Диссертация (Повышение коррозионной стойкости конструкционных сталей комбинированными методами хто, включающими цинкование и азотирование), страница 6

Скорость коррозии можноопределить по величине поляризационного сопротивления RП , т.е. по наклонуполяризационнойкривой,полученнойвтойобластипотенциалов,гдезависимость между поляризацией электрода ΔЕ и током i линейна [1,41-43].Если перенапряжение велико, то применяется уравнение Тафеля:EKaКbK ln iK ,(1.11)где аК и bК – параметры, зависящие от температуры и материала катода.Аналогичное соотношение справедливо и для анодного тока.1.2.3 Показатели коррозии и модели коррозионного износаВ лабораторных условиях скорость коррозии определяется по изменениюкакого-либо показателя процесса во времени. Наиболее часто используемымипоказателямикоррозииявляются:гравиметрическийпоказательскоростикоррозии, глубинный показатель скорости коррозии, показатель степенипоражения поверхности, прочностной и др.

[3,37,44].1.Гравиметрический (весовой) показатель скорости коррозии характеризуетизменение массы стандартного образца во времениKгр(m m0 ),Sгм ч2(1.12)где m – конечная масса образца, г; m0 – масса образца до коррозии, г; S – площадьповерхности образца, м2;  – время испытания, ч.2. Глубинный показатель скорости коррозии  характеризует среднююглубину разрушения металла h в единицу времени :28h,мм.год(1.13)Глубинный показатель скорости коррозии  связан с гравиметрическимпоказателем скорости коррозии Кгр следующим соотношением:K гр(1.14)8,76,где ρ – плотность корродирующего металла (г/см3), коэффициент 8,76 учитываетперевод единиц измерения.Связь гравиметрического, глубинного и токового показателей выраженасоотношением:K грДлянекоторыхметаллов,(1.15)iAqMе .8,76плотностькоторыхлежитвинтервалеρ=7–9 г/см3, а электрохимический показатель примерно равен единице (qМе=1г/А ч),принимают равенство значений гравиметрического, глубинного и токовогопоказателей:Kгр г м2чмм годiA А м 2 .(1.16)3.

Показатель степени поражения поверхности определяют как отношениеплощади участков, пораженных коррозией Sкорр (определяется с помощью сеткиквадратов) к общей площади поверхности металла:KS4.ПрочностнойпоказательSкоррS(1.17)100%.определяетизменениемеханическиххарактеристик металла в условиях коррозии при растяжении (K,%) или изгибе (K,%):K100%,(1.18)100%.(1.19)oKoгде Δ – изменение предела прочности при растяжении за время  коррозии,Н/м2; o – предел прочности при растяжении до наступления коррозионных29процессов, Н/м2; Δ – относительное удлинение при изгибе за время  коррозии;o – относительное удлинение при изгибе до коррозии.Изменение глубинного и весового показателей коррозии во времени лежат воснове модели коррозионного износа.Построениеуниверсальноймоделикоррозионногоизносатребуетучитывать изменяющиеся во времени процессы воздействия агрессивной среды,следующие затем изменения физико-химических и механических свойствметалла, накопление повреждений различного рода и др.Для описания изменения глубины коррозионного поражения металла δиспользуются физико-химические модели, которые учитывают параметрыагрессивной среды (температуру, влажность, химический состав среды и др.) ипараметр коррозионного процесса (скорость коррозии).

Модели носят строгоиндивидуальный характер для описания поведения металлоконструкции схарактерными конструктивными особенностями из определенной стали в данныхклиматических условиях.Для описания коррозионного процесса одного типа различными ученымипредлагаютсяэмпирическиематематическиемодели,вкоторыхвсекоэффициенты определяются экспериментально [14]. Целью разработки такихматематических моделей является прогнозирование коррозионного износа, т.е.определениепараметровихарактеристикметаллоконструкциипоэкспериментальным данным, полученным на первоначальном этапе.Поскольку физико-химические и математические модели описываютуменьшение толщины металла за время эксплуатации, для учета коррозионногоизноса конструкций обычно предусматривают увеличение ее толщины навеличину, равную произведению средней скорости коррозии и срока службыконструкции, т.е.

используют сталь с запасом «на коррозию» [45,46,47].В модели коррозионного износа учтено, что в результате воздействия внешнихпараметров агрессивной среды изменяется напряженно-деформированное состояниеметаллоконструкции, что описывается в общем виде функцией:30tf (t , , Т , , ),(1.20)где t – время; δ – глубина коррозионного повреждения;  – напряжение; Т –температура; α – эмпирический коэффициент.1.2.4 Сопоставление способов защиты сталей от электрохимической коррозииСпособы защиты от коррозии классифицируют по объекту воздействия: назащищаемыйметаллилинаагрессивнуюсреду,существуюттакжекомбинированные способы (рис. 1.2). Одним из наиболее надежных подходов кзащите от агрессивной среды является использование коррозионностойкихматериалов (легированных сталей) [24]. Легирование применяют для первичнойзащиты от коррозии, протекающей по электрохимическому механизму.

Прилегировании определенными элементами сталь переходит из коррозионноактивного состояния в более пассивное. Термическая обработка легированнойстали выравнивает химический состав, устраняет структурную неоднородность,снимает внутренние напряжения, за счет чего снижается склонность металла кмежкристаллитной и точечной коррозии.Однако этот способ защиты не всегда может быть использован в силуэкономических, технических или технологических причин.

Поэтому часто деталии конструкции изготавливают из дешевых и доступных материалов –углеродистыхинизколегированныхсталей,обладающихнеобходимымитехнологическими и механическими свойствами, с последующей их защитой.Самым распространенным методом защиты металлоконструкций от коррозииявляется окрашивание поверхности металла лакокрасочными материалами (рис. 1.3).Лакокрасочные антикоррозионные покрытия имеют неоспоримые преимущества:они обладают защитными свойствами, отличаются простотой технологии нанесения,дают возможность нанесения покрытия практически на неограниченные площадилюбыхконструкций.Лакокрасочныепокрытияэкономичны,хорошодеформируются под действием различных нагрузок, легко восстанавливаются [2].31Защитные лакокрасочные покрытия не изменяют электрохимическую природупроцессов, происходящих на поверхности корродирующего металла, но уменьшаютскорость протекания коррозионных процессов.Создание экранирующего поверхностного слояЛегированиеметалловВведение элемента, понижающего катодную илианодную активностьМетоды воздействия на металлВведение элемента, предотвращающегоструктурную коррозиюХимико-термическая обработкаОбработкаповерхностиХимическое и электрохимическое полированиеМеханическая обработка (наклеп, ролики и т.п.)НанесениезащитныхпокрытийПостоянного действияВременного действияПериодического действия (пинсы, воски)РациональноеконструированиеВывод узлов из агрессивных средИсключение зон локального разрушенияКатодная, наложением токаЭлектрохимическаязащитаКомбинированныеметодыКатодная протекторнаяАноднаяКомплекс воздействий на металлКомплекс воздействий на средуКомплекс воздействий на металл и средуРисунок 1.2 – Классификация способов защиты металлов от коррозии.На втором месте по распространенности находятся способы созданиякоррозионно-стойких материалов путем внешнего воздействия на металл (рис.321.3), к ним относится электрохимическая защита и нанесение покрытий наповерхность защищаемого металла [18,19,48].8,60%коррозионно-стойкиематериалы20,50%11,30%лакокрасочные покрытияконструктивнаяприспособленностьметаллические покрытия15,60%электрохимическая защита4,50%39,50%ингибиторыРисунок 1.3 – Способы защиты металлоконструкций от коррозии.Приэлектрохимическойзащитекметаллическимконструкциямприсоединяют анод (протектор или источник постоянного тока), которыйвызывает на поверхности защищаемого металла катодную поляризацию.

Врезультате анодные участки металла конструкции преобразуются в катодные, т.е.в электролите будет происходить разрушение не металла конструкции, априсоединенного анода.Нанесение защитных покрытий по данным Всероссийского НИИ по защитеот коррозии на сегодняшний день является одним из наиболее эффективныхспособов защиты. Эти покрытия должны обладать высокой стойкостью катмосферной коррозии, влагостойкостью, иметь высокую адгезию к подложке,достаточную прочность, стойкость к динамическим нагрузкам. Долговечностьпокрытий составляет не менее 10-20 лет.Коррозионно-стойкие покрытия из современных материалов являютсяэкономичными,долговечными,износостойкими,имеютравномерное33распределение по поверхности защищаемого металла.

Их высокая коррозионнаястойкость обусловлена формированием защитного барьера, который тормозитдоступ реагентов из агрессивной внешней среды. Долговечность покрытияопределяется прочностью сцепления с поверхностью металла и слоев покрытиямежду собой. О росте популярности высокоэффективной защиты от коррозииметодом нанесения защитных покрытий свидетельствует увеличение количествасистем антикоррозийной защиты, отличающихся составом.Как правило, вновь разрабатываемые высококачественные материалы иновейшиетехнологииоказываютсягораздодорожетрадиционных,ихиспользование не всегда экономически целесообразно. Решение этих проблемвозможно путем совершенствования хорошо зарекомендовавших себя материалови технологий, которые отвечают критериям долговечности и надежности приэксплуатации, но не ведут к удорожанию.К числу недорогих и эффективных защитных покрытий относятсяантикоррозионные покрытия на основе цинка. Они получили широкоепрактическое применение в машиностроении и строительной отрасли.