Кіріспе

Анодтық участада шұңқырдың пайда болуымен сипатталатын жасырын локальдік коррозия түрі. Шұңқырлы коррозия немесе шұңқырлану – металл бетінде кездейсоқ кішкентай тесіктердің пайда болуына әкелетін өте локальдік коррозия түрі. Шұңқырлы коррозияның себебі – металл бетінің кішкентай бөлігінің пассивациясының бұзылуы, ол анодтық (тотығу реакциясы) болып келеді, ал белгісіз, бірақ кеңейе бермелі аймақ катодтық (тотығуға қарсы реакция) болады, нәтижесінде өте локальді гальваникалық коррозия пайда болады. Коррозия металлдың ішкі қабаттарына еніп, иондардың шектеулі диффузиясымен жүзеге асады. Тағы бір маңызды көрсеткіш – шұңқырлау коэффициенті, ол коррозия нәтижесінде пайда болған ең терең шұңқырдың тереңдігі мен орташа ену тереңдігінің арақатынасы ретінде анықталады және салмақ жоғалту арқылы есептелуі мүмкін.

Қаңқалаудың дамуы мен кинетикасы

Франкельдің (1998) піттингтік коррозияға жасаған шолуынша, ол үш кезеңде дамиды: (1) металл бетін тотығудан қорғайтын пассивті қабықшаның бұзылуы арқылы басталуы (немесе ядролануы), (2) тұрақсыз піттердің өсуі (микрондық деңгейге дейін өсіп, содан кейін қайта пассивтенуі), және (3) іріктеулі және тұрақты піттердің өсуі. Піттер тығыздығының (бірлік бетке шаққандағы піттер санының) уақытқа қатысты өзгеруі сигмоидтық қисық түрінде болады, бұл қисық логистикалық функция қисығының немесе гиперболалық тангенстің ерекше пішінімен сипатталады. Гуо және авторлар (2018) карбон болат бетінде нано және микро деңгейде байқалған жүздеген жеке піттерді статистикалық талдау нәтижесінде піттингтік коррозияның үш кезеңін анықтады: индукция, таралу және қанығу. Нүктелік ақаулар моделінің басты мақсаты – піттингтік коррозия процесінің стохастикалық сипатын түсіндіру.

Қақпақ ішіндегі капиллярлық электрофорез

Анодтық аймақта (мысалы, болат жағдайында) тотығудан босаған катиондармен толтырылған шұңқырдың ішінде ерітіндінің электронейтралдығын сақтау үшін аниондар тар шұңқырдың ішінде миграциялауы керек. Тиосульфат және хлорид аниондарының электрлік қозғалыс қабілеті сулы ерітіндідегі H+ және OH- иондарынан кейін ең жоғары екенін атап өткен жөн. Сонымен қатар, тиосульфат иондарының молярлық өткізгіштігі хлорид иондарына қарағанда жоғары, себебі олар екі есе теріс зарядталған (протонды қабылдауға бейім әлсіз негіз). Капиллярлық электрофорез кезінде тиосульфат хлоридке қарағанда жылдам қозғалады және одан бұрын элюаттанады. Екі анионның жоғары электрлік қозғалыс қабілеті SO4(2-) және NO3- сияқты басқа, одан аз зиянды ион түрлерімен салыстырғанда, олардың шұңқырлы коррозияға зиянды әсерін түсіндіретін көптеген факторлардың бірі болуы мүмкін.

Қиындыққа ұшыраған қорытпалар мен қоршаған ортаның жағдайы

Шұңқырлы коррозия – бұл диаметрі микрондардан миллиметрлерге дейін жететін, әйтпесе пассивті бетте пайда болатын локальдік бұзу. Ол тек белгілі бір қорытпалар мен ортаның комбинацияларында ғана кездеседі. Осылайша, коррозияның бұл түрі көбінесе хлоридтер (Cl–) немесе тиосульфаттар (S2O32–) сияқты агрессивті заттар бар ортада, тот баспайтын болат, никель қорытпалары, алюминий қорытпалары сияқты берік (пассивтеуші) оксидті пленкамен қорғалған қорытпаларда пайда болады. Ал, пассивті пленканың қорғау қабілеті төмен болған қорытпалар мен ортаның комбинациялары шұңқырлы коррозияны тудырмайды. Қорытпа мен ортаның өзара әсерінің маңыздылығын көміртекті болат мысалымен көрсетуге болады. pH мәні 10-нан төмен ортада көміртекті болат пассивтеуші оксидті пленканы қалыптастырмайды, ал хлорид қосылғанда беткейдің барлық бөлігі біркелкі бұзылады. Дегенмен, pH 10-нан жоғары (сілтілі) болғанда оксид қорғаныш қабаты болып табылады және хлорид қосылғанда шұңқырлы коррозия пайда болады. Хлоридтерден басқа, шұңқырлы коррозияға себеп болатын басқа аниондарға тиосульфаттар (S2O32–), фторидтер және йодидтер жатады. Сонымен қатар, тұнқырылған су жағдайлары мен еріген оттегінің төмен концентрациясы да шұңқырлы коррозияның пайда болуына жағдай жасайды. Тиосульфаттар – өте агрессивті заттар, олар пириттің (темір дисульфиді |FeS2) тотығуы немесе микроорганизмдер, әсіресе сульфатты азайтушы бактериялар (SRB) арқылы сульфаттың толық азайтылуы нәтижесінде пайда болады. Тиосульфаттар күкірт туындыларын өңдейтін көптеген салаларда коррозияға қауіпті: сульфид кендерін өңдеу, қышқылданған мұнайды тасымалдайтын мұнай ұңғымалары мен құбырлар, крафт қағазы өндіріс орналастырулары, фотоиндустрия, метионин және лизин зауыттары.

Редокс жағдайларының әсері

Жоғарыда аталған мысалда оксикалық жағдайлар катодтық аймақтарда ерігенді азайтумен қарастырылса да, питингтік коррозия аноксикалық немесе азайту жағдайында да пайда болуы мүмкін. Шындығында, күкірттің өте зиянды азайтылған түрлері (, , , , S0 және ) тек қана азайту жағдайында ғана сақталуы мүмкін. Сонымен қатар, болат және тот баспайтын болат үшін азайту жағдайлары қорғаныш оксид қабатының (іріткі γ) еріуіне жағдай жасайды, себебі ол ,-дан әлдеқайда ерігіш, сондықтан азайту жағдайлары қорғаныш оксид қабатының бұзылуына (шұңқырдың басталуы, ядросы) әсер етеді. Азайтушы заттар, коррозияны тежеу үшін қолданылатын тотықтырғыштарға (хромат, нитрит) қарсы әсер етеді, болатты қайтадан пассивациялауға (қайта жаңаруға) көмектеседі, тығыз γ қорғаныш қабатын құрайды. Осылайша, питингтік коррозия тотығу және азайту жағдайларында да пайда болуы мүмкін, ал нашар оттегіленген суларда дифференциалдық аэрация немесе кептіру/ылғалдану циклдары оны күшейтеді. Қатты азайту жағдайларында, судағы немесе жер асты суларындағы еріген оттегінің болмауы кезінде, катодтық орындардағы электрондарды қабылдағыш (тотықтырғыш) судың протондары (H+), сутек сульфидінің протондары (|H2S) немесе қышқыл жағдайда, бұрынғы оксидтік атмосферада пириттің күшті тотығуы кезінде еріген темір иондары (Fe3+) болуы мүмкін, олар өте күшті тотықтырғыштар екені белгілі. Күкірттің зиянды азайтылған түрлерінің болуын және күкірт циклін қамтамасыз ететін микробтық белсенділікті (мысалы, сульфидтің тотығуы, бактериялық сульфатты азайту) де ескеру қажет. Қатаң абиотикалық (яғни, бейорганикалық) коррозия процестері әдетте аноксикалық жағдайларда оксикалық жағдайларға қарағанда баяу жүреді, бірақ бактериялар мен биофильмдердің болуы деградация жағдайларын нашарлатып, күтпеген проблемаларды тудыруы мүмкін. Ұзақ қызмет мерзіміне есептелген маңызды инфрақұрылымдар мен металл компоненттер питингтік коррозияға ұшырауы мүмкін: мысалы, жоғары деңгейлі радиоактивті қалдықтарды (ЖРҚ) және өтелген ядролық отынды сақтауға арналған металл контейнерлер мен қаптамалар, оларды терең геологиялық қоймаларда бірнеше он мың жылға дейін су өткізбейтін қаптамаға орау үшін жасалған.

Қаптаманың коррозиясына байланысты инженерлік ақаулар

Бір ғана шұңқыр маңызды нүктеде үлкен зардапқа әкелуі мүмкін. Мысалы, 1992 жылғы 22 сәуірде Мексиканың Гвадалахара қаласында болған жарылыс, онда бензин булары кәрізде жиналып, шақырымдаған көшелерді қиратты. Бұл булар болат бензин құбыры мен мырышталған су құбыры арасындағы коррозиядан пайда болған бір тесіктен бензиннің ағуынан туындады. Қару да шұңқырға ұшырауы мүмкін, әсіресе, коррозиялық оқ-дәрілер қолданылғанда және қару дереу тазаланбағанда, ұңғысы зақымдануы мүмкін. Ұңғыдағы деформациялар қарудың дәлдігін айтарлықтай төмендетуі мүмкін. Қару ұңғыларындағы шұңқырларды азайту үшін қазіргі заманғы қарулардың көпшілігі хроммен қапталған ұңғыға ие. Шұңқырлі коррозия кернеулі коррозияның жарылуын бастауға да көмектеседі, мысалы, 1967 жылғы желтоқсанда АҚШ-тың Батыс Вирджиния штатындағы Күміс көпіріндегі бір тіреуінің зақымдануынан 46 адам қаза тапты. Зертханаларда шұңқырлі коррозия жабдыққа зақым келтіріп, оның өнімділігін немесе қызмет ету мерзімін қысқартуы мүмкін. Кәріздерге ерекше назар қажет, өйткені олардың құбырларының материалы шығарылатын негізгі заттарға сәйкес болуы керек. Егер таңдалған желдеткіш материалы негізгі заттарға жарамсыз болса, нәтижесінде шұңқырлі коррозия түтін капотының зиянды бөлшектерді тиімді ұстауына кедергі келтіреді.

Тарих және әдебиет

Күкірт зиян келтіретіні ұзақ жылдардан бері белгілі. Бұл металлдың тозуы немесе бетонның бұзылуы сияқты көптеген материалдарға қатысты. Шекспирдің "Лир патшасы" трагедиясында былай делінеді: "Тозақ бар, қараңғылық бар, күкіртті шұңқыр бар, Жану, қайнату, жаман иіс, жою; жек көрінеді, жек көрінеді, жек көрінеді!"