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 исследова-
ний коррозионных процессов : учебно-методическое посо-
бие/ 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 тео-
рия коррозионных процессов, методы коррозионных исследований, ис-
пользуемые при изучении различных видов коррозионных разрушений 
металлов и сплавов. Даны описания экспериментальных способов ис-
следования коррозии на основе принятых в науке и практике рекомен-
даций, международных и государственных стандартов с использованием 
современного высокотехнологичного исследовательского оборудования.
Вторая часть пособия включает в себя экспериментальные электрохими-
ческие методы исследований процессов коррозии: определение потенциа-
лов коррозии, контролирующих стадий коррозионных процессов, изучение 
межкристаллитной и питтинговой коррозии (локальных видов коррозион-
ных 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-химическо-
го взаимодействия материала со средой. Коррозия 
приводит к изменению свойств как самого металла 
(в основном к ухудшению свойств конструкционного мате-
риала), так и среды или технической системы, частью кото-
рой этот материал является. Такое определение соответствует 
международному стандарту ISO 8044. По этой же номенклату-
ре коррозионным эффектом называют изменение в любой ча-
сти коррозионной системы, вызванное коррозией. При этом 
коррозионным повреждением называют коррозионный эф-
фект, не совместимый с назначением металла, среды или тех-
нической системы, частью которой он является. Как следует 
из определения термина «коррозия», корродировать, т. е. раз-
рушаться под действием внешней среды, могут любые матери-
алы: стекло, бетон, пластмассы и т. д. В данной работе рассма-
триваются 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 кисло-
тах или под действием тока имеют тот же механизм, что и кор-
розионный процесс, но коррозией не называются.
Эффективность методов борьбы с коррозией напрямую за-
висит от правильного определения механизма коррозионного 

Введение

разрушения, влияния внешних и внутренних факторов на ско-
рость коррозионного процесса, а также выбора адекватного спо-
соба защиты металла или сплава от коррозии в конкретных ус-
ловиях эксплуатации.
При сравнительных коррозионных испытаниях использу-
ются способы определения коррозионных поражений метал-
лов и сплавов: химические и ускоренные электрохимические 
методы — в соответствии с современными научными достиже-
ниями науки о коррозии и общепринятыми международными 
(ISO) и национальными (NACE, DIN, АСТМ и др.) стандар-
тами и ГОСТами.

1. методы коррозионных исследований

1.1. Характеристика методов исследования коррозии
С

огласно международному стандарту ISO 8044 коррози-
онное испытание — это испытание для оценки корро-
зионного поведения металла, загрязнения среды про-
дуктами коррозии, эффективности защиты от коррозии или 
коррозивности среды.
Целью коррозионных испытаний является определение дол-
говечности данного конструкционного материала в условиях 
эксплуатации. При коррозионных исследованиях решаются 
следующие задачи:
· раскрытие механизма коррозионного процесса, который 
может быть химическим, электрохимическим или сме-
шанным химически-электрохимическим;
· установление наиболее агрессивного компонента внеш-
ней среды (ионы хлора, фтора, кислоты серная, соляная 
или их кислотные остатки, О2, СО2, пары` Н2О и др.);
· определение контроля коррозионного процесса (кине-
тического, диффузионного или смешанного в случае хи-
мической коррозии) или одного из основных практиче-
ских случаев контроля электрохимических коррозионных 
процессов (катодного при основной роли перенапряже-
ния при разряде деполяризатора или его диффузии, анод-
ного или омического и т. д.);

1. Методы коррозионных исследований

· установление влияния основных внутренних (материала, 
структуры, состояния поверхности и др.) и внешних (со-
става коррозионной среды, температуры, давления ско-
рости движения среды и т. д.) факторов на коррозионную 
стойкость металла или сплава;
· выбор наилучшего конструкционного материала для при-
менения в определенных условиях с учетом требуемых 
эксплуатационных свойств (технологических, коррози-
онных характеристик, стоимости);
· сравнение коррозионной агрессивности среды по отно-
шению к одному или нескольким металлическим мате-
риалам;
· проверка методов защиты от коррозии, (определение эф-
фективности противокоррозионного легирования, приме-
нения ингибиторов коррозии или электрохимической за-
щиты, 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 реша-
ются следующие задачи (по ISO):
· изучение модельных систем для нахождения общих зако-
номерностей, характеризующих коррозионные свойства 
металлов и покрытий;
· испытание новых марок металлов и видов покрытий па-
раллельно с испытаниями лучших серийных материалов;
· структурные испытания металлов и покрытий для кон-
троля их качества на производстве или в лаборатории;
· испытания в различных условиях эксплуатации для нако-
пления экспериментальных данных с целью создать ме-
тоды прогнозирования коррозионного поведения метал-
лов, долговечности покрытий.

1.2. Классификация методов коррозионных испытаний

1.2. Классификация методов коррозионных испытаний

По общему характеру исследований методы подразделяют-
ся на три группы:
1) лабораторные исследования;
2) внелабораторные исследования;
3) эксплуатационные исследования (испытания машин, ап-
паратов, сооружений и средств защиты в эксплуатацион-
ных условиях).
Лабораторные методы исследований являются наиболее раз-
работанными и совершенными. Результаты таких испытаний 
легче всего воспроизводятся, поэтому их можно стандартизиро-
вать. Для лабораторных методов испытаний на коррозию разра-
ботаны ГОСТы, которые в настоящее время согласуются с меж-
дународными стандартами ISO, NACE, DIN, СТ СЭВ и т. д.
Обычно коррозионные исследования проводят в следующей 
последовательности: лабораторные, внелабораторные (в при-
родных условиях), эксплуатационные.
По продолжительности исследований методы коррозион-
ных испытаний разделяются на две группы:
· длительные — соответствуют по продолжительности экс-
плуатационным условиям;
· ускоренные — проводятся в искусственных условиях, уско-
ряющих коррозионные процессы, которые протекают в экс-
плуатационных условиях (ускорить испытания возможно 
за счет облегчения протекания контролирующих процес-
сов, но без изменения характера коррозионного процесса).
На практике находят применение оба этих метода иссле-
дований, дополняющие и контролирующие друг друга. Сопо-
ставление результатов ускоренных и длительных исследований 
позволяет в ряде случаев получить для них соответствующий 
коэффициент перерасчета, что иногда освобождает от необхо-
димости 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, фотографировани-
ем и наблюдениями за изменением внешнего вида;
· микроисследование для установления характера корро-
зии, наличия питтинговой, межкристаллитной или иных 
видов коррозии;
· применение различных индикаторов, в том числе цвет-
ных, для определения катодных и анодных зон корроди-
рующей поверхности.
К количественным показателям относятся:
· показатель склонности к коррозии;
· глубинный (с помощью снятия профилограмм);
· изменения массы (гравиметрический);
· объемный (по выделению водорода или поглощению кис-
лорода);
· очаговый (по расчету количества язв, питтингов);
· токовый показатель (по плотности коррозионного тока);
· механический (по изменению механических характери-
стик металла);
· по изменению электросопротивления в процессе коррозии;
· оптический (отражательный) показатель — выраженное 
в процентах изменение отражательной способности по-
верхности металла за определенное время коррозионно-
го процесса.
Для изучения равномерной коррозии металлов и количе-
ственного выражения ее скорости выбор показателя скорости 
коррозии не имеет принципиального значения и делается на ос-
новании применяемого метода исследования, имеющейся изме-
рительной аппаратуры, необходимой точности измерений и т. д.
В случае неравномерной местной коррозии металла выбор по-
казателя 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 глу-
бинного. Наличие межкристаллитной коррозии металла может 
быть установлено и количественно выражено с помощью глу-
бинного, прочностного показателя и изменения электросопро-
тивления 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 сопровождать-
ся достаточно полной характеристикой металла, коррозионной 
среды, условий испытаний, временем исследований.
Характеристика изучаемого металла включает в себя сведе-
ния о его химическом составе (основных составляющих и при-
месях), структуре (характере структуры, величине зерна и его 
структурных составляющих, характере и количестве неметал-
лических включений), способе изготовления, термообработке, 
характере и степени деформации, методе обработки и степени 
чистоты поверхности, происхождении (технологии плавки).
Характеристика коррозионной среды должна содержать дан-
ные о составе, концентрации и рН раствора, а также о квалифи-
кации 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 кор-
розии 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