Коро́зія мета́лів — самопливне руйнування металів і сплавів, а також інших речовин внаслідок хімічної, електрохімічної або фізико-хімічної взаємодії з навколишнім середовищем. До основних видів корозії за її механізмом відносять хімічну, електрохімічну, а також біологічну.
Загальна характеристика Корозія — це природний процес, який перетворює очищений метал на більш хімічно сталу форму — його оксид, гідроксид, карбонат або сульфід. Це поступове руйнування матеріалів (зазвичай металів) шляхом хімічної та / або електрохімічної реакції з довкіллям. Корозійна інженерія — це галузь, яка займається контролем та запобіганням корозії.
У найпоширенішому значенні це слово означає електрохімічне окиснення металу внаслідок реакції з окисником, як-от кисень або сульфати. Іржавіння, утворення оксидів заліза, є відомим прикладом електрохімічної корозії. Цей вид пошкоджень, як правило, утворює оксид (и) або сіль (і) первинного металу і призводить до характерного помаранчево-бурого забарвлення. Корозія може також виникати у неметалах, як-от кераміка або полімери, хоча у цьому сенсі визначення «деградація» є більш придатним. Корозія знижує корисні властивості матеріалів і конструкцій, як-от: міцність, зовнішній вигляд та проникність щодо рідин і газів.
Багато конструктивних сплавів піддаються корозії лише під впливом вологи в повітрі, але на процес може сильно вплинути дія певних речовин. Корозія може бути зосереджена локально, утворюючи заглибину чи тріщину, або вона може поширюватись на широку площу, більш-менш рівномірно корозуючи поверхню. Оскільки корозія — це процес, керований дифузією, вона виникає на відкритих поверхнях. Отже, способи зниження активності відкритої поверхні, тобто пасивація і хроматування, можуть підвищити корозійну стійкість матеріалу. Пасивація полягає у нанесенні на метал хімічним або електрохімічним шляхом оксидних, фосфатних й інших плівок. Проте, деякі механізми корозії менш помітні та менш передбачувані.
Хімія корозії складна; її можна вважати електрохімічним явищем. Під час корозії в певній точці на поверхні предмета, виготовленого із заліза, відбувається окислення, і ця пляма починає поводити себе як анод. Електрони, що вивільняються в цій анодній плямі, рухаються крізь метал і переходять до іншої точки на металі, відновлюючи кисень у цьому місці в присутності H+ (який, як вважають, доступний з H2CO3, що утворюється внаслідок розчинення вуглекислого газу з повітря у воді в вологому повітрі атмосфери. Іон водню у воді також може бути доступним завдяки розчиненню інших кислотних оксидів з атмосфери). Ця пляма — катод.
На перебіг корозії великий вплив має pH середовища через водневу або кисневу деполяризацію.
Різновиди корозії
Розрізняють:
За видом руйнування корозія буває:
суцільна (корозія протікає по всій поверхні металу); місцева (корозія локалізується на окремих ділянках поверхні); загальна, яка і собі поділяється на: — рівномірну (корозія протікає з однаковою швидкістю по всій поверхні металу); — нерівномірну (корозія протікає на різних ділянках поверхні з неоднаковою швидкістю); — вибіркову (корозія руйнує окремі компоненти металу). За типом корозійного руйнування виділяють:
корозію плямами (діаметр поразок більший за їх глибину); виразкову корозію (глибоке ураження ділянки поверхні обмеженої площі); точкову або пітінгову корозію (малі поперечні розміри при значній глибині); наскрізну корозію (руйнування металевого виробу наскрізь, у вигляді свищів); ниткоподібну корозію (руйнування металу під шаром неметалевих покриттів у вигляді ниток); підповерхневу корозію (починається з поверхні, але переважно поширюється під поверхнею металу, спричиняючи його спучування та розшарування); міжкристалітну корозію (руйнування зосереджено за межами зерен металу чи сплаву); ножову корозію (протікає вздовж зварного з'єднання у дуже агресивних середовищах); корозійне розтріскування (протікає при одночасному впливі корозійного середовища та розтягуючих залишкових або прикладених механічних напруг). За характером взаємодії металу із середовищем розрізняють:
хімічну корозію (руйнування металу при хімічній взаємодії з агресивним середовищем, яким є неелектроліти — рідини та сухі гази); електрохімічну корозію (руйнування металу під впливом електроліту при перебігу двох самостійних, але взаємопов'язаних процесів — анодного та катодного): — анодна електрохімічна корозія — це окислювальний процес, який відбувається із розчиненням металу; — катодна електрохімічна корозія — це відновлювальний процес, обумовлений електрохімічним відновленням компонентів середовища. За умовами перебігу корозійного процесу розрізняють:
газову корозію (протікає при підвищених температурах і повній відсутності вологи на поверхні); атмосферну корозію (протікає в повітрі; є три види атмосферної корозії: у вологій атмосфері; у мокрій атмосфері; у сухій атмосфері); рідинну корозію (корозія металів у рідкому середовищі; розрізняють корозію: в електролітах і в неелектролітах); підземну корозію (корозія металів, що спричиняється дією розчинів солей, що містяться в ґрунтах); біокорозію (корозія металів внаслідок впливу мікроорганізмів або продуктів їхньої життєдіяльності); електрокорозію (виникає під дією зовнішнього джерела струму або блукаючого струму); щілинну корозію (корозія металу у вузьких щілинах, зазорах, у різьбових і фланцевих з'єднаннях металевого обладнання, що експлуатується в електролітах, у місцях нещільного контакту металу з ізоляційним матеріалом); контактну корозію (виникає при контакті різнорідних металів в електроліті); корозію під напругою (протікає при спільному впливі на метал агресивного середовища та механічних напруг); корозійну кавітацію (руйнування металу внаслідок одночасного корозійного та ударного впливу); корозійну ерозію (руйнування металу внаслідок одночасного впливу агресивного середовища та механічного зносу); фретинг-корозію (локальне корозійне руйнування металів при впливі агресивного середовища в умовах коливального переміщення двох поверхонь, що труться відносно один одного); структурну корозію (обумовлена структурною неоднорідністю металу); термоконтактну корозію (виникає за допомогою температурного градієнта, обумовленого нерівномірним нагріванням поверхні металу. За корозійною агресивністю виділяють чотири основні середовища, що охоплюють тією чи іншою мірою всі нафтогазопромислові умови.
Неаероване середовище без сірководню. Середовище в цих умовах ніколи не контактувало з киснем повітря або його видалено до концентрації менше 0,05 мг/л. Неаероване середовище із сірководнем. Немає контакту з киснем повітря, а вміст розчиненого сірководню — понад 1 мг/л. Аероване середовище без сірководню. Вміст розчиненого кисню в середовищі перевищує 0,05 мг/л, а сірководню — менше 1 мг/л. Аероване середовище із сірководнем. Вміст розчиненого сірководню більше 1 мг/л, і є контакт із киснем повітря.
Загальна і локальна корозія
Загальна (нерівномірна) корозія — це процес, що протікає на всій або на якій-небудь частині поверхні металу зі швидкістю 0,1–0,5 мм/рік. Результатом загальної корозії є суцільне руйнування поверхні металу або якої-небудь частини його поверхні. Крім того, глибина проникнення корозії на одних ділянках може бути дещо більше, ніж на інших. Значно частіше поверхня металу піддається локальній корозії, характерною особливістю якої є висока швидкість руйнування металу на окремих ділянках, що досягає 1–10 мм/рік. Наслідком локальної корозії є руйнування металу в глибину аж до появи наскрізних отворів, при цьому сусідні ділянки можуть практично не зачіпатися корозією. Основними видами локальної (місцевої) НКТ є:
пітингова (виразкова) корозія; корозія плямами;
корозія у вигляді борозенок (канавок); корозія у вигляді плато; мейза-корозія; контактна корозія; підплівкова корозія; гальванічна корозія.
Місцева (локальна) корозія буває у вигляді плям, виразок, точок (пітингова); вона може бути вибіркової (наприклад, знецинкування латуні), міжкристалітною (інтеркристалітною), транскристалітною; до місцевої корозії належить також корозійне розтріскування. В умовах експлуатації виробів для силового елементу конструкції найнебезпечніша міжкристалітна корозія корозійне розтріскування. Для резервуара, трубопроводу або реактора — точкова або виразкова корозія, оскільки порушується герметичність при появі хоча б одного наскрізного отвору. Для поверхонь тертя — загальна корозія.
Хімічна корозія Хімічна корозія відбувається в середовищах, які не проводять електричного струму. Вона обумовлюється дією на
метали неелектролітів (спирту, бензину, мінеральних мастил тощо) і сухих газів (кисню, оксидів азоту, хлору, хлороводню, сірководню та інше) при високій температурі (так звана газова корозія).
У результаті взаємодії металів із зовнішнім середовищем їх поверхня вкривається тонким шаром (плівкою) різних хімічних сполук (продуктів корозії): оксидів, хлоридів, сульфідів тощо. Інколи цей шар такий щільний, що крізь нього не може проникати агресивне середовище. В таких випадках з часом швидкість корозії зменшується, а то й зовсім припиняється. Наприклад, алюміній в атмосфері повітря кородує значно повільніше від заліза, хоч за своїми хімічними властивостями він активніший від заліза. Це пояснюється тим, що поверхня алюмінію вкривається суцільною, досить щільною і міцною оксидною плівкою, яка ізолює метал від доступу кисню. А оксидна плівка заліза, навпаки, є крихкою і ламкою, містить багато пор і тріщин, через що кисень повітря крізь неї легко проникає до поверхні заліза, і тим обумовлюється безперервне його руйнування.
Електрохімічна корозія
Електрохімічна корозія більш поширена і завдає значно більшої шкоди, ніж хімічна. Вона виникає при контакті двох металів у середовищі водних розчинів електролітів. На відміну від хімічної електрохімічна корозія супроводжується переміщенням валентних електронів з одної ділянки металу на іншу, тобто виникненням місцевих електричних струмів внаслідок утворення на кородуючій поверхні так званих гальванічних пар.
При зануренні цинкової пластинки в кислоту атоми цинку з її поверхні поступово переходять у розчин у вигляді іонів Zn2+, а їхні валентні електрони залишаються на поверхні металу. Внаслідок цього на границі метал—електроліт утворюється подвійний електричний шар. Внутрішню обкладку цього шару утворюють негативні заряди надлишкових електронів (позначених знаком «-»), а зовнішню обкладку — позитивні заряди іонів цинку (позначених знаком «+»). Внаслідок взаємного притягування протилежних зарядів іони цинку, що переходять у розчин, розміщуються поблизу поверхні металу. Нормальний електродний потенціал цинку складає -0,7618 В.
Подальший процес розчинення цинку стає можливим лише завдяки тому, що іони водню підходять до поверхні цинку і приєднують надлишкові електрони. При цьому іони цинку перестають утримуватись у подвійному електричному шарі негативними зарядами і вільно дифундують у глибину розчину, а на їх місце з поверхні металу переходять нові іони цинку і т. д. Таким чином, приєднання надлишкових електронів з поверхні металу іонами водню електроліту забезпечує безперервний перехід іонів цинку в розчин, тобто його розчинення, (кородування).
З цього виходить, що процес розчинення цинку в кислоті складається з двох паралельних процесів: з віддачі атомами цинку валентних електронів (окиснення цинку) і переходу іонів-цинку в розчин: (Метал) 2e ← Zn0 → Zn2+ (Розчин) і з приєднання надлишкових електронів іонами водню (відновлення іонів водню) і виділення вільного водню: (Метал) 2е + 2Н+ → 2Н° → Н2↑
Обидва ці процеси відбуваються на поверхні того самого металу — на цинковій пластинці. Але при певних умовах їх можна просторово роз'єднати. Так, коли поряд з цинковою пластинкою занурити в розчин мідну і обидві пластинки з'єднати металічним провідником, то перший процес (розчинення цинку) буде відбуватися на цинковій пластинці, а другий (відновлення іонів водню) — на мідній.