Методи визначення швидкостi корозiйного руйнування металiв

         
 

     Рис. 5.3.2.Вид профілографи (а), розріз корозійної язви (б)

     Важливим показником для низьколегованих і неіржавіючих сталей, алюмінієвих і титанових сплавів і взагалі сплавів, схильних до пітингоутвоювання, — коефіцієнтом пітингоутвоювання Р. Він представляє собою відношення середньої глибини всіх пітингів до умовної глибини, обчисленої по втраті маси при допущенні, що корозія носить рівномірний характер.

     За  допомогою коефіцієнта пітингоутвоювання  можна приблизно визначити величину поверхні металу, зайняту корозією.

     Якщо  h₁— зменшення товщини металу, обчислене з втрат (по масі), при допущенні, що корозія розподілена рівномірно;

     F — площа зразка;

     h₂ і F₂ — дійсна глибина корозійних поразок і їх площа відповідно, то, прийнявши умовно, що пітинги або виразки мають циліндрову форму, можна сумарну корозію К в тому і іншому випадку виразити наступними рівняннями:

     K₁=F₁h₁γ                                                         5.3.1

     K₂=F₂h₂γ                                                        5.3.2

     де  γ — густина металу.

 Враховуючи, що К₁= К₂, отримаємо відношення

                                                                  5.3.3

Оскільки коефіцієнт пітингоутвоювання

 
                                                                 5.3.4

Можна приблизно  вирахувати процент площі, зайнятої корозією:

                                                    5.3.5

     Таким чином, для характеристики корозійної поведінки металів, схильних до пітингової корозії, необхідно використовувати наступні показники: середню глибину корозійних поразок, обчислену по втраті масу (при допущені, що корозія носить рівномірний характер), середню і максимальну глибину корозійних поразок, виміряні експериментально, а також коефіцієнт пітигоутворювання. Цими показниками якнайповніше характеризуються властивості металів, схильних до місцевої корозії [3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5.4 ВИЗНАЧЕННЯ КОРОЗІЇ ПО ЗМІНІ МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ 

     При вивченні корозії алюмінієвих сплавів часто використовують такий характерний показник, як зміна механічних властивостей металу. Проте необхідно пам'ятати, що за відсутності міжкристалічної корозії механічні властивості металів в результаті корозії зазвичай не міняються, і цим показником лише побічно визначають зміну перетину зразку унаслідок корозії. Насправді, якщо визначити навантаження,яке потрібне для розриву зразка, до корозії і це ж навантаження після того, як метал проарегував, то можна визначити фіктивну межу міцності, що характеризує зміну перетину зразка. Зазвичай визначають межу міцності  σ_b [н/мм² (кг/мм²)] і подовження δ (%) при розтягуванні.

     Зміну межі міцності як міру   корозії   зручніше виразити в процентному відношенні:

                                             5.4.1

     Межа міцності і особливо остаточне подовження — важливі показники при визначенні   нерівномірності   корозії, а також наявність межкрісталітної корозії.

     Описуваний  метод найбільш застосовний для зразків тонкого перетину.

      Зазвичай  цей метод дає позитивні результати на листовому матеріалі завтовшки 1—3 мм і дроту приблизно такого ж діаметру. При використанні круглих зразків їх розміри слід пропорційно зменшувати виходячи з діаметру зразку 3—5 мм [3]. 
 
 
 
 

5.5 ВИЗНАЧЕННЯ КОРОЗІЇ ПО ЗМІНІ ВІДБИВНІЙ  ЗДАТНОСТІ ПОВЕРХНІ МЕТАЛУ 

     При вивченні початкових стадій корозії або процесів, що протікають з малою швидкістю, використовують метод визначення відбивної здатності до корозії і після неї. По зміні відбивній здатності можна побічно судити про стійкість металу в даній атмосфері. Ясно, що цим методом абсолютні швидкості процесу визначити не можна. Проте він дозволяє порівнювати між собою різні метали і покриття. Він застосовний для вивчення декоративних покриттів, неіржавіючих сталей, а також ефективності летких інгібіторів.

     Для приладів і конструкцій, відбивна здатність яких важлива сама по собі (прожектори, рефлектори, архітектурні споруди), метод дозволяє отримати абсолютні показники. У цьому методі про початкові стадії корозії судять по відносному коефіцієнту віддзеркалення К, обчисленому з величини фотострумів, вимірюваних на спеціальній установці (Рис. 5.5.1.):

                                                    5.5.1

де І₁—величина фотоструму для досліджуваного зразка, мка;

 І₀—те ж, для стандартного дзеркала.

     Як  стандартний зразок можна застосовувати алюмінієве дзеркало, отримане шляхом конденсації алюмінію у вакуумі.

     Щоб отримувані результати були відтворні, джерело світла повинне завжди мати постійне напруження; цього можна досягти, створюючи однакову напругу, але зручніше проводити вимір при одному і тому ж значенні фотоструму наприклад при 100 мкА, контрольованому мікроамперметром (Рис. 5.5.1.)

     

     Рис. 5.5.1. Схема установки для визначення відносного коефіцієнта віддзеркалення

     1 — увігнуте   дзеркало;  

     2 — лампа   напругою 12—16 в;

     3 — діафрагма; 

     4 — лінза;

     5 — випробовуваний зразок;

     6 — фотоелемент;

     В цьому випадку відлік по мікроамперметру для досліджуваного зразка, віднесений до постійної величини, і буде визначати величину відносного коефіцієнта відображення [3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5.6 ВИЗНАЧЕННЯ КОРОЗІЇ ПО ЗМІНІ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПОРУ 

     Корозійні процеси, що приводять зазвичай до зміни  перетину зразків, а інколи і до глибших  змін в самому матеріалі, природно, повинні привести і до зміни омічного опору. Тому методом виміру омічного опору зразків до корозії і після неї можна отримати хороші результати, які будуть характеризувати поведінку металів в даних умовах.

       Найбільшу чутливість метод дає при вивчені корозії тонких листових матеріалів і дроту. Для вибору розмірів зразків з різних металів при оцінці корозії по зміні електроопору можна користуватись кривими, представленими на (Рис. 5.6.1.). Розміри зразків (довжина  і радіус ), що застосовуються для визначення корозії по зміні електроопору, знаходяться на кривій або в області, лежачій зліва від неї. При виконанні цієї умови, виміри можуть проводитися на приладі, що дозволяє визначати опір з точністю 0,01 ом. Чим лівіше від кривої лежать значення параметрів зразків, тим вище чутливість методу. 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис.5.6.1. Значення параметрів дротових зразків, величина корозійних втрат яка може бути вирахувана по зміні омічного опору

1 –  Алюміній;

2 –  сталь;

3 - константа;

4 - ніхром;

     Метод зручний тим, що дозволяє проводити  безперервні спостереження за корозією і вивчати на одному і тому ж зразку розвиток процесу в часі. Для виміру опору користуються звичайними подвійними мостами.

     При зміні опору важливо забезпечити надійність контакту, бо порушення його може викликати таке збільшення   опору, яке перевищить опір, що виникає за рахунок корозії. Контакт створюють зазвичай палкою або щільним клемовим з'єднанням, місця контакту ізолюють від корозійного середовища.

     Найчастіше  опір вимірюють окремо до   і після корозії, проте в літературі описані установки, в яких корозійні випробування поєднували з безперервними змінами опору без витягання зразка з корозійного середовища. Метод був з успіхом застосований Хадсоном при досліді атмосферної корозії сталевого дроту, а також для дослідження корозії у присутності інгібіторів [5].

     Значення  питомого опору [(Ом · мм²)/м] найбільш споживаних матеріалів (при 20°С), які необхідно знати при використанні даного методу, приводяться нижче:

Алюміній……………0,028

Вольфрам…………..0,055

Латунь……… 0,025—0,06

Мідь………………0,0175

Молібден………….0,057

Нікель….….………0,100

Олово…….……….0,115 

     Інколи, не удаючись до обчислення глибини  проникнення корозії, стійкість  матеріалу характеризують побічно  відносною зміною опору:

                                                    5.6.1

5.7 ОЦІНКА СТІЙКОСТІ ПО ЧАСУ ДО ПОЯВИ ПЕРШОГО КОРОЗІЙНОГО ВОГНИЩА АБО ПЕВНОЇ ПЛОЩІ КОРОЗІЇ 

     При вивченні поведінки металів із захисними  покриттями ні показник зміни маси, ні глибинний показник не дають надійних результатів. Тому часто визначають час появи першого вогнища  корозії. Цей метод, як відзначає  Г. В. Акімов, застосовний в тих випадках, коли вогнище ясно виділяється на тлі поверхні, що не змінилася, наприклад при корозії сталевих виробів, покритих захисними плівками (металевими, лакофарбними, фосфатними, оксидними), а також неіржавіючих сталей і алюмінієвих сплавів. Метод не дає вказівок відносно швидкості процесу, а характеризує швидше за все вірогідність виникнення  корозії.

     Він простий і тому широко застосовується при контрольних випробуваннях  на заводах і вноситься в тому  або  іншому  варіанті в технічні умови. Інколи обумовлюють кількість вогнищ корозії, яке може з'явитися за певний час випробування, інколи ж задаються часом, необхідним для появлення першого вогнища корозії [5].

     При оцінці корозійної стійкості матеріалу необхідно обов'язково враховувати розвиток процесу в часі, бо поява вогнища корозії може бути пов'язане з яким-небудь випадковим дефектом в металі або сплаві. Тому найбільш об'єктивну оцінку матеріалу можна отримати методом побудови кривих залежності швидкості корозії сталевих зразків (до 50% ржавить) від часу (Рис. 5.7.1, а).

     При оцінці стійкості металів за площею, зайнятою корозією, часто удаються до фотоеталонів або схематичних зображень корозійних руйнувань, подібним приведеним на   ( Рис.5.7.1,б).

     А – графічний метод;

     Б - еталонний;

      Цифри по горизонталі означають площу  одного корозійного вогнища. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.8. ПОТЕНЦІОСТАТИЧНИЙ  МЕТОД 

     Потенціостатичний метод є одним з найшвидших і надійніших способів визначення швидкості корозії металу. Він може застосовуватися як в лабораторних, так і в промислових умовах. У основі потенціостатичного методу визначення швидкості корозії лежить залежність швидкості анодного розчинення металу від потенціалу поверхні. Зсув потенціалу поверхні металу відносно потенціалу корозії при поляризації від зовнішнього джерела струму в анодну або катодну область потенціалів дозволяє вивчати швидкості анодної і катодної реакцій шляхом виміру струму в ланцюзі поляризації.

     В результаті потенціостатичних досліджень отримують залежність величини поляризуючого струму від потенціалу металу електроду (поляризаційні криві) в середовищах певного хімічного складу. По поляризаційних кривих можна визначити швидкість корозії поверхні металу поблизу потенціалу корозії, встановити чинники, лімітуючі корозійний процес і ін.

     Метод дозволяє по поляризаційних кривих, знятих в умовах, наближених до роботи промислового устаткування, і потенціалу металу, заміряного на поверхні устаткування, визначити швидкість корозії  устаткування в реальних умовах експлуатації. Для металу, схильного до пітингової корозії, потенціостатичний метод дозволяє встановити потенціали пітингоутвоювання , що має велике практичне значення.