Ang rate ng kaagnasan ng mga metal. Mga pamamaraan para sa pagtatasa ng mga proseso ng kaagnasan

2024 May -akda: Angel Austin | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 05:44

Ang

Corrosion rate ay isang multifactorial parameter na parehong nakadepende sa mga panlabas na kondisyon sa kapaligiran at sa mga panloob na katangian ng materyal. Sa normatibo at teknikal na dokumentasyon, mayroong ilang mga paghihigpit sa mga pinahihintulutang halaga ng pagkasira ng metal sa panahon ng pagpapatakbo ng mga kagamitan at mga istruktura ng gusali upang matiyak ang kanilang walang problema na operasyon. Sa engineering, walang unibersal na paraan para sa pagtukoy ng rate ng kaagnasan. Ito ay dahil sa pagiging kumplikado ng pagsasaalang-alang sa lahat ng mga kadahilanan. Ang pinaka-maaasahang paraan ay ang pag-aralan ang kasaysayan ng operasyon ng pasilidad.

Pamantayan

Sa kasalukuyan, maraming corrosion rate ang ginagamit sa disenyo ng engineering:

• Ayon sa direktang paraan ng pagtatasa: pagbawas sa masa ng isang bahagi ng metal sa bawat yunit ng ibabaw - tagapagpahiwatig ng timbang (sinusukat sa gramo bawat 1 m² sa loob ng 1 oras); lalim ng pinsala (o pagkamatagusin ng proseso ng kaagnasan), mm/taon; ang halaga ng inilabas na yugto ng gas ng mga produkto ng kaagnasan; ang haba ng panahon kung kailan lumilitaw ang unang pinsala sa kaagnasan; bilang ng mga corrosion center sa bawat unit areamga surface na lumitaw sa isang partikular na yugto ng panahon.
• Di-tuwirang natantiya: electrochemical corrosion kasalukuyang lakas; paglaban sa kuryente; pagbabago sa pisikal at mekanikal na katangian.

Ang unang direct valuation indicator ay ang pinakakaraniwan.

Mga formula sa pagkalkula

Sa pangkalahatang kaso, ang pagbaba ng timbang na tumutukoy sa rate ng kaagnasan ng metal ay matatagpuan sa sumusunod na formula:

V_kp=q/(St), kung saan ang q ay ang pagbaba sa masa ng metal, g;

S – surface area kung saan inilipat ang materyal, m²;

t – tagal ng panahon, oras

Para sa sheet metal at mga shell na ginawa mula rito, tukuyin ang depth index (mm/taon):

H=m/t,

Ang

m ay ang lalim ng pagtagos sa metal.

May sumusunod na kaugnayan sa pagitan ng una at pangalawang indicator na inilarawan sa itaas:

H=8, 76V_kp/ρ, kung saan ang ρ ay ang density ng materyal.

Mga pangunahing salik na nakakaapekto sa rate ng kaagnasan

Ang mga sumusunod na pangkat ng mga salik ay nakakaimpluwensya sa bilis ng pagkasira ng metal:

• internal, na nauugnay sa pisikal at kemikal na katangian ng materyal (phase structure, kemikal na komposisyon, pagkamagaspang sa ibabaw ng bahagi, nalalabi at operating stress sa materyal, at iba pa);
• panlabas (kondisyon sa kapaligiran, bilis ng paggalaw ng corrosive medium, temperatura, komposisyon ng atmosphere, pagkakaroon ng mga inhibitor o stimulant, at iba pa);
• mechanical (pag-unlad ng mga bitak ng kaagnasan, pagkasira ng metal sa ilalim ng pagkilos ng mga cyclic load,cavitation at fretting corrosion);
• mga tampok ng disenyo (pagpili ng grado ng metal, mga puwang sa pagitan ng mga bahagi, mga kinakailangan sa pagkamagaspang).

Mga katangiang pisikal at kemikal

Ang pinakamahalagang internal corrosion factor ay ang mga sumusunod:

• Thermodynamic stability. Upang matukoy ito sa mga may tubig na solusyon, ginagamit ang sanggunian na mga diagram ng Pourbaix, kasama ang abscissa axis kung saan naka-plot ang pH ng medium, at kasama ang ordinate axis, ang redox potential. Ang isang potensyal na pagbabago sa positibong direksyon ay nangangahulugan ng higit na katatagan ng materyal. Pansamantala, ito ay tinukoy bilang ang normal na potensyal ng balanse ng metal. Sa totoo lang, nabubulok ang mga materyales sa iba't ibang rate.
• Ang posisyon ng isang atom sa periodic table ng mga elemento ng kemikal. Ang mga metal na pinaka-madaling kapitan sa kaagnasan ay alkali at alkaline earth na mga metal. Bumababa ang rate ng corrosion habang tumataas ang atomic number.
• Crystal na istraktura. Ito ay may hindi maliwanag na epekto sa pagkasira. Ang magaspang na istraktura mismo ay hindi humahantong sa isang pagtaas sa kaagnasan, ngunit ito ay kanais-nais para sa pagbuo ng intergranular na pumipili na pagkasira ng mga hangganan ng butil. Ang mga metal at haluang metal na may homogenous na pamamahagi ng mga phase ay naaagnas nang pantay-pantay, habang ang mga may hindi pare-parehong pamamahagi ay nabubulok ayon sa isang focal mechanism. Ang magkaparehong pag-aayos ng mga phase ay gumaganap ng function ng anode at cathode sa isang agresibong kapaligiran.
• Energy inhomogeneity ng mga atoms sa crystal lattice. Ang mga atom na may pinakamataas na enerhiya ay matatagpuan sa mga sulok ng mga mukhamicroroughnesses at mga aktibong sentro ng pagkatunaw sa panahon ng kemikal na kaagnasan. Samakatuwid, ang maingat na machining ng mga bahagi ng metal (paggiling, buli, pagtatapos) ay nagdaragdag ng paglaban sa kaagnasan. Ang epektong ito ay ipinaliwanag din sa pamamagitan ng pagbuo ng mas siksik at mas tuluy-tuloy na oxide film sa makinis na mga ibabaw.

Impluwensiya ng katamtamang acidity

Sa proseso ng chemical corrosion, ang konsentrasyon ng hydrogen ions ay nakakaapekto sa mga sumusunod na punto:

• solubility ng mga produktong corrosion;
• formation ng protective oxide films;
• rate ng pagkasira ng metal.

Kapag ang pH ay nasa hanay na 4-10 units (acidic solution), ang kaagnasan ng bakal ay depende sa intensity ng oxygen penetration sa ibabaw ng bagay. Sa mga alkaline na solusyon, ang corrosion rate ay unang bumababa dahil sa surface passivation, at pagkatapos, sa pH >13, ay tumataas bilang resulta ng dissolution ng protective oxide film.

Para sa bawat uri ng metal ay may sariling pagdepende sa tindi ng pagkasira sa kaasiman ng solusyon. Ang mga marangal na metal (Pt, Ag, Au) ay lumalaban sa kaagnasan sa isang acidic na kapaligiran. Ang Zn, Al ay mabilis na nawasak sa parehong mga acid at alkali. Ang Ni at Cd ay lumalaban sa alkalis ngunit madaling nabubulok sa mga acid.

Komposisyon at konsentrasyon ng mga neutral na solusyon

Ang rate ng kaagnasan sa mga neutral na solusyon ay higit na nakasalalay sa mga katangian ng asin at konsentrasyon nito:

• Sa panahon ng hydrolysis ng mga asin sasa isang kinakaing unti-unting kapaligiran, nabubuo ang mga ion na nagsisilbing activator o retarder (inhibitors) ng pagkasira ng metal.
• Ang mga compound na nagpapataas ng pH ay nagpapataas din ng rate ng mapanirang proseso (halimbawa, soda ash), at ang mga nakakabawas ng acidity ay nagpapababa nito (ammonium chloride).
• Sa pagkakaroon ng mga chlorides at sulfates sa solusyon, ang pagkasira ay isinaaktibo hanggang sa maabot ang isang tiyak na konsentrasyon ng mga asing-gamot (na ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagtindi ng proseso ng anode sa ilalim ng impluwensya ng chloride at sulfur ions), at pagkatapos ay unti-unting bumababa dahil sa pagbaba sa solubility ng oxygen.

Ang ilang uri ng mga asin ay nagagawang bumuo ng isang hindi matutunaw na pelikula (halimbawa, iron phosphate). Nakakatulong ito na protektahan ang metal mula sa karagdagang pagkasira. Ginagamit ang property na ito kapag naglalagay ng mga rust neutralizer.

Corrosion inhibitors

Ang mga corrosion inhibitor (o inhibitor) ay naiiba sa kanilang mekanismo ng pagkilos sa proseso ng redox:

• Anode. Salamat sa kanila, nabuo ang isang passive film. Kasama sa pangkat na ito ang mga compound batay sa chromates at bichromates, nitrates at nitrite. Ang huling uri ng mga inhibitor ay ginagamit para sa interoperational na proteksyon ng mga bahagi. Kapag gumagamit ng anodic corrosion inhibitors, kailangan munang matukoy ang kanilang pinakamababang konsentrasyon ng proteksyon, dahil ang pagdaragdag sa maliit na dami ay maaaring humantong sa pagtaas ng rate ng pagkasira.
• Cathode. Ang mekanismo ng kanilang pagkilos ay batay sa pagbaba sa konsentrasyon ng oxygen at, nang naaayon, isang pagbagal sa proseso ng cathodic.
• Pagtanggol. Ang mga inhibitor na ito ay naghihiwalay sa ibabaw ng metal sa pamamagitan ng pagbuo ng mga hindi matutunaw na compound na idineposito bilang isang proteksiyon na layer.

Ang huling grupo ay kinabibilangan ng mga rust neutralizer, na ginagamit din para sa paglilinis ng mga oxide. Karaniwang naglalaman ang mga ito ng phosphoric acid. Sa ilalim ng impluwensya nito, nangyayari ang metal phosphating - ang pagbuo ng isang malakas na proteksiyon na layer ng mga hindi matutunaw na phosphate. Ang mga neutralizer ay inilalapat gamit ang isang spray gun o roller. Pagkatapos ng 25-30 minuto, ang ibabaw ay nakakakuha ng puting-kulay-abo na kulay. Pagkatapos matuyo ang komposisyon, inilalagay ang mga pintura at barnis.

Mekanikal na pagkilos

Ang pagtaas ng kaagnasan sa isang agresibong kapaligiran ay pinadali ng mga uri ng mekanikal na pagkilos gaya ng:

• Internal (sa panahon ng paghuhulma o heat treatment) at panlabas (sa ilalim ng impluwensya ng externally applied load) na mga stress. Bilang resulta, nangyayari ang electrochemical inhomogeneity, bumababa ang thermodynamic stability ng materyal, at nabuo ang corrosion cracking. Lalo na mabilis ang pagkawasak sa ilalim ng mga tensile load (ang mga bitak ay nabuo sa patayo na mga eroplano) sa pagkakaroon ng mga oxidizing anion, halimbawa, NaCl. Ang karaniwang halimbawa ng mga device na napapailalim sa ganitong uri ng pagkasira ay mga bahagi ng steam boiler.
• Alternating dynamic na pagkilos, vibration (corrosion fatigue). Mayroong isang masinsinang pagbaba sa limitasyon ng pagkapagod, maraming microcracks ang nabuo, na pagkatapos ay sumanib sa isang malaking isa. NumeroAng mga pag-ikot hanggang sa pagkabigo sa mas malaking lawak ay nakasalalay sa kemikal at bahagi ng komposisyon ng mga metal at haluang metal. Ang mga pump axle, spring, turbine blades at iba pang kagamitan ay napapailalim sa naturang kaagnasan.
• Pagkikiskisan ng mga bahagi. Ang mabilis na kaagnasan ay dahil sa mekanikal na pagsusuot ng mga proteksiyon na pelikula sa ibabaw ng bahagi at pakikipag-ugnayan ng kemikal sa kapaligiran. Sa likido, ang rate ng pagkasira ay mas mababa kaysa sa hangin.
• Epekto ng cavitation. Ang cavitation ay nangyayari kapag ang pagpapatuloy ng daloy ng likido ay nilabag bilang resulta ng pagbuo ng mga vacuum bubble na gumuho at lumikha ng isang pulsating effect. Bilang resulta, nangyayari ang malalim na pinsala ng isang lokal na kalikasan. Ang ganitong uri ng kaagnasan ay madalas na nakikita sa mga kemikal na kagamitan.

Mga Salik ng Disenyo

Kapag nagdidisenyo ng mga elementong gumagana sa mga agresibong kondisyon, dapat isaalang-alang na tumataas ang corrosion rate sa mga sumusunod na kaso:

• kapag nagkadikit ang magkakaibang mga metal (mas malaki ang pagkakaiba sa potensyal ng electrode sa pagitan ng mga ito, mas mataas ang kasalukuyang lakas ng proseso ng pagkasira ng electrochemical);
• sa pagkakaroon ng mga mechanical stress concentrators (mga grooves, grooves, butas, at iba pa);
• na may mababang kalinisan ng machined surface, dahil nagreresulta ito sa mga lokal na short-circuited galvanic pairs;
• na may makabuluhang pagkakaiba sa temperatura ng mga indibidwal na bahagi ng apparatus (nabubuo ang mga thermal galvanic cells);
• sa pagkakaroon ng mga stagnant zone (slots, gaps);
• kapag bumubuomga natitirang stress, lalo na sa mga welded joints (upang maalis ang mga ito, kinakailangang magbigay ng heat treatment - annealing).

Mga paraan ng pagsusuri

May ilang paraan para masuri ang rate ng pagkasira ng mga metal sa mga agresibong kapaligiran:

• Laboratory - pagsubok ng mga sample sa artipisyal na kunwa na mga kundisyon na malapit sa tunay. Ang bentahe nila ay pinapayagan ka nilang bawasan ang oras ng pag-aaral.
• Field - gaganapin sa mga natural na kondisyon. Matagal sila. Ang bentahe ng pamamaraang ito ay ang pagkuha ng impormasyon tungkol sa mga katangian ng metal sa mga kondisyon ng karagdagang operasyon.
• In-situ na pagsubok ng mga natapos na metal na bagay sa natural na kapaligiran.