Часть 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.
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):
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.
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
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:
- Физика образования дефекта Коррозия на холоднокатаном прокате. Часть 2 — Кинетика коррозионного процесса
- Дефект «Коррозия пятнами» на холоднокатаной полосе после термообработки стали (отжига металла)
- Причины коррозии жести электролитического лужения
- Физика образования дефекта «Коррозия» на холоднокатаном прокате. Часть 1 — Факторы, влияющие на развитие коррозии
- Особенности коррозии белой жести и защита от коррозии
