Коррозия и защита металлов. В 2 ч. Ч. 1. Методы исследований коррозионных процессов

Министерство науки и высшего образования 
Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Н. Г. Россина, Н. А. Попов, М. А. Жилякова, А. В. Корелин

Коррозия и защита металлов

В 2 частях

Часть 1
методы исследований коррозионных процессов

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлениям подготовки
22.03.01 — Материаловедение и технология материалов;
22.03.02 — Металлургия

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2019

УДК 620.19-047.42(075.8)
ББК 34.66-01я73
          К68
Авторы:
Н. Г. Россина, Н. А. Попов, М. А. Жилякова, А. В. Корелин

Рецензенты:
проф., д-р физ.-мат. наук В. Г. Пушин (руководитель отдела главный научный сотрудник лаборатории металловедения цветных 
сплавов Института физики металлов УрО РАН);
проф., д-р физ.-мат. наук И. Г. Коршунов (заведующий кафедрой 
физики Уральского государственного горного университета)

Научный редактор проф., д-р техн. наук А. А. Попов

К68
    Коррозия и защита металлов. В 2 ч. Ч. 1. Методы исследований коррозионных процессов : учебно-методическое пособие/ Н. Г. Россина, Н. А. Попов, М. А. Жилякова, А. В. Корелин. 
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 108 с.

ISBN 978-5-7996-2578-8 (ч. 1)
ISBN 978-5-7996-2577-1 (общ.)

В первой части учебно-методического пособия кратко изложена теория коррозионных процессов, методы коррозионных исследований, используемые при изучении различных видов коррозионных разрушений 
металлов и сплавов. Даны описания экспериментальных способов исследования коррозии на основе принятых в науке и практике рекомендаций, международных и государственных стандартов с использованием 
современного высокотехнологичного исследовательского оборудования.
Вторая часть пособия включает в себя экспериментальные электрохимические методы исследований процессов коррозии: определение потенциалов коррозии, контролирующих стадий коррозионных процессов, изучение 
межкристаллитной и питтинговой коррозии (локальных видов коррозионных разрушений), определение скорости коррозионных процессов.
Библиогр.: 20 назв. Рис. 18. Табл. 3. Прил. 5.
УДК 620.19-047.42(075.8)
ББК 34.66-01я73

ISBN 978-5-7996-2578-8 (ч. 1)          © Россина Н. Г., Попов Н. А., 
ISBN 978-5-7996-2577-1 (общ.)            Жилякова М. А., Корелин А. В., 2019
                                                                    © Уральский федеральный
                                                                         университет, 2019

введение

К

оррозия — процесс и результат физико-химического взаимодействия материала со средой. Коррозия 
приводит к изменению свойств как самого металла 
(в основном к ухудшению свойств конструкционного материала), так и среды или технической системы, частью которой этот материал является. Такое определение соответствует 
международному стандарту ISO 8044. По этой же номенклатуре коррозионным эффектом называют изменение в любой части коррозионной системы, вызванное коррозией. При этом 
коррозионным повреждением называют коррозионный эффект, не совместимый с назначением металла, среды или технической системы, частью которой он является. Как следует 
из определения термина «коррозия», корродировать, т. е. разрушаться под действием внешней среды, могут любые материалы: стекло, бетон, пластмассы и т. д. В данной работе рассматриваются вопросы коррозии только металлов: под термином 
«металл» понимают как чистые металлы, так и стали, сплавы 
и металлические покрытия.
Коррозия — неконтролируемый самопроизвольный процесс 
с негативным результатом, в то время как травление, очистка 
поверхности, получение солей растворением металла в кислотах или под действием тока имеют тот же механизм, что и коррозионный процесс, но коррозией не называются.
Эффективность методов борьбы с коррозией напрямую зависит от правильного определения механизма коррозионного 

Введение

разрушения, влияния внешних и внутренних факторов на скорость коррозионного процесса, а также выбора адекватного способа защиты металла или сплава от коррозии в конкретных условиях эксплуатации.
При сравнительных коррозионных испытаниях используются способы определения коррозионных поражений металлов и сплавов: химические и ускоренные электрохимические 
методы — в соответствии с современными научными достижениями науки о коррозии и общепринятыми международными 
(ISO) и национальными (NACE, DIN, АСТМ и др.) стандартами и ГОСТами.

1. методы коррозионных исследований

1.1. Характеристика методов исследования коррозии
С

огласно международному стандарту ISO 8044 коррозионное испытание — это испытание для оценки коррозионного поведения металла, загрязнения среды продуктами коррозии, эффективности защиты от коррозии или 
коррозивности среды.
Целью коррозионных испытаний является определение долговечности данного конструкционного материала в условиях 
эксплуатации. При коррозионных исследованиях решаются 
следующие задачи:
· раскрытие механизма коррозионного процесса, который 
может быть химическим, электрохимическим или смешанным химически-электрохимическим;
· установление наиболее агрессивного компонента внешней среды (ионы хлора, фтора, кислоты серная, соляная 
или их кислотные остатки, О2, СО2, пары` Н2О и др.);
· определение контроля коррозионного процесса (кинетического, диффузионного или смешанного в случае химической коррозии) или одного из основных практических случаев контроля электрохимических коррозионных 
процессов (катодного при основной роли перенапряжения при разряде деполяризатора или его диффузии, анодного или омического и т. д.);

1. Методы коррозионных исследований

· установление влияния основных внутренних (материала, 
структуры, состояния поверхности и др.) и внешних (состава коррозионной среды, температуры, давления скорости движения среды и т. д.) факторов на коррозионную 
стойкость металла или сплава;
· выбор наилучшего конструкционного материала для применения в определенных условиях с учетом требуемых 
эксплуатационных свойств (технологических, коррозионных характеристик, стоимости);
· сравнение коррозионной агрессивности среды по отношению к одному или нескольким металлическим материалам;
· проверка методов защиты от коррозии, (определение эффективности противокоррозионного легирования, применения ингибиторов коррозии или электрохимической защиты, проверка надежности защитных покрытий и т. д.);
· проверка качества выпускаемой продукции в отношении 
коррозионной стойкости (контроль нержавеющей стали 
на отсутствие склонности к межкристаллитной коррозии, 
проверка сварных соединений на контактную коррозию, 
проверка качества защитных покрытий и т. д.).
При коррозионных испытаниях металлов и покрытий решаются следующие задачи (по ISO):
· изучение модельных систем для нахождения общих закономерностей, характеризующих коррозионные свойства 
металлов и покрытий;
· испытание новых марок металлов и видов покрытий параллельно с испытаниями лучших серийных материалов;
· структурные испытания металлов и покрытий для контроля их качества на производстве или в лаборатории;
· испытания в различных условиях эксплуатации для накопления экспериментальных данных с целью создать методы прогнозирования коррозионного поведения металлов, долговечности покрытий.

1.2. Классификация методов коррозионных испытаний

1.2. Классификация методов коррозионных испытаний

По общему характеру исследований методы подразделяются на три группы:
1) лабораторные исследования;
2) внелабораторные исследования;
3) эксплуатационные исследования (испытания машин, аппаратов, сооружений и средств защиты в эксплуатационных условиях).
Лабораторные методы исследований являются наиболее разработанными и совершенными. Результаты таких испытаний 
легче всего воспроизводятся, поэтому их можно стандартизировать. Для лабораторных методов испытаний на коррозию разработаны ГОСТы, которые в настоящее время согласуются с международными стандартами ISO, NACE, DIN, СТ СЭВ и т. д.
Обычно коррозионные исследования проводят в следующей 
последовательности: лабораторные, внелабораторные (в природных условиях), эксплуатационные.
По продолжительности исследований методы коррозионных испытаний разделяются на две группы:
· длительные — соответствуют по продолжительности эксплуатационным условиям;
· ускоренные — проводятся в искусственных условиях, ускоряющих коррозионные процессы, которые протекают в эксплуатационных условиях (ускорить испытания возможно 
за счет облегчения протекания контролирующих процессов, но без изменения характера коррозионного процесса).
На практике находят применение оба этих метода исследований, дополняющие и контролирующие друг друга. Сопоставление результатов ускоренных и длительных исследований 
позволяет в ряде случаев получить для них соответствующий 
коэффициент перерасчета, что иногда освобождает от необходимости проведения длительных испытаний.

1. Методы коррозионных исследований

1.2.1. Качественные и количественные показатели  
коррозионного разрушения металлов

К качественным показателям коррозии относятся:
· визуальные наблюдения с описанием, фотографированием и наблюдениями за изменением внешнего вида;
· микроисследование для установления характера коррозии, наличия питтинговой, межкристаллитной или иных 
видов коррозии;
· применение различных индикаторов, в том числе цветных, для определения катодных и анодных зон корродирующей поверхности.
К количественным показателям относятся:
· показатель склонности к коррозии;
· глубинный (с помощью снятия профилограмм);
· изменения массы (гравиметрический);
· объемный (по выделению водорода или поглощению кислорода);
· очаговый (по расчету количества язв, питтингов);
· токовый показатель (по плотности коррозионного тока);
· механический (по изменению механических характеристик металла);
· по изменению электросопротивления в процессе коррозии;
· оптический (отражательный) показатель — выраженное 
в процентах изменение отражательной способности поверхности металла за определенное время коррозионного процесса.
Для изучения равномерной коррозии металлов и количественного выражения ее скорости выбор показателя скорости 
коррозии не имеет принципиального значения и делается на основании применяемого метода исследования, имеющейся измерительной аппаратуры, необходимой точности измерений и т. д.
В случае неравномерной местной коррозии металла выбор показателя коррозии имеет существенное значение. Точечная кор

1.2. Классификация методов коррозионных испытаний

розия (питтинговая) может быть выражена количественно только 
с помощью показателя склонности к коррозии, очагового и глубинного. Наличие межкристаллитной коррозии металла может 
быть установлено и количественно выражено с помощью глубинного, прочностного показателя и изменения электросопротивления в сочетании со структурными микроисследованиями.
Скорость коррозии металла, выраженная с помощью одного 
из количественных показателей, является средней скоростью 
коррозии за время t.
Данные коррозионных исследований должны сопровождаться достаточно полной характеристикой металла, коррозионной 
среды, условий испытаний, временем исследований.
Характеристика изучаемого металла включает в себя сведения о его химическом составе (основных составляющих и примесях), структуре (характере структуры, величине зерна и его 
структурных составляющих, характере и количестве неметаллических включений), способе изготовления, термообработке, 
характере и степени деформации, методе обработки и степени 
чистоты поверхности, происхождении (технологии плавки).
Характеристика коррозионной среды должна содержать данные о составе, концентрации и рН раствора, а также о квалификации применяемых реактивов, условиях исследования, данных 
о температуре, газовой атмосфере, скорости перемешивания 
раствора и др.
Время испытаний имеет очень большое значение, так как 
в определенные моменты времени скорость коррозии может быть 
различной: чем дольше идет эксперимент, тем более усредненное 
значение скорости коррозии мы получаем при исследованиях.
Сравнивать различные металлы по значению скорости коррозии в данной среде можно лишь в том случае, если кривые 
кинетики коррозии, т. е. кривые «коррозия (изменение массы с единицы площади поверхности) — время» или «скорость 
коррозии — время» имеют близкий характер. При сравнении 
средних скоростей коррозии трех металлов с различным ха

1. Методы коррозионных исследований

рактером кинетических кривых (рис. 1.1) при длительности 
испытаний t1 наиболее стойким является металл 3, наименее 
стойким — металл 1, а при большей длительности испытаний 
наоборот — наиболее стойким окажется металл 1, наименее 
стойким — металл 3. Поэтому для надежного суждения о коррозионной стойкости металла желательно иметь не отдельные 
значения скорости коррозии, а кривую кинетики процесса, т. е. 
кривую «коррозия — время». В связи с этим особенно полезны 
методы, позволяющие получить эту кривую от одного образца: 
метод периодического, или непрерывного, взвешивания образца корродирующего металла, объемные методы и др.

Рис. 1.1. Кинетика коррозии трех металлов:

1 — затухание коррозии во времени; 2 — постоянная скорость коррозии 
во времени; 3 — увеличение скорости коррозии во времени

1.2.2. Сравнительность коррозионных исследований

Коррозионные исследования рекомендуется проводить одновременно, поскольку в ряде случаев трудно точно воспроизвести все условия таких исследований и провести их как сравнительные: коррозионную стойкость новых сплавов сравнивать 
со стойкостью наиболее распространенных и хорошо изучен
3

2

1