Лекция 1 -  Понятие коррозии, причина возникновения коррозии

 

План лекции:

1. Основные понятия коррозии металлов и сплавов.

2. Ущерб, наносимый коррозией народному хозяйству и окружающей среде

3. Причина возникновения коррозии.

 

1. Основные понятия коррозии металлов и сплавов

 

Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения металлов под действием агрессивной среды, слово произошло от латинского corrodere – разъедать.

В тех случаях, когда окисление металла необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса, термин «коррозия» употреблять не следует. Например, нельзя говорить о коррозии растворимого анода в гальванической ванне, поскольку анод должен окисляться, посылая свои ионы в раствор, чтобы протекал нужный процесс. Нельзя также говорить о коррозии алюминия при осуществлении алюмотермического процесса. Но физико-химическая сущность изменений, происходящих с металлом во всех подобных случаях, одинакова: металл окисляется. Следовательно, термин «коррозия» имеет не столько научное, сколько инженерное значение. Правильнее было бы употреблять термин «окисление» независимо от того, вредно или полезно оно для нашей практики. В системе стандартизации (ГОСТ 5272-68) коррозия металлов определена как разрушение металлов вследствие химического и электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. В системе ИСО (международной стандартизации) это понятие несколько шире: физико-химическое взаимодействие между металлом и средой, в результате которого изменяются свойства металла, и часто происходит ухудшение функциональных характеристик металла, среды или включающей их технической системы.

Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной или агрессивной. При этом образуются продукты коррозии: химические соединения, содержащие металл в окисленной форме.

Объекты воздействия коррозии – металлы, сплавы (твердые растворы), металлопокрытия, металлоконструкции машин, оборудования и сооружений.

Видимые продукты атмосферной коррозии, состоящие в основном из гидратированных оксидов железа, называют ржавчиной, продукты газовой коррозии – окалиной.

Важнейшее понятие – коррозионная стойкость. Она характеризует способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды. Коррозионную стойкость определяют качественно и количественно – скоростью коррозии в данных условиях, группой или баллом стойкости по принятой шкале, с помощью оптических приборов. Металлы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, называют коррозионно стойкими.

 

2. Ущерб, наносимый коррозией народному хозяйству

и окружающей среде

 

Несмотря на широкое внедрение в нашу сегодняшнюю жизнь полимерных материалов, стекла, керамики, основным конструкционным материалом продолжает оставаться железо и сплавы на его основе. С изделиями из железа мы на каждом шагу встречаемся в быту и знаем, как много хлопот доставляют его ржавление и сама ржавчина. Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы корродируют, но не ржавеют. Хотя корродируют практически все металлы, в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа.

Коррозия металлов наносит огромный ущерб практически любой отрасли промышленности. Потери от коррозии можно разделить на две группы: прямые и косвенные. Прямые потери складываются в основном из потерь непосредственно самого металла вследствие коррозии. Косвенные потери огромны и обусловлены расходами, связанными с отказом в работе оборудования, его простоем, со стоимостью ремонта и замены деталей оборудования, с утечками нефти, газа через повреждения в трубопроводах и т.п. и нанесенным вредом окружающей среде.

 

3. Причина возникновения коррозии

 

Коррозионный процесс является самопроизвольным, т.е. коррозия вызывается термодинамической неустойчивостью большинства материалов, их стремлением перейти в новое состояние в условиях эксплуатации. В результате этого процесса происходит уменьшение изобарно-изотермического потенциала DG:

 

DG = DGк – DGн,

 

DGк и DGн  относятся к конечному и начальному состоянию системы.

Если DGк < DGн, то DG < 0, т.е. коррозионный процесс возможен. При DG > 0  коррозионный процесс невозможен; DG = 0 – система находится в равновесии. Следовательно, первопричиной коррозии является термодинамическая неустойчивость материала в заданной среде.

В конце XIX в. Л. Больцман связал величину энтропии S с термодинамической вероятностью W соотношением

 

S ~ lnW,

 

где W – число способов существования данного состояния объекта.

С энтропией связан II закон термодинамики. Научная формулировка его такова: «В изолированной системе энтропия принимает максимальное значение». Эта формулировка указывает направление самопроизвольных процессов, они стремятся к максимуму энтропии. Таким образом, энтропию определяют как меру беспорядка данной системы. Чем больше S, тем больше беспорядок.

Менее строгая формулировка II закона термодинамики: «Хаос в любой изолированной системе самопроизволен» или «Хаос наиболее вероятен» – объясняет невечность всего, что сделано человеком. Все, что создано, изготовлено, на что потрачена энергия, имеет большую упорядоченность, чем исходный материал. Так, например, упорядоченность металла в изделии больше, чем в руде, откуда ее извлекли. В силу II закона термодинамики этот металл  стремится занять менее упорядоченное состояние, что со временем и происходит. Таким образом, очевидна неизбежность коррозионных процессов и явлений.