Атмосферная Коррозия. Коррозия это саморазрушение материала в различных условия окружающей среды
 Скачать 27.77 Kb.
|
|
Аннотация. Целью данной работы является рассмотрение атмосферной коррозии и её воздействия на механические свойства конструкционных материалов. На атмосферную коррозию влияют различные факторы окружающей среды, такие как температура, влажность, загрязняющие вещества, твердые частицы, кислород и т. д. Эти факторы также варьируется от места к месту. Факторы, влияющие на атмосферную коррозию, и методы, связанные с оценкой корродированных образцов, были рассмотрены из опубликованных исследований. Кроме того, также обсуждалось влияние атмосферной коррозии на механические свойства, такие как предел прочности при растяжении, усталость. Обсуждение морфологии поверхности и анализ ржавчины также проведены. Было замечено, что механические свойства различных материалов сильно зависит атмосферной коррозии. Это может быть связано с потерей массы корродирующего металла, что приводит к ухудшению свойств. Также было обнаружено, что высокая концентрация факторов окружающей среды и продолжительностью экспозиции в равной степени участвуют в снижении механических свойств. Коррозия - это саморазрушение материала в различных условия окружающей среды. Коррозия протекает в материалах, так как хорошо известно, что каждый материал должен оставаться минимальный уровень энергии, а уровень энергии материалов обычно повышается на вторичной стадии производственных процессов. Благодаря минимальному уровню энергии материал возвращается к своей исходной форме, то есть к рудной форме, и на этом этапе материала называется коррозией. В настоящее время металлы широко используются в различных областях, таких как строительство, автомобилестроение, трубопроводная промышленность и т. д. и подвергается прямому воздействию в открытой среде. Условия окружающей среды реагируют с металлом с образованием некоторых оксидов, которые участвуют в разложении материалов. Эта непрерывная деградация приводит к коррозии материала и с течением времени приходит в негодность. Коррозию можно разделить на две группы; один - это равномерная коррозия, а другой - неравномерная коррозия. В равномерной коррозия, срок службы материала можно легко спрогнозировать, визуализируя теоретический процесс, что позволяет предотвратить любую катастрофу [1]. Но в случае неравномерной коррозии прогнозирование срока службы материал - непростая задача, так как дефекты невозможно выявить даже визуально. Неравномерная коррозия подразделяется на такие типы как точечная коррозия, гальваническая коррозия, щелевая коррозия и т. д. коррозии начинаются из небольшого отверстия в корпусе и уходят глубже внутри материала, что может вызвать мгновенные отказы [2,3]. По данным Всемирной организации по коррозии (WCO), ущерб из-за самой атмосферной коррозии более половины повреждений возникающих из-за всех видов коррозии [4]. По этой причине, атмосферная коррозия является серьезной проблемой в науке о коррозии. Хорошо известно, что большинство реакций коррозии имеют электрохимическую природу. Ниже приводится классификация коррозии в зависимости от используемых электролитов: -Погружная коррозия: электролит может быть любым химическим и жидкость, в которую погружен материал. -Подземная коррозия: при этом типе коррозии материал находится в почве, где вода и другие составляющие почвы действуют как электролит. -Атмосферная коррозия: возникает, когда материал подвергается воздействию в открытой атмосфере. 2. Атмосферная коррозия и ее классификация Атмосферная коррозия - один из наиболее распространенных видов коррозии. Тема атмосферной коррозии актуальна во всем мире потому что большинство материалов применяются в естественной атмосфере. Атмосферную коррозию можно классифицировать по окружающая среда: сельская, городская, промышленная, морская и их комбинация [1]. Сельская среда наименее подвержена коррозии из-за наименьшего количества загрязняющих веществ. В таблице 1 показаны параметры, которые влияют на коррозию в различных средах. Основная причина коррозии в сельской местности - дождь или влажность, которая обычно превышает 70%. В городской среде уровень загрязнений в большей степени связан с выбросами автомобилей и других отраслей. Промышленная среда содержит множество загрязняющих веществ, образующиеся в окружающей среде, такие как: оксиды серы (SOx), оксиды азота (NOx), сероводород (H2S), диоксид углерода (CO2), окись углерода (CO), аммиак (NH3), из-за большого количества производств различных сфер. Следовательно, скорость коррозии очень высока в промышленных условиях. Кроме того, морская среда содержит хлорид-ионы, которые являются основными причинами коррозии. Эта среда очень агрессивна среди других типов сред из-за высокой скорости осаждения солей [5]. 3. Есть несколько параметров окружающей среды, таких как влажность, количество осадков, температура, скорость ветра, загрязнение воздуха и атмосферная соленость и т. д. приводящие к коррозии. Загрязнение воздуха включает такие загрязняющие газы, как SO2, NOx, H2S и др. [6]. В разных местах степени влияния этих параметров на коррозионное поведение материала бывают разные [7-9]. 3.1. Относительная влажность (RH) Относительная влажность - это мера содержания воды в воздухе, соответствующая состоянию насыщения. Как уровень загрязняющих веществ, содержание твердых частиц и гигроскопических солей увеличивается в окружающей среде по мере увеличения времени увлажнения и, таким образом, значение критической относительной влажности уменьшается [10]. Следовательно, скорость электрохимического процесс или процесс коррозии значительно возрастает. Критическая относительная влажность указывает на влажность выше которой материал начинает корродировать. LeBoZec et al. [11] изучено влияние относительной влажности на скорость коррозии двух магниевых сплавов (AZ91D и AM50). После четырех недель воздействия на различной влажности, было обнаружено, что скорость коррозии увеличивается с относительной влажностью, как показано на рис.1. 3.2. Температура Скорость коррозии обычно увеличивается с увеличением температуры, потому что это увеличивает химическую кинетику. Более того, при повышении температуры выше 80 ℃ склонность атмосферного кислорода растворяться в электролите также снижается, что снижает скорость коррозии. При дальнейшем повышении температуры электролит быстро испаряется, что сокращает время смачивания поверхности [11]. Когда температура опускается ниже точка замерзания электролита, снижает коррозионную деятельность [3]. В закрытой системе скорость коррозии увеличивается с ростом температуры. до тех пор, пока система не перестанет потреблять весь кислород. Более того, в случае открытой системы при повышении температуры скорость коррозии увеличивается. Она будет расти до определенного предела, после этого скорость коррозии снижается за счет уменьшения процента растворенного кислорода [12,13] 3.3. Кислород Кислород - важный компонент воздуха, который легко поглощается водой. Кислород и влага являются основными составляющими, способствующими коррозии материала. Это сообщалось ранее, что скорость коррозии железных сплавов составляет от 8% до 15% при температуре от 3 до 500 ° C [14]. Растворенный кислород в водной среде образует на катодном узле ионы OH–, которые отвечает за образование компонентов ржавчины. В то время как на на анодном участке железо саморастворяется и образует ржавчину [15]. 4. окружающая среда [16]. Многие исследователи исследовали влияние углекислого газа на коррозию материала. Проблема коррозии из-за диоксида углерода - распространенная для оборудования и нефтяных трубопроводов. Исследователи принимают интерес к атмосферной коррозии из-за CO2 из-за его использования в нагнетательном резервуаре для вывода природного газа из глубоких колодцев. Легко соединяется с водой и образует угольную кислоту (H2CO3), который понижает pH раствора и способствует электрохимическим реакциям между водным раствором и сталью [17-20]. Кроме того, углекислота соединяется с железом и образует коррозионные вещества. слой карбоната железа (FeCO3). Сера - главный фактор, вызывающий атмосферную коррозию, она присутствует в окружающей среде в различных формах, таких как сера, оксиды, сероводород и т. д., которые могут легко вступать в реакцию с влагой присутствующей в окружающей среде и понижая ее pH [21]. Оксиды азота также являются основным источником загрязнения. Выбросы оксида азота образуются в результате сжигания ископаемого топлива при высокой температуре. Дорожные транспортные средства и электростанции являются основным источником NOx. эмиссия. В основном NO образуется после процесса сгорания, затем он реагируют с кислородом окружающей среды и образуют NO2 [6]. Хлор – это естественный загрязнитель морской атмосферы. В связи с роспуском хлора во влаге, присутствующей в прибрежных регионах, скорость коррозии выше по сравнению с другими регионами. Высокая скорость коррозии в морской атмосфере также обусловлена гигроскопичностью соли, такие как NaCl, MgCl2 и т. д., так что критическая относительная влажность уменьшилось. Соленость атмосферы увеличивается из-за наличия хлорид-ионов. Было исследовано, что хлорид-ион является наиболее агрессивным агентом, разрушающим защитный слой и способствующим дальнейшему растворению материала [22-24]. Таблица 2 показывает эффект различных загрязняющих веществ на коррозионное поведение различных технических материалов. 3.5. Твердые частицы (ТЧ) Твердые частицы (ТЧ) образуются различными способами, такими как: сжигание топлива, сельское хозяйство, строительство и т. д. Различные размеры ПМ (от микро до нанометров) были взвешены в окружающей среде. Они легко впитывают влагу из окружающей среды и нанесен на поверхность материала. Эти элементы также отвечает за снижение критической относительной влажности (CRH). Осажденный слой твердых частиц также содержит растворенные загрязняющие вещества, такие как NOx, SOx и CO2. Наряду с ПМ эти загрязненные элементы также увеличивают скорость коррозии за счет ускорения электрохимические реакции [29]. Были проведены многочисленные исследования. проведено для изучения влияния PM на различные материалы [30-32]. Saha et al. [32] изучали роль твердых частиц в исследование коррозии меди для трех различных промышленных сред. Авторы обнаружили, что SO2 легко абсорбируется влажным осажденный слой ПМ, ускоряющий коррозионные реакции. 4. Коррозионный анализ и характеристики Анализ коррозии используется для прогнозирования срока службы материалов. Это включает измерение скорости коррозии, морфологии поверхности и анализ ржавчины [10]. Измерение скорости коррозии осуществляется гравиметрические и электрохимические методы. В гравиметрическом анализе скорость коррозии рассчитывается простым измерением веса потери после коррозии, обсуждаемые в ASTM G1 [33]. Однако электрохимические измерения очень эффективны и требуют меньше времени для изучения коррозии материала. Осуществляется с помощью потенциостата, в котором используются три электрода, а именно электрод сравнения, противоэлектрод и рабочий электрод. Qiao et al. [34] изучили атмосферная коррозия оцинкованной стали на корродированном и не корродированном образце. Значения плотности тока коррозии (icorr) и потенциала снижения коррозии (Ecorr) были рассчитаны с использованием экстраполяции графика Тафеля, а также проведены расчеты скорости коррозии. используя уравнение, приведенное в [6]. Cui et al. [35] измерили скорость коррозии сплавов Mg в открытом выдержка в атмосфере от 1 до 24 месяцев по графику Тафеля. В результаты показали, что плотность тока на аноде и катоде уменьшается со временем экспозиции. С другой стороны, несколько исследователей [9,12,35] провели исследования атмосферной коррозии с использованием спектроскопия электрохимического импеданса (EIS). Характеристика металлов и сплавов в атмосферных условиях. Коррозия обычно осуществляется различными методами, такими как сообщили исследователи. Оптическая микроскопия (ОМ) имеет был использован для проведения морфологических исследований поверхности. Морфология поверхности корродированного и не корродированного материала исследуется для лучшей визуализации микроструктур, микро или нано ямки, трещины и т. д. Сейчас существуют различные передовые методы, такие как сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), пропускание электронная микроскопия (ПЭМ) и т. д. используются для микроструктурный анализ корродированного материала [2,36-38] Анализ ржавчины проводится с помощью FTIR, XRD, EDS и др. Alcantara et al. исследовали SEM-изображения корродированных компонент и обнаружил, что по мере увеличения отложения хлоридов, ржавчина стала крупной и чешуйчатой. FeOOH (оксигидроксид железа) был обнаружен в трех формах продуктов коррозии. в зависимости от окружающей среды. Это a-FeOOH (геотит), b-FeOOH (акагнит) и c-FeOOH (лепидокрокит) [38]. Среди всех a-FeOOH оказался более стабильной фазой, чем образует более плотный слой на поверхности стали и снижает скорость коррозии. Также сообщалось, что a-FeOOH был обнаружен в нижний слой ржавчины, где концентрация кислорода была минимум [39]. Кроме того, a- FeOOH и c- FeOOH обычно образуется в промышленных и городских условиях, где загрязнение уровень был слишком высоким [40]. c- FeOOH превращается в наиболее стабильная фаза, т.е. a-FeOOH после длительного воздействия. б-FeOOH существовала в среде, содержащей хлорид, например, в прибрежной зоне и в районе, где применялась противообледенительная соль и ее концентрация наблюдалось выше на самой внешней поверхности [38]. 5. Влияние атмосферной коррозии на механические свойства. Обычно в атмосфере возникают два типа коррозии: локальная коррозия и равномерная коррозия. Равномерная коррозия ведет к увеличению шероховатости поверхности и уменьшению толщины материала. Более того, локальная коррозия, такая как точечная коррозия. очень вредно по сравнению с равномерной коррозией. Форма ямы на поверхность материала увеличивала концентрацию локализованных напряжений, которые могут ухудшить механические свойства материала [41]. Атмосферная коррозия - обычное явление, которое может можно увидеть на таких конструкциях, как железнодорожный мост и т. д. Эти конструкции подвергается циклической нагрузке. Поэтому важно изучить влияние атмосферной коррозии на механические свойства, такие как усталостные свойства, предел прочности при растяжении и т. д. Sankaran et al. [42] изучили Усталостная долговечность образца, корродированного испытанием в солевом тумане. Они обнаружили, что Усталостная долговечность после коррозии снижается в 6-8 раз. Таблица 3 показывает влияние коррозии на механические свойства различных конструкционные материалы из-за атмосферной коррозии. Sichao et al. [45] изучили коррозионное поведение магниевого сплава (AZ31). погружают в раствор с фосфатным буфером (PBS). Это было заметил, что модуль Юнга и удлинение образца снижается до 10% и 20% соответственно после 28 дней погружения в растворе. Уменьшение модуля Юнга было главным образом за счет уменьшения эффективной площади нагружения после питтинговой коррозии. Однако предел прочности не уменьшился более чем на 5%. Это произошло за счет противодействия уменьшению эффективная зона загрузки и затупляющиеся выемки, сделанные в результате точечной коррозии коррозия. Vera et al. [47] сравнили влияние атмосферной коррозии на механические свойства оцинкованной стали и углеродистой стали. стали после 3 лет эксплуатации в промышленных и морских условиях. было обнаружено, что снижение значений ударной вязкости были больше для углеродистой стали в прибрежных и промышленных средах до 70–80%. Этот эффект оказался несущественным в оцинкованной стали, доля которой за тот же период составила 15%. Авторами предложена обзорная статья на тему атмосферной коррозии материалов и их влияние на механические свойства. В первой главе рассказывается об актуальности проблемы. Во второй главе описывается атмосферная коррозия и её классификация. В третьей главе описываются основные факторы, влияющие на скорость атмосферной коррозии. В выводах авторами приведены следующие утверждения: 1) наибольшее воздействие оказывает относительная влажность воздуха; 2) основными причинами коррозии в морской атмосфере и промышленной атмосфере является наличие хлорид-ионов и оксида серы IV соответственно; 3) если значение потери массы из-за коррозии достигает 5% и более, механические свойства материала значительно ухудшаются. Эта работа может быть интересна для людей, занимающихся наукой о коррозии. |