A taxa de corrosão é um parâmetro multifatorial que depende tanto das condições ambientais externas quanto das propriedades internas do material. Na documentação normativa e técnica, existem certas restrições sobre os valores permitidos de destruição de metal durante a operação de equipamentos e estruturas de edifícios para garantir sua operação sem problemas. Na engenharia, não existe um método universal para determinar a taxa de corrosão. Isso se deve à complexidade de levar em conta todos os fatores. O método mais confiável é estudar o histórico de operação da instalação.
Critérios
Atualmente, várias taxas de corrosão são usadas no projeto de engenharia:
- Segundo método direto de avaliação: redução da massa de uma peça metálica por unidade de superfície - indicador de peso (medido em gramas por 1 m2 por 1 hora); profundidade do dano (ou permeabilidade do processo de corrosão), mm/ano; a quantidade da fase gasosa liberada de produtos de corrosão; o período de tempo durante o qual o primeiro dano de corrosão aparece; número de centros de corrosão por unidade de áreasuperfícies que apareceram durante um certo período de tempo.
- Estimativa indireta: força da corrente de corrosão eletroquímica; resistência elétrica; mudança nas características físicas e mecânicas.
O primeiro indicador de avaliação direta é o mais comum.
Fórmulas de cálculo
No caso geral, a perda de peso que determina a taxa de corrosão do metal é encontrada pela seguinte fórmula:
Vkp=q/(St), onde q é a diminuição da massa do metal, g;
S – área da superfície da qual o material foi transferido, m2;
t – período de tempo, horas
Para chapas metálicas e cascas feitas a partir dela, determine o índice de profundidade (mm/ano):
H=m/t, m é a profundidade de penetração no metal.
Existe a seguinte relação entre o primeiro e o segundo indicadores descritos acima:
H=8, 76Vkp/ρ, onde ρ é a densidade do material.
Principais fatores que afetam a taxa de corrosão
Os seguintes grupos de fatores influenciam a taxa de destruição do metal:
- interno, relacionado à natureza física e química do material (estrutura de fases, composição química, rugosidade superficial da peça, tensões residuais e operacionais no material e outros);
- externo (condições ambientais, velocidade de movimento de um meio corrosivo, temperatura, composição da atmosfera, presença de inibidores ou estimulantes e outros);
- mecânica (desenvolvimento de trincas de corrosão, destruição do metal sob a ação de cargas cíclicas,cavitação e corrosão por atrito);
- recursos de design (seleção do grau de metal, folgas entre as peças, requisitos de rugosidade).
Propriedades físicas e químicas
Os fatores de corrosão interna mais importantes são os seguintes:
- Estabilidade termodinâmica. Para determiná-lo em soluções aquosas, são usados diagramas de referência de Pourbaix, ao longo do eixo de abcissas do qual o pH do meio é plotado e ao longo do eixo de ordenadas, o potencial redox. Uma mudança potencial na direção positiva significa maior estabilidade do material. Provisoriamente, é definido como o potencial de equilíbrio normal do metal. Na realidade, os materiais corroem em taxas diferentes.
- A posição de um átomo na tabela periódica dos elementos químicos. Os metais mais suscetíveis à corrosão são os metais alcalinos e alcalino-terrosos. A taxa de corrosão diminui à medida que o número atômico aumenta.
- Estrutura cristalina. Tem um efeito ambíguo na destruição. A própria estrutura de granulação grossa não leva a um aumento da corrosão, mas é favorável ao desenvolvimento de destruição seletiva intergranular dos contornos de grão. Metais e ligas com distribuição homogênea de fases corroem uniformemente, enquanto aqueles com distribuição não uniforme corroem de acordo com um mecanismo focal. O arranjo mútuo das fases desempenha a função de ânodo e cátodo em um ambiente agressivo.
- Inomogeneidade energética dos átomos na rede cristalina. Átomos com maior energia estão localizados nos cantos das facesmicrorugosidade e são centros ativos de dissolução durante a corrosão química. Portanto, a usinagem cuidadosa de peças metálicas (retificação, polimento, acabamento) aumenta a resistência à corrosão. Esse efeito também é explicado pela formação de filmes de óxidos mais densos e contínuos em superfícies lisas.
Influência da acidez média
No processo de corrosão química, a concentração de íons de hidrogênio afeta os seguintes pontos:
- solubilidade de produtos de corrosão;
- formação de filmes protetores de óxido;
- taxa de destruição de metal.
Quando o pH está na faixa de 4-10 unidades (solução ácida), a corrosão do ferro depende da intensidade da penetração do oxigênio na superfície do objeto. Em soluções alcalinas, a taxa de corrosão primeiro diminui devido à passivação da superfície, e então, em pH >13, aumenta como resultado da dissolução do filme de óxido protetor.
Para cada tipo de metal há sua própria dependência da intensidade de destruição da acidez da solução. Os metais nobres (Pt, Ag, Au) são resistentes à corrosão em ambiente ácido. Zn, Al são rapidamente destruídos em ácidos e álcalis. Ni e Cd são resistentes a álcalis, mas corroem facilmente em ácidos.
Composição e concentração de soluções neutras
A taxa de corrosão em soluções neutras depende mais das propriedades do sal e sua concentração:
- Durante a hidrólise de sais emem um ambiente corrosivo, formam-se íons que atuam como ativadores ou retardadores (inibidores) da destruição do metal.
- Os compostos que aumentam o pH também aumentam a velocidade do processo destrutivo (por exemplo, carbonato de sódio), e os que reduzem a acidez a diminuem (cloreto de amônio).
- Na presença de cloretos e sulfatos na solução, a destruição é ativada até que uma certa concentração de sais seja alcançada (o que é explicado pela intensificação do processo anódico sob a influência de íons cloreto e enxofre), e então diminui gradualmente devido a uma diminuição na solubilidade do oxigênio.
Alguns tipos de sais são capazes de formar um filme insolúvel (por exemplo, fosfato de ferro). Isso ajuda a proteger o metal de mais destruição. Esta propriedade é usada ao aplicar neutralizadores de ferrugem.
Inibidores de corrosão
Os inibidores de corrosão (ou inibidores) diferem em seu mecanismo de ação no processo redox:
- Anodo. Graças a eles, um filme passivo é formado. Este grupo inclui compostos à base de cromatos e bicromatos, nitratos e nitritos. O último tipo de inibidor é usado para proteção interoperacional de peças. Ao usar inibidores de corrosão anódicos, é necessário primeiro determinar sua concentração protetora mínima, pois a adição em pequenas quantidades pode levar a um aumento na taxa de destruição.
- Catodo. O mecanismo de sua ação é baseado na diminuição da concentração de oxigênio e, consequentemente, na desaceleração do processo catódico.
- Blindagem. Esses inibidores isolam a superfície do metal formando compostos insolúveis que se depositam como uma camada protetora.
O último grupo inclui neutralizadores de ferrugem, que também são usados para limpar óxidos. Geralmente contêm ácido fosfórico. Sob sua influência, ocorre a fosfatização do metal - a formação de uma forte camada protetora de fosfatos insolúveis. Neutralizadores são aplicados com uma pistola de pulverização ou rolo. Após 25-30 minutos, a superfície adquire uma cor branco-cinza. Após a secagem da composição, são aplicadas tintas e vernizes.
Ação Mecânica
Um aumento da corrosão em um ambiente agressivo é facilitado por tipos de ação mecânica como:
- Esforços internos (durante a moldagem ou tratamento térmico) e externos (sob a influência de uma carga aplicada externamente). Como resultado, ocorre heterogeneidade eletroquímica, a estabilidade termodinâmica do material diminui e a rachadura por corrosão é formada. Especialmente rápida é a destruição sob cargas de tração (rachaduras são formadas em planos perpendiculares) na presença de ânions oxidantes, por exemplo, NaCl. Um exemplo típico de dispositivos sujeitos a esse tipo de destruição são peças de caldeiras a vapor.
- Ação dinâmica alternada, vibração (fadiga por corrosão). Há uma diminuição intensa no limite de fadiga, várias microfissuras são formadas, que então se fundem em uma grande. Númerociclos de falha em maior medida depende da composição química e de fases de metais e ligas. Eixos de bombas, molas, lâminas de turbinas e outros equipamentos estão sujeitos a tal corrosão.
- Atrito das peças. A corrosão rápida é devida ao desgaste mecânico das películas protetoras na superfície da peça e à interação química com o meio ambiente. No líquido, a taxa de destruição é menor do que no ar.
- Impacto de cavitação. A cavitação ocorre quando a continuidade do fluxo do líquido é violada como resultado da formação de bolhas de vácuo que colapsam e criam um efeito pulsante. Como resultado, ocorrem danos profundos de natureza local. Este tipo de corrosão é frequentemente visto em aparelhos químicos.
Fatores de design
Ao projetar elementos operando em condições agressivas, deve-se levar em consideração que a taxa de corrosão aumenta nos seguintes casos:
- quando metais diferentes entram em contato (quanto maior a diferença de potencial do eletrodo entre eles, maior a intensidade da corrente do processo eletroquímico de destruição);
- na presença de concentradores mecânicos de tensão (ranhuras, ranhuras, furos e outros);
- com baixa limpeza da superfície usinada, pois isso resulta em pares galvânicos locais em curto-circuito;
- com uma diferença significativa na temperatura das partes individuais do aparelho (células galvânicas térmicas são formadas);
- na presença de zonas estagnadas (slots, gaps);
- ao formartensões residuais, principalmente em juntas soldadas (para eliminá-las, é necessário prever tratamento térmico - recozimento).
Métodos de avaliação
Existem várias maneiras de avaliar a taxa de destruição de metais em ambientes agressivos:
- Laboratório - testando amostras em condições simuladas artificialmente próximas ao real. A vantagem deles é que eles permitem que você reduza o tempo do estudo.
- Campo - realizado em condições naturais. Eles levam muito tempo. A vantagem deste método é obter informações sobre as propriedades do metal nas condições de operação posterior.
- Teste in situ de objetos metálicos acabados no ambiente natural.
