Щелевая коррозия относится к коррозии , происходящей в закрытых пространствах, таких как пустоты, в которых застойный раствор задерживается и не возобновляется. [1] Эти пространства обычно называют щелями. Примерами щелей являются зазоры и зоны контакта между деталями, под прокладками или уплотнениями, внутренние трещины и швы, пространства, заполненные отложениями , и под кучами шлама . [2] [3]
Коррозионная стойкость нержавеющей стали зависит от наличия на ее поверхности ультратонкой защитной оксидной пленки (пассивной пленки), но при определенных условиях эта оксидная пленка может разрушиться, например, в растворах галогенидов или восстановителях. кислоты . [4] Области, где оксидная пленка может разрушаться, также иногда могут быть результатом особенностей конструкции компонентов, например, под прокладками, в острых входящих углах или из-за неполного провара сварного шва или перекрытия поверхностей. [5] Все они могут образовывать щели, способствующие коррозии . Чтобы функционировать как очаг коррозии, щель должна быть достаточной ширины, чтобы обеспечить проникновение корроданта, но достаточно узкой, чтобы гарантировать, что корродант останется застойным. Соответственно, щелевая коррозия обычно возникает в зазорах шириной в несколько микрометров и не встречается в канавках или щелях, в которых возможна циркуляция корроданта. Эту проблему часто можно решить, уделив внимание конструкции компонента, в частности, избегая образования щелей или, по крайней мере, сохраняя их как можно более открытыми. Щелевая коррозия по механизму очень похожа на точечную коррозию ; сплавы, устойчивые к одному, обычно устойчивы к обоим. Щелевую коррозию можно рассматривать как менее серьезную форму локализованной коррозии по сравнению с точечной коррозией. Глубина проникновения и скорость распространения при питтинговой коррозии значительно больше, чем при щелевой коррозии.
В щелях может развиваться локальный химический состав, который сильно отличается от химического состава основной жидкости. Например, в котлах из- за непрерывного испарения воды в щелях вблизи теплообменных поверхностей может возникать концентрация нелетучих примесей . «Коэффициенты концентрации» в несколько миллионов не являются редкостью для обычных примесей воды, таких как ионы натрия , сульфата или хлорида . [6] Процесс концентрации часто называют «укрытием» (HO), тогда как противоположный процесс, при котором концентрации имеют тенденцию к выравниванию (например, во время остановки), называется «возвращением убежища» (HOR). В растворе с нейтральным pH pH внутри щели может упасть до 2, что является очень кислой средой, которая ускоряет коррозию большинства металлов и сплавов.
Для данного типа щели в инициировании щелевой коррозии важны два фактора: химический состав электролита в щели и падение электрического потенциала в щели. Ранее исследователи утверждали, что за начало щелевой коррозии ответственен тот или иной из двух факторов, но недавно было показано, что активная щелевая коррозия вызывается комбинацией этих двух факторов. [7] Как падение потенциала, так и изменение состава электролита щели вызвано обеднением кислорода раствора внутри щели ( потребление кислорода , вызванное окислением металла на внутренней поверхности закупоренной полости) и отделением электроактивные области, с чистыми анодными реакциями ( окислением ), происходящими внутри щели, и чистыми катодными реакциями ( восстановление ), происходящими снаружи щели (на жирной поверхности). Соотношение площадей поверхности между катодной и анодной областью является значительным.
Некоторые явления, происходящие внутри щели, могут чем-то напоминать гальваническую коррозию :
Механизм щелевой коррозии может быть (но не всегда) аналогичен механизму питтинговой коррозии . Однако различий достаточно, чтобы требовать отдельного рассмотрения. Например, при щелевой коррозии необходимо учитывать геометрию щели и характер процесса концентрации, приводящего к развитию дифференциальной локальной химии. Необходимо учитывать экстремальные и часто неожиданные местные химические условия внутри расщелины. Гальванические эффекты могут играть роль в деградации щели.
В зависимости от среды, сложившейся в щели, и характера металла щелевая коррозия может принимать форму:
Распространенная форма разрушения щели возникает из-за коррозионного растрескивания под напряжением , когда трещина или трещины развиваются от основания щели, где концентрация напряжений наибольшая. Это стало основной причиной падения Серебряного моста через реку Огайо в 1967 году в Западной Вирджинии , где единственная критическая трещина длиной всего около 3 мм внезапно выросла и разрушила соединение поперечной балки. Остальная часть моста рухнула менее чем за минуту. Причиной катастрофы стала одна единственная точка отказа (SPOF).
Проушины в Серебряном мосту не были лишними, поскольку звенья состояли всего из двух стержней каждое из высокопрочной стали (более чем в два раза прочнее, чем обычная мягкая сталь ), а не из толстой стопки более тонких стержней умеренной прочности материала, «причесанных » " вместе, как обычно, для резервирования. При наличии только двух стержней выход из строя одного из них может привести к чрезмерной нагрузке на второй, что приведет к полному выходу из строя, что маловероятно, если используется больше стержней. Хотя цепь с низким уровнем резервирования может быть спроектирована в соответствии с проектными требованиями, безопасность полностью зависит от правильного и высококачественного изготовления и сборки.
Восприимчивость к щелевой коррозии широко варьируется в зависимости от системы материал-окружающая среда. В целом, щелевая коррозия представляет наибольшую опасность для материалов, которые обычно являются пассивными металлами, таких как нержавеющая сталь или алюминий . Щелевая коррозия, как правило, имеет наибольшее значение для компонентов, изготовленных из высококоррозионностойких суперсплавов и работающих с самой чистой доступной водно-химической средой. Например, парогенераторы на атомных электростанциях разрушаются в основном из-за щелевой коррозии.
Щелевая коррозия чрезвычайно опасна, поскольку она локализована и может привести к выходу из строя компонентов при минимальных общих потерях материала. Возникновение и развитие щелевой коррозии бывает трудно обнаружить.