Питтинговая коррозия – коварный вид разрушения пассивных металлов и сплавов

1 Как происходит питтинговое ржавление металлических изделий?

Под такой коррозией понимают локальное разрушение металлоконструкций и разнообразных металлоизделий, работающих в морских и нейтральных водах и в других средах. Она чаще всего формируется тогда, когда основной металл характеризуется пассивным состоянием. Питтинговая коррозия (смотрите фото) описывается очень быстрым течением. Поэтому она нередко становится причиной возникновения точечного сквозного разрушения нержавеющих сталей.

Коррозия металлоизделия

Схема обычной питтинг-коррозии выглядит следующим образом:

• на поверхности металлических конструкций с защитной оксидной пленкой малой толщины происходит адсорбирование активных ионов, играющих роль активаторов процесса;
• в оксиде отмечается замещение некоторого количества кислорода указанными активаторами, что приводит к образованию комплексных поверхностных ионов с высоким уровнем растворимости;
• металл входит во взаимодействие с раствором из-за того, что имеющаяся пассивная пленка подвергается разрушению на отдельных участках, на которых потенциал поверхности имеет повышенный (по сравнению с основным материалом) отрицательный показатель.

В результате всех описанных процессов появляются локальные токи. Они приводят к заполяризовыванию нержавеющих сталей (при условии малого омического сопротивления пассивной пленки), которое запускает бурный анодный процесс в зонах образования питтингов. Анионы-активаторы при этом мигрируют к точкам коррозии, а восстановительный катодный процесс окислителя протекает на металлической пассивной поверхности.

Зона образования питтингов

Склонность сплавов и металлов к питтинг-коррозии обуславливается такими основными факторами:

• присутствие ионов-активаторов в среде и показатель ее рН (в кислых средах большинство нержавеющих сталей подвергаются рассматриваемому в статье типу ржавления);
• природа материала (точечному разрушению не подвергаются кремний, хром и молибден, а вот цинк, никель и алюминий коррозируют практически всегда);
• состояние металлической поверхности (если она шероховатая, изделие почти наверняка начнет ржаветь; чем лучше отполирована поверхность, тем меньше вероятность появления на ней точечной коррозии).

Кроме того, число питтингов повышается при увеличении температуры рабочей среды, в которой эксплуатируется металлическая конструкция.

2 Разновидности питтингов – какими они бывают?

По величине точечные поражения бывают обычными (размер питтингов – от 0,1 до 1 мм), микроскопическими (не выше 0,1 мм) и язвенными (свыше 1 мм), по форме:

• ограненные, цилиндрические, полусферические, полиэдрические;
• закрытые, поверхностные и открытые.

Неправильные по форме и ограненные питтинги, которые вы видите на фото, часто встречаются на поверхности нержавеющих сталей, на хромовых, алюминиевых и никелевых изделиях, на низколегированных и углеродистых сталях, а также на железе. Такие точечные разрушения имеют форму сложных многогранников, призм и пирамид. Конкретный же вид их огранки зависит от пустот решетки (кристаллической), которые формируются на первых этапах зарождения коррозионных проявлений.

Точечные разрушения на поверхности нержавеющей стали

Полированные питтинги, как правило, характеризуются полусферической конфигурацией. Изнутри подобные разрушения описываются блестящей поверхностью. Она говорит о том, что растворение в оксидной пленке идет по схеме, примерно идентичной процессу электрополировки (то есть мы имеем дело с изотропным растворением, на течение которого структура материала не оказывает никакого влияния).

Чаще всего полированные питтинги отмечаются на изделиях из тантала, алюминия, железа, на нержавеющих сталях и конструкциях из кобальтовых, титановых, никелевых сплавов. В некоторых случаях слияние множества небольших по размерам ограненных питтингов приводит к появлению полусферических крупных разрушений точечного характера.

Крупные разрушения точечного характера

Питтинговая коррозия закрытого типа считается самым тяжелым типом ржавления пассивных металлов. Их практически невозможно разглядеть не вооруженным специальными увеличительными приборами глазом. Подобные разрушения углубляются в стали и сплавы и нередко приводят к образованию пробоев в них.

Открытая точечная коррозия видна при незначительном увеличении при помощи стандартного оптического оборудования либо невооруженным глазом. Она может приобрести характер сплошной, когда питтингов на поверхности углеродистых или нержавеющих сталей очень много. При таком ржавлении функцию катода выполняет пассивная пленка.

Питтинги поверхностной группы проникают не вглубь основного металла, они развиваются в ширину. Это приводит к появлению выбоин (хорошо различимых) на поверхности металлоизделий.

3 Как защитить металл от точечной коррозии?

На сегодняшний день питтинговая коррозия предотвращается тремя основными способами:

• подавлением замкнутых систем посредством использования сульфатов, щелочных соединений, нитратов, хроматов;
• легированием стальных сплавов по рациональной методике при помощи введения в их состав молибдена, хрома, кремния либо иных металлов, обладающих высокой стойкостью к точечному ржавлению;
• применением технологий анодной и катодной антикоррозионной защиты.

Катодная методика показывает хорошие результаты в строго определенных условиях. Ее сложно и зачастую нерентабельно реализовывать в металлоконструкциях сложного типа. Это связно с тем, что невозможно обеспечить требуемый показатель электродного потенциала на всей поверхности таких конструкций.

Катодная методика защиты металла

Электрохимическая защита хорошо подходит для защиты "нержавейки". При смещении в отрицательную сторону ее потенциала точечная коррозия не получает ни малейшего шанса на развитие. Практика продемонстрировала – эффективность анодной и катодной поляризации изделий из нержавеющих сталей очень высока. Поэтому данную методику антикоррозионной защиты используют чаще всего.

Годится катодная технология и для предотвращения образования питтингов на алюминиевых поверхностях. В данном случае необходимо поддерживать потенциал электрода в системе "среда-алюминий" меньше потенциала точечного ржавления. При этом следует контролировать процесс выделения водорода, так как он способен существенно увеличивать значение рН (явление "перезащиты" металла), повышая тем самым риск появления питтингов.

Питтинги на алюминиевой поверхности

Нередко алюминиевые конструкции защищаются посредством жертвенных анодных элементов. Для изделий с нанесенным на них слоем краски, которые работают под землей, "жертвой" выступают цинковые аноды, для неокрашенных конструкций и металлов, эксплуатируемых под землей, в соленой либо пресной воде – магниевые. А вот конструкции, работающие в жесткой морской воде, как правило, предохраняют от ржавления посредством цинк-алюминиевых жертвенных элементов.