Корозійна інженерія

Вид збоку Залізничний міст Кроу-Холл на північ від Престон Ланс, корозія – загальний вид

Корозійна інженерія — це інженерна спеціальність, яка застосовує наукові, технічні, інженерні навички та знання природних законів і фізичних ресурсів для розробки та впровадження матеріалів, конструкцій, пристроїв, систем і процедур для боротьби з корозією[1]. З цілісної точки зору корозія — це явище, коли метали повертаються до стану, в якому вони знаходяться в природі[2]. Рушійна сила, яка викликає корозію металів, є наслідком їх тимчасового існування в металевій формі. Для виробництва металів, починаючи з природних мінералів і руд, необхідно забезпечити певну кількість енергії, для плавдення залізної руди в доменній печі. Тому термодинамічно неминуче, що ці метали під впливом різних середовищ повернуться до свого природного стану[3]. Таким чином, корозія та корозійна інженерія включають вивчення хімічної кінетики, термодинаміки, електрохімії та матеріалознавства.

Загальний передумови

Загалом пов’язана з металургією чи матеріалознавством, корозійна інженерія також стосується неметалів, зокрема кераміки, цементу, композитних матеріалів та електропровідних матеріалів, таких як вуглець і графіт. Інженери з корозії часто керують іншими некоррозійними процесами, включаючи (але не обмежуючись цим) розтріскування, крихке руйнування, розтріскування, фретинг, ерозію та, як правило, класифіковані як управління інфраструктурними активами. У 1990-х роках Імперський коледж Лондона навіть пропонував ступінь магістра наук під назвою «Корозія конструкційних матеріалів»[4]. UMIST – Інститут науки і технологій Манчестерського університету, який тепер є частиною Манчестерського університету, також пропонує подібний курс. Магістерські курси з інженерії корозії доступні в усьому світі, а навчальні програми містять навчальний матеріал про контроль і розуміння корозії. Університет штату Огайо має центр корозії, названий на честь одного з найбільш відомих інженерів корозії Марса Дж. Фонтани[5].

Витрати на корозію

Корозійна сталь. Електрифікація залізниці.
«Свайні оболонки», що охоплюють старі бетонні мостові палі для боротьби з корозією, яка виникає, коли тріщини в палях дозволяють солоній воді контактувати з внутрішніми сталевими арматурними стрижнями

У 1995 році повідомлялося, що витрати на корозію по всій країні в США становили майже 300 мільярдів доларів на рік[6]. Це підтвердило попередні повідомлення про шкоду, завдану світовій економіці корозією.

Закі Ахмад у своїй книзі «Принципи корозійної техніки та боротьби з корозією» стверджує, що «Корозійна інженерія — це застосування принципів, розроблених з науки про корозію, для мінімізації або запобігання корозії»[7]. Шрейр та ін. пропонують те саме у своїй великій двотомній праці під назвою «Корозія»[8]. Корозійна інженерія передбачає розробку схем запобігання корозії та впровадження спеціальних кодексів і практик. Заходи проти корозії, включаючи катодний захист, проектування для запобігання корозії та покриття конструкцій підпадають під режим корозійної техніки. Однак наука про корозію та техніка йдуть рука об руку, і їх неможливо розділити: це постійний шлюб, який час від часу створює нові та кращі методи захисту. Це може включати використання інгібіторів корозії. У Довіднику з корозійної техніки автор П’єр Р. Роберж стверджує: «Корозія — це руйнівна атака матеріалу в результаті реакції з навколишнім середовищем. Серйозні наслідки процесу корозії стали проблемою світового значення»[9].

Товариства та асоціації корозійної техніки та корозії

Групи інженерів корозії створені по всьому світу для навчання, запобігання, уповільнення та управління корозією. До них належать Національна асоціація інженерів з корозії (NACE), Європейська федерація з корозії (EFC), Інститут корозії у Великобританії та Австралазійська асоціація з корозії. Основним завданням інженера з корозії є економічне та безпечне управління наслідками корозії матеріалів.

Відомі учасники цієї галузі

Деякі з найбільш помітних учасників дисципліни корозійної техніки включають, зокрема:

  • Майкл Фарадей (1791–1867)
  • Марсель Пурбе (1904–1998)
  • Герберт Х. Уліг (1907–1993)
  • Улік Річардсон Еванс (1889–1980)
  • Марс Гай Фонтана (1910–1988)
  • Мелвін Романофф (-1970)

Типи корозійних ситуацій

Інженери та консультанти з корозії, як правило, спеціалізуються на сценаріях внутрішньої або зовнішньої корозії. В обох випадках вони можуть надавати рекомендації по боротьбі з корозією, аналізувати несправності, продавати засоби боротьби з корозією або забезпечувати встановлення чи проектування систем контролю та моніторингу корозії[7][10][11][12][13]. Кожен матеріал має свої слабкі місця. Алюміній, оцинковане/цинкове покриття, латунь і мідь погано виживають у дуже лужному або дуже кислому середовищі pH. Мідь і латунь погано виживають у середовищі з високим вмістом нітратів або аміаку. Вуглецеві сталі та залізо погано виживають у середовищі з низьким питомим опором ґрунту та високим вмістом хлориду[14]. Середовища з високим вмістом хлориду можуть навіть подолати та атакувати сталь, укладену в зазвичай захисний бетон. Бетон погано виживає в середовищі з високим вмістом сульфатів і кислот. І ніщо не виживає добре в середовищах з високим вмістом сульфідів і низьким окислювально-відновним потенціалом з корозійними бактеріями. Це називається біогенною сульфідною корозією[15][16].

Корозія на стику - поганий дизайн з‘єднання.
Конструкційний елемент Блекпулської набережної в Бісфемі сильно заржавів.

Звичайне визначення зони сплеску – це область трохи вище та трохи нижче середнього рівня води у водоймі. Сюди також входять зони, які можуть бути піддані бризкам води та туману[17][18][19].

Біметалева корозія

Гальванічна корозія (також звана біметалевою корозією) — це електрохімічний процес, під час якого один метал (більш активний) переважно кородує, коли він знаходиться в електричному контакті з іншим різнорідним металом у присутності електроліту[20][21]. Подібна гальванічна реакція використовується в первинних елементах для генерування корисної електричної напруги для живлення портативних пристроїв – класичним прикладом є елемент із цинковими та мідними електродами. Гальванічна корозія також використовується, коли жертвувальний метал використовується для катодного захисту. Гальванічна корозія виникає, коли в присутності електроліту контактують активний метал і більш благородний метал[22].

Гарний дизайн для запобігання корозії

Корозійна техніка передбачає гарний дизайн[23][24][25]. Використання заокругленого краю замість гострого зменшує корозію[26]. Також не з’єднуйте зварюванням або іншим методом з’єднання двох різнорідних металів, щоб уникнути гальванічної корозії[27]. Уникати розміщення маленького анода (або анодного матеріалу) поруч із великим катодом (або катодним матеріалом) є хорошою практикою. Наприклад, зварювальний матеріал завжди повинен бути більш благородним, ніж навколишній матеріал. Корозія в баластних цистернах морських суден може бути проблемою, якщо не буде розроблено належний проект[28]. Інші приклади включають просту конструкцію, наприклад товщину матеріалу. У відомій ситуації корозії матеріал можна просто зробити товщим, тому для корозії знадобиться набагато більше часу[29].

Примітки

  1. ↑ Trethewey, Kenneth R.; Chamberlain, John (1988). Corrosion for students of science and engineering. Harlow, Essex, England: Longman Scientific & Technical. с. 2. ISBN 0582450896. OCLC 15083645.
  2. ↑ CoatingsTech - Waterborne Direct-to-Metal Coatings: Enduring Solutions in Corrosion Protection. www.coatingstech-digital.org (англ.). Процитовано 7 липня 2022.
  3. ↑ Van Muylder, Jean (1981). Thermodynamics of Corrosion. У Bockris, J. O’M.; Conway, Brian E.; Yeager, Ernest; White, Ralph E. (ред.). Electrochemical Materials Science. Comprehensive Treatise of Electrochemistry. Т. 4. Boston, MA: Springer US. с. 1—96. doi:10.1007/978-1-4757-4825-3_1. ISBN 978-1-4757-4825-3.
  4. ↑ Sidky and Hocking (May 1994). MSc Corrosion of Engineering Materials. Imperial College Lecture Notes.
  5. ↑ Welcome to the Fontana Corrosion Center. The Fontana Corrosion Center. 2 жовтня 2013. Процитовано 20 лютого 2021.
  6. ↑ Fontana, Mars G (2005). Corrosion engineering (вид. 3rd). New Delhi: Tata McGraw-Hill. с. 1. ISBN 0070607443. OCLC 225414435.
  7. ↑ а б Zaki., Ahmad (2006). Principles of corrosion engineering and corrosion control (вид. 1st). Boston, MA: Elsevier/BH. ISBN 9780080480336. OCLC 147962712.
  8. ↑ Shreir, L. L.; Burstein, G. T.; Jarman, R. A. (1994). Corrosion (вид. 3rd). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 159124501X. OCLC 53032654.
  9. ↑ Roberge, Pierre R. (2012). Handbook of corrosion engineering (вид. 2nd). New York: McGraw-Hill. ISBN 9780071750370. OCLC 801050825.
  10. ↑ Roberge, Pierre R. (2008). Corrosion engineering: principles and practice. New York: McGraw-Hill. ISBN 9780071640879. OCLC 228826475.
  11. ↑ Revie, R. Winston, ред. (2011). Uhlig's corrosion handbook (вид. 3rd). Hoboken, New Jersey. ISBN 9780470872857. OCLC 729724608.
  12. ↑ Revie, R. Winston (2008). Corrosion and corrosion control: an introduction to corrosion science and engineering (вид. 4th). Hoboken, New Jersey. ISBN 9780470277256. OCLC 228416767.
  13. ↑ Volkan, Cicek (April 2014). Corrosion engineering. Salem, Massachusetts. ISBN 9781118720752. OCLC 878554832.
  14. ↑ Landolt, Dieter (2007). Corrosion and surface chemistry of metals (вид. 1st). Lausanne, Switzerland: EPFL Press. ISBN 978-0-8493-8233-8. OCLC 141347756.
  15. ↑ US EPA. nepis.epa.gov. Процитовано 14 жовтня 2021.
  16. ↑ ((Office of Research & Development)). DESIGN MANUAL: ODOR AND CORROSION CONTROL IN SANITARY SEWERAGE SYSTEMS AND TREATMENT PLANTS. cfpub.epa.gov. Процитовано 14 жовтня 2021.
  17. ↑ What is the Splash Zone and How to Protect It?. Mark Tool & Rubber. 28 грудня 2012. Процитовано 15 жовтня 2021.
  18. ↑ Creamer E.V. "Splash Zone Protection of Marine Structures" Paper number 1274, Offshore Technology Conference, Houston TX, 1970
  19. ↑ Madkour, Loutfy H. INDUSTRIAL CORROSION AND CORROSION CONTROL TECHNOLOGY. с. 289—329.
  20. ↑ Sepulveda, Alexander. Inspector Knowledge Series 03-0. с. 65—73.
  21. ↑ Galvanic Corrosion. www.nace.org. Архів оригіналу за 22 грудня 2018. Процитовано 21 грудня 2018.
  22. ↑ Trethewey, Kenneth R.; Chamberlain, John (1988). Corrosion for students of science and engineering. Harlow, Essex, England: Longman Scientific & Technical. с. 107-111. ISBN 0582450896. OCLC 15083645.
  23. ↑ Ahmad, Zaki (2006). Principles of corrosion engineering and corrosion control (вид. 1st). Boston, MA: Elsevier/BH. с. 438—478. ISBN 978-0-08-048033-6. OCLC 147962712.
  24. ↑ Raymond, K. L. (1962). Principles of Design for Corrosion Prevention. SAE Technical Paper. SAE Technical Paper Series. 1. doi:10.4271/620229. 620229.
  25. ↑ Influence of design on corrosion. www.steelconstruction.info. Процитовано 13 жовтня 2021.
  26. ↑ Corrosion control by design (PDF). 2021. Архів (PDF) оригіналу за 17 травня 2017.
  27. ↑ Corrosion Prevention & Control (CPC) Design & Construction Issues | WBDG – Whole Building Design Guide. www.wbdg.org. Процитовано 13 жовтня 2021.
  28. ↑ Corrosion on the High Seas: How Ship Owners Battle Rust. www.materialsperformance.com. Процитовано 13 жовтня 2021.
  29. ↑ Fontana, Mars G (2005). Corrosion engineering (вид. 3rd). New Delhi: Tata McGraw-Hill. с. 158. ISBN 0070607443. OCLC 225414435.

Подальше читання