Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Кинетические характеристики электрохимической коррозии

03.04.2019

В большинстве случаев инженеру-коррозионисту приходится отвечать на вопросы, связанные с развитием коррозионного поражения во времени: как долго может работать металлоконструкция в конкретной среде? на какие параметры и как следует повлиять, чтобы продлить срок службы оборудования? Поэтому разделы науки о коррозии, рассматривающие развитие коррозионных процессов во времени, то есть кинетические закономерности, характерные для системы «металл/среда», особенно важны для инженера-практика.

Основной кинетической характеристикой любого процесса является его скорость. Несмотря на то, что это понятие определено действующими стандартами на коррозионную терминологию, нет единого мнения о сущности этого термина. В соответствии с определением понятия «коррозия», которое было дано ранее, логично сначала ввести понятие «фронт коррозии» — поверхность, ограничивающая со стороны среды объем металла, не имеющий коррозионных повреждений. При этом следует помнить, что под коррозионными понимают любые изменения состояния металла, связанные с его химическим взаимодействием со средой: и растворение его поверхности, и межкристаллитную коррозию, и изменение механических свойств, и т.д. В соответствии с этим под скоростью коррозии мы будем понимать скорость продвижения фронта коррозии.

В общем случае по аналогии со скоростью любой химической реакции скорость коррозии V можно определить через изменение энергии Гиббса AG как
Кинетические характеристики электрохимической коррозии

где AG — изменение энергии Гиббса системы металл/среда при протекании коррозионного процесса;

k — некоторый коэффициент пропорциональности;

R — сопротивление системы протеканию коррозионного процесса.

При разработке защитных мероприятий всегда стараются выявить, какие факторы влияют на сопротивление протеканию коррозии на отдельных этапах развития процесса, для какого этапа это сопротивление максимально. При определении этих факторов опираются на величину скорости коррозии, полученную в результате коррозионных испытаний. Коррозионисты-практики привыкли под скоростью коррозии понимать легко получаемую в лабораторных или натурных условиях величину — массу металла, перешедшую в продукты коррозии за определенный промежуток времени (база испытаний) с единицы площади корродирующей поверхности:

где V — скорость коррозии, г/(м2*час);

Am — изменение массы образца в течение времени, выбранного в качестве базового (обычно 200 час);

S — площадь корродирующей поверхности, м2;

т — база испытания, час.

Условия испытаний при определении этой величины должны соответствовать условиям эксплуатации оборудования или максимально приближаться к ним.

Часто для практических целей удобнее пользоваться глубинным показателем скорости коррозии или, как его еще называют, глубиной проникания коррозии:

где V' — глубина проникания коррозии, мм/год;

Ab — уменьшение толщины стенки металлоконструкции за контрольный период, мм;

т — продолжительность контрольного периода, год.

Глубину проникания коррозии рассчитывают на базе либо дефектоскопических исследований работающего оборудования, либо лабораторных или промышленных гравиметрических исследований. Легко показать, что для общей равномерной коррозии существует однозначная связь между V и V'. Действительно, если массу образца, перешедшую в продукты коррозии, выразить через объем и плотность (Am = Vp), а объем — как произведение площади прокорродировавшей поверхности на толщину слоя, перешедшего в продукты коррозии (V = SAb), то, выразив через К коэффициент, учитывающий разницу в размерности, получим

В табл. 3.2 приведены значения плотности для наиболее распространенных в нефтяном машиностроении материалов.

Сведения о глубине проникания коррозии позволяют рассчитать прибавку на коррозию — увеличение толщины стенки аппарата по сравнению с расчетным по прочности значением с целью обеспечения надежности эксплуатации оборудования в коррозионно-активной среде. Кроме того, они используются для оценки остаточного ресурса эксплуатации действующего оборудования. В обоих случаях пользуются формулой (3.3S). В первом случае в нее подставляют известную глубину проникания коррозии и проектный срок службы аппарата, а во втором — глубину проникания коррозии и разность между реальной толщиной стенки аппарата и расчетным по прочности значением.

Еще одной кинетической характеристикой коррозионного процесса является плотность тока коррозии i. При общей равномерной коррозии легко показать корреляцию между плотностью тока и скоростью коррозии, пользуясь законами Фарадея. В соответствии с ними одним эквивалентом любого вещества при растворении или выделении из раствора переносится количество электричества, равное числу Фарадея (F = 96 500 К). Если в раствор перешло vэ эквивалентов металла, то количество электричества Q, перенесенного ионами этого металла, должно быть равно vэF:

Количество эквивалентов растворяемого вещества связано с его массой соотношением

где vэ — количество эквивалентов металла, перешедшего в раствор, моль;

Am — изменение массы корродирующего образца металла;

Mэ — молярная масса эквивалента металла, r/моль*экв.

Из (3.38) и (3.39) следует, что

Следует помнить, что количество электричества, прошедшего через систему за период т, связано с силой тока в системе соотношением

Если отнести силу тока к площади корродирующего образца, получим плотность тока

Применив выражения (3.40)-(3.42) для определения скорости коррозии (3.34), получим

где I — сила тока, А;

S — площадь корродирующей поверхности, м2;

i — плотность тока, А/м2;

n — количество электронов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе при растворении 1 моля металла, моль.

Плотность тока получают относительно быстро, в результате электрохимических исследований, при которых практически никогда не удается полностью имитировать рабочие условия действующего аппарата. Поэтому, как правило, плотность тока используют для сопоставления поведения разных материалов или для оценки вклада отдельных этапов в процесс коррозии. Рассчитать на основании результатов электрохимических исследований проектный срок службы аппаратов или остаточный ресурс работы нельзя.

Следует отметить, что взаимозаменяемость кинетических характеристик процесса имеет место только для общей равномерной коррозии. Для других видов поражения приведенные характеристики, как правило, вообще неприменимы. Правда, глубина проникания коррозии может быть использована при рассмотрении обшей неравномерной и язвенной коррозии. В редких случаях ею можно характеризовать скорость развития питтингов. Такие виды разрушения, как коррозия питтинговая и межкристаллитная, коррозионное растрескивание и блистеринг чаще характеризуют продолжительностью инкубационного периода или временем до разрушения образцов определенных размеров в оговоренных условиях испытания. Электрохимическими приемами в большинстве случаев пользуются только для качественной оценки склонности металла к перечисленным видам поражения (за исключением блистеринга).
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: