Атмосферная коррозия металлов в тропиках

Ву Динь Вуй

Наука, 1994 г.

3.2. СОПОСТАВЛЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛОВ

Стали.

Обширные исследования коррозионного поведения сталей в различных климатических районах выполнены многими исследователями [415-460]. Коррозия их в значительной степени зависит от типа стали, климатических и аэрохимических факторов и может изменяться для одной и той же стали на несколько порядков.

По результатам пятилетних испытаний во влажном тропическом климате Вьетнама можно видеть, что коррозионная стойкость сталей 12X13, 10Х18Н9Т значительно выше коррозионной стойкости Ст 3, принятой в качестве эталона. Сталь 10Х18Н9Т корродирует во Вьетнаме со средней скоростью 0,08-0,09 мкм/год. 12X13 - 4-12 мкм/год, а Ст 3 -10-41 мкм/год за 5-летнюю экспозицию (рис. 3.4 и табл. 3.6).

Эффективность легирующих добавок хрома, никеля, титана в сталях более ярко выявляется в агрессивных атмосферах. Например, если скорости коррозии сталей 12X13 и ЮХ18Н9Т соответственно составляли 60-34 и 0,04-6,87% от скорости коррозии Ст 3 в слабо агрессивных городских атмосферах (Ханой, Хошимин), то в сильноагрессивной атмосфере Нячанга (табл. 3.7) эти показатели соответственно снизились до 47-29 и 0,19-0,16%. Коррозия стали 12X13 во времени уменьшается быстрее, чем коррозия Ст 3, и эта разница очень заметна при длительных испытаниях (рис. 3.4 и 3.5).

Хром способствует образованию продуктов коррозии с повышенными защитными свойствами, и это сказывается на сильном торможении коррозии стали во времени.

В отличие от Ст 3 и 12X13 сталь 10X18Н9Т подвергалась точечной коррозии в тропической влажной городской и приморской атмосфере. В городской атмосфере средняя скорость коррозии этой стали с течением времени увеличивается и очень медленно уменьшается в приморской атмосфере (см. рис. 3.4 и 3.5, табл. 3.6 и 3.7).

Цинк.

Коррозия цинка определяется коррозивностью среды и временем.

Натурные коррозионные испытания, проведенные за 2 года в 45 разных районах Земного шара показали, что скорость коррозии цинка изменяется от 0,15 мкм/год в сельской (Нерман Уэллс, Канада) до 15,42 мкм/год в морской атмосфере (Панама) [461]. В США, по данным 20-летних испытаний, коррозия цинка изменялась от 1 мкм/год в сельской атмосфере до 5 мкм/год в промышленной [462]. В Европейской зоне средняя скорость коррозии цинка за 10-летний период составила 0,87 мкм/год в сельской атмосфере (Звенигород), 1,05 мкм/год в приморской (Батуми) и 1,37 мкм/год в городской промышленной (Москва) [432]. Однако на ранних стадиях коррозия цинка существенно различается. Так, в атмосфере 29 представительных пунктов Дальнего Востока после года испытания [463] она изменяется в 10-15 раз.

Анализ коррозионных данных свидетельствует, что скорость коррозии цинка зависит от степени загрязненности воздуха сернистым газом, хлоридами и продолжительности увлажнения поверхности металла [464-476].

Во влажном тропическом климате Вьетнама цинк корродирует медленно и равномерно. Анализ экспериментальных данных в табл. 3.6 и 3.7 показывает, что наиболее агрессивной атмосферой для цинка оказывается приморская (Нячанг), в которой скорость коррозии лишь незначительно уменьшается во времени и достигает 3 мкм/год, что примерно в 15-17 раз меньше скорости коррозии углеродистой стали Ст 3.

В городской атмосфере (Ханой, Хошимин) на протяжении 5 лет скорость коррозии цинка не превышала 1 мкм/год и уменьшалась во времени, т.е. была в 20-25 раз меньше, чем для Ст 3.

Как видно из табл. 3.7, соотношение скоростей коррозии цинка и углеродистой стали во времени увеличивается. Это показывает, что в одинаковых атмосферных условиях продукты, образующиеся на поверхности цинка и стали, упрочняются неодинаково. Барьерные свойства продуктов коррозии на цинке, очевидно, изменяются медленнее, чем на стали.

Медь и латунь Л62.

Длительные испытания меди и медных сплавов в промышленной, морской и сельской атмосферах показывают, что медь и медные сплавы относительно устойчивы в атмосферных условиях [432, 477-489].

Результаты 5-летних испытаний меди и латуни Л62 в городской и приморской тропической атмосфере Вьетнама приведены на рис. 3.6 и 3.7, в табл. 3.6 и 3.7.

Для меди, как и для цинка, наиболее агрессивна приморская атмосфера

(Нячанг), коррозия меди здесь в 3-5 раз выше, чем в городской атмосфере (Ханой и Хошимин). Напротив, в приморской атмосфере коррозия латуни Л62 с 34% цинка лишь в первый год оказывается выше, чем в городской, но после 2 лет сравнивается. По коррозионной устойчивости латунь Л62 превосходит медь в 4-5 раз в приморской атмосфере и в 1,1-1,4 раза в городской. Таким образом, легирование меди цинком повышает ее коррозионную стойкость, особенно в засоленной приморской атмосфере.

Тем не менее скорость коррозии меди во времени уменьшается быстрее, чем латуни, особенно в приморской атмосфере. Наибольшее различие в коррозионной стойкости меди и латуни приходится на начальный период экспонирования. Торможение коррозии меди и латуни с течением времени объясняется образованием на их поверхности тонких защитных слоев - патины.

Во всех исследуемых климатических районах Вьетнама медь и латунь корродируют равномерно с образованием слоев продуктов с разными цветовыми оттенками (темно-зеленый, темно-коричневый).

В общем случае атмосферостойкость меди и латуни выше цинка. Особенно четко это видно в приморской атмосфере Нячанга и при длительных испытаниях (см. рис. 3.6 и 3.7, табл. 3.7).

Алюминий, алюминиевый (Д16, АМц) и магниевый (МА2-1) сплавы.

Имеется немало сведений о коррозионном поведении алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов при испытаниях в умеренных и тропических атмосферных условиях [490-516]. Однако результаты испытаний трудно сопоставимы ввиду широкого ассортимента используемых в технике сплавов, а также отсутствия сопоставимых данных о метеорологических и аэрохимических комплексах атмосферы в районах испытаний.

Коррозионная стойкость алюминиевых и магниевых сплавов может меняться в широких пределах в зависимости от состава, термической обработки, факторов среды.

В табл. 3.6 и на рис. 3.8 представлены результаты 3- и 5-летних коррозионных испытаний алюминия, алюминиевых сплавов (Д16 и АМц) и магниевого сплава (МА2-1) в различных тропических районах Вьетнама. Из анализа их можно сделать заключение, что металлы могут в значительной мере различаться по коррозионной стойкости в зависимости от состава, но в большей степени - от атмосферных условий.

Коррозионная стойкось исследованных сплавов увеличивается в ряду: МА2-1, Д16, АО, АМц в приморской атмосфере Нячанга и МА2-1, Д16, АМц, АО в городской атмосфере Ханоя (рис. 3.8 и 3.9).

В общем случае скорость коррозии алюминия и его сплавов в открытой атмосфере приморского и городского районов по крайней мере на порядок меньше скорости коррозии цинка. В то же время скорость коррозии магниевого сплава МА2-1 в 17-24 раза выше, чем цинка, в городской атмосфере, но лишь в 3 раза превосходит коррозию цинка в приморской (см. табл. 3.7).

Алюминий и его сплавы (Д16, АМц) подвергаются наиболее сильному коррозионному разрушению в приморской атмосфере. Наоборот, коррозионные потери магниевого сплава МА2-1 наименьшие в приморской атмосфере.

В открытой атмосфере скорость коррозии магниевого (МА2-1) и алюминиевого (АМц) сплавов уменьшается во времени, дюралюминия Д16 -почти постоянна, а алюминия - увеличивается в городской атмосфере и незначительно снижается в приморской (см. рис. 3.8 и 3.9; табл. 3.6).

Эти различия показывают, что следует принимать во внимание электрохимическую гетерогенность алюминия и его сплавов, вызываемую присутствием электроположительной металлической примеси (например, железа) или присутствием катодной легирующей добавки (меди, марганца и кремния в сплаве Д16, хрома и меди в сплаве АМц). Эти элементы понижают коррозионную стойкость алюминия. Исключение составляет сплав АМц в приморской атмосфере, который в ней более стоек, чем алюминий. Повышенное содержание хрома в сплаве АМц, по-видимому, оказывает благоприятное влияние на формирование пленки продуктов коррозии с хорошими защитными свойствами.

Выше указывалось, что коррозия алюминия и его сплавов (Д16, АМц) имеет четко выраженный локальный характер и развивается в виде питтингов. Видимые невооруженным глазом белые коррозионные очаги обнаруживаются в отдельных точках уже к 3 месяцам испытаний в приморской атмосфере и к 6 месяцам в городской. В дальнейшем их радиус заметно увеличивается, особенно на нижней, обращенной к земле, стороне образцов. С нижней стороны образцов очаги коррозии более крупные, чем с верхней. Одновременно можно наблюдать зарождение большого числа новых, но более мелких очагов. В результате в приморской атмосфере к 5 годам испытаний поверхность алюминия и его сплавов (Д16, АМц) покрыта большим количеством очагов коррозии. Степень разрушения образцов алюминия и его сплавов в городской атмосфере слабее, очаги коррозии и число их на единицу поверхности меньше.

В отличие от алюминия и его сплавов коррозия магниевого сплава МА2-1 развивается одновременно по всей поверхности с формированием плотной пленки серых и белых продуктов коррозии при заметном утонении образцов. При таком характере коррозии глубина ее проникновения, определенная по потерям массы, достаточно точно характеризует реальные коррозионные потери [492] металла.

Продукты коррозии.

На всех образцах углеродистой (Ст 3), хромистой (12X13) сталей, цинка, меди, латуни Л62, алюминия, алюминиевых сплавов (Д16, АМц) и магниевого сплава МА2-1 в процессе испытаний формировались более или менее плотные слои продуктов коррозии.

Как видно из табл. 3.8, в большинстве случаев соотношение М_к/М_и между потерей массы в результате коррозии металлов (М_к) и массой продуктов коррозии (М„), сохраняющихся на их поверхности, увеличивается во времени. Это показывает, что по мере утолщения слоя продуктов коррозии удаляется некоторая часть их с поверхности за счет осыпания (отслаивания) или смыва дождями.

Соотношение М_к/М„для стали 10Х18Н9Т, алюминия в городской атмосфере и дюралюминия Д16 в приморской атмосфере быстро увеличивается со временем. Продукты коррозии, образующиеся на поверхности этих металлов в данных районах, не обладают адгезионными свойствами. Наоборот, соотношение MJM_Uдля остальных изученных материалов уменьшается или медленно увеличивается со временем. Продукты коррозии, образующиеся на поверхности сталей Ст 3 и 12X13, цинка, меди, латуни Л62, алюминия (в приморской атмосфере), алюминиевого (АМц) и магниевого (МА2-1) сплавов во влажных тропиках обладают адгезионными свойствами.

В состав продуктов коррозии различных металлов входят растворимые и нерастворимые соли. Количество образовавшихся солей вместе с попавшими из воздуха хлористыми и сульфатными аэрозолями на поверхности разных металлов в разных атмосферных условиях различно (табл. 3.9).

Как и следовало полагать, наибольшее количество солей обнаружено в продуктах коррозии металлов, экспонируемых в приморской атмосфере Нячанга. Это прежде всего связано с самым большим загрязнением воздуха хлоридами (см. табл. 3.4).

. Для Нячанга характерно также наименьшее суммарное количество выпадающих осадков по сравнению с Ханоем и Хошимином. И это должно тоже сказываться на уносе с поверхности образцов и из продуктов коррозии растворимых солей.

Таким образом, агрессивность атмосферы коррозионных станций во влажных тропических районах можно представить в виде убывающего ряда: Нячанг, Хошимин, Ханой, что хорошо согласуется с результатами измерения содержания хлоридов и сернистых загрязнений в воздухе на этих коррозионных станциях.

После 5 лет испытаний по коррозионной стойкости металлы и сплавы располагаются в следующем нисходящем порядке:

в городской атмосфере – А0, АМц, Д16, 10Х18Н9Т, Л62, Ml, ЦО, 12X13, СтЗ,МА2-1;

в приморской атмосфере - 10X18Н9Т, АМц, АО, Д16, Л62, Ml, ЦО, МА2-1,12X13, Ст 3.

Скорость коррозии сталей Ст 3, 12X13, цинка, меди, латуни Л62, алюминиевого (АМц) и магниевого (МА2-1) сплавов уменьшается во времени.

Изменение скорости коррозии металлов с течением времени обусловлено пассивирующими и барьерными свойствами формирующихся продуктов коррозии, защитные характеристики которых зависят от состава и микроструктуры, как это будет показано ниже.