Природа и сущность коррозии металлов

Коррозия металлов - процесс разрушения металлов вследствие химического, электрохимического или биохимического взаимодействии с окружающей средой. Коррозия - один из наиболее опасных видов разрушения металлических деталей авиационных конструкций, поскольку процессы разрушения могут протекать скрытно (например, под накладками, внутри многослойных конструкций), приводя к недопустимому снижению прочности. Отсюда следует, что коррозия может снизить уровень надежности авиационных конструкций.

Название коррозии произошло от латинского слова corrodere - разъедать. Коррозия металлов наносит довольно значительный ущерб. В мире потери от коррозии оценивают в 10 % от всего произведенного металла. Суммарный ущерб от коррозии в промышленно развитых странах достигает 4-5 % национального дохода.

В самолетных конструкциях применяют различные металлические материалы: стали, сплавы алюминия, магния, титана, меди и др. Во многих узлах и агрегатах авиационных конструкций металлические детали контактируют друг с другом и разнородными жидкими и газообразными средами. Основными жидкостями, с которыми контак­тируют детали авиационных конструкций, являются влага, топливо, работав жидкости систем. Основная газовая среда - атмосфера.

Интенсивному развитию коррозии конструктивных элементов самолетов, вертолетов и авиадвигателей способствуют сложные условия эксплуатации авиационной техники: резкая смена температур в течение короткого периода времени, особенно в полете, пребы­вание в различных климатических зонах и их быстрая смена.

При этом следует учесть, что на большой высоте солнечная радиация интенсивно разрушает предохранительные покрытия. На земле в результате соударения находящихся в атмосфере взвешенных частиц с поверхностью самолета происходят механические повреждении различных покрытий.

Развитию атмосферной коррозии способствует конденсация влаги при возвращении на землю самолета из высотного полета. Влага обильно осаждается на конструкции самолета или вертолета кок снаружи, так и внутри различных полостей (например, под зализами, в незаполненных емкостях). В условиях высокой влажности, когда воздух загрязнен дымовыми газами, солями, различными химикатами, коррозионные процессы протекают весьма активно. Особенно это заметно в приморских районах и в загрязненных промышленный регионах.

Практика эксплуатации авиационных конструкций в условиях тропического климата показала, что здесь развиваются некоторые микроорганизмы, питательной средой для которых могут стать клеи, герметизирующие и лакокрасочные материалы. Продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов (например, спирты и кислоты) вызывают биокоррозию. Коррозионные процессы являются непреммеными спутником эксплуатации самолетов, вертолетов и авиадвигателей.

Металлы и металлические сплавы при коррозии разрушаются потому, что система металл - окружающая среда термодинамически неустойчива. Это означает, что металлы всегда по своему энергетическому состоянию готовы вступить во взаимодействие с элементами окружающей среды. Наиболее распространено взаимодействие металла с кислородом воздуха:

2Ме + 0₂ <=> 2МеО,

 где Ме - металл, О - кислород

В результате реакции образуется окисел, причем окисел - термодинамически значительно более устойчивая система. В полезных ископаемых металлы находятся как правило, в виде окислов (кроме золота). И металлургия затрачивает значительное количество энергии для раскисления металлов и получения пригодных для промышленности металлических материалов. А при коррозии протекают обратные процессы. Таким образом, коррозия является естественным процес­сом, поскольку каждое вещество стремится к своему исходному состоянию как более стабильному с энергетической точки зрения.

Например, процесс коррозии железа, находящегося в стали, записать можно следующим образом:

4Fe + 2Н₂0 + ЗО₂ => 4FeOOH.

Как видим, здесь принимают участие кислород воздуха и влага. Окислы железа имеют бурый цвет, стальные детали поэтому покрыва­ются налетом ржавчины. Алюминий, окисляясь, образует соединение Al₂O₃. Продукты коррозии алюминиевых сплавов имеют беловато­серый порошкообразный вид.

Очевидно, что металлы могут соединяться не только с кислоро­дом, но и с другими веществами, находящимися в окружающей среде. Окружающей средой могут быть (кроме атмосферы) щелочи, кислоты, топливо различных типов, грунт (например, для подземных трубопро­водов). Для сельскохозяйственной авиации характерно применение ядохимикатов, которые также могут вступать во взаимодействие с металлами.

Итак, коррозионные процессы приводят к разрушению металлов, вызывая снижение прочностных характеристик элементов конструк­ции. В задачу всех специалистов, причастных к эксплуатации авиационной техники, входит своевременное обнаружение коррозионных Повреждений. С целью разработки эффективных мер по ремонту деталей, пораженных коррозией, введена классификация коррозион­ных процессов и видов коррозии.