Физика образования дефекта Коррозия на холоднокатаном прокате. Часть 3 — Влияние влажности на интенсивность коррозии

Коррозия металлаЧасть 3  — Влияние влажности на интенсивность коррозии

В состав атмосферного воздуха входит водяной пар, содержание которого в г/м3 называют абсолютной влажностью. Влажностное состояние воздуха определяется такими параметрами, как парциальное давление (упругость) водяного пара и относительная влажность φ. Чем суше воздух, тем выше его влагоудерживающая способность. Упругость водяного пара качественно отражает свободную энергию влаги в воздухе. Величина e может изменяться от нуля до максимального парциального давления E, соответствующего полному насыщению воздуха. Максимальное парциальное давление водяного пара E, так же как и абсолютная влажность воздуха, увеличивается с повышением температуры и барометрического давления (табл.1).

Таблица 1 — Максимальное парциальное давление и влагосодержание водяного пара при различной температуре воздуха.

Коррозия металла

Каждому значению температуры воздуха (при одинаковом барометрическом давлении) соответствует свое максимальное значение E. Эту температуру принято называть температурой точки росы. Относительной влажностью φ называют степень насыщения воздуха водяным паром, т.е. отношение парциального давления водяного пара в рассматриваемой среде к максимальному значению этого давления (при данной температуре):

Коррозия металла

где, e — парциальное давление водяного пара, Па; E- максимальное значение парциального давления, Па.

Чем выше относительная влажность, тем слабее энергия связи влаги с воздухом. Когда парциальное давление водяного пара приближается к максимальному значению, связи настолько ослабевают, что образуются многочисленные микрокапли, которые постепенно укрупняются и осаждаются из воздуха в виде конденсата. Другой причиной образования конденсата является резкое охлаждение воздуха. На рисунке 5 приведен график, иллюстрирующий изменение относительной влажности в зависимости от температурного перепада.

Коррозия металла

Рис.5 — Влияние перепада температуры на внутренней поверхности  упаковки на повышение относительной влажности воздуха.

Одной из причин возможного выпадения конденсата является также наличие в воздухе гигроскопической пыли или аэрозолей, снижающих максимальную упругость водяного пара. В этом случае принимается значение условной относительной влажности, φу, которая определяется по формуле

влажность

Молекулы водяного пара воздуха при соприкосновении с поверхностью металла притягиваются к ней под действием сил, действующих на границе твердого тела и газовоздушной среды. В результате этого на поверхности происходит увеличение концентрации молекул водяного пара (или газа) по сравнению с концентрацией этих молекул в атмосфере.

Явление притяжения молекул пара или газа к поверхности твердого тела называется адсорбцией. Силы притяжения (дисперсионные) обратно пропорциональны седьмой степени расстояния между молекулами. Поэтому толщина слоя воды, которая адсорбируется на поверхности твердого тела в сухом воздухе, ничтожно мала — она соизмерима с толщиной молекулярного слоя. Под действием сил, притягивающих молекулы воды к поверхности твердого тела, происходят значительные изменения их свойств. Вода в полимолекулярных и особенно в мономолекулярных слоях обладает переходными свойствами между твердым телом и жидкостью. Например, величина диэлектрической постоянной воды, составляющей мономолекулярный слой, при температуре, равной 18 ºС почти в 40 раз меньше, чем «свободной» воды. Вода моно — и полимолекулярных слоев обладает пониженной растворимостью ионов, большей плотностью, замерзает при температуре значительно ниже 0 ºС и, по существу, не является электролитом. Толщина молекулярных слоев воды на поверхности увеличивается по мере повышения относительной влажности воздуха и может возрастать до 1 мкм и более.

Если толщина пленки адсорбированной из воздуха влаги не превышает нескольких молекулярных слоев (происходит моно- и полимолекулярная адсорбция), в металле может иметь место лишь «сухая коррозия». Относительная влажность, соответствующая таким условиям, 30 — 50 %. Значения влажности весьма ориентировочны, так как они зависят от состояния поверхности. Дальнейшее повышение влажности способствует постепенному увеличению толщины пленки и изменению ее свойства, так как действие дисперсионных сил со стороны твердого тела ослабевает.

Адсорбционные процессы переходят от моно — полимолекулярных к капиллярной конденсации, и вода приобретает свойства электролита, что играет определяющую роль в коррозионных процессах, так как, по существу, примерно с этого момента начинается «влажная» коррозия. До начала капиллярной конденсации (имеется в виду конденсация по поверхности, а не в отдельных точках) в металле коррозия не развивается или же протекает весьма медленно. Особенность капиллярной конденсации состоит в следующем: поверхность любого материала покрыта слоем моно — полимолекулярной воды. В мелких порах вода испытывает значительно большее воздействие со стороны твердого тела, поэтому её поверхность искривляется, образуя вогнутый мениск. Давление над вогнутой поверхностью водяного пара меньше, чем над плоской поверхностью, поэтому в таких порах будет выпадать конденсат. Чем меньше размер пор, тем при меньшей влажности происходит это явление. Однако капиллярная конденсация характерна лишь для пор,  размер которых составляет примерно 10-7 – 10-5 см. В порах меньше 10-7 см вода находится в моно- или полимолекулярном слое, а в порах больше 10-5 см конденсация не происходит, так как при таких размерах уже не образуется вогнутый мениск. Давление в порах такое же, как и над плоской поверхностью, и они заполняются водой лишь при непосредственном контакте с жидкостью (атмосферные осадки, проливы и т.д.). Капиллярная конденсация происходит не только в порах, но и на поверхности, которая всегда содержит различные твердые включения в виде пыли, имеет отдельные неровности, шероховатости.

Таким образом, можно отметить следующее от влажности воздуха зависит толщина жидкостной пленки на поверхности стальной продукции. При φ < 75% процессы коррозии стальной холоднокатаной продукции развиваются весьма медленно. «Критической» может считаться  влажность более 75%. Когда φ изменяется от 75 до 95%, наблюдается наибольший прирост сорбционной влажности и увеличение толщины пленки влаги на поверхности холоднокатаной полосы. Поэтому при наличии агрессивных газов их коррозионная активность приближается к максимальной.

Рекомендуем ознакомиться со статьями:

  1. Физика образования дефекта Коррозия на холоднокатаном прокате. Часть 2 — Кинетика коррозионного процесса
  2. Физика образования дефекта «Коррозия» на холоднокатаном прокате. Часть 1 — Факторы, влияющие на развитие коррозии
  3. Причины коррозии жести электролитического лужения
  4. Дефект «Сажа». Часть 2 — Экспериментальные исследования по выявлению причин образования дефекта (пример)
  5. Что такое загрязнения на холоднокатаном прокате?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*