Лекция 8. Методы исследования и контроля коррозионных процессов (1 ч).
Специалисты, обслуживающие машины и аппараты, металлоконструкции и трубопроводы обязаны обнаруживать коррозионные процессы на ранних стадиях, давать количественную оценку коррозионного повреждения, прогнозировать последствия непринятия мер по усилению коррозионной защиты.
Установление причин коррозионного разрушения позволяет правильно выбрать метод защиты. Целью коррозионных исследований является:
а) определение долговечности данного металлического материала в конкретных условиях;
б) раскрытие механизма коррозионного процесса, который может быть электрохимическим, химическим или смешанным;
в) определение факторов, контролирующих данный коррозионный процесс. В случае химической коррозии может быть кинетический, диффузионный или смешанный контроль. В случае ЭХК может быть, например, анодный или катодный контроль и т.п.;
г) определение агрессивных компонентов внешней среды, вызывающих ХК (например O2, CO2, пары воды) или способствующих ЭХК (например, деполяризаторы O2, H+, H2O, HSO3- и др.).
д) изучение влияния на коррозионную стойкость металлов или сплавов внутренних факторов (структура и состав сплава, состояние поверхности, наличие внутренних напряжений и др.) и внешних факторов (состав коррозионной среды, скорость ее движения, температура, давление и др.).
Коррозионные исследования подразделяются на:
а) лабораторные исследования: коррозионное поведение металлических образцов изучается в искусственно созданных условиях;
б) внелабораторные исследования: металлические образцы исследуются в естественных эксплуатационных условиях;
в) эксплуатационные исследования: испытанию подвергают машины, аппараты, сооружения и средства коррозионной защиты в условиях эксплуатации.
Критерии оценки коррозионных эффектов.
Как было показано в предыдущих лекциях, коррозионные процессы регулируются целым рядов факторов. В связи с этим в каждом конкретном случае требуется индивидуальный подход к выбору метода коррозионных испытаний и оценки коррозионных разрушений.
О степени развития коррозионных процессов судят:
а) по результатам измерения различных коррозионных эффектов: площади коррозионного разрушения, его глубины, массы продуктов коррозии и др.
б) по величине коррозионного тока и изменению физико-механических свойств металла– электросопротивления, механической прочности и др.
в) в некоторых случаях проводят периодическую проверку эксплуатационных факторов: концентрации агрессивных загрязнений в окружающей среде, температурного режима эксплуатации, влажности поверхности металла и др.
Критериями оценки коррозионных эффектов являются следующие показатели:
1. Очаговый показателькоррозии Кn. Это число коррозионных участков, возникающих на единице площади металлической поверхности за определенный промежуток времени в данных условиях эксплуатации.
2. Глубинный показателькоррозии Кυ характеризует максимальную или среднюю глубину коррозионного разрушения металла в течение определенного времени, (мм/год).
3. Массовый показатель коррозииКm. Это снижение или увеличение массы металла за счет потерь или, наоборот, роста продуктов коррозии на единице поверхности за единицу времени (г/м2 . ч).
4. Электрические показатели коррозии: Кi – токовый, который соответствует скорости коррозионного процесса, мA/см2; Кr – показатель изменения электросопротивления поверхности металла за определенное время, %.
5. Механический показатель коррозииКпр характеризует изменение предела прочности металла за определенное время, %.
6. Показатель склонности металла к коррозииКc. Это срок эксплуатации или проведения испытаний до начала коррозионного процесса, т.е. когда коррозионное поражение поверхности металла составляет 1% площади. Измеряется в часах или сутках.
7. Для оценки коррозионной стойкости металлов, а также средств защиты от коррозии рекомендуется также десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов. Согласно этой шкале каждому баллу стойкости соответствует определенная степень равномерного утончения металла (мм/год).
Методы коррозионных испытаний.
1. Визуальный методприменяют при эксплуатации оборудования. Он позволяет установить изменение микрогеометрии и окраски поверхности металла, вид коррозионного разрушения, нарушение защитного покрытия и т.д. Этот метод подразумевает использование микроскопов. Его используют для оценки сплошной коррозии и некоторых видов местной коррозии (точечная, пятнами и др.).
На блестящих металлических поверхностях начальные стадии коррозии обнаруживают по изменению коэффициента отражения света.
2. Индикаторные методы основаны на введении в коррозионную среду специальных индикаторов, которые изменяют свою окраску под действием продуктов коррозии. В случае сталей таким индикатором является красная кровяная соль, которая при взаимодействии с катионами Fe2+ образует «турнбулевую синь» – вещество ярко-синего цвета:
4Fe2+ + К3[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(CN)6]3↓
3. Металлографические методыпозволяют обнаружить начальные стадии структурной коррозии. Их можно применить в условиях эксплуатации оборудования без отбора образцов.
4. Химические и электрохимические методы:метод поляризационных кривых, метод и поляризационного сопротивления, метод измерения электродного потенциала металла. Они позволяют идентифицировать состав металла элементов оборудования и продуктов коррозии, определить анодные и катодные зоны в условиях неравномерной и местной коррозии металлов, выявить гетерогенные включения, выходящие на поверхность металла.
5. Методы механических испытанийзаключаются в сравнении механических свойств металла до и после коррозии. К ним относят испытания на прочность, растяжение, ударную вязкость, изгиб и др. В некоторых случаях исследуют такие механические свойства металла, как текучесть, предел выносливости и др.
6. Рентгенографический метод, в частности, микроанализ с помощью электронного зонда, применяют для исследования продуктов, образующих оксидную пленку на металлах. При этом определяют размеры и ориентацию кристаллов, измеряют параметры кристаллической решетки.
7. Метод радиоактивных изотоповприменяют для исследования скорости и механизма диффузии в оксидных пленках.