С тех пор как человечество начало использовать металлы, проблема их разрушения под воздействием окружающей среды не теряет актуальности. Коррозия сопровождает нас повсеместно — от бытовых предметов до промышленных конструкций. Хотя современная наука детально изучила этот процесс, исследования продолжаются, так как каждый год появляются новые материалы и технологии, требующие особых подходов к защите.

Природа коррозионных процессов

Термин «коррозия» ведет свое происхождение от латинского слова «corrodere», что буквально означает «разъедать». Это понятие охватывает как сам процесс разрушения, так и его видимые последствия. 

Российский стандарт ГОСТ 5272-68 определяет коррозию металлов как их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Международная организация по стандартизации ISO дает более широкую трактовку, включая в это понятие любые физико-химические изменения, ухудшающие функциональные характеристики материала или всей технической системы.

Коррозия представляет собой самопроизвольный процесс, обусловленный фундаментальными законами термодинамики. Большинство металлов в природе находятся в виде соединений (оксидов, сульфидов и других), и при их получении в чистом виде затрачивается значительная энергия. В процессе эксплуатации вещества стремятся вернуться в более устойчивое состояние, что и приводит к их разрушению.

Основные механизмы коррозии

Коррозионные процессы могут протекать в самых разных условиях, но все их многообразие можно свести к нескольким фундаментальным механизмам. Наиболее важное значение имеет разделение по типу взаимодействия металла с окружающей средой.

Химическая коррозия происходит при непосредственном контакте материала с агрессивными веществами без участия электролитов. В этом случае атомы металла напрямую взаимодействуют с окислителями, образуя химические соединения. Такой тип разрушения характерен для работы в неэлектропроводящих средах — органических жидкостях (бензоле, керосине, спиртах) или газах при повышенных температурах.

Схема химической коррозии

На поверхности металла образуется оксидная пленка, свойства которой определяют дальнейшее развитие процесса. У алюминия, хрома или цинка эта пленка плотная и прочно сцеплена с основой, эффективно защищая металл. В отличие от них, оксиды железа рыхлые и пористые, что позволяет разрушительным процессам проникать вглубь материала.

Химическая коррозия особенно опасна для деталей, работающих в экстремальных условиях — элементов двигателей, химических реакторов, промышленных печей.

Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с электролитом — средой, способной проводить электрический ток. Поверхность любого металлического изделия неоднородна — она содержит микровключения других элементов, структурные дефекты, что создает условия для образования множества микроскопических гальванических элементов.

Схема электрохимической коррозии 

В таких условиях более активный металл (анод) начинает разрушаться, а менее активный (катод) остается практически неизменным. Для запуска этого процесса достаточно тонкого слоя электролита — даже повышенной влажности воздуха (от 65%). Поэтому электрохимическая коррозия может развиваться не только на открытом воздухе, но и в закрытых помещениях.

Скорость процесса зависит от нескольких факторов:

• разности потенциалов между металлами в паре;
• кислотности среды — чем ниже pH, тем быстрее идет процесс;
• температуры — при ее повышении скорость деструкции увеличивается;
• концентрации кислорода в электролите

Особые виды коррозионных процессов

Помимо основных типов, существуют специфические формы коррозии, имеющие важное практическое значение. Биокоррозию вызывают микроорганизмы, которые либо непосредственно используют материал как питательную среду, либо выделяют агрессивные продукты жизнедеятельности (сероводород, углекислый газ, органические кислоты). Этот процесс особенно активен в почвах определенного состава, сточных водах, других средах с высокой биологической активностью.

Электрокоррозия возникает под действием блуждающих токов, которые могут появляться в результате утечек из электрических сетей или работы электротехнического оборудования. Этот вид разрушения особенно опасен для подземных коммуникаций, судовых корпусов, портовых сооружений.

Интересное явление представляет собой пассивация — способность некоторых сплавов образовывать на поверхности плотные защитные пленки в определенных средах. Например, железо становится пассивным в концентрированной азотной кислоте, а алюминий — на воздухе. Это свойство активно используется при создании нержавеющих сталей и других коррозионностойких сплавов.

Классификация по условиям протекания и характеру разрушений

Разнообразие условий эксплуатации металлических конструкций порождает множество форм коррозионных процессов. Каждая среда и тип нагрузки создают особые механизмы разрушения, требующие специфических подходов к защите:

• Атмосферная коррозия представляет собой наиболее распространенный вид разрушения, происходящий при контакте с воздушной средой. Основным окислителем здесь выступает кислород, а катализатором процесса — влага, содержащаяся в атмосфере. 
• Газовая развивается при высоких температурах в агрессивных газовых средах. Этот процесс характерен для промышленного оборудования — печей, теплообменников, двигателей внутреннего сгорания. 
• Жидкостная охватывает все случаи разрушения в жидких средах, которые могут быть как электролитами (водные растворы солей, кислот, щелочей), так и неэлектролитами (органические жидкости, расплавы солей). 
• Почвенная поражает подземные конструкции и коммуникации. Ее особенность — неравномерность и сложность прогнозирования, так как разные участки грунта могут существенно отличаться по составу, влажности и аэрации. 
• Коррозия под действием блуждающих токов возникает при утечке электричества в землю или воду. Источниками могут быть электрифицированный транспорт, сварочное оборудование, системы катодной защиты. Металл в этом случае разрушается на участке выхода тока в окружающую среду.
• Контактная проявляется при соединении разнородных металлов в присутствии электролита. Более активный элемент или сплав становится анодом и интенсивно разрушается. Этот эффект необходимо учитывать при проектировании металлических конструкций и выборе материалов.
• Коррозия под напряжением возникает при одновременном воздействии агрессивной среды и механических нагрузок. Постоянное или циклическое напряжение ускоряет процесс разрушения, способствуя образованию трещин. Особенно опасна эта форма для ответственных конструкций — мостов, кранов, трубопроводов высокого давления.
• Фреттинг-коррозия развивается в местах контакта деталей, испытывающих микросмещения или вибрации. Постоянное трение разрушает защитные пленки, обнажая свежий слой для агрессивного воздействия среды. Этот вид повреждений характерен для подшипников, резьбовых соединений, электрических контактов.
• Коррозионная эрозия сочетает химическое воздействие среды и механическое истирание поверхности. Она наблюдается в трубопроводах при транспортировке абразивных сред, на лопастях гидротурбин, в насосном оборудовании. Особенность этого процесса — синергетический эффект, когда совместное действие факторов приводит к большим разрушениям, чем их простая сумма.

По характеру разрушения коррозия может быть сплошной (равномерной или неравномерной) и локальной. Последняя особенно опасна, так как часто остается незамеченной до появления серьезных повреждений. 

К локальным видам относятся:

• точечная (питтинговая) коррозия;
• межкристаллитная — по границам зерен; 
• подповерхностная — развивается под внешне неповрежденной поверхностью;
• ножевая — в зонах сварных швов;
• коррозионное растрескивание.

Последствия и методы защиты

Коррозия наносит огромный экономический ущерб — ежегодные потери составляют до 20% мирового производства стали. Но гораздо опаснее возможные аварии и катастрофы, вызванные разрушением ответственных конструкций — мостов, зданий, трубопроводов, судов.

Современные методы защиты можно разделить на несколько групп:

• покрытия (лакокрасочные, металлические) создают барьер между металлом и агрессивной средой;
• легирование изменяет состав металла, повышая его коррозионную стойкость;
• протекторная защита использует принцип гальванических пар, жертвуя более активным металлом;
• электрохимические методы позволяют управлять потенциалом защищаемой конструкции;
• ингибиторы изменяют свойства среды, замедляя процесс разрушения.

Коррозия — неизбежный природный процесс, но современные технологии позволяют снизить его разрушительное воздействие в десятки раз. Грамотно подобранные методы защиты сохраняют металлоконструкции на протяжении 30-50 лет, что делает антикоррозионную обработку экономически выгодной долгосрочной инвестицией. Именно поэтому научные исследования в этой области не прекращаются — каждый год появляются новые составы и технологии, превосходящие предыдущие поколения по эффективности и долговечности.

ООО «Стройиндустрия плюс» уже более 20 лет занимается разработкой и поставкой эффективных антикоррозионных материалов. Компания предлагает широкий ассортимент специализированных покрытий для различных условий эксплуатации, помогая предприятиям Самары и других городов РФ значительно продлевать срок службы металлоконструкций и снижать затраты на их обслуживание.