08.02.2017

Явления, лежащие в основе коррозионных процессов, чрезвычайно сложны и многообразны. Поэтому мы рассмотрим только важнейшие из них и лишь в первом приближении.
Коррозию можно классифицировать по-разному. Так, по характеру среды, в которой протекают эти процессы, различают:
а) коррозию в сухих газах (газовую);
б) коррозию атмосферную (в условиях влажного воздуха);
в) коррозию в жидкостях — в растворах электролитов, воде, неэлектролитах (в нефти);
г) коррозию в почве.
По виду коррозионного разрушения различают:
а) сплошную или общую коррозию поверхности металла;
б) местную коррозию (межкристаллитную, язвенную, избирательную и др. (рис. 3).
По механизму действия различают:
а) коррозию химическую;
б) коррозию электрохимическую двух разновидностей: вызываемую работой гальванических пар и вызываемую электролизом от внешнего источника тока.
Коррозия металлов — это процесс взаимодействия их с окружающей средой, протекающий либо путем непосредственного химического соединения (химическая коррозия), либо в результате деятельности образующихся на поверхности металла гальванических элементов (электрохимическая коррозия). Поэтому для понимания сущности коррозионных процессов классификация по механизму действия наиболее важна.
Как при химической, так и при электрохимической коррозии происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате которых металл из электронейтрального состояния переходит в ионное (положительно заряженные ионы).
Виды коррозии

При электрохимической коррозии в металле и в растворе электролита появляется электрическое поле и происходит перенос зарядов (в металле — электронов, а в растворе — иоиов), тогда как при химической коррозии электрическое поле не возникает. Химическая коррозия обычно наблюдается в тех случаях, когда на поверхности металла не может образоваться пленка влаги, что при обычном атмосферном давлении соответствует температуре более 100°С. Например, при нагревании металла в печах при термообработке, при взаимодействии металла с различными органическими жидкостями (бензином, дихлорэтаном и другими растворами, которые почти не проводят ток).
Наиболее часто встречается электрохимическая коррозия. К коррозии этого типа относятся процессы в атмосфере (когда на поверхности металла образуется пленка влаги), в речной, морской воде, в разнообразных водных средах (растворы кислот, солей, щелочей), широко применяемых в технике, а также процессы коррозии подземных металлических сооружений (трубопроводов, кабелей), поскольку они контактируют с почвенной влагой и грунтовыми водами.
Рассматривая процессы коррозии как поверхностные явления, можно классифицировать их по тем изменениям поверхности, которые наблюдаются в результате протекания процесса. Так, в зависимости от того, вся поверхность металла взаимодействует со средой или часть ее, различают сплошную коррозию и местную. При сплошной коррозии можно рассматривать два случая разрушения — равномерное и неравномерное (см. рис. 3). При сплошной неравномерной коррозии на поверхности обычно наблюдаются бугорки ржавчины, под которыми как правило, имеются более углубленные поражения, так называемые каверны. К этой же группе обычно относят структурно-избирательную коррозию, при которой скорость растворения одного из компонентов сплава больше другого.
Как уже указывалось, местная коррозия характеризуется разрушением отдельных участков поверхности металла. При этом различают: коррозию пятнами, когда диаметр поражения больше глубины; язвенную — диаметр поражения примерно равен глубине прониковения; точечную (питтинговую) —диаметр поражения меньше глубины проникновения и межкристаллитную — разрушение сосредоточено по границам кристалла.
Механические напряжения металла и вибрация, без которых практически немыслима современная техника, оказывают значительное влияние на процесс коррозии. Оно выражается в разрушениях конструкций, вызываемых коррозионной усталостью и коррозионным растрескиванием. При этом разрушение может распространяться в виде тонких (волосяных) трещин как по границам кристаллов, так и по их телу. При наличии механических напряжений образование язв и точечных поражений (питтингов), являющихся концентраторами напряжений, приводит к ускоренному разрушению металлоконструкций.
Местный вид разрушений гораздо более опасен, чем сплошная коррозия, так как в этом случае при относительно небольшой потере металла в виде продуктов коррозии выходит из строя целая конструкция или сооружение. В результате местной коррозии наблюдаются сквозные проржавления трубопроводов, резервуаров, кабелей связи, обшивки морского судна, химического оборудования и др.
По характеру контакта металла с электролитом различают коррозию: а) при полном погружении; б) при неполном погружении; в) при переменном погружении; г) струевую.
Все эти виды коррозии относятся к электрохимической, HO вместе с тем между ними имеются и существенные различия, главным образом в скорости протекания процесса.
Скорость коррозии часто выражают потерей массы образца, отнесенной к единице его поверхности, за единицу времени, например 1 г/(м2*ч). Для определения скорости коррозии исследуемый образец взвешивают до испытания, а затем после испытания и удаления с него продуктов коррозии. Полученная разность — это количество окислившегося металла.
Расчет проникновения коррозии n мм/год производится по следующей формуле (ГОСТ 13819—68):
n = k/δ 10в-3,

где k — потери массы, г/(м*год);
δ — плотность металла, г/см3.
Когда продукты коррозии прочно держатся на поверхности, скорость удобнее характеризовать увеличением массы. В этом случае второй раз образец взвешивают с продуктами коррозии. Разность — это количество вещества, например кислорода, присоединившегося к металлу в процессе окисления. В случае межкристаллитной коррозии изменение массы невелико, а ухудшение, например, механических свойств и электропроводности значительно; поэтому для характеристики скорости коррозии в данном случае определяют изменение этих свойств металла. Более подробно о способах выражения и определения скорости коррозии, а также о методах испытания на коррозионную устойчивость будет сказано ниже.
По сопротивляемости коррозии алюминиевые сплавы различных марок даже в пределах одной системы неравноценны. Различия между ними могут меняться в зависимости от состава агрессивной среды.
Для получения более высоких прочностных характеристик сплавов алюминий легируется следующими элементами: цинком, медью, магнием, кремнием, марганцем. При этом увеличивается электрохимическая неоднородность, обусловленная образованием интерметаллических соединений, изменяется потенциал твердого раствора, снижается коррозионная стойкость сплава.
Сплавы системы Al—Mg при содержании Mg>4%, подвержены коррозионному растрескиванию и межкристаллитной коррозии. Сплавы системы Al—Zn—Mg (с добавками Mn, Cr, Zr) склонны к коррозионному растрескиванию при (Zn+Mg)>6%. Сплавы системы Al—Mg—Si (в том числе, с небольшим содержанием меди) не склонны к коррозионному растрескиванию.
Искусственное старение после закалки обычно снижает коррозионную стойкость сплавов. Длительные нагревы сплавов системы Al—Mg (при Mg>5%), Al—Mg—Si, Al—Zn—Mg(Zn+Mg>6%) при температурах более 50°С могут привести к появлению или повышению склонности к межкристаллитной коррозии или к коррозионному растрескиванию.
Влияние агрессивных газов на ускорение коррозионных процессов связано в основном с увеличением электропроводности влажных пленок на поверхности металла, образованием растворимых продуктов коррозии и т.д.
Влияние пыли на ускорение атмосферной коррозии связано с ее способностью адсорбировать водяные пары и газы, а при растворении во влажной пленке — увеличивать ее электропроводность и коррозионную активность. Отдельные виды пыли (кокс, графит) в присутствии электролита могут играть роль катодных частиц на поверхности алюминия.
Температура воздуха оказывает двоякое влияние на протекание атмосферной коррозии. С одной стороны, с повышением температуры увеличивается скорость электрохимических реакций, с другой — уменьшается растворимость газов во влажной пленке и ускоряется испарение влаги с поверхности металла. Повышение температуры воздуха до 60° С обычно не оказывает существенного влияния на величину атмосферной коррозии алюминия. При отрицательных температурах коррозионные процессы значительно замедляются в связи с переходом влаги в твердое состояние (лед).
Для алюминия и его сплавов наиболее характерна местная коррозия. Вид коррозионных разрушений (язвенная, межкристаллитная), а также степень их неравномерности зависит от марки сплава, его состояния и от состава агрессивной среды.
Увеличение глубины коррозионных поражений со временем у алюминиевых сплавов замедляется в гораздо большей степени, чем у стали. Однако в зависимости от марки сплава и среды возможны отклонения от указанной зависимости. Так, присутствие в атмосфере Сl2, HCl, HF, а также других галоидов приводит к интенсивной, не затухающей со временем коррозии алюминиевых сплавов. В большинстве же атмосферных условий заметные коррозионные разрушения могут появляться на алюминиевых изделиях в первые годы эксплуатации, а затем их рост затормаживается.
Однако торможение развития местной коррозии в глубину не исключает возможности появления со временем новых местных очагов разрушений на нетронутых участках поверхности, рост глубины которых в дальнейшем также затормаживается. Это приводит к тому, что CO временем коррозионные разрушения развиваются больше по поверхности, чем в глубину.
Разрушение алюминиевых изделий в результате коррозии может происходить вследствие;
а) уменьшения сечений конструктивных элементов, вызываемого общей, местной или межкристаллитной коррозией, которое приводит к потере несущей способности или устойчивости изделия;
б) коррозионного растрескивания сплавов, обладающих склонностью к коррозии под напряжением;
в) нарушения плотности соединений и стыков конструкций при распирании их увеличивающимися в объеме продуктами коррозии;
г) местных сквозных поражений, приводящих к потере конструкцией ограждающих и гидроизоляционных функций при сохранении несущей способности.
Коррозионная стойкость алюминиевых конструкций зависит от ряда факторов, основные из которых: состав производственной среды, коррозионные свойства материала, форма конструкции и сечений ее элементов, разнородность контактов, вид и качество защитного покрытия.
Влияние формы конструкции и сечений ее элементов на коррозионную стойкость определяется их способностью по-разному удерживать влагу, пыль, образовывать зазоры, щели, пылевые карманы, труднодоступные и плохо проветриваемые места. Наличие в конструкции узких зазоров и щелей может привести к развитию щелевой коррозии, обусловленной длительным сохранением влаги и неравномерным доступом кислорода к различным участкам щели. Коррозия алюминиевых конструкций может усилиться при наличии контактов с разнородными металлами, а также с некоторыми неметаллическими материалами. В первом случае коррозионные процессы интенсифицируются вследствие разности электродных потенциалов контактируемых металлов, во втором — за счет содержащихся в неметаллических материалах растворимых агрессивных веществ, например щелочи. При контакте двух металлов с разными потенциалами разрушается металл, имеющий более отрицательный потенциал.
Опасность контактной коррозии обычно повышается с увеличением разности потенциалов между металлами. Исключение составляет нержавеющая сталь, для которой контакты с алюминием и его сплавами не опасны, несмотря на большую разность потенциалов, вследствие высокой поляризуемости нержавеющей стали.
Степень опасности контактной коррозии зависит от соотношения площадей анодного и катодного металлов. Опасность контактной коррозии возрастает, когда площадь анодного металла значительно меньше площади катодного (например, алюминиевая заклепка, установленная в конструкции из стали).
Качественная оценка коррозионной опасности контактов алюминиевых сплавов с некоторыми металлическими и неметаллическими материалами приведена в табл. 4.
Малоопасный и опасный контакты допускают сочленение элементов алюминиевых конструкций с приведенными в таблице материалами при защите от солевой или контактной коррозии, а чрезвычайно опасный контакт не только исключает применение указанных материалов в сочетании с алюминиевыми конструкциями, но и возможность попадания стоков жидкости с этих материалов.
Виды коррозии