Коррозия

Коррозия — это самопроизвольное разрушение материалов (металлов, сплавов, бетона, пластмасс, древесины и других) вследствие химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Термин происходит от латинского corrodere — разъедать. В наиболее распространённом значении коррозия относится к разрушению металлов, которое приводит к потере их прочности, пластичности, герметичности и товарного вида. Коррозия является одной из основных причин выхода из строя промышленного оборудования, транспортных средств, строительных конструкций и трубопроводов, нанося значительный экономический ущерб.

Классификация коррозии

Коррозионные процессы классифицируются по нескольким основным признакам: механизму протекания, типу коррозионной среды, характеру разрушения и условиям воздействия.

По механизму протекания

Химическая коррозия — взаимодействие материала с агрессивной средой без возникновения электрического тока. Характерна для газов при высоких температурах (газовая коррозия) и для жидкостей-неэлектролитов (нефть, бензол, расплавленная сера). Примером служит окалинообразование на стали при нагреве в печах.
Электрохимическая коррозия — наиболее распространённый тип, протекающий в средах-электролитах (вода, почва, растворы солей, кислот, щелочей) с возникновением гальванических пар. Процесс включает две сопряжённые реакции: анодное растворение металла (окисление) и катодное восстановление окислителя (например, кислорода или ионов водорода). Скорость процесса зависит от разности потенциалов между участками поверхности.

По характеру разрушения

Сплошная (общая) коррозия — охватывает всю поверхность изделия. Может быть равномерной (толщина слоя уменьшается одинаково) или неравномерной (с локальными углублениями).
Местная (локальная) коррозия — поражает отдельные участки. К ней относятся:
Питтинговая (точечная) — образование мелких глубоких язв, часто ведущее к сквозным поражениям.
Язвенная — более крупные и неглубокие повреждения.
Межкристаллитная — разрушение по границам зёрен металла, что резко снижает прочность без внешних признаков.
Подповерхностная — начинается с поверхности, но распространяется под ней, вызывая вспучивание и расслоение.
Ножевая — узкая полоса разрушения вдоль сварного шва.
Коррозионное растрескивание — образование трещин под действием растягивающих напряжений и коррозионной среды.
Коррозионная усталость — ускоренное разрушение при циклических нагрузках в коррозионной среде.

По условиям протекания

Атмосферная коррозия — наиболее массовый вид, происходящий под воздействием влаги, кислорода и загрязнителей воздуха (оксиды серы, азота, хлориды). Скорость зависит от влажности, температуры и наличия промышленных выбросов.
Подземная (почвенная) коррозия — разрушение подземных трубопроводов, фундаментов и кабелей. Определяется составом почвы, её влажностью, аэрацией и наличием блуждающих токов.
Коррозия в морской воде — интенсивный процесс из-за высокой электропроводности воды и присутствия хлоридов. Характеризуется образованием гальванических пар между разнородными металлами.
Биокоррозия — разрушение, вызванное жизнедеятельностью микроорганизмов (сульфатредуцирующие бактерии, железобактерии, грибки). Активна в почве, нефтепромысловых средах и системах водоснабжения.
Коррозия под напряжением — одновременное воздействие коррозионной среды и механических напряжений (растягивающих или циклических).

Экономический и экологический ущерб

Коррозия наносит огромный экономический ущерб. По оценкам различных исследований, прямые потери от коррозии металлов составляют от 2 до 5 % валового национального продукта развитых стран. В России, по данным ряда экспертов, ежегодные потери от коррозии оцениваются в несколько триллионов рублей. Ущерб складывается из:

Прямых потерь — стоимость замены прокорродировавших деталей, труб, конструкций.
Косвенных потерь — простои оборудования, утечки продуктов (нефти, газа, воды), аварии и катастрофы, снижение качества продукции.
Затрат на защиту — стоимость нанесения покрытий, ингибирования, электрохимической защиты и других методов.

Экологический ущерб связан с разливами нефтепродуктов, утечками токсичных веществ и разрушением инфраструктуры, что приводит к загрязнению почвы, воды и атмосферы.

Методы защиты от коррозии

Для предотвращения или замедления коррозии применяют комплекс мер, которые делятся на несколько групп.

Изменение свойств материала

Легирование — введение в состав металла элементов (хром, никель, молибден, титан), повышающих его коррозионную стойкость. Пример — нержавеющие стали, содержащие не менее 12 % хрома.
Применение коррозионно-стойких сплавов — титановые, алюминиевые, медные сплавы.
Термическая обработка — снятие внутренних напряжений, гомогенизация структуры.

Защитные покрытия

Металлические покрытия — нанесение слоя более стойкого металла (цинк, хром, никель, олово, алюминий). Методы: горячее цинкование, гальваническое покрытие, напыление, плакирование.
Неметаллические покрытия:
Лакокрасочные — наиболее распространённый и экономичный способ (грунтовки, эмали, краски).
Полимерные — эпоксидные, полиуретановые, фторопластовые.
Оксидные и фосфатные — химическое или электрохимическое создание защитной плёнки на поверхности (анодирование алюминия, оксидирование стали).
Эмалевые — стеклоэмали, стойкие к кислотам и щелочам.
Неметаллические неорганические покрытия — цементные, асбестоцементные, силикатные.

Электрохимическая защита

Основана на смещении потенциала металла в область пассивного состояния или на создании внешнего тока.

Катодная защита — подключение защищаемого сооружения к отрицательному полюсу внешнего источника тока (катод) или использование протекторов (анодов) из более активного металла (магний, цинк, алюминий). Широко применяется для защиты подземных трубопроводов и корпусов судов.
Анодная защита — смещение потенциала металла в положительную область, что переводит его в пассивное состояние. Применима для нержавеющих сталей и титана.

Изменение свойств среды

Удаление агрессивных компонентов — деаэрация (удаление кислорода) из воды, очистка от сероводорода, осушка воздуха.
Введение ингибиторов коррозии — химических веществ, замедляющих коррозию. Делятся на анодные, катодные и смешанные. Применяются в системах водоснабжения, нефтедобычи, охлаждения.
Поддержание оптимального pH — подщелачивание или подкисление среды.

Конструкционные методы

Устранение щелей, зазоров и зон застоя электролита.
Исключение контакта разнородных металлов (гальванические пары).
Обеспечение дренажа и вентиляции.
Применение герметизирующих прокладок и уплотнений.