Атмосферная коррозия

Понятие и сущность атмосферной коррозии Атмосферная коррозия представляет собой разрушение металлов и сплавов под действием внешней среды, преимущественно воздуха с различными примесями влаги, газов и аэрозолей. Основной особенностью этого типа коррозии является непрерывное или периодическое взаимодействие металлической поверхности с атмосферными факторами без необходимости погружения в жидкие среды. Атмосферная коррозия является электрохимическим процессом, протекающим на границе металл–атмосфера, и сопровождается локальными окислительно-восстановительными реакциями.

Факторы, влияющие на скорость коррозии Скорость атмосферной коррозии зависит от множества факторов:

  • Химический состав атмосферы: присутствие сернистых, азотистых, хлорсодержащих соединений ускоряет коррозионные процессы за счет образования кислотных конденсатов на поверхности металла.
  • Влажность воздуха: при относительной влажности выше 60% на поверхности металла образуется тонкая пленка воды, которая служит электролитом для протекания коррозионных реакций.
  • Температура: повышение температуры ускоряет диффузионные процессы и скорость электрохимических реакций.
  • Тип металла и сплава: активные металлы (железо, алюминий) корродируют быстрее, чем благородные (медь, никель). Легирующие элементы могут повышать устойчивость сплавов.
  • Механические и структурные дефекты: трещины, царапины, зоны неоднородной микроструктуры создают локальные гальванические элементы, ускоряя коррозию.

Механизм коррозионного процесса Атмосферная коррозия протекает преимущественно по электрохимическому механизму:

  1. Анодная реакция: металл окисляется, отдавая электроны. Для железа:

    Fe → Fe2+ + 2e−

    Электроны, выделяющиеся на анодных участках, перемещаются к катодным зонам.

  2. Катодная реакция: электроны потребляются кислородом и водяной пленкой, образуя гидроксидные соединения:

    O2 + 4e− + 2H2O → 4OH−

  3. Образование коррозионных продуктов: продукты анодной и катодной реакций взаимодействуют с влагой и газами атмосферы, формируя оксиды и гидроксиды металлов, например ржавчину на железе.

Типы атмосферной коррозии

  • Равномерная коррозия: разрушение происходит относительно равномерно по всей поверхности. Скорость можно оценить по толщине потерянного металла за единицу времени.
  • Локальная коррозия: включает точечную коррозию, щелевую коррозию, подслойную коррозию. Отличается высокой концентрацией повреждений в небольших зонах, часто обусловленной дефектами покрытия или локальными загрязнениями.
  • Гальваническая коррозия: возникает при контакте двух разных металлов в одной атмосферной среде. Более активный металл становится анодом и корродирует быстрее.

Электрохимические особенности атмосферной коррозии На поверхности металла формируется микрогальваническая структура: анодные и катодные участки создаются естественными неоднородностями. На анодах металл растворяется, на катодах происходит восстановление кислорода. Толщина и состав пленки влаги, присутствие растворённых ионов (Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻) критически влияют на скорость и характер коррозии. При высокой влажности образуются более проводящие электролиты, ускоряющие электрохимические реакции.

Влияние загрязнённости атмосферы Городские и промышленные зоны характеризуются присутствием кислотных газов (SO₂, NO₂), которые растворяются в конденсате на поверхности металла и образуют слабые кислоты (H₂SO₃, HNO₃), увеличивая кислотность пленки влаги. Это приводит к ускорению коррозии железа и стали. Морской климат с высоким содержанием NaCl формирует электролитические слои с повышенной проводимостью, усиливая гальваническое действие и локальную коррозию.

Методы защиты от атмосферной коррозии

  • Покрытия: органические (лакокрасочные) и неорганические (оксидные, фосфатные) изолируют металл от воздуха и влаги.
  • Катодная защита: применение внешнего источника тока или жертвенного анода для снижения электрохимической активности анодных зон.
  • Легирование металлов: введение Cr, Ni, Al повышает образование пассивной пленки, замедляя коррозию.
  • Контроль окружающей среды: снижение влажности, удаление кислотных газов и аэрозолей уменьшает скорость разрушения металла.

Особенности коррозионных продуктов Характер коррозионных продуктов зависит от состава атмосферы и металла. Для железа это чаще всего гидратированные оксиды Fe₂O₃·xH₂O, формирующие рыхлый слой ржавчины. Для меди и алюминия характерна плотная пассивная пленка оксидов, замедляющая дальнейшую коррозию. Плотные и сцепленные с металлом слои могут выполнять защитную функцию, в отличие от рыхлых и легко осыпающихся продуктов.

Практическое значение Атмосферная коррозия является одной из основных причин выхода из строя металлических конструкций, мостов, транспортных средств, оборудования на открытом воздухе. Ее прогнозирование и контроль требуют учета локальных условий окружающей среды, состава металлов и сплавов, а также особенностей эксплуатации конструкций. Изучение электрохимических аспектов процесса позволяет разрабатывать эффективные методы защиты и долговременной эксплуатации металлов в открытых условиях.

Оглавление