Коррозия – это процесс физического разрушения металла в результате воздействия разных факторов окружающей среды. Есть другое понятие – эрозия. Она происходит только по физическим причинам. А в основе процесса коррозии лежат и химические действия. Скорость коррозии учитывают при строительстве объектов из различных металлов. Знание этого параметра позволяет продлить срок службы конструкции и защитить её от воздействия окружающей среды. Далее расскажем, что влияет на скорость коррозии, как её определить и как этот процесс происходит.
Что влияет на скорость коррозии
Коррозия происходит во всех средах, считающихся коррозийными. К ним относятся газы и жидкости, в которых обычно находятся металлоконструкции. Поэтому избежать этого процесса не получится. Строители замедляют образование ржавчины, используя оцинкованные металлы и обрабатывая их специальными средствами. Но со временем признаки этого процесса начинают проявляться.
Иногда расчёт интенсивности по показателю веса металла не даёт нужных результатов. Тогда используются другие показатели коррозии:
- Глубина проникновения;
- Время, нужное для появления первого очага ржавчины;
- Изменение массы относительно площади конструкции;
- Соотношение поражённой поверхности с чистой;
- Сила тока коррозии;
- Количество кислорода, который поглощается заданной площадью, или объем водорода, который она выделяет;
- Время, необходимое, чтобы металл полностью разрушился или дал трещины из-за влияния коррозийной среды;
- Число разрушающих очагов на заданную единицы площади.
Эти факторы помогают установить, какие меры защиты нужны, чтобы гарантировать зданию или изделию заявленный срок службы. Скорость процесса позволяет выявить, насколько быстро негативное воздействие среды станет заметным, принесёт значительные разрушения. Поэтому от этого параметра отталкиваются при расчёте срока эксплуатации здания.
Интенсивность, с которой происходит разрушение металлических компонентов, зависит от нескольких факторов:
- Внешние. К ним относятся условия среды, в которую помещён металл: нагрев, скорость движения веществ в помещении, присутствие веществ, ускоряющих или замедляющих процесс разъедания, химические особенности среды и т.д.;
- Внутренние. К этой группе факторов относят физико-химические свойства и характеристики материала. А также: качество механической обработки металла, его внутреннее строение или напряжение и т.д.;
- Конфигурация и форма строения/изделия;
- Механические. К этой группе факторов относится механическое воздействие среды на металл: циклические нагрузки, приводящие к его разрушению, оксидная плёнка, образующаяся при трении коррозии, образовании трещин и т.д.
Наибольшее влияние на скорость разъедания средой металла влияет 4 свойства последнего:
- Атомный номер. Он обозначает количество протонов в ядре вещества. Чем их меньше, тем быстрее будет происходить окисление. Меньше всего устойчивость к коррозии у щелочноземельных и щелочных металлов;
- Энергия атомов в структуре вещества. Если по углам граней в молекулярной структуре располагаются частицы, энергетический потенциал которых выше, чем у остальных, то они будут активнее участвовать в химических реакциях. Поэтому очаги ржавчины будут в первую очередь появляться в этих зонах, постепенно распространяясь по остальному металлу. Чтобы не допустить этого, проводят механическую обработку металлических изделий/конструкций: доводка, шлифовка и полировка. Благодаря этому, поверхность материала становится более гладкой и однородной, а сильные очаги коррозии не образуются так быстро;
- Термодинамическая устойчивость. Этот показатель определяется по диаграмме Пурбе при помещении металла в водный раствор. Это позволяет установить окислительно-восстановительный потенциал вещества. Чем он больше, тем выше устойчивость материала к коррозии;
- Кристаллическая структура. Чем равномернее будут находиться фазы, тем равномернее будет образовываться ржавчина. Это позволит избежать появления сильных очагов коррозии, ускоряющих процесс разрушения. Также, если в кристаллической структуре есть крупное зерно, оно приведёт к избирательной коррозии, но не ускорить процесс разъедания материала.
Также выделим условия окружающей среды, ускоряющие процесс разъедания металла:
- Продукты коррозии, уже образовавшиеся на материале;
- Коррозийные отложения и вещества в воздухе;
- Температурные колебания в помещении;
- Влажность;
- Адсорбционная и фазовая влага, попадающая на поверхность материала.
Методы определения скорости коррозии металла
Формула V = Δm / S × t позволяет вычислить скорость, с которой будет происходить корродирование металла. В этой формуле:
- V. Скорость, выраженная в граммах на метр квадратный в час;
- S. Площадь;
- m. Величина массы, на которую изменилось количество металла;
- t. Время.
Это универсальная формула, позволяющая провести расчет скорости коррозии металла в лабораторных условиях. Для этого материал помещают в коррозийную среду, оставляя на определённый промежуток времени. После этого проводят замеры снова, чтобы установить, какие изменения произошли. Из-за того, что эта формула предполагает скорость в час, использовать её результат при строительных расчётах нельзя.
Для них используется другая формула: ∏ = 8,76 × V/ρ. Она позволяет узнать, с какой скоростью будет происходит разрушение в год. В ней:
- ∏. Скорость коррозии в год;
- V. Скорость, выраженная в граммах на метр квадратный в час;
- p. Плотность металла, выраженная в граммах на сантиметр кубический;
- 8,76. Универсальный коэффициент, позволяющий пересчитывать весовой показатель разрушения в глубинный.
Разрушение вещества может происходить избирательным и сплошным способом. Второй вариант предпочтительнее, потому что тогда ржавчина образуется равномерно. В первом случае образуются глубокие очаги разрушения, ускоряющие процесс.
Есть прямые показатели, позволяющие понять, в каком случае коррозия уже поразила материал и развивается дальше. К ним относят:
- Глубина поражения;
- Время, прошедшее до появления первого очага;
- Изменение массы изделия, соотнесённое с площадью, которую занимает поражённая часть;
- Объём водорода, который выделился с поверхности металла;
- Количество точек и язв ржавчины на поверхности.
Отталкиваясь от этих показателей на опытных образцах, можно определить скорость коррозии. Существует 3 способа определить, как быстро материал будет разрушаться в агрессивной среде:
- В полевых условиях. Изделие испытывается во время эксплуатации, в реальных условиях. Для такого исследования требуется много времени, зато полученная информация о свойствах и показателях будет максимально приближена к реальной;
- В лабораторных условиях. Искусственно создаются условия агрессивной среды, в которую будет помещён металл. Метод позволяет быстро получить результаты;
- Натуральный. Анализ проводится в естественной среде.
Осмотр без специального оборудования в большинстве случаях не даёт возможности получить необходимую информацию. Без него понять, насколько глубоко образец был разъеден ржавчиной, не получится. А именно этот показатель важен, когда происходит расчёт скорости.
В определении точных характеристик помогают различные устройства, например, ультразвуковой толщиномер. При помощи ультразвуковых волн это оборудование проверяет, сколько металла в образце осталось чистым, а сколько было поражено ржавчиной. Таким образом, определяется глубина. Отталкиваясь только от размеров поверхностного разрушения, не получится учесть возможность избирательного разъедания. При нём скорость будет гораздо выше. Поэтому реальная продолжительной эксплуатации существенно снизится по сравнению с той, которая была получена во время исследования.
Поэтому глубину важно учитывать, чтобы найти слабые места изделий/сооружений. Их подвергают механической обработке, делая поверхность гладкой и ровной. Благодаря этому, процесс разрушения будет равномерным, а глубинные очаги не будут образовываться.
Также существуют универсальные устройства, позволяющие быстро и точно определять устойчивость материала к ржавчине. Например, установка, использующая гравиметрический метод, позволяет исследовать защитную способность ингибиторов коррозийного процесса. Они наносятся на металлоконструкции, чтобы замедлить процесс. Подобное оборудование позволяет проверить эффективность обработки, скорректировать технические процессы, чтобы повысить защиту материала.
Примером такой установки служит ГЕ-УЭК-07, установка для оценки защитной способности ингибиторов коррозии гравиметрическим методом. Получить подробные характеристики этого аппарата можно у нас на сайте.
Перед вводом строительного объекта в эксплуатацию или началом промышленного производства металлических изделий, их характеристики исследуется. Скорость разрушения в агрессивной среде позволяет выявить срок службы материала. Таким образом, становится понятно, когда изделие придёт в негодность, а здание потребует ремонта или сноса.
