Факторы, влияющие на коррозию

На механизм электрохимической коррозии, помимо основных, влияют дополнительные факторы, например, такие как наличие кислорода и повышенная температура, которые могут в значительной степени повлиять на разрушение материала. Ниже представлен краткий обзор влияния этих факторов, основанный на результатах практических исследований. Он касается, прежде всего, железа, которое является основным материалом инженерных систем [5].

Кислород (02)

Самым важным элементом, содержащимся в водопроводной воде, который приводит к коррозии, является атмосферный кислород. Он может быть растворен в воде в количестве до 10 мг/дм3. На его наличие следует обращать особое внимание в воде, насыщенной кислородом, и озонированной воде, поскольку озон искусственно насыщает воду кислородом и в результате вода становится более агрессивной. Начало и продолжение коррозионной реакции зависят в основном от содержащихся в воде или водных растворах агрессивных элементов, из которых кислород является самой распространенной причиной процессов разрушения металлов. Растворенный кислород реагирует с водородом, находящимся на катодной области поверхности коррозии, как показано в данном уравнении:

Кислород в электролите окисляет находящийся в катодной области водород, который как деполяризатор создает сопротивление току, провоцирующему коррозию. В стальных элементах системы в результате окисления находящееся вблизи растворенное железо переходит в нерастворимый гидроксид железа Fe(OH)3, который выпадает в осадок в виде ржавчины. В результате уменьшается содержание железа в растворе, в который в увеличенном количестве могут переходить его ионы, что равнозначно дальнейшему развитию коррозии.

Растворенный свободный оксид углерода (С02)

Водопроводная вода содержит растворимые гидрокарбонаты кальция и магния, и чтобы они не перешли в нерастворимые карбонаты, вода должна содержать определенное количество растворенного оксида углерода. Необходимое для этой цели количество оксида углерода имеет название свободного уравновешенного оксида углерода. Он находится в равновесии с растворенными в воде гидрокарбонатами (так называемое карбонатное равновесие). Избыток оксида углерода по отношению к необходимому количеству нежелателен и называется свободным агрессивным оксидом углерода. Если он присутствует в воде в избыточном количестве, он может непосредственно являться причиной коррозии, даже при отсутствии кислорода, металлов, таких как цинк, железо, медь, при одновременном выделении водорода. При нормальных условиях оксид углерода содержится в питьевой воде в таких незначительных количествах, что водород не выделяется. Однако, если количество оксида углерода больше, чем требуется для так называемого карбонатного равновесия, то он становится фактором, который непосредственно приводит к коррозии и одновременно мешает появлению защитных слоев. Представленное коррозионное влияние оксида углерода может наблюдаться даже и в холодной воде. Во время подогрева воды для питья в устройствах для приготовления горячей воды происходят также дополнительные процессы коррозионного характера. Под влиянием температуры часть гидрокарбонатов переходит в выпадающие в осадок нерастворимые карбонаты и оксид углерода с водой. Вызванная растворенным в воде свободным оксидом углерода (С02) коррозия металла растет пропорционально его концентрации и может увеличиваться в присутствии растворенного кислорода.

Растворенные соли

Растворенные соли в зависимости от вида и концентрации также играют определенную роль в коррозионных процессах металлов. Считается, что в случае с железом [5] щелочные соляные растворы задерживают коррозию, нейтральные соляные растворы приводят к нормальной коррозии, кислые растворы соли увеличивают интенсивность коррозии.

Концентрация ионов водорода pH

Показатель pH (концентрация ионов водорода) определяет характер раствора и отражает приблизительный результат всех действующих коррозионных элементов. При более высокой температуре чистая вода слегка кислая (при 50 °С ее pH составляет 6,61). Коррозионная агрессивность воды уменьшается вместе с повышением уровня pH выше 7 (щелочная вода). Медленнее всего коррозия происходит при pH = 10. Если pH воды ниже 7, то это указывает на ее кислотность и агрессивность. В области при pH < 4, в которой имеет место выделение водорода, даже небольшое увеличение концентрации ионов водорода приводит к увеличению скорости коррозии в то время, как для области между pH = 4 и pH = 9 наблюдается практически равномерная скорость коррозии металла.

Температура

Температура смачивающей железо жидкости заслуживает особого внимания, поскольку относящиеся к ней наблюдения в значительной мере касаются также теплоносителей систем отопления, т. е. воды и водяного пара. В целом повышение температуры обозначает подведение энергии, которая приводит к повышенной диссоциации, и в результате этого также увеличивается движение ионов. Это способствует общему увеличению скорости реакции, а, следовательно, увеличению скорости коррозии металла. При увеличении температуры на 1 К в результате повышенной диссоциации происходит уменьшение показателя pH на 0,01, что увеличивает влияние коррозии. Концентрация ионов водорода даже в нейтральной воде составляет при 100 °С около 6,12 по сравнению с 7,46 при 0 °С. Как при наличии кислорода, так и оксида углерода в горячей воде коррозия усиливается.

Шафлик В./Современные системы горячего водоснабжения. - К.: ДП ИПЦ «Taici справи», 2010.