1.Особенности процесса морской коррозии .4

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1.Особенности процесса морской коррозии…………………………………….4

2.Влияние различных факторов на морскую коррозию металлов……………..5

3. Виды морской коррозии……………………………………………………….9

4.Защита от морской коррозии………………………………………………13

Заключение……………………………………………………………………….15

Список литературы………………………………………………………………16

Введение

Морская коррозия – один из видов электрохимической коррозии.

Коррозии в морской воде или морской атмосфере подвержены металлические части морских судов, различные портовые и нефтедобывающие устройства и сооружения, механизмы и трубопроводы, морская авиация, оборудование рыбоперерабатывающих цехов и предприятий и многие другие объекты, расположенные как в море, так и на его побережье.
Наиболее широко применяемыми материалами «морского» оборудования являются стали; в морской авиации и при изготовлении маломерных быстроходных судов кроме сталей достаточно широко применяются легкие сплавы (гребные валы и винты).

Морская вода представляет собой хорошо аэрированный нейтральный электролит. Такой электролит отличается высокой электропроводимостью, обусловленной наличием в воде растворов ряда солей (в первую очередь хлоридов и сульфатов натрия, магния, кальция и калия, содержание которых в морской воде может доходить до 3,5–4,5 %), высокой депассивирующей способностью благодаря большому содержанию растворенных в воде хлоридов. Количество кислорода, растворенного в морской воде, достигает 8 мг/л, ее pH находится в пределах 7,2–8,6, электропроводимость напрямую зависит от объема растворенных солей и в различных водоемах колеблется от 0,025 до 0,03 Ом^-1 ∙см¹.

1.Механизм и особенности процесса морской коррозии

Морская коррозия металлов протекает по электрохимическому механизму преимущественно с кислородной деполяризацией. При коррозии в морской воде имеет место смешанный диффузионно-кинетический катодный контроль, который в зависимости от условий может переходить в преимущественно диффузионный (неподвижная морская вода, наличие на металле большого количества вторичных продуктов коррозии) или преимущественно кинетический (при быстром движении морской воды или судна). Катодный процесс коррозии при этом идет на поверхности металла (железа, алюминия) с защитной окисной пленкой, в то время как анодный процесс протекает в порах, трещинах и других дефектах этой пленки.

Особенности процесса морской коррозии:

- высокая агрессивность среды (как самой воды, так и окружающей атмосферы);

- большое влияние контактной коррозии металлов;

- дополнительное влияние механического фактора (эрозия, кавитация);

- протекание биологической коррозии и большое влияние биологического фактора (обрастание днища морского суда микроорганизмами).

При протекании морской коррозии кроме равномерного разрушения дополнительно образуются глубокие язвы. Морская атмосфера менее агрессивна, чем промышленная. Коррозия, в морской атмосфере более равномерна, чем в морской воде, глубокие язвы, как правило, отсутствуют.

2. Влияние различных факторов на морскую коррозию металлов

Общая соленость морской воды, которая колеблется в пределах от 1% (Азовское море) до 4% (Тихий океан), мало влияет на скорость коррозии металлов. Соленость морской воды определяют в промиллях (‰). Промиллей называется количество твердых веществ в граммах, растворенное в 1000 г морской воды, при условии, что все галогены заменены эквивалентным количеством хлора, все карбонаты переведены в оксиды, органические вещества сожжены. В этом случае 1 = 0,1 мас.%. Средняя соленость воды в океане 3-3,5‰. Но она значительно колеблется в различных водных бассейнах.

Так, содержание солей в %: в заливе Кара-Богаз —16; в Красном море — 4,1; в Средиземном море — 3,9; в Атлантическом океане — 3,5; в Черном море — 1,7; в Финском заливе — 0,4; в речной воде — 0,03.

Движение морской воды влияет на скорость диффузии кислорода, что приводит к росту скорости коррозии металлов до некоторого предела с увеличением скорости движения воды (рис.1).

Рис. 1 Влияние скорости движения морской воды на скорость коррозии П низкоуглеродистой стали (испытания в течение 38 дней)

Одновременно с ростом скорости движения морской воды увеличивается доля кинетического контроля процесса, т. е. роль перенапряжения ионизации кислорода.

Температура воды двояко влияет на скорость коррозии: с одной стороны, повышение температуры ускоряет диффузию кислорода и реакции на анодных и катодных участках, а, с другой стороны, уменьшает растворимость кислорода, а отсюда и скорость коррозии. Поэтому зависимость скорости коррозии от температуры воды имеет вид кривой с максимумом, соответствующим различным температурам при различных условиях (тип сплава, состав воды, возможности сохранения кислорода в закрытых системах и т.п.).

Второстепенные составляющие морской воды могут иметь довольно существенное значение. Кремнекислые соединения и углекислый кальций дают осадки на металле, которые могут оказывать защитное действие. Йод и бром даже при весьма малом их содержании в морской воде могут играть роль дополнительных катодных деполяризаторов и ускорять коррозию металлов. Сероводород в придонной области может оказывать вредное влияние на коррозионную стойкость металлов, подкисляя морскую воду и связывая ионы металлов в труднорастворимые сульфиды, т. е. облегчая протекание катодного и анодного электродных процессов электрохимической коррозии.

Большое влияние на скорость коррозии в морской воде оказывает глубина погружения. Скорость коррозии металлов резко уменьшается с глубиной погружения, что связано с уменьшением содержания кислорода в воде. На глубине 1000 м наблюдается минимум скорости коррозии, что соответствует достижению минимального содержания кислорода в морской воде.

Относительно высока скорость коррозии морских судов по ватерлинии, т.е. в зоне периодического смачивания металла морской водой (обычно эта зона возвышается над уровнем воды на 0,4–1,0 метра). Это связано с облегченным доступом кислорода к поверхности металла, ухудшением условий для возникновения и сохранения защитных пленок на металле при периодическом смачивании и энергичным коррозионным воздействием брызг морской воды. При быстром испарении брызг на поверхности металла образуются микрокристаллы солей, смоченные насыщенным раствором, которые еще более затрудняют появление и сохранение защитных пленок. Дополнительное отрицательное воздействие оказывает солнце, лучи которого нагревают металл, ускоряя коррозионный процесс в условиях усиленной аэрации.

Прокатная окалина на стали в морской воде играет роль эффективного катода, что может увеличить коррозию металла в десятки раз. Такую же, роль катодов могут играть окрашенные участки металла по отношению к неокрашенным участкам.

Возникновение локальных пар окалина—металл имеет большое практическое значение для коррозионной стойкости стальных конструкций не только в морской воде. Так, понтоны сплоточных машин, изготовленные из листов низкоуглеродистой стали без предварительного снятия окалины, за работу в течение двух навигаций на Северной Двине подверглись значительной местной коррозии с глубиной отдельных язв до 1,5—2.мм. Причиной этого быстрого коррозионного разрушения металла понтонов, как установил М. Д. Мещеряков, явилось наличие на стали окалины. В результате повреждения окалины в отдельных местах возникли гальванические пары, в которых роль катода цграла окалина, а роль анодов — отдельные свободные от окалины участки металла.

Большая катодная поверхность (покрытая окалиной) и сравнительно малая поверхность анодов (участков, свободных от окалины) и приводит к усиленному анодному растворению металла в местах с удаленной или поврежденной окалиной.

Зазоры и щели оказывают весьма неблагоприятное действие на сохранность стальной конструкции, так как в них вследствие плохой аэрации усиленно протекает анодный процесс растворения металла.

Биологический фактор (обрастание подводной части конструкции различными морскими растительными и животными, организмами: мшанками, балянусами, диатомеями, кораллами) значительно ускоряет коррозию металлов в морской воде, вызывая разрушение защитных покрытий (что наблюдается в присутствии балянусов), неравномерную аэрацию и щелевую коррозию. Кроме того, некоторые организмы (например, диатомеи) в результате фотосинтеза выделяют кислород, что ускоряет коррозию, так как облегчается протекание контролирующего катодного процесса. Однако в ряде случаев слой живых организмов может тормозить коррозионный процесс.

Так, обрастание стали мидиями снижает скорость коррозии, что обусловлено значительным потреблением мидиями кислорода и снижением его концентрации в морской воде у поверхности корродирующего металла.

При движении судно, подводная часть которого обросла морскими организмами, испытывает значительно большее сопротивление, что снижает скорость судна или требует увеличения мощности его двигателей. Отмечены также случаи, когда морские обрастания затрудняли поступление морской воды к домнам приморского металлургического завода и к конденсаторам турбин приморской электростанции.

Наиболее подвержены обрастанию морскими организмами алюминий и его сплавы, все виды сталей, сплавы на никелевой основе; олово, свинец и их сплавы. Цинк и магний при значительной скорости их коррозии могут не обрастать. Наименее обрастающими являются медь и большинство ее сплавов, что обусловлено токсичностью ионов меди.

В морской воде, коррозия в которой протекает с катодным контролем и условия для пассивности металлов неподходящи, катодные контакты являются вредными, а часто и опасными для ответственных конструкционных узлов с малой поверхностью.

3. Виды морской коррозии

Расположенные под водой металлические детали обычно подвергаются следующим типам коррозии: гальванической, коррозии от блуждающих токов, контактной коррозии и щелевой коррозии.

Гальваническая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию между двумя и более различными (или разнородными) металлами. Различными, потому что для того, чтобы началась реакция, один должен быть более химически активным (или менее стабильным), чем другой или другие.

Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие взаимный контакт (благодаря обычному соприкосновению, или же посредством проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую электричество). Электролитом может быть что угодно, за исключением химически чистой воды. Не только соленая морская, но и обычная вода из-под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным электролитом, и с ростом температуры электропроводность ее только растет (по этой причине корпуса судов, эксплуатирующихся в жарком климате, заметно больше подвержены коррозии, чем на Севере).

Первый признак гальванической коррозии - вздутие краски на поверхностях, расположенных ниже ватерлинии, начинающееся обычно на острых гранях, и образование на обнажившемся металле белесого порошкообразного налета. Потом на поверхности металла начинают образовываться заметные углубления - словно кто-то выгрызает из него кусочек за кусочком. Гальваническую коррозию подводных частей подвесных моторов и угловых колонок или любых алюминиевых частей лодки - значительно ускоряет наличие деталей из нержавеющей стали, таких, как гребные винты, триммеры (особенно если они "заземлены" на двигатель), узлы дистанционного управления. Именно на них и уходят электроны алюминиевых деталей. Другая причина, способная ускорить процесс гальванической коррозии - это уменьшение полезной площади анодных протекторов. Но и без наличия нержавеющей стали расположенные под водой алюминиевые детали все равно подвергаются воздействию гальванической коррозии, хотя и не столь интенсивной, как при контакте с иным металлом. При наличии электролита на большинстве однородных, вроде бы, металлических поверхностей все равно образуются крошечные аноды и катоды - в тех местах, где состав сплава неоднороден или имеются посторонние вкрапления или примеси - например, частицы металла с форм или штампов. Другая причина гальванической коррозии - подключение к береговой электросети. При этом алюминиевая подводная часть вашего мотора или колонки посредством заземляющего вывода подключается к подводным частям других лодок и становится частью огромной гальванической батареи, связанной с погруженным в воду береговым металлом. При этом не только на вашей лодке, но и на соседних коррозия значительно ускоряется.

Коррозия от блуждающих токов

Если металл, по которому течет электрический ток, поместить в любой заземленный водоем (в реку, озеро, море, океан - без разницы, не в счет разве что стеклянный аквариум), то ток через воду устремится в землю. Следствием этого явится интенсивная коррозия в том месте, где произошел "пробой". В наихудшем случае та же алюминиевая подводная часть мотора может разрушиться буквально за несколько дней. Электрический ток попадает на подводную часть лодки из внешнего источника и через воду уходит в землю. Блуждающие токи могут вызываться не только внешними, но и внутренними источниками - коротким замыканием в сети лодки, плохой изоляцией проводки, подмокшим контактом или неправильным подключением какого-либо элемента электрооборудования. Наиболее распространенный внешний источник блуждающих токов - береговая сеть электроснабжения. Лодка с внутренним источником блуждающих токов (например, по причине повреждения изоляции одного из проводов) может стать причиной усиленной коррозии множества соседних лодок, подключенных к той же береговой электросети, если они обеспечивают лучшее заземление. Ток при этом передается на другие лодки посредством все того же "третьего" заземляющего провода. Гораздо более неуловимый, но потенциально более опасный, случай коррозии блуждающих токов может происходить безо всяких проблем с электрооборудованием (и в самой лодке, и соседних). Предположим, что вы возвращаетесь на стоянку после выходных на воде, подсоединяетесь к береговому источнику, чтобы подзарядить аккумулятор, и спокойно уходите домой - автоматическое зарядное устройство само отключит зарядившуюся батарею. В понедельник по соседству с вашей лодкой причаливает большой стальной катер (с ободранной и поцарапанной краской). Владелец его тоже подключается к береговой сети и тоже оставляет свою посудину на несколько дней. Электрическая батарея готова - большой стальной корпус и небольшая подводная часть вашего мотора, соединенные заземляющим проводом. В зависимости от разделяющего их расстояния, разницы размеров и времени, которое ваш сосед решил провести на берегу, в следующие выходные вы можете обнаружить, что подводная часть вашего мотора либо просто покрыта белесым налетом, либо разрушилась чуть ли не полностью.

Щелевая коррозия

Этому виду коррозии подвержены многие металлы, а в особенности - нержавеющая сталь. "Щель" в данном случае - это пространство под всевозможными отложениями (песка, ила и т.д.), под пластиковыми шайбами, фетровыми прокладками и т.д. - иначе говоря, место, из которого попавшая туда влага не может найти выхода и где образовалась застойная зона. Нержавеющая сталь не ржавеет благодаря образующейся на поверхности изделия тонкой пленке оксида хрома. При отсутствии кислорода оксидный слой разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной не хуже обычной. Иными словами, "нержавейка" не ржавеет только до тех пор, пока имеется доступ кислорода. В "щели", где влага практически лишена кислорода, эта разновидность стали теряет свои свойства. Самый простой способ предотвратить данную разновидность коррозии - ограничить доступ влаги в "щели", вовремя удалять образующиеся отложения и обеспечить хорошую вентиляцию сомнительных мест.

Контактная коррозия

Очень сильная коррозия в морских условиях часто происходит при соединении двух различных металлов, поскольку морская вода является прекрасным электролитом. Один из металлов в такой пape будет анод­ным по отношению к другому. Характер разрушения при этом в опре­деленной степени зависит от взаимного расположения металлов в элек­трохимическом ряду напряжений для морской воды.

4. Защита от морской коррозии

Основным видом защиты от морской коррозии являются противокоррозионные и противообрастающие лакокрасочные и металлизационные покрытия и электрохимическая защита.

Среди лакокрасочных покрытий наиболее эффективны толстослойные покрытия на эпоксидной основе с ограниченным содержанием растворителя или без растворителя.

В защитные композиции добавляют вещества, обладающие противообрастающим действием. Они носят название биоцидов. Наиболее часто применяют оксиды меди (I) и (II). Они, вымываясь из покрытия, образуют в морской воде труднорастворимые комплексы.

Кроме того у соединений меди отсутствует кумулятивный эффект для морских организмов.

Для защиты судовых конструкций чаще всего используют алюминий с легирующими добавками, например, цинком или лантаном.

Алюминиевые покрытия в сочетании с лакокрасочными покрытиями обладают высокой стойкостью в морской воде, имеют повышенную стойкость к эрозии.

Для борьбы с морской коррозией широко используют электрохимическую защиту (ГОСТ 26301-85 и ГОСТ 26251-84). Защита подводной части крупнотоннажных судов осуществляют автоматическими системами катодной защиты.

При использовании метода катодной защиты постоянный ток поступаетна защищаемый объект (металл) по окружающей среде (электролиту). Этоприводит к катодной поляризации металлоконструкции и уменьшению скорости коррозии ниже технически допустимой величины.

Совокупность защищаемого сооружения, катодной станции, соединительных линий, анодов и окружающейих электропроводной среды образует систему катодной защиты. Схема катодной защиты сооружения представлена на рисунке 1.

Рис.1 Схема катодной защиты морских ГТС

Одним из важнейших элементов системы катодной защиты являются анодные заземлители, призванные жертвовать собой, растворяясь в воде, ради сохранения металла сооружения. Скорость растворения стали очень высока (9 кг/А•год), поэтому для обеспечения достаточной долговечности работы анодов разрабатывают специальные сплавы, стойкие к окислению в условиях эксплуатации. Для сравнения скорость растворения одного из таких сплавов –магнетита всего 0,03 кг/А•год.

Во время работы анодного заземления, установленного в соленой морской воде, происходит значительное выделение хлора в непосредственной близости от анодной цепи. Таким образом, анодные заземлители должны быть устойчивы к воздействию хлора. Кроме того, материалы, используемые для изготовления анодов и анодной цепи должны иметь расчетный срок службы 30 лет в заданных условиях окружающей среды.

Заключение

Морская вода является хорошо аэрированным (8 мг/л ) нейтральным (рН = 7,2—8,6) электролитом с высокой электропроводностью (х = 2,5 — 3,0 ), обусловленной наличием от 1 (Азовское море) до 4% (Тихий океан) солей (главным образом, хлоридов и сульфатов натрия, магния, кальция и калия) с высокой депассивирующей способностью благодаря большому содержанию в ней хлоридов.

Для защиты корпусов морских судов применяют высококачественные лакокрасочные материалы, краски специального назначения, эмали, грунт. Подводную часть судов предохраняют специальными покрытиями, в состав которых входят вещества, токсичные для микроорганизмов (окись меди, окись ртуть).

Список литературы

1.Коррозия и защита металлов. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф. М.: Металлургия,1981;

2. Курс теории коррозии и защиты металлов. Жук Н.П. М.: Металлургия, 1976;

3.Изменение свойств материалов в процессе работы и хранения. Парфеновская О.А. М.: МГИУ, 2012;

4. Морская коррозия. Шумахер М.В. М.: Металлургия, 1979.

5. Коррозия и защита от коррозии. Семенова И.В. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

Дата добавления: 2015-10-21