Корозійна інженерія

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.

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

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].