Laju korosi adalah parameter multifaktorial yang bergantung pada kondisi lingkungan eksternal dan sifat internal material. Dalam dokumentasi normatif dan teknis, ada batasan tertentu pada nilai yang diizinkan dari penghancuran logam selama pengoperasian peralatan dan struktur bangunan untuk memastikan operasi bebas masalah mereka. Dalam rekayasa, tidak ada metode universal untuk menentukan laju korosi. Ini karena kompleksitas memperhitungkan semua faktor. Metode yang paling dapat diandalkan adalah mempelajari riwayat pengoperasian fasilitas.
Kriteria
Saat ini, beberapa laju korosi digunakan dalam desain teknik:
- Menurut metode penilaian langsung: pengurangan massa bagian logam per satuan permukaan - indikator berat (diukur dalam gram per 1 m2 selama 1 jam); kedalaman kerusakan (atau permeabilitas proses korosi), mm/tahun; jumlah fase gas yang dilepaskan dari produk korosi; lamanya waktu di mana kerusakan korosi pertama muncul; jumlah pusat korosi per satuan luaspermukaan yang muncul selama periode waktu tertentu.
- Diperkirakan secara tidak langsung: kekuatan arus korosi elektrokimia; hambatan listrik; perubahan sifat fisik dan mekanik.
Indikator penilaian langsung pertama adalah yang paling umum.
Rumus perhitungan
Dalam kasus umum, kehilangan berat yang menentukan laju korosi logam ditemukan dengan rumus berikut:
Vkp=q/(St), di mana q adalah pengurangan massa logam, g;
S – luas permukaan tempat material dipindahkan, m2;
t – periode waktu, jam
Untuk lembaran logam dan cangkang yang terbuat dari itu, tentukan indeks kedalaman (mm/tahun):
H=m/t, m adalah kedalaman penetrasi ke dalam logam.
Ada hubungan berikut antara indikator pertama dan kedua yang dijelaskan di atas:
H=8, 76Vkp/ρ, di mana adalah densitas material.
Faktor utama yang mempengaruhi laju korosi
Kelompok faktor berikut mempengaruhi tingkat kerusakan logam:
- internal, terkait dengan sifat fisik dan kimia bahan (struktur fasa, komposisi kimia, kekasaran permukaan bagian, tegangan sisa dan operasi pada bahan, dan lain-lain);
- eksternal (kondisi lingkungan, kecepatan pergerakan media korosif, suhu, komposisi atmosfer, adanya inhibitor atau stimulan, dan lain-lain);
- mekanis (pengembangan retakan korosi, penghancuran logam di bawah aksi beban siklik,kavitasi dan korosi resah);
- fitur desain (pemilihan tingkat logam, celah antar bagian, persyaratan kekasaran).
Sifat fisika dan kimia
Faktor korosi internal yang paling penting adalah sebagai berikut:
- Stabilitas termodinamika. Untuk menentukannya dalam larutan berair, diagram Pourbaix referensi digunakan, di sepanjang sumbu absis di mana pH media diplot, dan di sepanjang sumbu ordinat, potensial redoks. Pergeseran potensial ke arah positif berarti stabilitas material yang lebih besar. Secara tentatif, ini didefinisikan sebagai potensial kesetimbangan normal logam. Pada kenyataannya, bahan menimbulkan korosi pada tingkat yang berbeda.
- Posisi atom dalam tabel periodik unsur kimia. Logam yang paling rentan terhadap korosi adalah logam alkali dan logam alkali tanah. Laju korosi menurun dengan bertambahnya nomor atom.
- Struktur kristal. Ini memiliki efek ambigu pada kehancuran. Struktur berbutir kasar itu sendiri tidak menyebabkan peningkatan korosi, tetapi menguntungkan untuk pengembangan penghancuran selektif intergranular batas butir. Logam dan paduan dengan distribusi fase yang homogen terkorosi secara merata, sedangkan yang memiliki distribusi tidak seragam terkorosi sesuai dengan mekanisme fokus. Susunan fase bersama menjalankan fungsi anoda dan katoda dalam lingkungan yang agresif.
- Ketidakhomogenan energi atom dalam kisi kristal. Atom dengan energi tertinggi terletak di sudut-sudut wajahkekasaran mikro dan merupakan pusat aktif pelarutan selama korosi kimia. Oleh karena itu, pemesinan bagian logam yang hati-hati (penggerindaan, pemolesan, penyelesaian akhir) meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Efek ini juga dijelaskan oleh pembentukan lapisan oksida yang lebih padat dan lebih kontinu pada permukaan yang halus.
Pengaruh keasaman sedang
Dalam proses korosi kimia, konsentrasi ion hidrogen mempengaruhi hal-hal berikut:
- kelarutan produk korosi;
- pembentukan film oksida pelindung;
- tingkat kerusakan logam.
Saat pH berada pada kisaran 4-10 satuan (larutan asam), korosi besi tergantung pada intensitas penetrasi oksigen ke permukaan benda. Dalam larutan alkali, laju korosi pertama-tama menurun karena pasif permukaan, dan kemudian, pada pH >13, meningkat sebagai akibat dari pelarutan film oksida pelindung.
Untuk setiap jenis logam ada ketergantungan intensitas penghancurannya sendiri pada keasaman larutan. Logam mulia (Pt, Ag, Au) tahan terhadap korosi dalam lingkungan asam. Zn, Al dengan cepat dihancurkan dalam asam dan basa. Ni dan Cd tahan terhadap alkali tetapi mudah terkorosi dalam asam.
Komposisi dan konsentrasi larutan netral
Laju korosi dalam larutan netral lebih bergantung pada sifat garam dan konsentrasinya:
- Selama hidrolisis garam didalam lingkungan korosif, terbentuk ion yang bertindak sebagai aktivator atau penghambat (inhibitor) penghancuran logam.
- Senyawa yang meningkatkan pH juga meningkatkan laju proses destruktif (misalnya, soda ash), dan senyawa yang mengurangi keasaman menurunkannya (amonium klorida).
- Dengan adanya klorida dan sulfat dalam larutan, penghancuran diaktifkan sampai konsentrasi garam tertentu tercapai (yang dijelaskan oleh intensifikasi proses anoda di bawah pengaruh ion klorida dan belerang), dan kemudian secara bertahap menurun karena penurunan kelarutan oksigen.
Beberapa jenis garam dapat membentuk lapisan yang tidak larut (misalnya, besi fosfat). Ini membantu melindungi logam dari kerusakan lebih lanjut. Properti ini digunakan saat menerapkan penetralisir karat.
Penghambat korosi
Penghambat korosi (atau penghambat) berbeda dalam mekanisme kerjanya pada proses redoks:
- Anoda. Berkat mereka, film pasif terbentuk. Kelompok ini termasuk senyawa berdasarkan kromat dan bikromat, nitrat dan nitrit. Jenis inhibitor terakhir digunakan untuk perlindungan interoperasional suku cadang. Saat menggunakan inhibitor korosi anodik, pertama-tama perlu ditentukan konsentrasi pelindung minimumnya, karena menambahkan dalam jumlah kecil dapat menyebabkan peningkatan laju kerusakan.
- Katoda. Mekanisme aksi mereka didasarkan pada penurunan konsentrasi oksigen dan, karenanya, perlambatan proses katodik.
- Perlindungan. Inhibitor ini mengisolasi permukaan logam dengan membentuk senyawa tidak larut yang disimpan sebagai lapisan pelindung.
Grup terakhir termasuk penetral karat, yang juga digunakan untuk membersihkan oksida. Mereka biasanya mengandung asam fosfat. Di bawah pengaruhnya, fosfat logam terjadi - pembentukan lapisan pelindung yang kuat dari fosfat yang tidak larut. Penetral diterapkan dengan pistol semprot atau roller. Setelah 25-30 menit, permukaan memperoleh warna putih-abu-abu. Setelah komposisi mengering, cat dan pernis diterapkan.
Tindakan mekanis
Peningkatan korosi di lingkungan yang agresif difasilitasi oleh jenis tindakan mekanis seperti:
- Tekanan internal (selama pencetakan atau perlakuan panas) dan eksternal (di bawah pengaruh beban eksternal). Akibatnya, terjadi ketidakhomogenan elektrokimia, stabilitas termodinamika material menurun, dan retak korosi terbentuk. Terutama cepat adalah penghancuran di bawah beban tarik (retak terbentuk pada bidang tegak lurus) dengan adanya anion pengoksidasi, misalnya, NaCl. Contoh tipikal perangkat yang mengalami kerusakan jenis ini adalah bagian dari ketel uap.
- Aksi dinamis bergantian, getaran (kelelahan korosi). Ada penurunan intensif dalam batas kelelahan, beberapa retakan mikro terbentuk, yang kemudian bergabung menjadi satu yang besar. Nomorsiklus kegagalan untuk tingkat yang lebih besar tergantung pada komposisi kimia dan fase logam dan paduan. Gandar pompa, pegas, bilah turbin, dan peralatan lainnya dapat mengalami korosi tersebut.
- Gesekan bagian. Korosi yang cepat disebabkan oleh keausan mekanis dari film pelindung pada permukaan bagian dan interaksi kimia dengan lingkungan. Dalam cairan, tingkat kehancuran lebih rendah daripada di udara.
- Dampak kavitasi. Kavitasi terjadi ketika kontinuitas aliran cairan terganggu sebagai akibat dari pembentukan gelembung vakum yang runtuh dan menciptakan efek berdenyut. Akibatnya, terjadi kerusakan alam yang dalam. Jenis korosi ini sering terlihat pada peralatan kimia.
Faktor Desain
Saat merancang elemen yang beroperasi dalam kondisi agresif, harus diperhitungkan bahwa laju korosi meningkat dalam kasus berikut:
- ketika logam yang berbeda bersentuhan (semakin besar perbedaan potensial elektroda di antara mereka, semakin tinggi kekuatan arus dari proses penghancuran elektrokimia);
- dengan adanya konsentrator tegangan mekanis (alur, alur, lubang, dan lain-lain);
- dengan kebersihan permukaan mesin yang rendah, karena hal ini menyebabkan pasangan galvanik hubung singkat lokal;
- dengan perbedaan suhu yang signifikan pada masing-masing bagian peralatan (sel galvanik termal terbentuk);
- dengan adanya zona stagnan (slot, gap);
- saat membentuktegangan sisa, terutama pada sambungan las (untuk menghilangkannya, perlu dilakukan perlakuan panas - anil).
Metode evaluasi
Ada beberapa cara untuk menilai tingkat kerusakan logam di lingkungan yang agresif:
- Laboratorium - menguji sampel dalam kondisi simulasi artifisial yang mendekati kondisi nyata. Keuntungan mereka adalah mereka memungkinkan Anda untuk mengurangi waktu belajar.
- Field - diadakan dalam kondisi alami. Mereka membutuhkan waktu lama. Keuntungan dari metode ini adalah memperoleh informasi tentang sifat-sifat logam dalam kondisi operasi lebih lanjut.
- Pengujian langsung benda logam jadi di lingkungan alam.
