαλύματα εξαρτάται περισσότερο από τις ιδιότητες του άλατος και τη συγκέντρωσή του:
- Κατά την υδρόλυση των αλάτων σεσε ένα διαβρωτικό περιβάλλον, σχηματίζονται ιόντα που δρουν ως ενεργοποιητές ή επιβραδυντές (αναστολείς) καταστροφής μετάλλων.
- Αυτές οι ενώσεις που αυξάνουν το pH αυξάνουν επίσης τον ρυθμό της καταστροφικής διαδικασίας (για παράδειγμα, το ανθρακικό σόδα) και εκείνες που μειώνουν την οξύτητα το μειώνουν (χλωριούχο αμμώνιο).
- Υπό την παρουσία χλωριδίων και θειικών αλάτων στο διάλυμα, η καταστροφή ενεργοποιείται μέχρι να επιτευχθεί μια ορισμένη συγκέντρωση αλάτων (η οποία εξηγείται από την εντατικοποίηση της διαδικασίας ανόδου υπό την επίδραση ιόντων χλωρίου και θείου) και στη συνέχεια μειώνεται σταδιακά λόγω μείωσης της διαλυτότητας του οξυγόνου.
Μερικοί τύποι αλάτων μπορούν να σχηματίσουν ένα αδιάλυτο φιλμ (για παράδειγμα, φωσφορικός σίδηρος). Αυτό βοηθά στην προστασία του μετάλλου από περαιτέρω καταστροφή. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται κατά την εφαρμογή εξουδετερωτών σκουριάς.
Αναστολείς διάβρωσης
Οι αναστολείς διάβρωσης (ή οι αναστολείς) διαφέρουν ως προς τον μηχανισμό δράσης τους στη διαδικασία οξειδοαναγωγής:
- Άνοδος. Χάρη σε αυτά σχηματίζεται ένα παθητικό φιλμ. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει ενώσεις που βασίζονται σε χρωμικά και διχρωμικά, νιτρικά και νιτρώδη. Ο τελευταίος τύπος αναστολέων χρησιμοποιείται για διαλειτουργική προστασία εξαρτημάτων. Όταν χρησιμοποιείτε ανοδικούς αναστολείς διάβρωσης, είναι απαραίτητο να προσδιορίσετε πρώτα την ελάχιστη προστατευτική τους συγκέντρωση, καθώς η προσθήκη σε μικρές ποσότητες μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση του ρυθμού καταστροφής.
- Κάθοδος. Ο μηχανισμός δράσης τους βασίζεται στη μείωση της συγκέντρωσης του οξυγόνου και, κατά συνέπεια, στην επιβράδυνση της καθοδικής διαδικασίας.
- Θωράκιση. Αυτοί οι αναστολείς απομονώνουν τη μεταλλική επιφάνεια σχηματίζοντας αδιάλυτες ενώσεις που εναποτίθενται ως προστατευτικό στρώμα.
Η τελευταία ομάδα περιλαμβάνει εξουδετερωτές σκουριάς, οι οποίοι χρησιμοποιούνται επίσης για τον καθαρισμό των οξειδίων. Συνήθως περιέχουν φωσφορικό οξύ. Υπό την επιρροή του, συμβαίνει φωσφοροποίηση μετάλλων - ο σχηματισμός ενός ισχυρού προστατευτικού στρώματος από αδιάλυτα φωσφορικά άλατα. Οι εξουδετερωτές εφαρμόζονται με πιστόλι ψεκασμού ή ρολό. Μετά από 25-30 λεπτά, η επιφάνεια αποκτά λευκό-γκρι χρώμα. Αφού στεγνώσει η σύνθεση, εφαρμόζονται βαφές και βερνίκια.
Μηχανική δράση
Η αύξηση της διάβρωσης σε ένα επιθετικό περιβάλλον διευκολύνεται από τέτοιους τύπους μηχανικής δράσης όπως:
- Εσωτερικές καταπονήσεις (κατά τη χύτευση ή τη θερμική επεξεργασία) και εξωτερικές (υπό την επίδραση εξωτερικά εφαρμοζόμενου φορτίου). Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται ηλεκτροχημική ανομοιογένεια, μειώνεται η θερμοδυναμική σταθερότητα του υλικού και σχηματίζεται διάβρωση. Ιδιαίτερα γρήγορη είναι η καταστροφή υπό εφελκυστικά φορτία (σχηματίζονται ρωγμές σε κάθετα επίπεδα) παρουσία οξειδωτικών ανιόντων, για παράδειγμα, NaCl. Χαρακτηριστικό παράδειγμα συσκευών που υπόκεινται σε αυτό το είδος καταστροφής είναι μέρη ατμολεβήτων.
- Εναλλασσόμενη δυναμική δράση, δόνηση (κόπωση διάβρωσης). Υπάρχει έντονη μείωση του ορίου κόπωσης, σχηματίζονται πολλαπλές μικρορωγμές, οι οποίες στη συνέχεια συγχωνεύονται σε μία μεγάλη. ΑριθμόςΟι κύκλοι αστοχίας σε μεγαλύτερο βαθμό εξαρτώνται από τη χημική και φασική σύνθεση των μετάλλων και των κραμάτων. Οι άξονες της αντλίας, τα ελατήρια, τα πτερύγια του στροβίλου και ο άλλος εξοπλισμός υπόκεινται σε τέτοια διάβρωση.
- Τριβή εξαρτημάτων. Η ταχεία διάβρωση οφείλεται στη μηχανική φθορά των προστατευτικών μεμβρανών στην επιφάνεια του εξαρτήματος και στη χημική αλληλεπίδραση με το περιβάλλον. Στο υγρό, ο ρυθμός καταστροφής είναι χαμηλότερος από τον αέρα.
- Επίπτωση σπηλαίωσης. Η σπηλαίωση συμβαίνει όταν παραβιάζεται η συνέχεια της ροής του υγρού ως αποτέλεσμα του σχηματισμού φυσαλίδων κενού που καταρρέουν και δημιουργούν ένα παλμικό φαινόμενο. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται βαθιές ζημιές τοπικής φύσης. Αυτός ο τύπος διάβρωσης παρατηρείται συχνά σε χημικές συσκευές.
Design Factors
Κατά το σχεδιασμό στοιχείων που λειτουργούν σε επιθετικές συνθήκες, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι ο ρυθμός διάβρωσης αυξάνεται στις ακόλουθες περιπτώσεις:
- όταν έρχονται σε επαφή ανόμοια μέταλλα (όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στο δυναμικό του ηλεκτροδίου μεταξύ τους, τόσο μεγαλύτερη είναι η τρέχουσα ισχύς της ηλεκτροχημικής διαδικασίας καταστροφής);
- παρουσία συγκεντρωτών μηχανικής καταπόνησης (αυλάκια, αυλακώσεις, οπές και άλλα),
- με χαμηλή καθαριότητα της επεξεργασμένης επιφάνειας, καθώς αυτό έχει ως αποτέλεσμα τοπικά βραχυκυκλωμένα γαλβανικά ζεύγη;
- με σημαντική διαφορά στη θερμοκρασία των επιμέρους τμημάτων της συσκευής (σχηματίζονται θερμικά γαλβανικά στοιχεία),
- παρουσία στάσιμων ζωνών (κουλοχέρηδες, κενά);
- κατά το σχηματισμόυπολειμματικές τάσεις, ειδικά σε συγκολλημένες αρθρώσεις (για την εξάλειψή τους, είναι απαραίτητο να προβλεφθεί θερμική επεξεργασία - ανόπτηση).
Μέθοδοι αξιολόγησης
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι αξιολόγησης του ρυθμού καταστροφής μετάλλων σε επιθετικά περιβάλλοντα:
- Εργαστήριο - δοκιμή δειγμάτων σε τεχνητά προσομοιωμένες συνθήκες κοντά στις πραγματικές. Το πλεονέκτημά τους είναι ότι σας επιτρέπουν να μειώσετε το χρόνο της μελέτης.
- Γήπεδο - διεξάγεται σε φυσικές συνθήκες. Παίρνουν πολύ χρόνο. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η απόκτηση πληροφοριών για τις ιδιότητες του μετάλλου στις συνθήκες περαιτέρω λειτουργίας.
- Επιτόπια δοκιμή τελικών μεταλλικών αντικειμένων στο φυσικό περιβάλλον.
