Коррозия металлических материалов

Российский федеральный ядерный центр – 
Всероссийский научно-исследовательский институт  
экспериментальной физики 
 
Саровский физико-технический институт НИЯУ МИФИ 
 
 
 
 
 
 
 
Т. В. Казаковская 
 
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 
 
 
Пособие по курсу «Коррозия специальных материалов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Саров 
2024 

УДК 620.193(075.8) 
ББК 34.66я73 
         К14 
  
 
Казаковская, Т. В. 
 
К14 
Коррозия металлических материалов : пособие по 
курсу «Коррозия специальных материалов» / Т. В. Казаковская. – Саров: ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ», 2024. –
79 с., ил. 
 
ISBN 978-5-9515-0576-7 
 
 
В пособии кратко изложены теоретические основы 
науки о коррозии, рассмотрены типы и виды коррозии 
различных металлов и сплавов, а также способы их антикоррозионной защиты.  
Пособие предназначено для студентов СарФТИ НИЯУ 
МИФИ, обучающихся по курсу «Коррозия специальных 
материалов», аспирантов СарФТИ и РФЯЦ – ВНИИЭФ по 
направлению подготовки «Технология машиностроения». 
Издание также будет полезно специалистам, интересующимся коррозией различных материалов. 
 
 
 
 
УДК 620.193(075.8) 
ББК 34.66я73 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9515-0576-7             Казаковская Т. В., 2024 
 ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ», 2024 

 
Содержание 
 
3
 
 
СОДЕРЖАНИЕ 
 
Введение ..………………………………………………………… 
5
Глава 1. Основные понятия и определения коррозии ………… 
7
1.1. Роль термодинамики в науке о коррозии ………………… 
7
1.2. Классификация коррозионных потерь и масштабы  
           убытков, причиняемых коррозией ..……………………… 
8
Глава 2. Классификация коррозионных процессов …………… 
9
Глава 3. Химическая коррозия ..………………………………… 11
3.1. Термодинамика процесса химической коррозии.  
       Принцип Ле Шателье – Брауна. ..………………………… 
11
3.2. Кинетика процесса химической коррозии  ……………… 
13
3.2.1. Скорость процесса коррозии.  
          Показатели химической коррозии …………………… 
13
3.2.2. Пленки на металлах …………………………………… 14
3.2.3. Условие сплошности пленок на металлах  ..………… 
15
3.3. Законы роста оксидных пленок на металлах .…………… 
16
3.4. Влияние внешних и внутренних факторов  
       на химическую коррозию металлов  ..…………………… 
18
Глава 4. Защита от газовой коррозии  ..………………………… 
21
4.1. Контролируемые и защитные атмосферы .……………… 
21
4.2. Жаростойкость и жаропрочность.  
       Жаростойкое легирование  ..……………………………… 
22
4.3. Жаропрочные и жаростойкие стали  ..…………………… 
23
4.4. Поверхностное легирование ……………………………… 
24
4.5. Неорганические неметаллические покрытия …………… 
26
Глава 5. Электрохимическая коррозия ………………………… 
27
5.1. Электродный потенциал металла  ..……………………… 
27
5.2. Химический и электрохимический механизмы  
       растворения металлов в электролитах …………………… 
28
5.3. Термодинамика процесса электрохимической  
       коррозии …………………………………………………… 
30
5.4. Схема, кинетика и показатели процесса  
       электрохимической коррозии  .…………………………… 
30
5.5. Поляризация электродных процессов …………………… 
32
5.6. Пассивность металлов  .…………………………………… 
33

Содержание 
 
4
5.7. Коррозионные процессы с кислородной  
       деполяризацией  …………………………………………… 
35
5.8. Защита металлических материалов от коррозии  
       в нейтральных аэрируемых средах  ……………………… 37
5.9. Коррозионные процессы с водородной деполяризацией . . 
40
5.10. Защита металлических материалов от коррозии  
         в растворах кислот  .……………………………………… 
42
Глава 6. Особенности коррозии некоторых металлов ………… 
45
6.1. Уран ...……………………………………………………… 
45
6.1.1. Физические свойства .………………………………… 
49
6.1.2. Сплавы уран – молибден ...…………………………… 
51
6.1.3. Опасные и вредные факторы при работе с ураном  … 
52
6.1.4. Атмосферная коррозия урана ………………………… 
54
6.1.5. Гидридная коррозия урана  …………………………… 
55
6.1.6. Перспективные способы защиты урана  ..…………… 
56
6.2. Плутоний ...………………………………………………… 
57
6.2.1. Открытие расщепления атомного ядра ……………… 
57
6.2.2. Манхэттенский проект  ..……………………………… 
58
6.2.3. Понятие критической массы  ………………………… 
59
6.2.4. Изотопы плутония  .…………………………………… 
60
6.2.5. Металлургия и получение плутония ………………… 
61
6.2.6. Плутоний и оружие …………………………………… 
61
6.2.7. Физические свойства плутония ……………………… 
62
6.2.8. Химические свойства плутония ……………………… 
63
6.2.9. Мирные атомные взрывы ..…………………………… 
64
6.2.10. Оружейный плутоний ..……………………………… 
65
6.2.11. Реакторный плутоний ..……………………………… 
66
6.2.12. Переработка ядерного топлива  ..…………………… 
67
6.2.13. Опасные и вредные факторы при работе  
            с плутонием ..………………………………………… 
67
6.3. Бериллий ...………………………………………………… 
68
6.3.1. Физические и химические свойства  ………………… 
68
6.3.2. Производство и применение .………………………… 
69
6.3.3. Коррозия бериллия …………………………………… 
70
6.3.4. Опасные и вредные факторы при работе  
          с бериллием  …………………………………………… 
70
Приложение  ..…………………………………………………… 
71
Источники  ....…………………………………………………… 
77
 

 
Введение 
 
5
 
 
Введение 
 
Коррозионные явления и методы борьбы с ними были известны еще в Римской империи. Так, Геродот (5 век до н.э.) предлагал 
защищать изделия из железа оловянными покрытиями, Плиний 
(1 век н.э.) упоминал защиту бронзы с помощью масла. При изготовлении оружия использовали полирование, воронение, насечки 
благородными металлами, что не только украшало оружие, но 
и защищало его от коррозии.  
Создание науки о коррозии связано с именами многих ученых. 
Прежде всего нужно назвать первого крупного российского естествоиспытателя Михаила Васильевича Ломоносова (1711–1765). 
В 1745 г. он получил звание профессора химии. Его диссертация 
называлась «О металлическом блеске». В 1756 г. ученый провел 
эксперимент по точному взвешиванию металла, нагретого в запаянной реторте до высокой температуры, чем доказал, что флогистон 
не существует, а при попадании в реторту воздуха происходит 
окисление металла. М. В. Ломоносов впервые указал на более высокую химическую устойчивость благородных («высоких») металлов по сравнению с неблагородными («низкими»), открыл и описал 
пассивирование металлов в концентрированной азотной кислоте. 
Следует упомянуть и Хемфри Дэви (1778–1829) – выдающегося английского ученого, химика, физика и геолога, одного из основателей электрохимии, почетного члена Петербургской академии 
наук (1823). В 1819 г. Дэви установил, что железо в отсутствие кислорода не ржавеет. В 1824 г. он показал, что морская вода в отсутствие кислорода не действует на медь, а также доказал электрохимическую природу коррозии в присутствии влаги. В 1825 г. Х. Дэви 
предложил электрохимический метод защиты медной обшивки кораблей от морской воды цинковым протектором. Были у Х. Дэви и 
ошибочные выводы: он считал, что железо ржавеет из-за воздействия не только кислорода, но и углекислого газа. 
Следующий ученый, значимость которого в науке о коррозии 
несомненна, – английский физик Майкл Фарадей (1791–1867), 
ученик Дэви. В 1830–1840 гг.  Фарадей вывел важные соотношения 

Введение 
 
6
между количеством анодно-растворяющегося металла и количеством протекающего электричества – так называемые законы Фарадея, которые используются в настоящее время. 
Первый закон электролиза Фарадея гласит, что масса вещества, 
осажденного на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод (под 
количеством электричества имеется в виду электрический заряд, 
измеряемый, как правило, в кулонах). Следствие из закона Фарадея 
до сих пор используется для оценки величины контактной коррозии 
материалов, которые являются в контактной паре (или многоэлектродной системе) анодами.  
М. Фарадей высказал предположение о пленочном механизме 
пассивности железа (защитное действие пленки на железе) и электрохимической сущности процессов растворения металла. 
Огромный вклад в науку о коррозии внесла так называемая 
русская школа – советские и российские ученые. Среди них: Георгий Владимирович Акимов (1901–1953) – советский ученый, основатель советской научной школы коррозионистов, создатель теории структурной коррозии и теории многоэлектродных систем, лауреат трех Сталинских премий; И. Л. Розенфельд, Н. Д. Томашов, 
А. Н. Фрумкин, Ю. Р. Эванс. Например, А. Н. Фрумкин опубликовал ряд основополагающих работ по современной электрохимии, 
которые стали связующим звеном между гомогенным катализом и 
электрохимической кинетикой. 
В настоящее время российские ученые активно занимаются 
исследованием коррозионных процессов в различных отраслях 
промышленности, участвуют в отечественных и зарубежных симпозиумах (регулярные конференции Американского общества по 
материалам ASTM, Национальной ассоциации инженеров-корро- 
зионистов NACE (США, ежегодная конференции EUROCORR, 
конгрессы Международного совета по коррозии ICC)), публикуют 
свои труды в специализированных журналах (только в Европе издается 14 журналов по коррозии, в нашей стране РАН издает журнал 
«Коррозия металлов»).   
 

 
Коэффициенты запаса прочности... 
 
7
 
 
 
Г
ЛАВА 1 
 
Основные понятия и определения коррозии 
 
Коррозия (от лат. сorrosio – разъедание) – самопроизвольное 
разрушение металлических материалов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей 
средой (чаще жидкой или газообразной).  
Cледует обратить внимание, что: 
– термин «коррозия» в науке в строгом смысле применим 
только для металлов («металлических материалов» в определении); 
– отличительной особенностью коррозии является самопроизвольное разрушение (коррозией не является, например, растворение 
металлов в кислотах для получения солей постоянного электрического тока, анодное растворение в электролизерах); 
– разрушение по физическим причинам тоже не является коррозией, а характеризуется понятиями «эрозия», «истирание», «износ», «радиоактивный распад» и т. п. 
 
1.1. Роль термодинамики в науке о коррозии 
 
Научной базой науки о коррозии являются физическая химия, 
теория металлургических процессов, а также металловедение 
и термическая обработка. 
Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Термодинамика определяет возможность или невозможность протекания данного процесса. 
Коррозионный процесс всегда происходит на границе двух 
фаз, это гетерогенный процесс взаимодействия жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонентов) с металлом. 
Возможность протекания коррозионного процесса определяется изменением энергии Гиббса ∆G: 
∆G = ∆H – T∆S,                                         (1) 

Глава 1 
 
8
где ∆H – изменение энтальпии, Т – температура, ∆S – изменение 
энтропии. 
Любой коррозионный процесс сводится к окислительновосстановительной реакции вида 
n
–
–
Me
Me
ne ,
Ox
ne
Red,





 
где Ме – металл; Oх, Red – соответственно окисленная и восстановленная форма имеющегося в коррозионной среде вещества. 
 
1.2. Классификация коррозионных потерь и масштабы 
убытков, причиняемых коррозией 
 
Коррозионные потери классифицируют на прямые и косвенные.  
Прямые потери – это стоимость замены конструкций, механизмов и их частей, пришедших в негодность вследствие коррозии. 
Величина прямых коррозионных потерь в США оценивается примерно в 5,5 млрд долларов в год (по данным Национального бюро 
стандартов США). 
Косвенные потери включают в себя: 
– простои оборудования;   
– потери полезного продукта (течь продуктопроводов); 
– уменьшение производительности оборудования. Например, 
ежегодно по причине коррозии (засорения труб ржавчиной) происходит повышение мощности нагнетательных машин; 
– загрязнение полезного продукта; 
– завышенные припуски при проектировании деталей (увеличение толщины изделия с припуском на коррозию). 
По международным оценкам, косвенные потери превышают 
прямые в два-три раза. Затраты на восполнение потерь от коррозии 
сравнимы с затратами на медицинское обслуживание в развитых 
странах (от 3 до 10 % годового национального продукта). Примерно 
40 % ежегодно производимых металлов и металлических материалов расходуется на восполнение коррозионных потерь, поэтому 
без принятия решительных мер по снижению коррозионных потерь увеличение производственных фондов становится бессмысленным. 
                                                          
 
 По данным США, эти затраты составляют около 40 млн долларов 
в год.