Коррозия металлов и средства защиты от коррозии

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ 
И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ 

ОТ КОРРОЗИИ

Рекомендовано УМО высших учебных заведений Российской Федерации 

по образованию в области материаловедения, технологии новых материалов 

и покрытий в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров по укрупненной 

группе направлений подготовки (специальностей): 

22.00.00 «Технологии материалов» и 20.00.00 «Техносферная безопасность 

и природообустройство»

Москва

ИНФРА-М

20УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Н.М. ХОХЛАЧЁВА
Е.В. РЯХОВСКАЯ
Т.Г. РОМАНОВА

Национальный исследовательский университет 
«Московский авиационный институт»

УДК 620.19(075.8)
ББК 34.66я73
 
Х86

Хохлачёва Н.М.

Коррозия металлов и средства защиты от коррозии : учеб. пособие / 

Н.М. Хохлачёва, Е.В. Ряховская, Т.Г. Романова. — М. : ИНФРА-М, 
2020. — 118 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — www.dx.doi.
org/10.12737/18589.

ISBN 978-5-16-011822-2 (print)
ISBN 978-5-16-104114-7 (online)
В настоящем учебном пособии изложены теоретические основы элек
трохимической и химической коррозии металлов и сплавов. Рассмотрены 
виды коррозии, коррозионные характеристики металлов и сплавов в компактном и дисперсном состоянии, приведены методы защиты металлов 
и сплавов от коррозии в различных условиях эксплуатации.

Соответствует требованиям Федерального государственного образова
тельного стандарта высшего образования последнего поколения.

Книга рекомендуется студентам высших учебных заведений техниче
ского профиля. 

УДК 620.19(075.8)

ББК 34.66я73

Х86

А в т о р ы:

Хохлачёва Н.М., кандидат технических наук, доцент кафедры «Тех
нология композиционных материалов, конструкций и микросистем»;

Ряховская Е.В., старший преподаватель кафедры «Технология ком
позиционных материалов, конструкций и микросистем»;

Романова Т.Г., инженер кафедры «Технология композиционных ма
териалов, конструкций и микросистем»

Р е ц е н з е н т ы:

Начовная Н.А., доктор технических наук, начальник лаборатории 

«Титановые сплавы для конструкций самолетов и двигателей» Всесоюзного института авиационных материалов;

Чижов С.М., кандидат химических наук, ведущий научный сотруд
ник Государственного научно-исследовательского и проектного института редкометаллической промышленности «Гиредмет»

ISBN 978-5-16-011822-2 (print)
ISBN 978-5-16-104114-7 (online)

©  Хохлачёва Н.М., Ряховская Е.В., 

Романова Т.Г., 2016

ВВЕДЕНИЕ

Данное учебное пособие подготовлено для бакалавров и магистров по укрупненной группе направлений подготовки (специальностей): 150000 «Металлургия, машиностроение и материалообработка» и 280000 «Безопасность жизнедеятельности, природоустройство и защита окружающей среды».
В основу данного учебного пособия положены программы дисциплины для различных направлений подготовки специалистов 
НИУ МАИ.
В учебное пособие включены основные определения и закономерности, касающиеся теории коррозионных процессов, протекающих в растворах электролитов и газовых средах, а также характеристики общих и локальных видов коррозии.
Учебное пособие содержит теоретический материал по электрохимической и химической коррозии, который базируется на знании 
студентами фундаментальных химических дисциплин, общеинженерных дисциплин, физической химии, материаловедения, металловедения и технологических процессов получения композиционных 
материалов и их обработки.
Лабораторный практикум по курсу «Коррозия и защита металлов» содержит работы по исследованию кинетики коррозионных процессов, компактного металла и сплава и металлов в дисперсном состоянии; по изучению влияния различных факторов 
на процессы коррозии в щелях и зазорах при контакте металлов 
с различными электрохимическими свойствами; по коррозии 
сварных и паяных соединений; по жаростойкости компактных 
и дисперсных систем.
Компетенция студента в результате изучения дисциплины «Коррозия металлов и средств защиты» базируется на знании основ 
теории коррозионных процессов в жидких и газовых коррозионных 
средах, свойств коррозионных средств, факторов торможения коррозионных процессов, методов и способов прогнозирования надежности оборудования и последствий коррозионного воздействия, способов защиты композиционных материалов от коррозии.
Компетентность специалиста технолога и материаловеда заключается в рациональном конструировании и подборе композиционных материалов с учетом требований коррозионной стойкости 
конструкций; в оценке влияния окружающей среды на коррозионные процессы, в обосновании комплекса мероприятий по защите 
оборудования и коммуникаций от коррозии при эксплуатации, хранении и транспортировке.

Глава 1 
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1.1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ КОРРОЗИИ 
И ИХ КЛАССИФИКАЦИИ

Наиболее распространенными причинами выхода из строя деталей и рабочих органов машин и аппаратов являются износ и повреждения их поверхности. Известно, что совместное действие коррозионных, механических и металлургических факторов резко повышает вероятность повреждений и внезапных отказов действующих 
технических устройств.
Коррозией металлов и сплавов (от лат. corrosio — разъедать) называют их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с коррозионной средой.
Коррозионные процессы, как правило, начинаются с поверхности металлических изделий, а в ряде случаев комбинируются 
с действием механических факторов (растягивающих или повторнопеременных напряжений, трения, удара и др.).
Коррозия наносит огромный ущерб почти всем отраслям народного хозяйства, причем основные убытки определяются даже не потерей металла, а порчей дорогостоящих металлических изделий, конструкций и аппаратов, что сопровождается огромными затратами 
на ремонт и защитные мероприятия. Еще больший ущерб народному хозяйству приносят косвенные убытки от коррозии, связанные 
с аварийными вынужденными простоями предприятий, ухудшением 
качества выпускаемой продукции и условий труда.
Примерно каждая шестая домна работает на восполнение потерь 
металла, вызванных коррозией. Каждый пятый трактор работает экономически впустую, покрывая недобор мощности четырьмя тракторами (до 30%), вызванный питтинговой коррозией плунжерной 
пары (ухудшается подача топлива, снижается мощность двигателя).
Наука о коррозии и защите металлов, которая базируется на ряде 
смежных дисциплин (электрохимии, металловедении, металлофизике и др.), изучает механизм коррозионных процессов, устанавливает закономерности их развития и возможности торможения.
Основы научного исследования процессов коррозионного разрушения металлов заложил еще М.В. Ломоносов. В XX в. наука о коррозии и защите металлов была выделена в отдельную дисциплину 
(химическое сопротивление материалов) и стала прогрессивно развивается благодаря возрастающим требованиям промышленности 

и плодотворным исследованиям И. Эванса (Великобритания), Г.В. 
Акимова — основоположника школы советских коррозионистов 
и его сотрудников, академика Я.М. Колотыркина и его сотрудников, 
а также многих других отечественных и зарубежных ученых. В настоящее время многие проблемы коррозии и защиты от коррозии 
современных машин и аппаратов успешно решаются совместными 
усилиями научно-исследовательских институтов, промышленных 
предприятий и технологических вузов.
Эффективные способы защиты металлического оборудования 
от коррозионных повреждений базируются на современном прогнозе 
коррозионной опасности еще на стадии проектирования машин 
и аппаратов. Такой прогноз не может основываться только на данных 
различных справочников по коррозии, которые отмечают, как правило, только частные случаи испытаний материалов (отсутствие сопутствующих факторов коррозии, ограниченные сроки испытаний 
и др.).
На современном уровне развития науки о коррозии и защите 
металлов существует значительное количество общепризнанных 
методов аналитического и графического расчета предполагаемой 
коррозионной опасности для простых и сложных металлических 
систем. Однако существенным затруднением на пути расчетного 
(аналитического) способа прогнозирования коррозионного поведения металла или сплава в условиях эксплуатации изделия является исключительно высокая поливариантность коррозионных 
процессов. Множество факторов оказывают одновременное и часто 
противоположное действие на ход коррозионного процесса. Поэтому 
усилия исследователей-коррозионистов обычно направлены на установление ориентировочных «критериев подобия» коррозии, позволяющих коррелировать условия лабораторных испытаний с условиями длительной эксплуатации металлических изделий в данной 
области промышленности.
В целом при выборе металлов и сплавов для изготовления различных технических устройств заданного назначения инженер-технолог, обладающий знаниями в области коррозионной науки, может 
достаточно уверенно спрогнозировать степень коррозионной опасности для металлических изделий и наметить защитные мероприятия.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ КОРРОЗИИ 
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Различные виды процессов коррозии металлов и сплавов классифицируют по ряду признаков.
По механизму действия процессы коррозии делятся на два основных типа: химические и электрохимические.

Химическая коррозия (х.к.) — взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление 
окислительной компоненты коррозионной среды протекают в одном 
акте. Это процесс коррозионного разрушения металлов и сплавов 
под действием сухих газов (обычно при высоких температурах), 
а также в контакте с некоторыми неэлектролитами. Продукты химической коррозии образуют на поверхности корродирующего металлического изделия пленки, обладающие в большинстве случаев 
защитным действием.
Электрохимическая коррозия (э.к.) — взаимодействие металла 
с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают не в одном акте, а их скорость зависит от электродного потенциала. Это процесс коррозионного разрушения металлов и сплавов под действием влажных газов 
и растворов электролитов. Продукты коррозии, если они устойчивы 
в данной среде, образуют на поверхности корродирующего металлического изделия пленки, обладающие обычно ограниченным защитным действием.
Фреттинг-коррозия — это коррозия металлов при колебательном 
перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях 
воздействия коррозионной среды. Обязательным условием протекания этого вида коррозии является присутствие кислорода, но не 
влаги.
Механизм фреттинг-коррозии изучен пока недостаточно. Этот 
вид разрушения нельзя отнести ни к химической, ни к электрохимической коррозии.
По характеру коррозионной среды различают следующие виды 
коррозии:
газовую коррозию (х.к.) — химическую коррозию металлов в газах 
при высоких температурах;
атмосферную коррозию (э.к.) — коррозию металлов в атмосфере 
воздуха (при наличии конденсированной пленки влаги) и атмосферных осадков;
коррозию в растворах электролитов (э.к.) — коррозию металлов 
при контакте металлических изделий с речной и морской водой 
(морская коррозия), растворами солей, кислот, щелочей;
коррозию в грунтах (э.к.) — коррозию металлов при контакте металлических изделий с грунтом — почвенным электролитом;
биологическую коррозию (э.к.) — коррозию в условиях обрастания 
микроорганизмами;
радиационную коррозию (э.к.) — коррозию при облучении и др.
По условиям эксплуатации металлических изделий. Некоторые 
виды электрохимической коррозии связаны с особыми условиями 

эксплуатации изделий из металлов и сплавов, особенностями конструкций, а также с действием механических факторов. Причем при 
эксплуатации летательных аппаратов чаще всего наблюдаются следующие виды электрохимической коррозии:
щелевая коррозия — усиление коррозии в щелях и зазорах между 
двумя металлами, а также в местах неплотного контакта металла с неметаллическим коррозионно-инертным материалом;
контактная коррозия — электрохимическая коррозия, вызванная 
контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы 
в данном электролите;
коррозионное растрескивание — коррозия металлов при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием 
транскристаллитных или межкристаллитных трещин;
коррозионная усталость — понижение предела усталости металлов, возникающее при одновременном воздействии циклических 
растягивающих напряжений и коррозионной среды;
коррозия при трении — разрушение металлов, вызываемое одновременным воздействием коррозионной среды и трещин.
По форме коррозионных разрушений виды коррозии делят на две 
группы: общую и местную коррозию. Эти группы включают различные типы коррозионных разрушений (рис. 1.1).

а

г

ж

б

д

з

в

е

и

Рис. 1.1. Характер коррозионных разрушений:
общая коррозия: а — равномерная; б — неравномерная; в — структурная; 
местная (локальная) коррозия: г — пятнами; д — язвами; е — питтингами; 
ж — расслаивающая; з — межкристаллитная; и — транскристаллитная

При эксплуатации различных технических устройств в промышленности наблюдаются разнообразные формы коррозионных повреждений металлических изделий. Наиболее опасны локальные повреждения поверхности деталей, испытывающих силовую нагрузку. 
Развитие питтингов, являющихся концентраторами напряжения, 
и межкристаллитных трещин приводит к потере механических 

свойств металлических изделий даже при наличии ничтожного эффекта коррозии (рис. 1.2).

60

40

20

0

Потеря веса, мг/см2

Равномерная 
коррозия
Местная 
коррозия
Межкристаллическая 
коррозия

Потеря прочности, %

1,0
2,0
3,0
4,0

1

2

3

5,0

Рис. 1.2. Потери прочности деталей из дуралюмина 
при различных видах коррозионных разрушений:
1 — равномерная коррозия; 2 — местная коррозия; 
3 — межкристаллитная коррозия

1.3. ПОКАЗАТЕЛИ КОРРОЗИИ И ТРЕБОВАНИЯ 
К КОРРОЗИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Существуют различные показатели опасности коррозионных повреждений, стандартизованные (ГОСТ) по отраслям промышленности. Эти показатели используют с учетом вида коррозии, характера 
коррозионных повреждений и специфических эксплуатационных 
требований к металлическим изделиям. Предусматриваются сроки 
безаварийной службы металлических изделий, а на основании сокращения этих сроков из-за коррозии рассчитывается экономический 
эффект защитных мероприятий (с учетом их стоимости).
Наиболее широко используемые показатели коррозии металлов 
и сплавов приведены в табл. 1.1.
При оценке скорости общей равномерной коррозии металлов 
и сплавов используется отрицательный массовый показатель кор
розии 
m
K
−
 (если возможно надежное удаление продуктов коррозии 
с образцов исследуемого металла и сплава) или положительный мас
совый показатель 
+
m
K , определяемый по привесу образцов. Отрица

тельный массовый показатель коррозии 
−
m
K  при равномерной коррозии надежно пересчитывается на глубинный показатель коррозии 
П (проницаемость) с учетом плотности металла.

Таблица 1.1
Показатели коррозии

Показатель
Расчет показателя

Общая равномерная коррозия
Массовые показатели 
m
K
−
 или 
m
K
+
.
При убыли массы образца рассчитывается

0
2
г/м
ч
,
m
m
m
K
s

−
−
=
⋅
⋅ τ
τ
,

где m0, m — массы образца до и после испытания, г; 
s — площадь поверхности образца, м2;  — время 
испытания, ч.
При увеличении массы образца рассчитывается

0
2
г/м
ч
,
m
m
m
K
s

+
−
=
⋅
⋅ τ
τ

Проницаемость П

8 76
П
мм/год
,
,
m
K
−
⋅
=
ρ
,

где  — плотность металла, г/см 3; 8,76 — пересчетный коэффициент размерностей

Общая коррозия
Объемный показатель KV

3
2
см
см
ч
,
v
v
K
s
=
⋅
⋅ τ
,

где V — объем (при н.у.) поглощенного (О2) или выделенного (Н2) газа, см 3

Различные виды 
локальной коррозии, сопровождающиеся изменением физикомеханических 
свойств металлов 
или сплавов

Механический показатель Kмех.
Например, при изменении прочности образца рассчитывается

0

0
100%
Kσ
σ − σ
=
⋅
σ
τ
,

где 0,  — прочность образца (MПa) до и после 
испытания за время 

Межкристаллитная коррозия
Электрический показатель

0

0
100%
R
R
R
K
R

τ −
=
⋅
,

где R0, R — удельное электрическое сопротивление 
образца до и после испытания, Ом · см

Для характеристики электрохимической коррозии активных 
металлов (сплавов Mg и Al) в ряде случаев используется объемный 
показатель коррозии KV, определяющий объем выделенного в процессе коррозии газа (водорода) или поглощенного из атмосферы газа 
(кислорода).
Локальная коррозия вызывает снижение физико-механических 
свойств изделий из металлов или сплавов. Для оценки локальных 
коррозионных поражений широко используются механические показатели коррозии, определяющие потери прочности или пластичности образцами после коррозионных испытаний (например K).
Межкристаллитная коррозия даже на начальных ее стадиях выявляется с помощью электрического показателя коррозии KR, который 
характеризует увеличение электросопротивления образца исследуемого металла или сплава после коррозионного испытания.
Существуют и другие показатели межкристаллитной коррозии. 
Широко используются стандартизированные (ГОСТ) по отраслям 
промышленности ускоренные коррозионные испытания.
Испытания металлов и сплавов, цель которых — определение 
склонности к коррозионному растрескиванию, проводят в горячих 
растворах солей (преимущественно хлоридов) на образцах, испытывающих растягивающие напряжения. Определяют время до появления выраженной трещины в напряженном металле.
Выявление склонности металла или сплава к коррозионной усталости требует применения жидких коррозионных сред в сочетании 
с повторно-переменными напряжениями.
Коррозионная опасность может быть достаточно надежно спрогнозирована на основании исследования электрохимического и коррозионного поведения металла или сплава в соответствующих коррозионных средах методом снятия поляризационных кривых и построения коррозионных диаграмм.
При использовании всех методов коррозионных испытаний рекомендуется микрографическое обследование образцов до и после 
коррозионных испытаний с примером глубины питтингов и выявлением изменений в структуре металла или сплава.
Известны различные шкалы показателей коррозии металлов 
и сплавов с оценкой в баллах (например, шкала проницаемости П) 
(табл. 1.2).
Однако для каждого вида производства характерны собственные 
требования к износу и стойкости металлических изделий, указанные 
в ГОСТах — единых государственных основных стандартах. Например, существуют следующие ГОСТы, входящие в Единую систему 
защиты от коррозии и старения: ГОСТ 5272-68 (Коррозия металлов. 
Термины); ГОСТ 5632-72 (Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные); ГОСТ 9.017-74