Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

Коррозия металлов. Коррозия – процесс окисления металла под воздействием окружающей среды





 

Коррозия – процесс окисления металла под воздействием окружающей среды. Наибольший вред от коррозии приходится на долю основного конструкционного металла – железа. Безвозвратные потери металлов от коррозии составляют примерно 10÷15 % мировой продукции стали. Но еще больший вред связан не с потерей металла, а с порчей изделий. Таким образом, борьба с коррозией является важной народнохозяйственной задачей.

9.1 Виды и типы коррозии

По характеру разрушения металла применяется следующая классификация видов коррозии:

1) равномерная; 2) пятнами; 3) точечная;

4) вглубь металла (язвенная); 5) растрескивающаяся;

6) селективная – разрушается отдельный вид кристаллической структуры металла;

7) межкристаллитная – разрушаются связи между отдельными кристаллами. Является наиболее опасным видом коррозии, так как в результате данной коррозии резко ухудшаются механические характеристики металла, но внешне это почти не обнаруживается.

В зависимости от механизма окисления металла различают следующие типы коррозии:

1) химическая; 2) гальванокоррозия; 3) электрокоррозия.

Химическая коррозия протекает в жидкостях, не проводящих электрический ток, и в газовых средах.

Газовая коррозия протекает при высоких температурах. Среди газовых сред самые распространенные O2, SO2, Cl2, H2O, H2S, оксиды азота и другие.

Данный тип коррозии можно описать посредством следующих реакций:

4Fe + 3O2 ® 2Fe2O3, Fe + H2O ® FeO + H2, Fe + CO2 ® FeO + CO и т.д.

Для ряда металлов, например, алюминия, свинца и др., при окислении кислородом поверхности образуется прочная оксидная пленка, препятствующая дальнейшему окислению металла, в результате этого металл становится «пассивным», т.е. устойчивым в данной среде.

Гальванокоррозия – это коррозия металлов по типу гальванического элемента. Протекает тогда, когда создаются условия для работы гальванического элемента. Гальванокоррозию можно разделить на микрогальванокоррозию и контактную коррозию.

Микрогальванокоррозия – протекает в деталях, включающих кристаллы металлов с различной электрохимической активностью. В реальных условиях химически чистые металлы применяются редко, они обычно включают примеси, естественные или искусственно введенные (например, в сплавах). При контакте с электролитом, например, влагой, между кристаллами различных металлов возникает разность потенциалов и, если в растворе имеется потенциальный окислитель, то протекает электрохимический процесс, при котором окисляется металл с меньшим электродным потенциалом.



Контактная коррозия – протекает в конструкции, включающей находящиеся в контакте металлы с различной электрохимической активностью и находящейся в среде электролита.

Рассмотрим различные варианты гальванокоррозии металлов. Наиболее часто на практике встречается гальванокоррозия чугуна в нейтральной и кислой средах, контактная коррозия железа, а также коррозия вследствие неравномерной аэрации. Составим схемы и опишем работу соответствующих гальванических элементов.

1) Гальванокоррозия чугуна в нейтральной среде.

Схема соответствующего гальванического элемента имеет вид:

(A)Fe | О2, Н2О | С(К).

В данной гальванопаре железо имеет меньшее значение φ, поэтому будет анодом.

Составим уравнения анодного и катодного процессов:

A) Fe – 2е = Fe2+,

К) О2 + 2Н2О + 4е = 4ОН.

Образующиеся ионы обеспечивают проводимость во внутренней цепи по реакции Fe2+ + 2ОН = Fe(OH)2.

В присутствии кислорода протекает следующие вторичные реакции:

4Fe(ОH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3,

Fe(OH)3 = FeOOH (ржавчина) + Н2О.

2) Гальванокоррозия чугуна в кислой среде.

(A) Fe | НС1, О2, Н2О | С (К).

A) Fe – 2e = Fe2+,

К) 2Н+ + 2е = Н2 .

Fe2+ + 2Сl = FeCl2,

FeCl2 + 2Н2О = Fe(OH)2 + 2НС1 (гидролиз),

4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3 , Fe(OH)3 = FeOOH + Н2О.

3) Контактная коррозия железа и меди в нейтральной среде.

(A)Fe | О2, Н2О | Сu(К).

В данной гальванопаре железо будет анодом.

A) Fe – 2е = Fe2+, К) О2 + 2Н2О + 4е = 4ОН.

Fe2+ + 2ОН = Fe(OH)2. 4Fe(ОH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3,

Fe(OH)3 = FeOOH (ржавчина) + Н2О.

4) Коррозия при неравномерной аэрации возникает в том случае, когда

деталь находится в растворе электролита, но доступ кислорода к различным

частям металла неодинаков. Коррозии подвергается та часть детали, доступ кислорода к которой минимален. Химизм данной коррозии согласуется с приведенными выше схемами.

Из приведенных примеров видно, что исходным продуктом коррозии является Fe2+ , которое под действием кислорода воздуха далее окисляется до Fe3+ (Fe(OH)3). Гидроксид железа(III) термически нестоек и поэтому распадается на оксидгидроксид железа(III) и воду.

Электрокоррозия возникает, когда металлическая конструкция находится в среде электролита и расположена вблизи источника электрической энергии. Часть электрического тока вследствие утечки попадает на металлическую конструкцию и приводит к электрохимическому разрушению конструкции по типу электролиза.

 

 

9.2 Способы защиты металлов от коррозии

Так как наибольший ущерб наносит гальванокоррозия, для предотвращения её надо устранить хотя бы одно из условий, необходимых для работы потенциального гальванического элемента: наличие электродов с различными значениями электродного потенциала, электролита и потенциального окислителя.

Рассмотрим различные методы защиты металлов от коррозии.

 

9.2.1 Изолирование металлов от внешней среды

Самый простой способ – защищаемый металл изолируют от окружающей среды с помощью покрытий: лаками, красками, эмалями, пластиками, другими металлами или другими материалами. Изоляция металлов от внешней среды также достигается при оксидировании, фосфатировании, борировании, цементации, азотировании и других видах обработки поверхности металлов. Главные требования к покрытиям – необходимые механические характеристики и прочное сцепление с поверхностью металла (адгезия).

Остановимся на особенностях металлических покрытий. В случае покрытия одного металла другим контактировать с окружающей средой и окисляться будет уже металл покрытия. На практике в качестве покрытия используются Cr, Ni, Sn, Zn и другие металлы. Но в случае, если покрытие частично разрушится и изделие находится в среде электролита, создаются условия для протекания контактной гальванокоррозии. В зависимости от сравнительной активности контактирующих металлов металлическое покрытие может быть анодным или катодным. Рассмотрим данный вопрос на примере гальванокоррозии оцинкованного и луженого железа с частично разрушенными покрытиями:



 

1) Гальванокоррозия оцинкованного железа в нейтральной среде.

Схема гальванического элемента:

(A) Zn | О2, Н2О | Fe (К).

В данной гальванопаре цинк имеет меньшее значение φ, поэтому будет являться анодом.

Реакции на электродах:

A) Zn – 2е = Zn2+, К) О2 + 2Н2О + 4е = 4ОН.

Реакция в растворе электролита

Zn2+ + 2ОН =Zn(OH)2.

Из данной схемы видно, что в случае частичного разрушения анодного покрытия коррозии подвергается металл покрытия, при этом металл покрытия будет выполнять защитную функцию по типу протекторной защиты.

 

2) Гальванокоррозия луженого железа в кислой среде.

Схема гальванического элемента:

(A) Fe | НС1, О2, Н2О | Sn (К).

В данной гальванопаре олово имеет большее значение φ, поэтому будет являться катодом.

Реакции на электродах и в растворе электролита:

A) Fe – 2e = Fe2+, К) 2Н+ + 2е = Н2.

Fe2+ + 2Сl = FeCl2,

FeCl2 + 2Н2О = Fe(OH)2 + 2НС1 (гидролиз),

4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3, Fe(OH)3 = FeOOH + Н2О.

Покрытие менее активным металлом является опасным покрытием, так как после его частичного разрушения возникает гальванопара, которая приводит к усилению коррозии защищаемого металла.

 

9.2.2 Изменение состава коррозионной среды

Изменить состав коррозионной среды возможно, если деталь находится в ограниченной небольшими размерами замкнутой системе.

Из ранее приведенных схем коррозии следует, что функцию окислителя могут выполнять кислород, вода и кислоты, а восстановителя – железо. Сравним окислительно-восстановительные потенциалы данных систем:

O2 + 4H+ + 4е = 2H2O φ0 = + 1,23 В,

O2 + 2H2O + 4е = 4ОН φ0 = + 0,40 В,

2О + 2е = H2 + 2OH φ0 = – 0,83 В,

Fe – 2е = Fe2+ φ0 = – 0,44 В.

Из приведенных значений следует, что в отсутствие кислорода и кислот окисление железа происходить не будет.

В среде, контактирующей с металлической конструкцией, должен отсутствовать электролит и окислитель с более высоким, чем у металла, окислительно-восстановительным потенциалом. Из внешней среды должны быть удалены активаторы коррозии Cl, Br и др. и в случае необходимости добавлены вещества, резко замедляющие коррозию – ингибиторы.

Механизм действия ингибиторов пока не исследован полностью. Поэтому подбор ингибиторов проводится в основном экспериментальным путем. В частности, было установлено, что ингибиторами коррозии железа в кислой среде является органические амины. В литературе имеется большой справочный материал по применению ингибиторов.

 





Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1214; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.008 сек.