Кіріспе

Материалдардың химиялық реакция арқылы біртіндеп бұзылуы, оның қоршаған ортасымен әрекеттесуі – Front Line Assembly альбомы.

Коррозия – тазартылған металлдың химиялық тұрақты оксидке айналуының табиғи процесі. Бұл материалдардың (әдетте металлдың) қоршаған ортамен химиялық немесе электрохимиялық реакция арқылы біртіндеп нашарлауы. Коррозияны бақылау және алдын алумен айналысатын сала – коррозия инженериясы. Сөздің ең көп қолданылатын мағынасында, бұл металдың оттегі, сутегі немесе гидроксид сияқты тотықтырғыштармен реакциядағы электрохимиялық тотығуы. Қызыл-сары түсті темір оксидтерінің пайда болуы – электрохимиялық коррозияның жақсы белгілі мысалы. Бұл коррозия түрі әдетте бастапқы металдың оксидтерін немесе тұздарын түзеді және ерекше түс беруге әкеледі. Коррозия металдардан басқа керамика немесе полимерлер сияқты материалдарда да жүруі мүмкін, бірақ мұндай жағдайларда «деградация» термині жиі қолданылады. Коррозия материалдар мен конструкциялардың пайдалы қасиеттерін – механикалық беріктігін, сыртқы түрін және сұйықтар мен газдарға өткізгіштігін төмендетеді. Көптеген конструкциялық қорытпалар ауадағы ылғалға ұшыраған кезде ғана коррозияға ұшырайды, бірақ бұл процеске белгілі бір заттардың әсері де күшті болуы мүмкін. Коррозия жергілікті түрде шоғырланып шұңқыр немесе жарық түзелуі мүмкін, немесе кең аумаққа таралып, бетті біркелкі тотықтыруы мүмкін. Коррозия диффузиямен бақыланатын процесс болғандықтан, ол ашық беттерде жүреді. Осыдан келіп, пассивтеу және хроматты түрлендіру сияқты ашық беттің белсенділігін азайту әдістері материалдың коррозияға төзімділігін арттыра алады. Дегенмен, кейбір коррозия механизмдерін көру қиын және оларды болжауға болады. Коррозия химиясы күрделі, оны электрохимиялық құбылыс деп қарастыруға болады. Темірден жасалған заттың бетіндегі белгілі бір нүктеде коррозия кезінде тотығу жүреді және бұл нүкте анод рөлінде әрекет етеді. Бұл анодтық нүктеде босатылған электрондар металл арқылы заттың басқа нүктесіне өтеді және H+ қатысуымен (ауадан суда көмірқышқылдың (H2CO3) еріуінен пайда болады деп есептеледі) сол нүктеде оттегіні тотықтырады. Судағы сутегі иондары атмосферадан басқа қышқыл оксидтерінің еріуінен де пайда болуы мүмкін. Бұл нүкте катод рөлінде әрекет етеді.

Гальваникалық коррозия

Гальваникалық коррозия екі түрлі металл бір-бірімен физикалық немесе электрлік байланыста болғанда және ортақ электролитке батырылғанда немесе бір металл әртүрлі концентрациядағы электролит әсеріне ұшырағанда пайда болады. Гальваникалық жұпта, белсенді металл (анод) үдеген жылдамдықпен, ал асыл металл (катод) баяу жылдамдықпен тозады. Егер әр металл жеке-жеке электролитке батырылса, әрқайсысы өз қарқынымен тозады. Қандай металды қолдану керектігін гальваникалық қатарға сәйкес анықтау оңай. Мысалы, мырыш көбінесе болат конструкциялар үшін құрбандық аноды ретінде қолданылады. Гальваникалық коррозия теңіз индустриясы үшін маңызды, сондай-ақ тұзды судың құбырлармен немесе металл конструкциялармен жанасқан кез келген жерде де маңызды. Анодтың салыстырмалы мөлшері, металл түрлері және жұмыс жағдайлары (температура, ылғалдылық, тұздылық және т.б.) гальваникалық коррозияға әсер етеді. Анод пен катодтың беттік ауданы арақатынасы материалдардың тозу жылдамдығына тікелей әсер етеді. Гальваникалық коррозияны жиі құрбандық анодтарын қолдану арқылы болдырмауға болады.

Гальваникалық сериялар

Кез келген ортада (бір стандартты орта – ауалы, бөлме температурасындағы теңіз суы), бір металл өзінің иондарының бетке қаншалықты берік байланысқандығына байланысты, басқа металдарға қарағанда асыл немесе белсенді болады. Электрлік байланыстағы екі метал бірдей электрондармен бөліседі, сондықтан әр беттегі тартыс екі материал арасындағы бос электрондар үшін күреске ұқсас. Электролитті иондардың бір бағытта ағыны үшін орта ретінде пайдалана отырып, асыл металл белсенді металдан электрондарды қабылдайды. Соның салдарынан туындайтын масса ағыны немесе электр тогы, қызығушылық тудыратын ортадағы материалдардың иерархиясын анықтау үшін өлшенеді. Бұл иерархия гальваникалық қатар деп аталады және коррозияны болжау және түсіну үшін пайдалы.

Тотықты жою

Көбінесе коррозияның өнімдерін химиялық жолмен жою мүмкін. Мысалы, темір құралдарға немесе беттерге тотты кетіру үшін көбінесе "теңіз желісі" деп аталатын фосфор қышқылы қолданылады. Коррозияны жоюды, металлдың беткі қабаттарын алып тастап, тегіс бет жасауға арналған электро жылтыратумен шатастырмау керек. Мысалы, фосфор қышқылы мырышты электро жылтырату үшін де қолданылуы мүмкін, бірақ ол мырышты, мырыш коррозиясының өнімдерін емес, алып тастау арқылы жасайды.

Тотығуға төзімділік

Кейбір металдар басқаларына қарағанда коррозияға тұрақтырақ келеді (мысалдары үшін гальваникалық қатарларды қараңыз). Металдарды коррозиядан (тотығудан) қорғаудың түрлі жолдары бар, олардың ішінде бояу, ыстыққа батырып мырышпен қаптау, катодтық қорғау және осылардың үйлесімдері.

Ішкі химия

Тотығу термодинамикалық тұрғыдан тиімсіз материалдар тотығуға ең төзімді болады. Алтын немесе платинаның тотығу өнімдері таза металға спонтанды түрде ыдырайды, сондықтан осы элементтер Жер бетінде металл түрінде кездеседі және ұзақ жылдар бойы бағалы саналады. Көбінесе "қарапайым" металдарды тек уақытша шаралармен ғана қорғауға болады. Кейбір металдардың тотығуы термодинамикалық тұрғыдан тиімді болғанымен, олардың реакция жылдамдығы табиғи түрде баяу болады. Мырыш, магний және кадмий сияқты металдар осы санатқа жатады. Бұл металдардың тотығу процесі үздіксіз жүріп жатқанмен, қабылданатын деңгейде баяу өтеді. Сонымен қатар, графит тотығу кезінде көп мөлшерде энергия бөліп шығарса да, өте баяу жылдамдыққа ие болғандықтан, қалыпты жағдайларда электрохимиялық тотығуға төзімді болады.

Пассивтеу

Пассивтеу – металл бетінде тотығу өнімдерінің өте жұқа қабатының, яғни пассивті қабаттың спонтанды түрде пайда болуы. Бұл қабат одан әрі тотығудың кедергісі ретінде қызмет етеді. Пассивті қабықтың химиялық құрамы мен микроқұрылымы негізгі металдан өзгеше. Алюминий, тот баспайтын болат және қорытпалардағы пассивті қабаттың қалыңдығы әдетте 10 нанометрге дейін жетеді. Пассивті қабат, қыздыру нәтижесінде түзілетін және микрометрлік қалыңдыққа ие оксид қабаттарынан ерекшеленеді. Пассивті қабат алынса немесе зақымдалса қалпына келеді, ал оксид қабат мұндай қасиетке ие емес. Алюминий, тот баспайтын болат, титан және кремний сияқты материалдар ауа, су және топырақ сияқты табиғи ортада орташа pH деңгейінде пассивтелуге бейім. Пассивтеуді негізінен металлургиялық және қоршаған орта факторлары анықтайды. pH әсерін Pourbaix диаграммалары арқылы қорытындылауға болады, бірақ одан да көп факторлар ықпал етеді. Пассивтеуді тежейтін жағдайларға алюминий мен мырыш үшін жоғары pH, тот баспайтын болат үшін төмен pH немесе хлорид иондарының болуы, титан үшін жоғары температура (мұндай жағдайда оксид электролитке емес, металға ерітеді) және кремний үшін фтор иондары жатады. Алайда, ерекше жағдайларда әдетте қорғалмаған материалдар да пассивтелуі мүмкін, мысалы, бетонның сілтілік ортасы болат арматураны пассивтендіреді. Сұйық металлға, мысалы, сынап немесе ыстық қосымға ұшырату пассивтеу механизмдерін айналып өтуге көмектеседі.

Пассивияланған материалдардың коррозиясы

Пассивтеу коррозиядан зақымдануды азайту үшін өте пайдалы, бірақ егер оның пассивтеуші қабықшасын қалыптастыру қабілеті бұзылса, тіпті жоғары сапалы қорытпа да коррозияға ұшырайды. Материалдардың осы тобының ұзақ қызмет етуі үшін нақты ортаға сәйкес материалдың дұрыс таңдалуы маңызды. Пассивті қабықша химиялық немесе механикалық факторларға байланысты бұзылса, коррозияның негізгі түрлеріне шұңқырлы коррозия, жарықша коррозиясы және кернеулі коррозиялық жарылу жатуы мүмкін.

Ұңғыма коррозиясы

Кейбір жағдайлар, мысалы, оттегінің төмен концентрациясы немесе хлорид сияқты аниондар ретінде бәсекелес жататын түрлердің жоғары концентрациясы, берілген қорытпаның пассивтеуші қабықшаны қайта қалыптастыру қабілетіне кедергі келтіруі мүмкін. Ең жаман жағдайда, бетінің көп бөлігі қорғалған күйде қалады, бірақ шағын жергілікті ауытқулар оксидтік қабықшаны бірнеше маңызды нүктеде бұзуы мүмкін. Бұл нүктелердегі коррозия күрт күшейеді және жағдайларға байланысты әртүрлі коррозия шұңқырларының пайда болуына әкелуі мүмкін. Коррозия шұңқырлары көбінесе өте қиын жағдайларда ғана пайда болады, бірақ жағдайлар қалыпқа келгеннен кейін де өсуін жалғастыра береді, себебі шұңқырдың ішкі бөлігі табиғи түрде оттегіден айырылады, ал жергілікті жерде pH көрсеткіші өте төмен мәндерге дейін төмендейді және автокатализдік процеске байланысты коррозия жылдамдығы артады. Шығу жағдайларында, өте ұзын және тар коррозия шұңқырларының өткір ұштары кернеу концентрациясын соншалық деңгейге жеткізеді, одан кейін мықты қорытпалар да сынып қалуы мүмкін; көзге көрінбейтін кішкентай тесіктен тесілген жұқа қабықша, бас бармақтай шұңқырды жасыра алады. Бұл мәселелер өте қауіпті, себебі бөлшек немесе құрылым бұзылмас бұрын оларды анықтау қиын. Шұңқырлы коррозия пассивтеуші қорытпалардағы ең көп кездесетін және зиянды коррозия түрлерінің бірі болып табылады, бірақ оны қорытпаның ортасын бақылау арқылы болдырмауға болады. Шұңқырлы коррозия металда кішкентай тесік немесе қуыс пайда болған кезде пайда болады, әдетте шағын аумақтың пассивтенуі нәтижесінде. Бұл аумақ анодтық болады, ал металдың қалған бөлігі катодтық болады, бұл жергілікті гальваникалық реакцияны тудырады. Бұл шағын аумақтың нашарлауы металға еніп, оның істен шығуына әкелуі мүмкін. Коррозияның осы түрін анықтау қиын, себебі ол көбінесе салыстырмалы түрде кішкентай болады және коррозиядан пайда болған қосылыстармен жабылып, көзден жасырылуы мүмкін.

Дәнекерлеудің шіруі және пышақ желісі

Дәнді болаттың коррозияға қарсы тұруында ерекше қиындықтар туындауы мүмкін, себебі оның пассивтелу қасиеті негізгі қорытпа құрауышының (кемінде 11,5% хром) болуына байланысты. Дәнекерлеу және термиялық өңдеудің жоғары температурасының салдарынан, тот баспайтын қорытпалардың дән шекараларында хром карбидтері пайда болуы мүмкін. Бұл химиялық реакция материалды дән шекарасына жақын аймақтағы хромнан айырып, сол аймақтардың коррозияға төзімділігін азайтады. Бұл жақын жердегі жақсы қорғалған қорытпамен гальвандық жұпты құрап, жоғары коррозиялық ортада "дәнекерлеудің ыдырауына" (термиялық әсер ету аймағындағы дән шекараларының коррозиясына) әкеледі. Бұл процесс уақыт өте келе дәнекерленген біріктірулердің механикалық күшін айтарлықтай төмендетуі мүмкін. Микроқұрылымда хром карбидтері пайда болса, болат "сезіктенген" (sensitized) деп есептеледі. 304 типті нормаланған тот баспайтын болаттың әдеттегі микроқұрылымында сезіктену белгілері байқалмайды, ал күшті сезіктенген болатта дән шекарасындағы шөгінділер көрінеді. Сезіктенген микроқұрылымдағы қара сызықтар – дән шекараларында пайда болған хром карбидтерінің желісі. Арнайы қорытпалар, төмен көміртекті құрамы немесе титан және ниобий сияқты көміртекті "ұстағыштармен" (321 және 347 типтерінде) қосылғандары, осы әсердің алдын алуға мүмкіндік береді, бірақ соңғылары "пышақ сызығымен шабуыл" (knifeline attack) сияқты құбылыстың алдын алу үшін дәнекерлеуден кейін арнайы термиялық өңдеуді қажет етеді. Аты айтқандай, коррозия дәнекерлеуге жақын өте тар аймақпен шектеледі, көбінесе бірнеше микрометр ғана, бұл оны анықтауды одан да қиындатады.

Жарық коррозиясы

Жарықша коррозиясы – жұмыс ортасының (сұйықтың) сыртқы ортадан кіруі шектелген, тарыңқы кеңістіктерде (жарықшаларда) пайда болатын коррозияның локальды түрі. Дифференциалдық аэрациялық элементтің қалыптасуы жарықшалардың ішінде коррозияға алып келеді. Жарықшаларға мысалдар: бөлшектер арасындағы кеңістіктер мен жанасу аймақтары, прокладкалар мен тығыздағыштар астындағы жерлер, жарықтар мен тігістердің ішіндегі кеңістіктер, шөгінділермен толтырылған орындар және лайлы шөгінділердің астындағы жерлер. Жарықша коррозиясына жарықшаның түрі (металл-металл, металл-металл емес), жарықшаның геометриясы (өлшемі, беттік өңдеуі), металлургиялық және орта факторлары әсер етеді. Жарықша коррозиясына бейімділік ASTM стандарттық процедураларымен бағаланады. Материалдың жарықша коррозиясына қарсы тұруын бағалау үшін әдеттегідей, критиктік жарықша коррозия температурасы қолданылады.

Сутегін шұңқырлау

Химия өнеркәсібінде сутектік ойыс – коррозиялық агент, коррозияға ұшыраған құбыр құрауыштары және сутек газ көпіршіктерінің өзара әрекеттесуінен құбырларда пайда болатын ойыстардағы коррозия. Мысалы, күкірт қышқылы (H2SO4) болат құбырлар арқылы ағып өткенде, болаттағы темір қышқылмен реакцияласып, темір сульфаты (FeSO4) және сутек газы (H2) пассивациялық қабатын түзетін болады. Темір сульфаты қабаты болатты одан әрі реакциядан қорғайды, бірақ сутек көпіршіктері осы қабатқа тисе, ол бұзылады. Осылайша, қозғалмалы көпіршік арқылы ойыс пайда болып, болаттың көбірек бөлігі қышқылға ұшырап, шеңбер айналымын тудырады. Ойыс келесі көпіршіктердің сол жолмен жүруге бейімділігінен күшейеді.

Жоғары температурадағы коррозия

Жоғары температурадағы коррозия – материалдың (әдетте металдың) қыздыру салдарынан химиялық тозуы. Бұл гальвандық емес коррозия түрі металлдың оттегі, күкірт ("сульфидтеу") немесе материалды тотықтыруға (немесе тотығу процесіне көмектесуге) қабілетті басқа да қосылыстар бар ыстық атмосфераға ұшырағанда пайда болады. Мысалы, ғарыш, энергетика және тіпті автомобиль қозғалтқыштарында қолданылатын материалдар ұзақ уақыт бойы жоғары температураға төтеп беруі керек, осы кезде олар өте коррозиялық жану өнімдері бар атмосфераға ұшырауы мүмкін. Жоғары температурадағы коррозияның кейбір өнімдерін инженерлік мақсаттар үшін пайдалануға болады. Мысалы, тот баспайтын болаттардағы оксидтердің пайда болуы материалды қоршаған ортаның зиянды әсерінен қорғайтын қорғаныш қабатын құрастырып, оны бөлме температурасында да, жоғары температурада да, қиын жағдайларда ұзақ уақыт пайдалануға мүмкіндік береді. Мұндай жоғары температурадағы коррозия өнімдері, тығыздалған оксид қабаттары түрінде, металл (немесе металл және керамикалық) беттердің жоғары температурадағы үйкеліс кезінде тозуды азайтуға немесе тоқтатуға көмектеседі. Термиялық тотығу сонымен қатар, наносымдар мен жұқа пленкаларды қоса алғанда, бақыланатын оксидтік наноқұрылымдарды жасау үшін жиі қолданылады.

Микробтық коррозия

Микробиологиялық коррозия, немесе кеңінен танымал микробиологиялық әсерге ұшыраған коррозия (МӘК) – микроорганизмдер, әдетте химиоавтотрофтар тудыратын немесе күшейтетін коррозия. Ол оттегінің болуына немесе болмауына қарамастан, металдық және металл емес материалдарға қатысты болуы мүмкін. Сульфатты азайтушы бактериялар оттегі жоқ жағдайда (анаэробтық) белсенді болады; олар күкірт сутегін бөліп шығарады, бұл сульфидтік кернеудің жарылуына себеп болады. Оттегінің болуында (аэробтық), кейбір бактериялар темірді тікелей темір оксидтері мен гидроксидтеріне тотықтырады, ал басқа бактериялар күкіртті тотықтырып, биогендік сульфидтік коррозияны тудыратын күкірт қышқылын өндіреді. Коррозия өнімдерінің шөгінділерінде концентрациялық жасушалар пайда болуы мүмкін, бұл жергілікті коррозияға алып келеді. Үдетілген төмен су коррозиясы (ҮТСК) – теңіз суындағы төмен су деңгейіне жақын орналасқан болат қазықтарға әсер ететін МӘК-тің ерекше агрессивті түрі. Ол қышқылмен өңделген кезде күкірт сутегінің иісі бар апельсин түсті лаймен сипатталады. Коррозия жылдамдығы өте жоғары болуы мүмкін және конструкциялық коррозияға арналған есептер тез арада асып кетуі мүмкін, нәтижесінде болат қазық мерзімінен бұрын істен шығуы мүмкін. Құрылыс кезінде қапталып, катодтық қорғанысы орнатылған қазықтар ҮТСК-қа ұшырамайды. Қорғалмаған қазықтар үшін коррозияны тежеу үшін зақымдалған аймақтарға жергілікті түрде құрбандық анодтарын орнатуға немесе толық жабдықталған құрбандық анод жүйесін орнатуға болады. Зақымдалған аймақтарды катодтық қорғау арқылы, құрбандық анодтарын қолдану арқылы немесе инертті анодқа ток беріп, металлды одан әрі зақымданудан қорғайтын әктас шөгіндісін жасау арқылы емдеуге болады.

Металлдан шаң алу

Металл шаңдау - жоғары көміртегі белсенділігі бар ортаға, мысалы синтез газы және басқа да жоғары CO концентрациялы орталарға сезімтал материалдардың әсер етуінен туындайтын коррозияның қауіпті түрі. Коррозия металлдың көлемдік массасының металл ұнтағына ыдырауы ретінде көрінеді. Болжамды механизм – ең алдымен металл бетінде графит қабатының түзілуі, әдетте бу фазасындағы көміртек монооксидінен (CO). Одан кейін бұл графит қабаты тұрақсыз M3C қосылыстарын (мұнда M – металл) құрайды деп саналады, олар металл бетінен таралады. Дегенмен, кейбір жағдайларда M3C қосылыстары байқалмайды, бұл металл атомдарының графит қабатына тікелей өтуін көрсетеді.

Коррозиядан қорғау

Әртүрлі емдеулер металл заттардың коррозиялық зақымдануын баяулату үшін қолданылады, бұл заттар ауа райына, тұзды суға, қышқылдарға немесе басқа да қиын жағдайларға ұшырайды. Кейбір қорғалмаған металл қорытпалары коррозияға өте сезімтал, мысалы, неодим магниттерінде қолданылатындары, егер дұрыс өңделмесе, тіпті құрғақ, температурасы тұрақты үй ішінде де ұнтақтанып немесе құлауы мүмкін.

Жер бетін өңдеу

Коррозияны азайту үшін беткі қаптамалар қолданғанда, толық жабуды қамтамасыз ету үшін ерекше сақтық қажет, ол саңылауларсыз, жарықтарсыз және кішкентай тесіктерсіз болуы тиіс. Шағын ақаулар "Ахилл өкшесі" рөлінде әрекет ете алады, коррозияның ішкі бетке енуіне жағдай жасайды және сыртқы қорғау қабаты белгілі бір мерзімге сақталғанның өзінде де кең ауқымды зақымдануға алып келеді.

Қолданған қаптамалар

Жабылау, бояу және эмаль жағу – коррозияға қарсы қолданылатын ең көп таралған әдістер. Олар қоршаған ортаның зиянды әсерінен конструкциялық материалды қорғайтын, коррозияға төзімді материалдан жасалған кедергі жасайды. Косметикалық және өндірістік мәселелерден басқа, механикалық икемділік пен абразияға және жоғары температураға төзімділік арасында шартты айырбас болуы мүмкін. Жабылау әдетте кішкентай бөліктерде бұзылады, бірақ егер жабылау субстраттан құндырақ болса (мысалы, болатқа хром жағу), гальваникалық жұп кез келген ашық жердің жабылмаған бетке қарағанда әлдеқайда жылдам коррозияға ұшырауына себеп болады. Сондықтан, мырыш немесе кадмий сияқты белсенді металлмен жабу жиі тиімдірек. Егер мырыш қаптамасы жеткілікті қалың болмаса, беті тез арада тотығумен көзге түседі. Қызмет ету мерзімі металл қаптамасының қалыңдығымен тікелей байланысты. Тығыз жерлерде ролик немесе щеткамен бояу ыңғайлырақ, ал болаттық палубалар және жағалаудағы қолданулар сияқты үлкен аудандарды бояу үшін спрей қолдану жақсы. Мысалы, Durabak M26 сияқты икемді полиуретан жабындары, жоғары беріктігі бар, сырғанауға қарсы мембранамен коррозияға қарсы тығыз жабын қамтамасыз ете алады. Боялған жабындарды қолдану салыстырмалы түрде оңай және олар тез кебеді, бірақ температура мен ылғал кебу уақытын өзгертуі мүмкін. Бүгінде мұнай негізіндегі полимерлерден жасалған органикалық жабындар, жаңаруға жарамды көздерден алынған органикалық жабындармен алмастырылуда. Әртүрлі тасымалдаушылар немесе байланыстырғыштардың арасында полиуретандар осындай талпыныстарда ең көп зерттелген полимер болып табылады.

Реактивті қаптамалар

Егер орта бақыланатын болса (әсіресе айналым жүйелерінде), оған көбінесе коррозияға қарсы ингибиторлар қосылуы мүмкін. Бұл химиялық заттар ашық металл беттерінде электр оқшаулағыш немесе химиялық тұрғысынан өткізбейтін қабатты құрап, электрохимиялық реакцияларды басады. Мұндай тәсілдер жүйені сызаттарға немесе қаптамадағы кемшіліктерге төмен сезімтал етеді, себебі металл ашылған кезде қосымша ингибиторлар қолжетімді болуы мүмкін. Коррозияны тежейтін химиялық заттарға қатты судағы кейбір тұздар (Рим су жүйелері минералды шөгінділерімен белгілі), хроматтар, фосфаттар, полианилин, басқа да тоқ өткізгіш полимерлер және иондық ұш жағы бар ұзын тізбекті органикалық молекулалар сияқты, арнайы жасалған химиялық заттардың кең ауқымы жатады.

Анодалау

Алюминий қорытпалары көбінесе беттік өңдеуден өтеді. Ваннадағы электрохимиялық жағдайлар мұқият реттеледі, нәтижесінде металл оксидінің қабығында бірнеше нанометр ені бар біркелкі тесіктер пайда болады. Бұл тесіктер оксидті пассивация жағдайларында мүмкін болатынынан гөрі әлдеқайда қалыңдау өсуге мүмкіндік береді. Өңдеу соңында тесіктердің жабылуына рұқсат етіледі, бұл әдеттегіден гөрі қатты беттік қабатты құрайды. Егер осы қабат сызылса, зақымдалған аймақты қорғау үшін қалыпты пассивация процестері басталады. Анодтау ауа райы мен коррозияға өте төзімді болғандықтан, ғимарат фасадтары және беті ауа-райымен үнемі байланыста болатын басқа да аймақтарда кеңінен қолданылады. Төзімді болғанымен, оны жиі тазалау қажет. Тазаланбаса, панель жиектерінде бояну процесі табиғи түрде жүреді. Анодтау – бұл анодты катодқа айналдыру процесі, ол одан да белсенді анодты қосу арқылы жүзеге асырылады.

Биопленкалық қаптамалар

Жоғары коррозиялық ортада металл бетіне бактериялық пленкалардың белгілі бір түрлерін жағу арқылы қорғаныстың жаңа түрі әзірленді. Бұл процеске байланысты коррозияға төзімділік едәуір артады. Балама ретінде, сульфатты азайтатын бактериялардан қышқыл темірдің коррозиясын тежеу үшін антимикробтық биофильмдерді қолдануға болады.

Бақыланатын өткізгіштігі бар қалыптау

Бақыланатын өткізгіштік қалыптар (CPF) – бетон құю кезінде қаптаманың беріктігін табиғи жолмен арттыру арқылы арматураның коррозиясын алдын алу әдісі. CPF көміртектілену, хлоридтер, тоңу және тозудың зиянды әсерлерімен күресу үшін қолданылады.

Катодтық қорғау

Катодтық қорғау (CP) – металл бетінің коррозиясын электрохимиялық элементтің катоды ретінде жасау арқылы бақылауға алатын техника. Катодтық қорғау жүйелері ең көп қолданылатыны – болат құбырлар мен резервуарларды, болат тірек қазбаларын, кемелерді және теңіздегі мұнай платформаларын қорғау.

Құрбандық анодының қорғанысы

Тиімді катодтық қорғау үшін болат бетінің потенциалы металл беті біркелкі потенциалға ие болғанша теріс полюстеуге (итеруге) ұшырайды. Біркелкі потенциалмен коррозия реакциясының қозғаушы күші тоқтатылады. Гальваникалық катодтық қорғау жүйелерінде анод материалы болаттың әсерінен тозады және соңында оны ауыстыру қажет. Полюстеу анодтан катодқа ток ағыны арқылы туындайды, бұл анод пен катод арасындағы электрод потенциалының айырмашылығымен қозғалады. Ең көп қолданылатын құрбандық анод материалдары алюминий, мырыш, магний және оларға ұқсас қорытпалар болып табылады. Алюминийдің сыйымдылығы ең жоғары, ал магнийдің қозғаушы кернеуі ең жоғары, сондықтан кедергі жоғары болған жерлерде қолданылады. Мырыш – жалпы мақсаттағы және мырышталған қаптаманың негізі. Құрбандық анодтармен байланысты бірқатар мәселелер бар. Олардың арасында, экологиялық тұрғыдан алғанда, мырыш, магний, алюминий және кадмий сияқты ауыр металдардың қоршаған ортаға, соның ішінде теңіз суына шығарылуы бар. Практикалық тұрғыдан алғанда, құрбандық анод жүйелері қазіргі заманғы катодтық қорғау жүйелеріне қарағанда, мысалы, Сыртқы Токпен Катодтық Қорғау (ICCP) жүйелеріне қарағанда, аз дәлдікті деп есептеледі. Олардың қажетті қорғаныс деңгейін дайверлердің су астындағы инспекциясы арқылы үнемі тексеру қажет. Сонымен қатар, олардың қызмет ету мерзімі шектеулі болғандықтан, құрбандық анодтарын уақыт өте келе ауыстырып отыру қажет.

Қиындыққа қарсы катодтық қорғау

Үлкен құрылымдар үшін галваникалық анодтар толық қорғаныс беру үшін жеткілікті ток бере алмайды. Сыртқы токпен катодтық қорғаныс (ICCP) жүйелері, тікелей ток көзіне (мысалы, катодтық қорғаныс түзеткішіне) қосылған анодтарды пайдаланады. ICCP жүйелері үшін анодтар түрлі арнайы материалдардан жасалған құбырлы және қатты таяқ пішіндес болып келеді. Оларға жоғары кремнийлі құйма темір, графит, қоспалы металл оксидтері, немесе платинамен қапталған титан немесе ниобиймен қапталған таяқшалар мен сымдар жатады.

Анодтық қорғау

Анодтық қорғаныс қорғалатын құрылымға анодтық ток түсіреді (катодтық қорғанысқа керісінше). Бұл пассивтелу қасиетіне ие (мысалы, тот баспайтын болат) және кең потенциалдар диапазонында салыстырмалы түрде кішкентай пассивтік ток көрсететін металдар үшін қолайлы. Ол күкірт қышқылының ерітінділері сияқты агрессивті орталарда қолданылады. Анодтық қорғаныс – металлдарды пассивті күйде ұстау арқылы коррозиядан қорғаудың электрохимиялық әдісі.

Тотығу жылдамдығы

Оксид қабатының қалыптасуын Deal-Grove моделі сипаттайды, ол әртүрлі жағдайларда оксид қабатының қалыптасуын болжау және бақылау үшін қолданылады. Коррозияны өлшеудің қарапайым тәсілі – салмақ жоғалту әдісі. Бұл әдіс таза салмақталған металл немесе қорытпа үлгісін белгілі бір уақытқа коррозиялық ортаға ұсынуды, содан кейін коррозия өнімдерін жою үшін тазалауды және салмақ жоғалуын анықтау үшін үлгіні қайта салмақтауды қамтиды. Коррозия жылдамдығы (R) келесі формуламен есептеледі:

мұнда k – тұрақты шама, W – металлдың t уақытындағы салмақ жоғалтуы, A – металлдың ашық бетінің ауданы және ρ – металлдың тығыздығы (г/см³). Коррозия жылдамдығын сипаттау үшін жиі қолданылатын басқа да шамалар – ену тереңдігі және механикалық қасиеттердің өзгеруі.

Экономикалық әсері

2002 жылы АҚШ Федералдық тас жолдар әкімшілігі «АҚШ-тағы коррозиядан туындаған шығындар және оны болдырмау стратегиялары» атты зерттеу жариялады. 1998 жылы АҚШ-та коррозияның жылдық тікелей шығыны шамамен 276 миллиард долларға (немесе сол кездегі АҚШ-тың жалкі өнімнің 3,2% -ы) бағаланды. Бес сала бойынша жіктелінген экономикалық шығындар: инфрақұрылымға – 22,6 миллиард доллар, өндіріс және өңдеуге – 17,6 миллиард доллар, көліктік салаға – 29,7 миллиард доллар, мемлекеттік секторға – 20,1 миллиард доллар, ал коммуналдық қызметтерге – 47,9 миллиард доллар. Көпірлердегі апаттардың ең көп кездесетін себептерінің бірі – тотығу. Тотығу темірдің бастапқы массасынан әлдеқайда үлкен көлемді ығыстыратындықтан, оның жиналуы жанындағы бөлшектерді бөліп, құрылымдық бұзылуларға әкелуі мүмкін. Осының салдарынан 1983 жылы Мианус өзеніндегі көпір құлап кетті, себебі тіреуіштер іштен тотығып, жолдың бір бөлігін тірегінен жылжытты. Сол кезде жолда үш жүргізуші болды, көпір құлағанда олар өзенге түсіп қаза тапты. NTSB жүргізген келесі тергеу көрсеткендей, жолдың дренаж жүйесі жол жөндеу кезінде бітелген және тазаланбаған. Нәтижесінде, жаңбыр суы тіреуіш конструкцияларға сіңіп кірді. 1967 жылы Батыс Вирджиниядағы «Күміс көпір» апатында да тотығу маңызды рөл атқарды. Аспалы көпір бір минут ішінде құлап, сол кезде көпірде болған 46 жүргізуші мен жолаушының өмірін қиды. Сол сияқты, бетонмен жабылған болат пен темірдің коррозиясы бетонның қабыршақтануына және ауыр құрылымдық проблемаларға әкелуі мүмкін. Темір бетонды көпірлердің бұзылуының ең көп кездесетін түрі осы. Жартылай элемент потенциалына негізделген өлшеу құралдары бетонды құрылым толығымен бұзылуға дейін коррозияға ұшыраған жерлерді анықтай алады. 20-30 жыл бұрын мырышталған болат құбырлар жеке және көппәтерлі үйлерде, сондай-ақ коммерциялық және мемлекеттік құрылыстарда ауыз су жүйелерінде кеңінен қолданылды. Бүгінде бұл жүйелердегі қорғаныш мырыш қабаты тотығып, құбырлар іштен желініп, судың сапасы нашарлап, құбырлардың бұзылуына әкелуде. Үй иелеріне, пәтер иелеріне және мемлекеттік инфрақұрылымға тиетін экономикалық зиян 22 миллиард долларға бағаланады, өйткені сақтандыру компаниялары құбырлардың бұзылуына байланысты өтініштердің күшеюіне дайындалуда.

Металл емес заттардағы коррозия

Керамикалық материалдардың көпшілігі коррозияға дерлік толығымен төзімді. Оларды байланыстырып тұратын күшті химиялық байланыстар құрылымда өте аз еркін химиялық энергия қалдырады; оларды қазірдің өзінде коррозияға ұшыраған деп санауға болады. Егер коррозия орын алса, ол көбінесе материалдың еруі немесе химиялық реакция болады, электрхимиялық процесс емес. Керамикада коррозиядан қорғаудың кең таралған мысалы – содалы-әктас шынысына судағы ерігіштігін азайту үшін әк қосу; таза натрий силикатындай ерімейтін болса да, қарапайым шыны ылғалға ұшырағанда көзге көрінбейтін ақаулар пайда етеді. Осы ақаулардың нәтижесінде шынының беріктігі бөлме температурасында алғашқы бірнеше сағат ішінде күрт төмендейді.

Полимерлердің коррозиясы

Полимерлердің ыдырауы бірнеше күрделі және көбінесе жақсы түсініксіз физикохимиялық процестерді қамтиды. Бұл процестер мұнда талқыланған басқа процестерден күрт өзгеше, сондықтан "коррозия" термині оларға сөздің кең мағынасында ғана қолданылады. Олардың молекулалық массасы жоғары болғандықтан, полимердің белгілі бір массасын басқа затпен араластырудан өте аз энтропия алуға болады, осылайша оларды еріту қиынға соғады. Полимерлерді қолданудың кейбір салаларында еріту мәселесі туындаса да, оған қарсы жобалау салыстырмалы түрде оңай. Көбірек кездесетін және осымен байланысты мәселе – "ісіну", онда кішкентай молекулалар құрылымға еніп, беріктік пен қатаңдықты төмендетеді және көлемнің өзгеруіне себеп болады. Керісінше, көптеген полимерлер (әсіресе икемді винил) пластификаторлармен қасады, олар құрылымнан шығып, қатырдықты немесе басқа да қолайсыз өзгерістерге әкелуі мүмкін. Алайда, ыдыраудың ең көп таралған түрі – полимер тізбегінің ұзындығының азаюы. Полимер тізбектерін бұзатын механизмдер биологтарға ДНК-ға тигізетін әсерінен таныс: иондаушы сәулелену (көбінесе ультракүлгін сәуле), еркін радикалдар және оттегі, озон және хлор сияқты тотықтырғыштар. Мысалы, озондық жарықтар табиғи резеңкеге әсер ететін белгілі бір мәселе. Пластик қоспалары осы процестерді өте тиімді түрде баяулатуға болады және олар ультракүлгін сәулені сіңіретін пигмент (мысалы, титан диоксиді немесе көміртек қарасы) сияқты қарапайым болуы мүмкін. Пластик қаптарға көбінесе осы қоспалар қосылмайды, сондықтан олар өте ұсақ бөлшектерге оңай ыдырайды.