Ķīmiskā korozija ir process, kas sastāv no metāla iznīcināšanas, mijiedarbojoties ar agresīvu ārējo vidi. Korozijas procesu ķīmiskā dažādība nav saistīta ar elektriskās strāvas iedarbību. Šāda veida korozijas gadījumā notiek oksidatīva reakcija, kurā iznīcināmais materiāls vienlaikus ir arī reducējošs līdzeklis barotnes elementiem.
- Gāzes korozija
- Oksīda plēves raksturojums
- Korozijas pakāpe
- Korozija šķidrumos, kas nav elektrolīti
- Korozijas aizsardzības metodes
- Organiskā silikāta pārklājumi
Dažādu agresīvas vides klasifikācija ietver divus metālu iznīcināšanas veidus:
- ķīmiska korozija šķidrumos, kas nav elektrolīti;
- ķīmiska gāzu korozija.
Gāzes korozija
Visizplatītākais ķīmiskās korozijas veids - gāze - ir kodīgs process, kas notiek gāzēs paaugstinātā temperatūrā. Šī problēma ir raksturīga daudzu veidu tehnoloģisko iekārtu un detaļu darbībai (kurtuvju, motoru, turbīnu utt. Armatūra). Turklāt metālu apstrādē ar augstu spiedienu tiek izmantotas īpaši augstas temperatūras (karsēšana pirms velmēšanas, štancēšana, kalšana, termiskie procesi utt.).
Metālu stāvokļa īpašības paaugstinātā temperatūrā nosaka divas to īpašības - karstumizturība un karstumizturība. Karstumizturība ir metāla mehānisko īpašību stabilitātes pakāpe īpaši augstās temperatūrās. Zem mehānisko īpašību stabilitātes attiecas uz izturības saglabāšanu ilgu laiku un šļūdes pretestību. Karstumizturība ir metāla izturība pret gāzu kodīgo iedarbību paaugstinātā temperatūrā.
Gāzes korozijas attīstības ātrumu nosaka vairāki rādītāji, tostarp:
- atmosfēras temperatūra;
- detaļas, kas iekļautas metālā vai sakausējumā;
- vides parametri, kur atrodas gāzes;
- kontakta ilgums ar gāzveida barotni;
- kodīgu produktu īpašības.
Korozijas procesu vairāk ietekmē oksīda plēves īpašības un parametri, kas parādījušies uz metāla virsmas. Oksīda veidošanos hronoloģiski var sadalīt divos posmos:
- skābekļa molekulu adsorbcija uz metāla virsmas, mijiedarbojoties ar atmosfēru;
- saskaroties ar metāla virsmu ar gāzi, iegūst ķīmisku savienojumu.
Pirmo posmu raksturo jonu saites parādīšanās skābekļa un virsmas atomu mijiedarbības rezultātā, kad skābekļa atoms ņem elektronu pāri no metāla. Izveidotā saikne izceļas ar izcilu stiprību - tā ir lielāka par skābekļa saiti ar oksidā esošo metālu.
Šī savienojuma izskaidrojums ir atomu lauka ietekme uz skābekli. Tiklīdz metāla virsma ir piepildīta ar oksidētāju (un tas notiek ļoti ātri), zemā temperatūrā, pateicoties van der Waals stiprībai, sākas oksidējošo molekulu adsorbcija. Reakcijas rezultāts ir plānākās monomolekulas plēves parādīšanās, kas laika gaitā kļūst biezāka, kas sarežģī skābekļa piekļuvi.
Otrajā posmā notiek ķīmiska reakcija, kuras laikā barotnes oksidējošais elements ņem valences elektronus no metāla. Ķīmiskā korozija ir reakcijas gala rezultāts.
uz saturu ↑
Oksīda plēves raksturojums
Oksīda plēvju klasifikācijā ietilpst trīs veidi:
- plāns (neredzams bez īpašām ierīcēm);
- vidēja (krāsas maiņa);
- bieza (redzama ar neapbruņotu aci).
Iegūtajai oksīda plēvei ir aizsargājošas spējas - tā palēnina vai pat pilnībā kavē ķīmiskās korozijas attīstību. Arī oksīda plēves klātbūtne palielina metāla karstumizturību.
Tomēr patiesi efektīvai filmai ir jāatbilst vairākām īpašībām:
- nav porains;
- ir nepārtraukta struktūra;
- ir labas lipīgās īpašības;
- atšķiras ar ķīmisko inerci attiecībā pret atmosfēru;
- jābūt izturīgam un nodilumizturīgam.
Viens no iepriekšminētajiem nosacījumiem - cieta struktūra ir īpaši svarīga. Nepārtrauktības nosacījums ir oksīda plēves molekulu tilpuma pārsvars pār metālu atomu tilpumu. Nepārtrauktība ir oksīda spēja pārklāt visu metāla virsmu ar nepārtrauktu slāni. Ja šis nosacījums nav izpildīts, filmu nevar uzskatīt par aizsargājošu. Tomēr šim noteikumam ir izņēmumi: dažiem metāliem, piemēram, magnijam un sārmzemju grupu elementiem (izņemot beriliju), nepārtrauktība nepieder pie kritiskajiem rādītājiem.
Lai noteiktu oksīda plēves biezumu, tiek izmantotas vairākas metodes. Plēves aizsargājošās īpašības var noskaidrot tās veidošanās laikā. Lai to izdarītu, mēs pētām metāla oksidācijas ātrumu un ātruma izmaiņas laika gaitā parametrus.
Jau izveidotajam oksīdam izmanto citu metodi, kas sastāv no plēves biezuma un aizsargājošo īpašību izpētes. Lai to izdarītu, virsmai tiek uzklāts reaģents. Pēc tam eksperti reģistrē laiku, kas nepieciešams reaģenta iekļūšanai, un, pamatojoties uz iegūtajiem datiem, secina, ka plēves biezums.
uz saturu ↑Pievērs uzmanību! Pat galīgi izveidotā oksīda plēve turpina mijiedarboties ar oksidējošo vidi un metālu.
Korozijas pakāpe
Ķīmiskās korozijas attīstības intensitāte ir atkarīga no temperatūras režīma. Augstās temperatūrās oksidatīvie procesi attīstās ātrāk. Turklāt termodinamiskā faktora lomas samazināšanās reakcijas laikā neietekmē procesu.
Liela nozīme ir dzesēšanai un mainīgai sildīšanai. Termisko spriegumu dēļ oksīda plēvē parādās plaisas. Caur caurumiem oksidējošais elements nonāk virspusē. Rezultātā veidojas jauns oksīda plēves slānis, un pirmais tiek norauts.
Ne mazāk svarīgu lomu spēlē gāzveida barotnes komponenti. Šis koeficients ir individuāls dažādiem metālu veidiem un atbilst temperatūras svārstībām. Piemēram, varš ir jutīgs pret koroziju, ja tas ir saskarē ar skābekli, bet ir izturīgs pret šo procesu sēra oksīda vidē. Turpretī niķelim sēra oksīds ir nāvējošs, un skābekļa, oglekļa dioksīda un ūdens vidē tiek novērota stabilitāte. Bet hroms ir izturīgs pret visām šīm vidēm.
Pievērs uzmanību! Ja oksīda disociācijas spiediena līmenis pārsniedz oksidējošā elementa spiedienu, oksidācijas process apstājas un metāls iegūst termodinamisko stabilitāti.
Sakausējuma sastāvdaļas ietekmē arī oksidatīvās reakcijas ātrumu. Piemēram, mangāns, sērs, niķelis un fosfors neveicina dzelzs oksidāciju. Bet alumīnijs, silīcijs un hroms padara procesu lēnāku. Kobalts, varš, berilijs un titāns vēl vairāk palēnina dzelzs oksidāciju. Vanādija, volframa un molibdēna piedevas palīdzēs padarīt procesu intensīvāku, kas izskaidrojams ar šo metālu kausējamību un nepastāvīgumu. Oksidācijas reakcijas vislēnāk notiek ar austenīta struktūru, jo tā ir vispiemērotākā augstām temperatūrām.
Vēl viens faktors, no kura ir atkarīga korozijas pakāpe, ir apstrādātas virsmas īpašība. Gludas virsmas oksidējas lēnāk, bet nelīdzenas virsmas - ātrāk.
uz saturu ↑Korozija šķidrumos, kas nav elektrolīti
Nevadoši šķidrumi (t.i.šķidrumi, kas nav elektrolīti) ietver tādas organiskas vielas kā:
- benzols;
- hloroforma;
- spirti;
- tetrahlorogleklis;
- fenols;
- eļļa;
- benzīns;
- petroleja utt.
Turklāt nelielu daudzumu neorganisku šķidrumu, piemēram, šķidru bromu un izkausētu sēru, klasificē kā neelektrolītu šķidrumus.
Jāatzīmē, ka organiskie šķīdinātāji paši nereaģē ar metāliem, tomēr neliela piemaisījumu klātbūtnes gadījumā notiek intensīvs mijiedarbības process.
Sēra elementi eļļā palielina korozijas ātrumu. Arī augsta temperatūra un skābekļa klātbūtne šķidrumā pastiprina korozijas procesus. Mitrums pastiprina korozijas attīstību saskaņā ar elektromehānisko principu.
Vēl viens korozijas straujās attīstības faktors ir šķidrais broms. Normālā temperatūrā tas īpaši kaitē tēraudam ar augstu oglekļa saturu, alumīniju un titānu. Mazāk nozīmīga ir broma ietekme uz dzelzi un niķeli. Vislielāko izturību pret šķidro bromu parāda svins, sudrabs, tantāls un platīns.
Izkausētais sērs nonāk agresīvā reakcijā ar gandrīz visiem metāliem, galvenokārt ar svinu, alvu un varu. Tērauda un titāna sēra oglekļa pakāpes ir mazāk ietekmētas un gandrīz pilnībā iznīcina alumīniju.
Aizsardzības pasākumus metāla konstrukcijām, kas atrodas nevadošā šķidrumā, veic, pievienojot metālus, kas izturīgi pret īpašu barotni (piemēram, tēraudi ar augstu hroma saturu). Tiek izmantoti arī speciāli aizsargpārklājumi (piemēram, vidē, kur ir daudz sēra, tiek izmantoti alumīnija pārklājumi).
uz saturu ↑Korozijas aizsardzības metodes
Korozijas kontroles metodes ietver:
- parasto metālu apstrāde ar aizsargājošu slāni (piemēram, krāsas uzklāšana);
- inhibitoru (piemēram, hromātu vai arsenītu) lietošana;
- pret korozijas procesiem izturīgu materiālu ieviešana.
Konkrēta materiāla izvēle ir atkarīga no tā izmantošanas potenciālās efektivitātes (ieskaitot tehnoloģisko un finansiālo).
Mūsdienu metāla aizsardzības principi balstās uz šādām metodēm:
- Materiālu ķīmiskās izturības uzlabošana. Ķīmiski izturīgi materiāli (plastmasa ar augstu polimēru, stiklu, keramika) ir veiksmīgi sevi pierādījuši.
- Materiāla izolācija no agresīvas vides.
- Tehnoloģiskās vides agresivitātes samazināšana. Šādu darbību piemēri ir neitralizācija un skābuma noņemšana korozīvā vidē, kā arī dažādu inhibitoru lietošana.
- Elektroķīmiskā aizsardzība (ārējas strāvas uzlikšana).
Iepriekš minētās metodes ir sadalītas divās grupās:
- Pirms metālizstrādājumu nodošanas ekspluatācijā tiek pielietota paaugstināta ķīmiskā izturība un izolācija.
- Vides agresivitātes samazināšana un elektroķīmiskā aizsardzība jau tiek izmantota metāla izstrādājuma izmantošanas procesā. Šo divu paņēmienu pielietošana ļauj ieviest jaunas aizsardzības metodes, kā rezultātā aizsardzība tiek nodrošināta, mainoties darba apstākļiem.
Viena no visbiežāk izmantotajām metāla aizsardzības metodēm - galvaniskais pretkorozijas pārklājums - ir ekonomiski nerentabla lielām virsmām. Iemesls ir augstās sagatavošanās procesa izmaksas.
Starp aizsardzības metodēm vadošā vieta ir metālu pārklāšana ar krāsām un lakām. Šīs korozijas apkarošanas metodes popularitāte ir saistīta ar vairāku faktoru apvienojumu:
- augstas aizsargājošās īpašības (hidrofobitāte, šķidrumu atgrūšana, zema gāzes caurlaidība un tvaiku caurlaidība);
- ražojamība;
- plašas iespējas dekoratīviem risinājumiem;
- apkope;
- ekonomiskais pamatojums.
Tajā pašā laikā plaši pieejamo materiālu izmantošanai nav trūkumu:
- nepilnīga metāla virsmas mitrināšana;
- pārtraukta pārklājuma saķere ar parasto metālu, kas noved pie elektrolīta uzkrāšanās zem korozijizturīga pārklājuma un tādējādi veicina koroziju;
- porainība, kas palielina mitruma caurlaidību.
Neskatoties uz to, krāsotā virsma aizsargā metālu no korozīviem procesiem pat ar fragmentāriem plēves bojājumiem, savukārt nepilnīgi galvaniskie pārklājumi var pat paātrināt koroziju.
uz saturu ↑Organiskā silikāta pārklājumi
Augstas kvalitātes aizsardzībai pret koroziju ieteicams izmantot metālus ar augstu hidrofobitātes un necaurlaidības pakāpi ūdens, gāzes un tvaika vidē. Šajos materiālos ietilpst organiskie silikāti.
Ķīmiskā korozija praktiski neattiecas uz organiskajiem silikātu materiāliem. Iemesli tam ir paaugstināta šādu kompozīciju ķīmiskā stabilitāte, to izturība pret gaismu, hidrofobās īpašības un zema ūdens absorbcija. Organiskie silikāti ir izturīgi arī pret zemu temperatūru, tiem ir labas adhēzijas īpašības un nodilumizturība.
Korozijas radītās metāla iznīcināšanas problēmas neizzūd, neskatoties uz to apkarošanas tehnoloģiju attīstību. Iemesls ir pastāvīgais metāla ražošanas pieaugums un arvien sarežģītāki no tā ražoto izstrādājumu ekspluatācijas apstākļi. Šajā posmā problēmu nav iespējams beidzot atrisināt, tāpēc zinātnieku centieni ir vērsti uz iespēju atrašanu korozijas procesu palēnināšanai.
