Основные закономерности протекания атмосферной коррозии

Атмосферная коррозия - наиболее распространенный вид коррозии металлов, протекающей во влажной воздушной среде: примерно 80% металлических конструкций, зданий, сооружений, мостов, машин и т.п. эксплуатируются в атмосферных условиях. Отличительной особенностью атмосферной коррозии является то, что она протекает не в объеме электролита, а в тонких пленках. При этом коррозионный процесс протекает по законам электрохимической кинетики, но имеет свои специфические особенности.

Рассмотрим подробнее механизм влияния вышеуказанных факторов на интенсивность коррозионного разрушения.

Влажность атмосферы

В воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара. Влажность воздуха обычно численно описывается следующими факторами:

• абсолютная влажность (количество пара), г/м³;
• давление водяного пара, атм (Па);
• относительная влажность, (φ), рассчитываемая, как (Р/Р_нас)·100%, где Р - давление водяного пара, находящегося в воздухе; Р_нас - давление насыщенного водяного пара, находящегося при данной температуре.

В соответствии с показателями влажности воздуха, атмосферная коррозия может быть классифицирована следующим образом:

• сухая атмосферная коррозия;
• влажная атмосферная коррозия;
• мокрая атмосферная коррозия.

Сухая атмосферная коррозия протекает в очень тонких пленках (до 10 нм) при влажности воздуха 30-50% и характеризуется поверхностным окислением металла по химическому механизму с образованием соответствующих оксидов (явление «потускнения» металла). Как правило, не приводит к серьезным коррозионным разрушениям.

Влажная атмосферная коррозия начинается обычно при относительной влажности воздуха выше 70%. При этой влажности, называемой критической, происходит капиллярная конденсация влаги и вода начинает проявлять свойства электролита. Капиллярную конденсацию могут стимулировать шероховатость поверхности, различные неровности, загрязнения металла твердыми частицами (пыль) и т.п. Толщина формирующихся на металле пленок влаги составляет от 0,01 до 1 мкм и в этих условиях к поверхности металла происходит очень интенсивное поступление кислорода, что приводит к ускорению коррозионного процесса по сравнению с объемом электролита. Механизм протекания процесса влажной атмосферной коррозии показан на рис. 2.

Рис. 2. Влажная атмосферная коррозия

Критическая влажность может снижаться из-за присутствия на поверхности металла загрязнений (естественных или антропогенных), которые притягивают влагу из воздуха. Например, частицы солей аммония, адсорбированные стальной поверхностью, существенно уменьшают критическую влажность с 70-80% до 50% (см. рис. 3). Также критическую влажность понижают образующиеся на поверхности металла продукты коррозии (особенно продукты коррозии стали), что, в конечном счете, приводит к ускорению коррозионных процессов.

Рис. 3. Влияние загрязнений на капиллярную конденсацию влаги на поверхности металла

Мокрая атмосферная коррозия протекает при толщинах пленки влаги на металлической поверхности от 1 до 1000 мкм. Процесс коррозии несколько замедляется по сравнению с влажной атмосферной коррозией вследствие затрудненности диффузии кислорода к поверхности металла и более сходен с обычной электрохимической коррозией.

Химический состав атмосферы

Коррозионная агрессивность атмосферы определяется не только влажностью, но и различными химическими веществами: твердыми и газообразными. В воздухе содержатся различные газы биогенного, природного и антропогенного происхождения (SO₂, SO₃, NO₂, N₂O₃, N₂O₅, H₂S, Cl₂ и др.), а также частицы твердых веществ (хлориды, сульфаты, силикаты, частицы пыли и др.) (рис. 1). Все эти вещества, могут растворяться в пленках конденсированной влаги, увеличивая ее коррозионную агрессивность. Наиболее опасными в коррозионном отношении газами являются SO₂ и SO₃, образующие с парами воды в атмосфере аэрозоли сернистой и серной кислот. В общем виде классификация коррозионной агрессивности атмосферных сред приводится в следующих стандартах:

• ISO 9223: «Коррозия металлов и сплавов. Коррозионная активность атмосферы. Классификация»;
• ISO 12944: «Лаки и краски. Защита стальных конструкций от коррозии защитными окрасочными системами».

Длительность периодов увлажнения и высыхания пленок влаги

Конструкции в открытой атмосфере подвержены воздействию осадков, агрессивных газов, аэрозолей и других факторов. Общую продолжительность нахождения пленки влаги на поверхности металла определяют как суммарную продолжительность выпадения дождя и росы, воздействия тумана и оттепелей в зимний период, а также длительность высыхания поверхности. При толщине пленок влаги более 30 мкм (мокрая коррозия), скорость коррозионного процесса определяется скоростью испарения влаги, времени и частотой повторного смачивания. Скорость испарения зависит, в свою очередь, от относительной влажности φ, температуры, интенсивности воздухообмена.

Следует отметить, что процессы смачивания металла могут уменьшать общую скорость атмосферной коррозии металла за счет смывания коррозионно-активных адсорбционных пленок и отчистки поверхности металла от пыли и твердых солей.

Хотите узнать больше о коррозии металлических конструкций и методах противокоррозионной защиты?

Скачайте наше специализированное учебно-справочное приложение «Защита от коррозии»