Контактная коррозия металлов

Контактная коррозия – это электрохимическая коррозия, вызванная контактом двух и более металлов, имеющих различные стационарные потенциалы в данной коррозионной среде. При контакте металлов возникает коррозионный макрогальванический элемент, его работа влияет на скорость коррозии каждого контактирующего металла. При этом по сравнению со скоростью коррозии металлов вне их контакта усиленной коррозии подвержен активный металл А с более электроотрицательным потенциалом φ_а. Коррозия металла с более положительным потенциалом φ_к резко замедляется или полностью прекращается. Сила тока коррозионного элемента, а следовательно, и скорость контактной коррозии, зависит от разности потенциалов контактирующих металлов
Δφ = φ_к – φ_А. Более активный металл разрушается при прочих равных условиях тем быстрее, чем больше разность потенциалов Δφ контактирующих металлов.

В морской воде стационарные потенциалы металлов увеличиваются в ряду Mg → Zn → Al → Cd → Fe → Pb → Sn → Ni → Cu → Ti → Au. Поэтому каждый последующий металл при контактировании с предыдущим усиливает его коррозию. Чем больше удалены металлы друг от друга в указанном ряду, тем больше скорость контактной коррозии.

Так, например, стационарный потенциал дюралюмина (сплав системы Al–Cu) в морской воде более отрицательный, чем у меди, никеля, свинца, железа, но более положительный, чем у кадмия, алюминия, цинка. В соответствии с этим коррозия дюралюмина в морской воде усиливается при контакте его с Cu, Ni, Pb, Fe. При контакте с Cd, Al, Zn коррозия дюралюмина уменьшается.

Другим примером опасного контакта является возникновение макрокоррозионного элемента в кормовой части судна. Стальной корпус судна является анодом, а контактирующий с ним гребной винт из бронзы – катодом:

-A Fe│H₂O, O₂, Cl^–│Cu K+

корпус гребной

судна винт

Рассмотрим, как влияет на скорость контактной коррозии соотношение площадей контактирующих поверхностей металлов. Плотность коррозионного тока анодного металла определяется по формуле

,

где – площадь поверхности металла ( – катода, – анода). В связи с тем, что плотность тока и скорость растворения металла при коррозии прямо пропорциональны, скорость растворения анодного металла тем выше, чем больше соотношение : .

Поэтому при контактной коррозии особенно опасно такое сочетание металлов, при котором анод имеет малую площадь, а катод – большую ( << ). В этом случае анод малой площади корродирует интенсивно.

Рассмотрим характер распределения коррозионных разрушений при работе контактного коррозионного элемента. Оказывается, что ток контактной коррозии распределяется на сопряженных металлах неравномерно. Наибольшую плотность тока следует ожидать вблизи места контакта (рис.10, а), и наоборот, чем больше расстояние от места контакта, тем меньше глубина проникновения коррозионных разрушений на поверхности металла анода.

Рис.10. Характер распределения коррозионных разрушений
при контактной коррозии

Важным фактором усиления контактной коррозии является движение коррозионной среды. Так, например, плотность тока контактной коррозии для анода из алюминиевого сплава в движущейся со скоростью 10 м/с морской воде приблизительно в 10–15 раз выше, чем величина i_А в спокойной морской воде.

Современные суда имеют большое число конструкций, выполненных из разнородных металлов, которые эксплуатируются в условиях контакта друг с другом в морской воде или морской атмосфере:

· надстройка судна из алюминиевого сплава и стальной корпус судна;

· листы обшивки корпуса из нержавеющей и углеродистой стали;

· трубопроводы из медных и алюминиевых сплавов, а также стальные и стальные оцинкованные трубопроводы;

· гребной вал из бронзы и стальные листы обшивки корпуса судна и т.д.

Для разработки мероприятий по защите конструкций от контактной коррозии необходимо руководствоваться ГОСТ 9.005–72. Металлы, сплавы, металлические и неметаллические неорганические покрытия. Допустимые и недопустимые контакты с металлами и неметаллами.

Основные требования при этом следующие:

· выбор марок контактирующих металлов должен быть рациональным, т.е. необходимо учитывать их стационарные потенциалы в конкретной коррозионной среде, площади поверхностей деталей и другие факторы;

· между деталями из разнородных металлов нужно вводить, где это возможно, изолирующие прокладки, мастики, герметики;

· на контакт сопрягаемых деталей следует наносить усиленные изолирующие покрытия.

В качестве примера контактной коррозии рассмотрим особенности коррозионных разрушений сварных швов. Для соединения сварной шов–основной металл наиболее типична контактная коррозия. Поэтому качество сварных соединений определяется тем, насколько существенно различаются электродные потенциалы металла φ_ме и сварного шва φ_сш. В том случае, если φ_ме<< φ_сш, усиленно корродирует металл в околошовной зоне; если φ_сш<<φ_ме, то корродирует материал сварного шва. Материал сварочных электродов следует выбирать по возможности таким образом, чтобы φ_ме φ_сш. На металле в зоне около шва после сварки появляются внутренние механические напряжения, а также выгорает часть углерода. Электрохимическая неоднородность в этой зоне может быть уменьшена за счет термической обработки. Часто эти меры – выбор сварочного электрода и термический обжиг – не дают положительного результата, поэтому для устранения язвенной коррозии в зоне сварного соединения осуществляют изоляцию шва от коррозионной среды каким-либо защитным покрытием – лакокрасочным или металлическим.

Дата добавления: 2015-07-11