Кратко и по сути.
1) Электродные процессы (основные реакции)
- Анод (растворение железа):
$$\text{Fe}\to {\text{Fe}}^{2+}+2e^{-}$$ - Катод (в морской воде при pH ≈ 8 и достаточном O2 — доминирует восстановление кислорода):
$${\text{O}}_2+2{\text{H}}_2\text{O}+4e^{-}\to 4{\text{OH}}^{-}$$ (при локальном истощении O2 или в кислой среде возможна эволюция H2):
$$2{\text{H}}^{+}+2e^{-}\to {\text{H}}_2$$ - Последующие химические стадии: образование гидроксидов и оксидов железа
$${\text{Fe}}^{2+}+2{\text{OH}}^{-}\to {\text{Fe(OH)}}_2,4{\text{Fe(OH)}}_2+O_2\to 2{\text{Fe}}_2{O}_3\cdot n{H}_{2}O(\text{ржавчина})$$ - В присутствии Cl^- пассивация нарушается, возникают pitting и crevice-коррозия через локальное растворение и кислотизацию:
$${\text{Fe}}^{2+}+2H_{2}O\rightleftharpoons {\text{Fe(OH)}}_2+2H^{+}$$
2) Кинетика (упрощённо)
- Коррозия описывается теорией смешанных потенциалов: в установившемся состоянии анодный и катодный токи равны.
- Тавеловская зависимость для кинетики электрода:
$$\eta =a+b\log i$$ - Связь коррозионного тока с поляризационной сопротивляемостью (Stern–Geary):
$$i_{corr}=\frac{B}{R_p},B=\frac{{\beta }_a{\beta }_c}{2.303({\beta }_a+{\beta }_c)}$$ - Перевод тока в скорость потери металла:
$$CR=\frac{K\cdot i_{corr}\cdot EW}{\rho }$$ где $CR$ — скорость коррозии, $i_{corr}$ — плотность тока коррозии, $EW$ — эквивалентная масса, $\rho$ — плотность, $K$ — константа для единиц.
- Ограничение по массообмену: при высоком потоке/богатом кислороде катодный процесс становится массопереносно-ограниченным, что повышает $i_{corr}$ и скорость коррозии.
3) Факторы, ускоряющие коррозию в морской воде
- Высокая концентрация хлорид-ионов (Cl^-) — разрушение пассивных плёнок, провоцирование питтинга.
- Высокая растворённость кислорода и его транспорт (течение, бурление) — усиливает катодную реакцию O2.
- Температура ↑ — ускоряет кинетику (активация + растворимость O2 меняется).
- pH и буферность (локальное понижение pH в лунках усиливает коррозию).
- Галванические пары — более благородные металлы вызывают усиленное анодное растворение Fe.
- Механическое воздействие: эрозия, кавитация, фреттинг — снимают защитные оксидные слои.
- Микробиологически индуцированная коррозия (MIC) — SRB и другие организмы могут создавать локально восстановительную среду / сероводород.
- Загрязнения и отложения (crevices, biofilms) — создают дифференциальную аэрацию и локальные клетки.
4) Наиболее эффективные методы защиты (и краткое обоснование)
- Комплексный подход: конструктивные меры + покрытия + катодная защита + ингибиторы.
- Органические покрытия (эпоксидные, полиуретановые) — основной барьер против контакта с морской водой; эффективны при целости покрытия.
- Катодная защита:
- Жертвенные аноды (Zn, Al, Mg) — просты в эксплуатации для кормы/подводных частей; обеспечивают отрицательное смещение потенциала и делают сталь катодом.
- Импрессированный ток (ICCP) — для крупных структур, позволяет регулируемую защиту.
- Выбор материалов: коррозионно-стойкие сплавы (дуплексн. нержавеющие стали, никелевые сплавы) в зонах повышенного риска; дорожат, но снижают потребность в частой защите.
- Ингибиторы коррозии (в закрытых системах): молибдаты, фосфаты, азолы; хроматы эффективны, но токсичны (ограничение применения).
- Защита от микробной коррозии: биоциды, антисептические покрытия, контроль отложений и аэрации.
- Конструктивные меры: избегать щелей/карманов, обеспечить дренаж/вентиляцию, изоляция контактов с благородными металлами, уменьшение турбулентности в критичных местах.
- Мониторинг и техническое обслуживание: измерение потенциалов, токов анодов, контроль целостности покрытий и отложений.
Резюме: в морской воде коррозия железа определяется анодным растворением Fe и катодной редукцией кислорода; скорость контролируется как электрохимической кинетикой (Tafel), так и массопереносом O2 и локальными химическими условиями. Самые эффективные решения — сочетание качественных покрытий, адекватной катодной защиты и правильного выбора материалов/конструкции с регулярным мониторингом.