Коррозия представляет собой химическое или электрохимическое разрушение металлов под действием окружающей среды. Основными факторами, определяющими скорость и характер коррозии, являются состав металла, его структура, свойства поверхностного слоя, а также агрессивность среды — наличие кислорода, воды, кислот, солей и других реагентов.
Химическая коррозия протекает без участия электрического тока и чаще встречается в сухих или слабо водных средах. Например, взаимодействие железа с серой или кислородом при высоких температурах приводит к образованию сульфидов и оксидов.
Электрохимическая коррозия (гальваническая коррозия) является наиболее распространённой формой разрушения металлов в водных растворах. Она обусловлена протеканием электрохимических реакций на границе металл–электролит. Металл при этом выступает одновременно в роли анода (металл окисляется, отдавая электроны) и катода (восстанавливаются ионы кислорода или водорода).
Гальваническая коррозия возникает при контакте двух металлов с различным электродным потенциалом в электролите. Металл с меньшим потенциалом выступает анодом и разрушается, в то время как металл с большим потенциалом катодируется. Пример: повреждение стального болта при соединении с медной деталью в морской воде.
Местная (питтинговая) коррозия проявляется в виде точечных углублений на поверхности металла. Чаще всего наблюдается на нержавеющих сталях при наличии хлорид-ионов. Питтинговая коррозия характеризуется высокой скоростью разрушения в локальных очагах при сохранении общего металлического слоя.
Щелевая коррозия развивается в узких зазорах между металлическими деталями или между металлом и неметаллическими покрытиями. Ограниченный доступ кислорода вызывает разницу потенциалов, ускоряющую коррозию анодных участков.
Коррозия под напряжением возникает при одновременном воздействии механических напряжений и агрессивной среды. Пример: растрескивание высокопрочных сталей в морской воде при растягивающих нагрузках.
Коррозионная стойкость металла определяется его химическим составом, фазовым составом и дефектной структурой. Например, наличие легирующих элементов — хрома, никеля, молибдена — повышает коррозионную стойкость стали за счёт образования пассивных оксидных слоёв. Микроструктурные дефекты, такие как включения неметаллических фаз, границы зерен и пористость, создают локальные электрохимические ячейки, ускоряя процесс коррозии.
Пассивирование — формирование на поверхности металла устойчивого оксидного слоя, препятствующего дальнейшему взаимодействию с агрессивной средой. Наиболее характерно для нержавеющих сталей, алюминия и титана.
Электрохимическая защита включает:
Механические и физико-химические покрытия применяются для изоляции металла от среды:
Коррозионно-устойчивые сплавы создаются на основе добавления легирующих элементов, формирующих стабильные оксидные пленки или предотвращающих образование локальных электрохимических ячеек.
Оценка коррозионной стойкости металлов проводится с помощью:
Выбор метода защиты и оценка коррозионной стойкости зависит от среды эксплуатации, типа металла, экономических факторов и требований к долговечности конструкций.
Современные материалы с повышенной коррозионной стойкостью включают керамические покрытия, композиты, полимер-металлические системы. Разработка сплавов с наноструктурными оксидными слоями и самовосстанавливающимися покрытиями позволяет значительно снизить скорость разрушения в агрессивных средах, расширяя область применения металлов в энергетике, транспорте и химической промышленности.