Факторы, вызывающие микробиологическую коррозию металлов и способы защиты от нее

Коррозия металлов является процессом образования гальванических пар. Под коррозией понимают электрохимическое или химическое разрушение металлического материала происходящее на поверхности. При коррозии металл наиболее часто окисляется с образованием ионов металла, которые дают различные продукты коррозии при дальнейших превращениях. Коррозию могут вызывать как химические, так и электрохимические процессы [11].
Химическая коррозия является взаимодействием поверхности металла с коррозионно-активной средой, которое не сопровождается возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае протекают в одном акте взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды.
Ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды при электрохимической коррозии протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).
Электрохимическая коррозия является разрушением металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. При электрохимической коррозии, являющейся наиболее частой формой коррозии, всегда необходимо присутствие электролита (конденсата, дождевой воды и т. д.) как, например, при ржавлении во влажной атмосфере железа.
Электроды образованы либо различными элементами структуры материала, либо двумя различными соприкасающимися материалами. Электропроводность повышается, если в воде растворены ионы солей, и скорость процесса увеличивается.
При соприкосновении и погружении в раствор электролита двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами образуется гальванический элемент, называемый коррозионным элементом. Он представляет собой ни что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом. Особо присущ этот вид коррозии металлам с высокими отрицательными потенциалами.
Атмосферная коррозия представляет собой разрушение металлов и сплавов при обычной температуре во влажном воздухе. Это самый распространенный вид коррозии. В атмосферных условиях эксплуатируется примерно 80% металлических конструкций. Атмосферная коррозия металлов носит, в основном, электрохимический характер и протекает в тонких слоях сконденсировавшейся на поверхности металла влаги [11, 15].
Основные факторы, определяющие скорость коррозии в атмосфере, представлены степенью увлажненности поверхности корродирующих металлов, наличием загрязнений и температурой. Эти факторы изменяются в широких пределах, например, в морской атмосфере очень много солей, особенно хлорида натрия, в атмосфере промышленных районов много оксидов серы, углерода, азота и др.
Различают следующие типы атмосферной коррозии по степени увлажненности поверхности металла: сухая, влажная и мокрая. Сухая атмосферная коррозия – это коррозия при полном отсутствии на поверхности металла пленки влаги. Механизм сухой коррозии металлов представляет собой чисто химический процесс взаимодействия с окисленной поверхностью агрессивных газов. На поверхности металла в сухом воздухе образуются оксидные пленки, снижающие дальнейшее окисление металла. Защитные свойства пленки могут снизиться, если в воздухе имеются другие газы, например, сернистые соединения, и в связи с этим возрастет скорость коррозии. Влажная атмосферная коррозия протекает при наличии на поверхности металла тончайшей невидимой пленки влаги, которая образуется при относительной влажности воздуха ниже 100% в результате конденсации.
Во влажной атмосфере механизм коррозии металлов преимущественно электрохимический. Существенное влияние на работу коррозионного микрогальванического элемента оказывает сопротивление пленки влаги на поверхности металла.
Мокрая атмосферная коррозия – коррозия металлов, протекающая при относительной влажности около 100% при наличии на их поверхности видимой пленки влаги. Такая атмосферная коррозия наблюдается при капельной конденсации на поверхности металла влаги, а также при непосредственном попадании влаги на металл (дожди, обливание конструкций водой и т. д.). При полном погружении металла в электролит мокрая атмосферная коррозия близка к электрохимической коррозии.
Подземная коррозия металлических конструкций имеет обычно электрохимический механизм и протекает в почвенных или грунтовых условиях. Подземной коррозии подвержены, главным образом, подземные резервуары, металлические трубопроводы, силовые электрические кабели и др. Особенно сильное разрушение наблюдается в условиях совместного воздействия грунта и блуждающих токов.
Различают следующие виды почвенной коррозии [15]:
− Подземная коррозия – коррозия в почве, которую вызывают коррозионные элементы, возникающие на металле в местах соприкосновения его с коррозионной средой вследствие неоднородности металла сооружения, различия температур, неодинакового состава почвы, влажности и воздухопроводности почвы на различных участках сооружения.
− Подземная биокоррозия – это коррозия, которая вызывается жизнедеятельностью микроорганизмов, оказывающих воздействие на металл, обычно процесс завершается электрохимической коррозией.
− Электрокоррозия – коррозия под действием токов утечки с рельсов электрифицированных железных дорог и других промышленных установок металлических подземных сооружений. Она подразделяется на коррозию блуждающими токами и коррозию внешним током. В почве содержатся влага и различные химические реагенты, поэтому она обладает ионной проводимостью, механизм подземной коррозии – электрохимический в большинстве случаев, за исключением очень сухих грунтов. В подземных условиях наиболее характерным катодным процессом является кислородная деполяризация. Коррозия с водородной деполяризацией может проходить в кислых грунтах (болотистых) [15].
Коррозии в морской воде подвержены металлические части морских судов, металлические сооружения морских портов, механизмы и трубопроводы и т.д. Морская вода представляет собой хорошо аэрированный, нейтральный электролит с высокой электропроводностью, обусловленной наличием в ней солей с большим содержанием хлоридов, которые оказывают депассивирующее действие. Механизм морской коррозии металлов электрохимический, преимущественно с кислородной деполяризацией. На скорость морской коррозии оказывают влияние состав морской воды, ее температура и скорость движения, контакт разнородных металлов, дополнительный механический фактор (аэрирование, кавитация), биологический фактор (обрастание морскими растительными и животными организмами подводной части металлических сооружений). В морской воде общая концентрация солей достигает 4%, что влияет на ее электропроводность.