А.И.Костржицкий, Чебан Т.В.

Одесская национальная академия пищевых технологий

РАЗВИТИЕ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОРАХ

КАТОДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛИ

Рассмотрено влияние условий осаждения катодных покрытий на их защитные свойства и особенности электрохимических процессов, протекающих на поверхности стали с покрытиями. Основной метод получения покрытий – вакуумная технология (термическое испарение и ионно-плазменное осаждение). Показано, что основным фактором, определяющим защитные свойства катодных покрытий, является пористость. Получены полуэмпирические зависимости от толщины покрытий и от параметров осаждения (температуры подложки, скорости конденсации и охлаждения, режимов работы испарительных устройств, степени ионизации паров металла и т.д.). Установлено, что защитные свойства ионно-плазменных покрытий существенно выше, чем обычных термовакуумных.

Установлены определенные закономерности кинетики появления работающих очагов коррозионного разрушения. В первые часы испытаний (до 180…240 минут) зависимости n=f(t) (n – пористость покрытий, t – время испытаний) для ионно-плазменных покрытий близки к линейным с угловым коэффициентом К, который увеличивается по мере возрастания пористости. В дальнейшем число работающих пор стабилизируется (n = const), что определяет стабильные значения электродных потенциалов образцов.

Иные закономерности обнаружены на обычных термовакуумных покрытиях. На начальных этапах испытаний (до 30…40 минут) изменение пористости во времени описываются функциями, близкими к показательным. Затем численные значения пористости стабилизируются.

Обобщение экспериментальных данных коррозионно-электро-химических исследований показало, что на тонких покрытиях реализуется преимущественно электрохимический механизм развития коррозионных процессов.

Разрушения локализованы в местах сквозных пор, а скорость коррозии определяется геометрическим фактором d/h (d – диаметр пор, h – толщина покрытия). С ростом толщины покрытия скорость коррозии стали уменьшается.

В первые моменты испытаний для покрытий всех толщин коррозионные потери основы обусловлены работой гальванопары «дно поры – покрытие» (типичный пример локальной коррозии. Покрытие служит неполяризуемым катодом, а анодные процессы локализованы на дне поры. Начиная с определённых толщин (порядка 18…20 мкм для термовакуумных, и 25…30 мкм для ионно-плазменных) характер развития очагов коррозии меняется: чисто электрохимический механизм дополняется механохимическим. Последний носит случайный характер, зависит от уровня растягивающих механических деформаций и в значительной степени определяется численными значениями d/h. Если d/h≥1, то имеет место только электрохимический механизм. В диапазоне значений d/h ≈ 0,3…0,5 вероятным является углубление очага в тело металла за счёт возникновения и работы гальванопары Эванса ∆E_м= α∙σ (σ – величина деформации, α – деформационная поляризуемость). При значениях d/h≤0,3 в отдельных местах реализуется скачкообразный механизм углубления очага коррозии. Это наблюдается, как правило, в одиночных порах толстых покрытий, причём отстоящих достаточно далеко от места скопления пор. По нашему мнению, в этом проявляется влияние электрохимической гетерогенности пористого катодного покрытия. Электрохимическая гетерогенность (по результатам наших исследований) определяет необходимые и достаточные условия перехода от чисто электрохимического механизма коррозии к механохимическому. Необходимым условием является превышение уровня максимального сдвига потенциала вблизи одиночного очага коррозионного разрушения в 5…7 раз по отношению к фоновому уровню. Достаточным условием для реализации механохимического механизма является обязательное наличие растягивающих напряжений в зоне, расположенной перед вершиной растущего очага.

Рассмотрена возможность априорной оценки ожидаемого механизма развития коррозионных процессов в порах покрытий по данным измерения электродных потенциалов пористых катодных покрытий на стали. В основе предлагаемой методики лежит известный метод оценки защитных свойств покрытий по данным анализа работы микрогальванических элементов (работы И.Л.Розенфельда, 1968-1973 г.г.). В развитие основных положений теории микрогальванических элементов нами предложена методика оценки ожидаемых значений электродных потенциалов пористых образцов по данным измерений электродных потенциалов материалов покрытия и подложки и пористости покрытий. Рассчитанные значения электродных потенциалов с учетом катодных поляризационных кривых материала покрытия дают возможность прогнозировать численные значения токов микрогальванических элементов на поверхности пористых катодных покрытий, а впоследствии – рассчитать ожидаемые коррозионные потери металлизированной продукции в конкретных агрессивных средах.