Методи визначення швидкостi корозiйного руйнування металiв

     “ Таблиця  4.1. 10-бальна шкала для оцінки загальної корозійної стійкості металів ”

 
 

     5. ВИБІР ПОКАЗНИКА КОРОЗІЇ ТА МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ШВИДКОСТІ КОРОЗІЙНОГО РУЙНУВАННЯ МЕТАЛІВ 

     Методи  оцінки корозії пов'язані з наявністю  як якісних, так і кількісних методів. Методи якісної оцінки грають істотну, хоча і допоміжну роль, дозволяючи отримати уявлення про характер і інтенсивність процесу корозії.. При прискорених випробуваннях, а також в лабораторних  дослідженнях поважно правильно вибрати не лише метод випробування, але і показник корозії. Найбільш широкого поширення при оцінці корозійної стійкості матеріалів   набули   наступні показники корозії:

1. Зміна маси зразків (ваговий метод).
2. Зміна кількості водню, що виділився в процесі корозії , або кількості поглиненого кисню (об'ємний метод).
3. Визначення глибини проникнення корозії.
4. Зміна в результаті корозії механічних властивостей зразків.
5. Зміна в результаті корозії відбивної здатності поверхні металу.
6. Зміна в результаті корозії електричного опору зразків.
7. Визначення часу до появи першого вогнища корозії.
8. Визначення вогнищ корозії, з’явившигося за даний проміжок часу.
9. Визначення часу, необхідного для появи корозії на певній частині поверхні (10 або 50%).
10. Визначення кількості металу, що перейшов в розчин в процесі корозії [3].

 
 
 
 
 
 
 

     5.1. ОБ’ЄМНИЙ МЕТОД 

     Суть  цього методу полягає у визначенні об'єму газу, що виділяється або  поглинається в процесі корозії. Якщо корозія протікає з водневою деполяризацією, тоді виділяється водень; якщо з кисневою деполяризацією –  йде поглинання кисню. Об'єм газу, що виділився або поглинений в процесі корозії за одиницю часу, віднесений до одиниці поверхні зразка, називається об'ємним показником корозії. Швидкість корозії пропорційно об'єму газу, що виділився.

     Для виміру об'єму  водню що виділився, наприклад при корозії магнієвих сплавів в розчинах NaCl, Al та інших сплавів в кислих розчинах, приміняють прибори -  водневі корозіметри  ( Рис. 5.1.1) . В наповнений розчином прибор встановлюють зразок і вимірюють об'єм водню за допомогою бюретки, що виділяється, встановленого над зразком так, як це показано на (Рис.5.1.1 ). Спочатку звіти проводять часто ( через 0,5 ;1;2;5 хв., потім 10,30 хв. 1, 2,  5 год. і т.д. ).

       
 
 
 
 
 
 

     “ Рис. 5.1.1. Водневий корозіметр найпростішої конструкції. ”

     При вимірах встановлюють умовний нуль - час, необхідний для приміщення зразка в розчин. При масових корозійних випробуваннях зручніше користуватися корозіметром, запропонованим Акимовим, зовнішній вигляд якого представлений на  ( Рис.5.1.2.) Прилад складається з комплекту мірних градуйованих бюреток 3, кожна з яких має вузьку і широку частини і відповідно два ступені відліку. Внизу кожна бюретка закінчується невеликим дзвоном із скляним гачком для підвішування зразків.

       
 
 
 
 
 
 
 

     Рис.5.1.2. Вдосконалений водневий корозіметр

     Всі бюретки за допомогою розбірного тримача 2, що забезпечує їх швидкий  підйом і опускання, укріплені в  штативі 4. Бюретки сполучені гумовим  шлангом з водоструминним насосом  і заповнюються розчином через кран 1.

     Результати  випробувань представляють у вигляді кривих корозія — час або швидкість корозії — час. Швидкість корозії при цьому виражають в см³/(см²·год). Для розрахування втрат металу (по масі) по кількості водню, що виділився, користуються формулою :

     K_{(по масі)} = (2А/nV_H) К _{(об’ємна)}                                                 5.1.1.

     Де   K_{(по масі)} – кількість металу, що перейшла в розчин за час випробування, г

     А — атомна маса металу, г;

     n – валентність іона металу;

     V_H  - 23804 см³ — об’єм 1 моля водню при 17° С і тиску 1 бар;

     К _{(об’ємна)} – об’єм  водню, що виділився за час випробування, см³.

     Для випадку розчинення магнію і його сплавів формула має вигляд :

     K_{(по масі)} = 1·10^-3 · К _{(об’ємна)}                                                     5.1.2.

     В описаному корозіметрі кількість виділившигося газу визначається по величині витисненого об'єму розчину в градуйованій бюретці.

     У всіх випадках при визначенні корозії по кількості поглиненого кисню необхідно стежити за тим, щоб випробування не проводилися при недоліку кисню. Для цієї мети необхідно періодично оновлювати атмосферу в реакційному посуді. Звичайне оновлення виробляють з таким розрахунком, щоб кількість поглиненого кисню не перевищувала 10% загального запасу кисню в посудині. Це легко визначити, знаючи об'єм судини і об'єм поглиненого кисню в процесі корозії за даний проміжок часу.

     Прилад, приведений на (Рис. 5.1.3.), дозволяє проводити  випробування не лише при зануренні в електроліт, але і при періодичному змочуванні зразків електролітом і просто  у  вологій атмосфері. Спеціальний пристрій  у вигляді скляного поплавка 9, на якому підвішуються зразки 8, періодично при замикані   ланцюзі   електромагніту 11 занурюється  в електроліт, а при 3 виключенні   струму   знов спливає. Виміри  проводяться по пересуванню   краплі розчину 4   в   манометричній трубці 3. Пробка 5 і кран 7 служать для періодичного освіження атмосфери.

       
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис 5.1.3. Прилад для визначення швидкості корозії по кількості поглиненого кисню в умовах періодичного змочування електролітом і у вологій атмосфері.

Одночасно в такому приладі  може випробовуватись до восьми однакових зразків розміром 20 ^X 30 мм. При вимірі корозії об'ємними методами можуть виникати помилки унаслідок зміни температури, наявності змішаних процесів деполяризацій і зміни тиску. При застосуванні об'ємних методів необхідно ретельне термостатування, а вплив зміни тиску (при точних вимірах) враховувати, приводячи виміряну кількість газу до нормальних умов.

     Якщо  корозія супроводиться одночасним поглинанням кисню і виділенням водню, конструкція приладу ускладнюється, в нім має бути передбачена можливість прожигу водню, що досягається таким чином. У кришку судини упаюють платинові контакти, сполучені з платиновою спіраллю, що знаходиться усередині приладу. Через спіраль пропускається так. Стикаючись з розжареною спіраллю, водень який знаходиться в судині згорає. Якщо метал утворює оксиди або гідрооксиди одної валентності, кількість поглиненого кисню легко перерахувати і кількість металу, що руйнується; якщо ж в процесі корозії утворюються з'єднання з різною мірою окислення, наприклад в заліза, то необхідно визначити долю цих з’єднань в продуктах корозії.

      При прискорених випробуваннях оцінку корозії об'ємними методами при змішаному характері деполяризації, очевидно, застосовувати недоцільно, тому опис таких приладів не приводиться [2]. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5.2. ВАГОВИЙ ( МАСОВИЙ ) МЕТОД 

     Цей метод являється найбільш простим  та надійним, так як він безпосередньо  вказує на кількість металу, зруйнованого корозією. Цей метод використовують у тих випадках, якщо корозія має більш рівномірний характер, і зазвичай приміняють при вивченні корозії цинку та міді.

     Якщо  – m₀ початкова маса зразку, m₁ – маса зразку після корозії, F – поверхність зразку і t – час, то швидкість дифузії K можна визначити з співвідношення :

     К = (m₀ - m₁)/ F t                                                5.2.1

     Швидкість корозії зазвичай виражають в  г/(м²·год) або мг/(см²·год). При визначені цього показника важливо чітко видалити продукти корозії. Іноді вони видаляються простим механічним дійством ( щіткою ). Якщо продукти корозії видаляються погано, то приміняють спеціальні електроліти, які розчиняють продукти корозії, не реагуючи при цьому з металом.

     При вагових методах можна користуватися  простим методом, так після зняття продуктів корозії, висушування і звішування зразку на нього накладається шматок кальки і роблять замальовку всіх місць, піддавшихся корозії. Замальовані частини кальки вирізають та зважують на аналітичних вагах. Знаючи масу одиниці площі кальки, можна легко розрахувати полощу, зайняту корозією.

     В деяких випадках корозію можна визначати  по збільшенню маси зразків. Однак цим  методом можна користуватись  лише у тих випадках, коли продукти корозії добре щеплені з поверхнею  металу і є впевненість в тому, що вони в процесі не будуть осипатись. Метод дає непрямі результати, так як визначення істинної корозії  необхідно знати склад продуктів корозії, який на жаль не завжди відомий [1]. 
 
 

     5.3. ВИЗНАЧЕННЯ ГЛИБИНИ ПРОНИКНЕННЯ КОРОЗІЇ 

     Коли  корозія носить виключно нерівномірний характер, що спостерігається, наприклад, на алюмінієвих сплавах і неіржавіючих сталях, показник зміни маси металу має бути доповнений глибинним показником, який характеризує дійсну глибину проникнення корозії.

     Існує ряд приладів для виміру глибини  корозії. Найбільш точні — оптичні прилади. При достатньому навику глибина корозійної поразки може бути визначена за допомогою звичайного мікроскопа методом фокусування оптичної схеми спочатку на плоскість, співпадаючу з верхнім краем виразки, а потім на плоскість дна виразки. По різниці відліків на мікроскопічному гвинті судять про глибину пітингу.

     Останнім  часом для визначення глибини  проникнення корозії застосовують подвійний мікроскоп В. П. Лінника, принцип дії якого заснований на створенні оптичного перетину поверхні, що підлягає дослідженню [4]. Оптична схема цього приладу приведена на (Рис.5.3.1.) Мікроскоп має два тубуса А і В, змонтованих під кутом φ до нормалі Ca₁. Тубус В є звичайним мікроскопом з об'єктивом О₁ в окуляром К. Останній встановлюється так, щоб точка зображення а₂ об'єктиву О₁, лежала в його фокальній площині.

     Тубус А служить для напряму вузького пучка світла на поверхню НН. Для цього в плоскості зображення об'єктиву 0₂ є щілина, що світиться а. Якщо вузький пучок світла направити на дзеркально відполіровану поверхню, то зображення а- щілини а спроектуєте в крапці а₂. В окулярі К ми побачимо зображення щілини а, співпадаюче з оптичною віссю.

     

     Рис. 5.3.1. Оптична схема подвійного мікроскопу В.П.Лінника.

     Таким чином, маючи в полі зору корозійну  язву, разом з нею можна спостерігати хвилясту лінію, що точно повторює профіль язви в перевернутому вигляді. (Рис.5.3.2.)

      На цьому приборі можна вимірювати корозійні ураження в границях від 10 до 100 мкм. При наявності спеціальної оптики границі вимірів можуть бути розширені від 1-2 мм до 0,01-3 мкм.