Щелевая коррозия

Щелевая коррозия – один из видов местной электрохимической коррозии металла. Щелевая коррозия подразумевает усиленное коррозионное разрушение в щелях, трещинах, зазорах (фланцевые, резьбовые соединения, места неплотного соединения металла с резиновыми или другими прокладочными материалами и т.д.). Щелевая коррозия может протекать как в атмосфере воздуха или газовой смеси, так и в условиях смачивания электролитом (морская вода). В морской атмосфере наблюдается в щелях и зазорах между металлом (трубопровода, днища корабля или любой другой конструкции, омываемой водой) и обрастающими организмами (водоросли, полипы, различные микроорганизмы). При атмосферной щелевой коррозии в щелях, зазорах постоянно скапливается и задерживается влага, что обуславливает ее протекание.

Щелевая коррозия была объектом изучения многих исследователей, например, И.Л. Розенфельда, И.К. Маршакова, Эванса, Миерса, И.Б. Улановского.


Протекание щелевой коррозии

Этот вид коррозионного разрушения может наблюдаться в растворах, не содержащих окислитель (кислород), электролитах с повышенной кислотностью.

Щелевая коррозия протекает в условиях малого количества окислителя, т.к. его подход к стенкам узкой щели затруднен. Постепенно внутри щели или зазора скапливаются продукты коррозии. За счет их гидролиза возможно изменение рН электролита внутри зазора, а также кинетики катодного, анодного процессов.

Окислитель является катодным деполяризатором, а трудности его подвода к металлу щели затормаживают протекание катодного процесса (при этом увеличивается его поляризуемость). Анодный процесс протекает быстрее, легче, а его поляризуемость уменьшается. Уменьшение рН электролита приводит к затруднению образования защитных оксидных пленок на металле внутри зазора и облегчению ионизации металла. Металл внутри щели является анодом, а металл внешней поверхности – катодом. Работа этой макропары усиливается.

При сильном уменьшении поляризуемости анодного процесса велика вероятность того, что дальнейший процесс щелевой коррозии пойдет с водородной деполяризацией, а это увеличивает ток коррозии.

Самыми чувствительными к щелевой коррозии считаются пассивирующиеся металлы, сплавы. Это связано с их возможной активацией в зазоре. К таким относится алюминий, его сплавы, хромистые, хромоникелевые сплавы.

Из-за подкисления электролита внутри щели, плохого доступа окислителя, малой эффективности катодного процесса, который поддерживает пассивное состояние металлов, возможна активация поверхности пассивного металла.

При щелевой коррозии роль омического фактора обычно маленькая, в зазорах средней глубины система может быть полностью заполяризована.

Интересным фактом является то, что в одной щели может возникнуть макроэлемент. В ее вершине и середине скапливается большое количество продуктов коррозии – они будут являться анодом, а края (места с более свободным подводом окислителя к поверхности) будут играть роль катода.


Методы защиты от щелевой коррозии металлов

В практике защиты конструкций от щелевой коррозии существует пять основных методов.

1) Рациональное конструирование более предотвращает возникновение коррозионного разрушения, чем защищает металл. Оно предусматривает при проектировании размещать соединения, зазоры так, чтобы исключить попадание и застой влаги (агрессивной среды).

Желательно вообще избегать зазоров и щелей. Например, вместо стыковых соединений использовать сварные, т.к., с точки зрения защиты металлов от щелевой коррозии, они имеют значительные преимущества над нахлесточными. Заклепочные и болтовые соединения также желательно заменять сварными. Если же избежать образования щелей и зазоров никак нельзя, то сама конструкция должна быть так спроектирована, чтоб влага не задерживалась в зазорах. Желательно избегать острых углов, ниш и т.п. (мест, где будет задерживаться и конденсироваться влага). Если поверхность металла все же в каких-либо местах образует небольшие щели, то необходимо исключить контакт этого зазора с пористыми материалами (древесина, асбест и т.п.), которые впитывают и удерживают в себе влагу.

2) Использование материалов мало или вообще не склонных к щелевой коррозии. К ним относятся стали марки Х18Н12МЗТ (хромоникелевая сталь, содержащая молибден), Х28 (высокохромистая). Еще титан, его сплавы обладают хорошей стойкостью к данному виду коррозионного разрушения.

3) Уплотнение щелей и зазоров. Один из основных методов защиты от щелевой коррозии. В уже «забитые» щели влага не попадает. В качестве уплотнителей используют различные виды полимерных материалов, смазки, резины, которые заполняют щели, а также исключают появление зазоров.

При выборе уплотнителя необходимо обращать внимание на взаимодействие основного металла и уплотняющего материала. Перспективным вариантом считается полиэтилен, фторопласты (при этом температура не должна превышать 250°С). Не желательно, чтоб в состав уплотнителя входил асбест, т.к. данный материал может усилить местную коррозию. К выбору уплотнителя необходимо подходить со всей серьезностью. При этом обязательно нужно учитывать его плотность, прочность, эластичность, устойчивость к воздействию щелочей, растворителей, кислот, растворов солей и т.п. Также уплотняющий материал не должен в процессе эксплуатации выделять вредные вещества и оказывать негативное влияние на защищаемый металл. Например, под прокладками из неопрена сталь иногда разрушается, происходит коррозионное растрескивание. Это связывают с хлоридами, которые входят в состав неопрена. Они постепенно выделяются, оказывая негативное влияние на сталь.

В качестве уплотнителя очень часто применяются резины. При температуре 65 °С резину можно использовать в контакте с серной кислотой, концентрация которой не превышает 50%, а фосфорной – 95%. В щелочах и концентрированной соляной кислоте обычные резины достаточно устойчивы при данной температуре. Если уплотнитель на основе бутилкаучука – он более устойчив.

4) Электрохимическая защита. Для титана и хромоникелевых сплавов применяют анодную защиту, а чугуна и углеродистых сталей – катодную.

5) Ингибирование. Применяют различные смеси ингибиторов, анодные или катодные, а также смешанные ингибиторы больших концентраций.

Это связано с тем, что в зазорах подход ингибитора к поверхности металла часто бывает затруднен, поэтому концентрации, которой достаточно для предотвращения равномерной коррозии, в условиях щели недостаточно.

Очень хорошо проявила себя в зазорах и щелях смесь ингибиторов 0,75 г/л Na2HPO3 + 10 мг/л K2Cr2O7.

Если поверхность металла нагревается (передает повышенную температуру), то на нем часто отлагается смесь продуктов коррозии, солей и разного рода загрязнений. Эта масса еще называется шламом. Металл достаточно прочно сцепляется с образующимся шламом, но коррозионная среда все равно проникает к его поверхности. Данную ситуацию также можно расценивать как коррозию в щелях и зазорах, т.к. условия развития коррозионных процессов практически идентичны.



Чаще всего применяется несколько видов защиты одновременно.

Ссылка на первоисточник