4 коррозионная стойкость сплавов металлов. Коррозийная стойкость металлов. Оценка коррозионной стойкости

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость - способность материалов сопротивляться коррозии , определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях. Для оценки скорости коррозии используются как качественные, так и количественные характеристики. Изменение внешнего вида поверхности металла, изменение его микроструктуры являются примерами качественной оценки скорости коррозии. Для количественной оценки можно использовать:

• время, истекшее до появления первого коррозионного очага;
• число коррозионных очагов, образовавшихся за определённый промежуток времени;
• уменьшение толщины материала в единицу времени;
• изменение массы металла на единице поверхности в единицу времени;
• объём газа, выделившегося (или поглощённого) в ходе коррозии единицы поверхности за единицу времени;
• плотность тока, соответствующая скорости данного коррозионного процесса;
• изменение какого-либо свойства за определённое время коррозии (например, электросопротивления , отражательной способности материала, механических свойств).

Разные материалы имеют различную коррозионную стойкость, для повышения которой используются специальные методы. Так, повышение коррозионной стойкости возможно при помощи легирования (например, нержавеющие стали), нанесением защитных покрытий (хромирование , никелирование , алитирование , цинкование , окраска изделий), пассивацией и др. Устойчивость материалов к воздействию коррозии, характерной для морских условий, исследуется в камерах солевого тумана .

Источники

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Коррозионная стойкость" в других словарях:

Коррозионная стойкость - способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды. Источник: snip id 5429: Руководство по проектированию и защите от коррозии подземных металлических сооружений связи Ко … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Способность материалов сопротивляться коррозии. У металлов и сплавов определяется скоростью коррозии, т. е. массой материала, превращенной в продукты коррозии, с единицы поверхности в единицу времени, либо толщиной разрушенного слоя в мм в год.… … Большой Энциклопедический словарь

коррозионная стойкость - Способность материала противостоять воздействию коррозионной среды без изменения своих свойств. Для металла это может быть местное поражение поверхности — питтинг или ржавление; для органических материалов — это образование волосных… … Справочник технического переводчика

Способность материалов сопротивляться коррозии. У металлов и сплавов определяется скоростью коррозии, то есть массой материала, превращённого в продукты коррозии, с единицы поверхности в единицу времени, либо толщиной разрушенного слоя в… … Энциклопедический словарь

Corrosion resistance Коррозионная стойкость. Способность материала противостоять воздействию коррозионной среды без изменения своих свойств. Для металла это может быть местное поражение поверхности питтинг или ржавление; для органических… … Словарь металлургических терминов

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ - свойство материалов противостоять коррозии. Коррозионная стойкость определяется массой материала, превращаемой в продукты коррозии в единицу времени с единицы площади изделия, находящегося во взаимодействии с агрессивной средой, а также размером… … Металлургический словарь

коррозионная стойкость - atsparumas korozijai statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Metalo gebėjimas priešintis korozinės aplinkos poveikiui. atitikmenys: angl. corrosion resistance vok. Korrosionswiderstand, m; Rostbeständigkeit, f; Rostsicherheit … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

коррозионная стойкость - korozinis atsparumas statusas T sritis chemija apibrėžtis Metalo atsparumas aplinkos medžiagų poveikiui. atitikmenys: angl. corrosion resistance rus. коррозионная стойкость … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

коррозионная стойкость - способность материала, например, металлов и сплавов, противостоять коррозии в коррозионной среде; оценивается скоростью коррозии; Смотри также: Стойкость химическая стойкость релаксационная стойкость … Энциклопедический словарь по металлургии

Металлов, способность металла или сплава сопротивляться коррозионному воздействию среды. К. с. определяется скоростью коррозии в данных условиях. Скорость коррозии характеризуется качественными и количественными показателями. К первым… … Большая советская энциклопедия

Книги

• Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств , Г. Я. Воробьева. В книге обобщены данные о свойствах и коррозионной стойкости металлических и неметаллических материалов. В ней приводятся таблицы и диаграммы коррозионной стойкости металлов и сплавов,…
• Коррозионная стойкость и защита от коррозии металлических, порошковых и композиционных материалов , Владимир Васильев. Настоящее пособие посвящено описанию коррозионной стойкости наиболее часто используемых в современной технике и технологии конструкционных материалов: железа, сталей, чугунов, алюминия,…

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

Основные понятия, термины, определения

Коррозионная стойкость - способность материала противостоять действию агрессивных сред (коррозии).

Коррозия (от лат. соrrоsiо - разъедание) - разрушение материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия со средой.

Строительные материалы, и в первую очередь их поверхности, в течение длительной эксплуатации разрушаются в основном в результате двух видов воздействия: коррозионного, связанного с влиянием на материал внешней, агрессивной среды, и эрозионного, вызываемого механическим воздействием.

Эрозионное разрушение интенсивно протекает при относительно быстром перемещении среды или материала. Особенно большой величины эрозия достигает при контакте материала с расплавами металлов и шлаков, а также с газообразными окислителями и пр.

Явления коррозии и эрозии часто сопутствуют друг другу, и поэтому их не всегда удается разделить. В строительном материаловедении эти явления рассматривают раздельно. Эрозионные процессы рассматриваются при изучении эксплуатационных свойств покрытий полов, дорожных покрытий и пр.

Виды коррозии строительных материалов

Коррозия строительных материалов различается по виду коррозионной среды, характеру разрушения и процессам, происходящим в них:

коррозионная среда :

газовая: (инертный газ; химически активный газ);

жидкостная: (кислотная; соленая; щелочная, морская; речная; в расплаве металлов, силикатов)

характер разрушения : (равномерное, солевая, неравномерное, избирательное, поверхностное, растрескивание, местное, межкристаллитное);

виды воздействий (процессов): (химические; электрохимические; биологические).

Газовая коррозия представляет собой коррозию в газовой среде при полном отсутствии конденсации влаги на поверхности материала. Этому виду коррозии подвержены материалы, работающие в условиях высоких температур в среде осушенного газа (керамика). Газовая коррозия относится к химическим процессам разрушения. Скорость ее зависит от природы материала, его структуры и свойств новообразований на его поверхности.

Жидкостная коррозия природных и искусственных каменных материалов, происходящая под действием растворов электролитов и не электролитов, а также различных расплавов, носит в основном химический характер, хотя, в зависимости от вида и свойств жидкости отличается рядом особенностей. Важнейшей особенностью жидкостей является наличие в них сил межмолекулярного взаимодействия. Этим обусловлены два свойства жидкого состояния: молекулярное давление и связанное с ним поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение жидкости оказывает большое влияние на интенсивность разрушения материала, которое определяется так же смачивающими свойствами жидкости.

Равномерная коррозия возникает в результате действия агрессивной среды при достаточной толщине изделия и равномерном распределении напряжений сжатия, изгиба или растяжения. Коррозия этого вида в отличие от других в значительно меньшей степени влияет на прочностные свойства материала.

Неравномерная, или местная коррозия (пятна, язвы, разводы) происходит при различной концентрации агрессивной среды на от дельных участках или неоднородности самого материала (его состава и структуры). Так, в результате неравномерного распределения кристаллической и стекловидной фаз в керамическом материале коррозионное разрушение на его отдельных участках протекает с разной скоростью. При этом в стекловидной фазе процесс развивается значительно быстрее, чем в кристаллической. Наличие в материале неоднородной пористости также способствует образованию в нем неравномерной коррозии.

Избирательная коррозия характерна для материалов, в которых один из компонентов при формировании структуры образует легко растворимые соединения. В период эксплуатации эти соединения могут переходить в раствор, образуя на поверхности материала так называемые «высолы».

Межкристаллитная коррозия возникает в результате разрушения материала по границам зерен и быстро распространяется в глубь материала, резко снижая его свойства. Этот вид коррозии присущ некоторым обжиговым материалам, при спекании которых образуются новые фазы, твердые растворы и пр. и, следовательно, границы раздела.

Коррозионное воздействие в общем случае может иметь два принципиально различных механизма: химическое взаимодействие и растворение .

Химическое взаимодействие сводится к реакции между средой и материалом с образованием новых соединений. При наличии в агрессивных средах примесей, а в материале - добавок химические реакции могут протекать между всеми элементами взаимодействия. Поскольку каменные материалы являются диэлектриками и взаимодействие их с агрессивной средой не сопровождается возникновением электрических токов, процесс разрушения материалов называют химической коррозией.

При воздействии агрессивных сред на металлы происходит электрохимический процесс передачи электронов из слоя металла с более низким электрическим потенциалом к слою с более высоким потенциалом и восстановление электроположительных ионов с последующим разрушением поверхностного слоя. Такой процесс разрушения принято называть электрохимической коррозией .

Биологическая коррозия - разрушение материала под непосредственным воздействием растительных и животных организмов, а также микроорганизмов. Высшие растительные организмы (корневая система, стебли, листья, семена и пр.) в процессе жизнедеятельности продуцируют различные виды веществ, большинство из которых по отношению к строительным материалам являются агрессивными. Животные организмы вызывают биоповреждения материалов как непосредственно своим механическим воздействием (грызуны, птицы и пр.), так и продуктами своей жизнедеятельности. Низшие растительные организмы и микроорганизмы (водоросли, лишайники, мхи, грибки, бактерии и пр.) разрушают поверхностные слои бетонов и создают условия для гниения конструкций из древесины.

Коррозию, возникающую в результате воздействия на строительные материалы продуктов технологической переработки органических веществ как биогенного (фрукты, овощи, растительные масла, кровь, соки, жиры и пр.), так и небиогенного происхождения (нефть, уголь, сланцы, известняки-ракушечники, выхлопные газы, копоть и пр.), принято называть органогенной коррозией .

Факторы, влияющие на коррозионную стойкость строительных материалов

Коррозионная стойкость строительных материалов зависит от многих факторов, которые подразделяются на внешние и внутренние.

Внешние факторы определяют агрессивность среды и ее влияние на материал. К ним можно отнести рН среды, температуру и ее перепад, а также интенсивность воздействия среды на материал.

Водородный показатель раствора электролита, характеризующий активность в нем ионов водорода, является весьма важным фактором, влияющим на процесс химической коррозии. Скорость коррозии силикатов в растворах электролитов в значительной степени зависит от характера растворов и протекает по-разному в кислых, щелочных или нейтральных средах.

Вода как участник технологического процесса рассматривается в двух аспектах: как нейтральный компонент, служащий для придания смеси необходимых свойств, и как растворитель и переносчик ионов.

Причиной коррозии многих строительных материалов в воде или в других электролитах является термодинамическая неустойчивость соединений, содержащихся в этих материалах, которая связана с развитием процессов гидратации, сопровождающихся экзотермическими или эндотермическими эффектами.

Экзотермический эффект свидетельствует о созидательном процессе в материале, например при гидратации цемента, а эндотермический эффект - о разрушительном, например при гидратации керамического черепка.

Поведение химических элементов в растворах во многом зависит от величины радиусов ионов и их валентности, а точнее, от величины отношения валентности иона к его радиусу, называемой ионным потенциалом:

где РI - ионный потенциал, Å-1 ;

V - валентность, ед.;

R - ионный радиус, Å..

Чем меньше ионный потенциал, тем сильнее проявляются основные свойства элементов, чем он больше - кислотные. Например, К и Na характеризующиеся малыми ионными потенциалами, соответственно 0,75 и 1,02, обладают резко выраженными щелочными свойствами. Элементы, имеющие ионный потенциал в пределах 4,7... 8,6, обладают амфотерными свойствами, а при РН> 8,6 кислотными свойств

Сравнивая активность элементов по ионному потенциалу, получим следующее распределение катионов в порядке убывания:

SiO2 → TiO2 → MgO → Fe → Cu

Высокий ионный потенциал катиона кремния обусловливает образование прочных анионных групп с ионами кислорода.

Температура - одна из важнейших переменных, влияющих на коррозионную и эрозионную стойкость. Повышение температуры, как правило, способствует усилению коррозионного воздействия за счет увеличения предельной растворимости, скорости диффузии и интенсивности химических реакций.

Перепады температур в системе вызывают термический перенос массы, что может сделать непригодным применение материала, который в нормальных условиях имеет малую растворимость.

Интенсивность воздействия среды влияет на скорость коррозионных процессов. Увеличение объема среды, находящейся в контакте с материалом, может усилить коррозионное воздействие за счет увеличения средней скорости растворения материала.

Внутренние факторы - это состав, структура материала и его свойства.

Ввиду особенностей строения различных материалов влияние на них внешних факторов неодинаково, и поэтому коррозионную стойкость обжиговых, плавленых, гидратационных материалов, а также металлов и древесины рассматривают раздельно. И мы с Вами начнем изучение свойств конкретных материалов со следующей лекции.

Общие принципы повышения коррозионной стойкости

Коррозионная стойкость определяется массой материала, превращенного в продукты коррозии в единицу времени с единицы площади, находящегося во взаимодействии с агрессивной средой, а также размером разрушенного слоя в мм за год.

Основными принципами повышения коррозионной стойкости строительных изделий и конструкций являются:

Подбор состава композиций, отличающегося низкой активностью в агрессивных средах;

Использование специальных покрытий для химической, тепловой и механической защиты изделий и конструкций от воздействия агрессивных сред.

Следует отметить, что основным критерием, определяющим эксплуатационные свойства строительных материалов, является время. Поэтому такие характеристики материала, как водостойкость, морозостойкость и коррозионная стойкость, являются не истинно физическими свойствами, а лишь условными показателями изменения состояния его структуры при продолжительном постоянном или циклическом воздействии на материал агрессивной среды.

Сохранение эксплуатационных характеристик во времени принято называть долговечностью строительных материалов .

Cтраница 4

Коррозионную стойкость металлов при скорости коррозии 0 5 мм / год и выше оценивают по группам стойкости, а при скорости коррозии ниже 0 5 мм / год - по баллам.  

Однако коррозионная стойкость металлов существенно зависит от их термической обработки. Наиболее приемлемой температурой термообработки стали, содержащей 17 % хрома (марка XI7) является 760 - 7.0 С.  

Мерой коррозионной стойкости металлов и сплавов служит скорость коррозии в данной среде при данных условиях.  

Оценка коррозионной стойкости металлов при скорости коррозии 0 5 мм / год и выше производится по группам стойкости - а при скорости коррозии ниже 0 5 мм / год - по баллам.  

Оценка коррозионной стойкости металлов как по потере веса, так и по проницаемости применима только для равномерной коррозии. При неравномерной и местной коррозии эти показатели характеризуют только усредненную скорость коррозии, в то время как на отдельных участках скорость отличается от этого значения. Особенно трудно оценить коррозионную стойкость металлов при меж-кристаллитной коррозии. В этих случаях прибегают к определению механической прочности образцов до и после коррозии.  

Критерием коррозионной стойкости металла при атмосферных испытаниях наиболее часто служит изменение внешнего вида образцов, изменение их веса и механических характеристик. При оценке коррозионной стойкости металла или покрытия по изменению внешнего вида сравнение ведут по отношению к исходному состоянию поверхности, поэтому состояние последней перед испытанием должно быть тщательно зафиксировано. Для этого образцы осматривают невооруженным глазом, а некоторые участки - через бинокулярную лупу. При этом особое внимание обращают на дефекты: а) на основном металле (раковины, глубокие царапины, вмятины, окалина, ее состояние и пр. Результаты наблюдений записывают или фотографируют. Для облегчения наблюдений и точного фиксирования их результатов на осматриваемый образец накладывают проволочную сетку или прозрачную бумагу с нанесенной тушью сеткой. Первоначально за образцами наблюдают ежедневно для установления первых очагов коррозии. В дальнейшем осмотр повторяют через 1, 2, 3, 6, 9, 12, 24 и 36 мес. При наблюдении обращают внимание на следующие изменения: 1) потускнение металла или покрытия и изменение цвета; 2) образование продуктов коррозии металла или покрытия, цвет продуктов коррозии, их распределение на поверхности, прочность сцепления с металлом; 3) характер и размеры очагов коррозии основного, защищаемого металла. Для однообразия в описании производимых наблюдений рекомендуется употреблять одинаковые термины: потускнение, пленка и ржавчина. Термин потускнение применяют, когда слой продуктов очень тонкий, когда происходит только легкое изменение цвета поверхности образца, термин пленка употребляется для характеристики более толстых слоев продуктов коррозии и термин ржавчина - для толстых, легко заметных слоев продуктов коррозии. Характер слоев продуктов коррозии предлагается описывать терминами: очень гладкие, гладкие, средние, грубые, очень грубые, плотные и рыхлые.  

Мерой коррозионной стойкости металла служила величина максимального объема водорода, выделившегося за 3 суток испытаний с поверхности 1 дм2 при 20 2 С.  

Повышение коррозионной стойкости металла с увеличением концентрации такого сильно агрессивного электролита, как соляная кислота, вероятно, можно объяснить хемосорбционным взаимодействием компонентов пр с элементами сплава; видимо, большое значение имеют находящиеся в пр ненасыщенные соединения.  

Оценка коррозионной стойкости металлов при скорости коррозии 0 5 мм / год и выше производится по группам стойкости, а.  

Повышение коррозионной стойкости металла с увеличением концентрации такого сильно агрессивного электролита, как соляная кислота, вероятно, можно объяснить хемосорбционным взаимодействием компонентов пр с элементами сплава; видимо, большое значение имеют находящиеся Тв пр ненасыщенные соединения.  

Лабораторная работа №8

Цель работы: ознакомление с механизмами и скоростями коррозионного разрушения металлов.

1. Методические указания

Коррозионное разрушение металлов – это самопроизвольный переход металла в более устойчивое окисленное состояние под действием окружающей среды. В зависимости от характера окружающей среды различают химическую, электрохимическую и биокоррозию.

Электрохимическая коррозия – наиболее распространенный тип коррозии. Коррозия металлических конструкций в естественных условиях – в море, в земле, в грунтовых водах, под конденсационными или адсорбционными пленками влаги (в атмосферных условиях) носит электрохимический характер. Электрохимическая коррозия ̶ это разрушение металла, сопровождающееся появлением электрического тока в результате работы множества макро- и микрогальванических пар. Механизм электрической коррозии разделяется на два самостоятельных процесса:

1) анодный процесс - переход металла в раствор в виде гидратированных ионов с оставлением эквивалентного количества электроном в металле:

(-)A: Me + mH 2 O → 1+ + ne

2) катодный процесс ассимиляция избыточных электронов в металле какими-либо деполяризаторами (молекулами или ионами раствора, которые могут восстанавливаться на катоде). При коррозии в нейтральных средах деполяризатором обычно служит коррозии в растворенный в электролите кислород:

(+)K: O 2 + 4e +2H 2 O →4OH¯

При коррозии в кислых средах – ион водорода

(+)K: H·H 2 O + e → 1/2H 2 +H 2 O

Макрогальванические пары возникают при контакте различных металлов. При этом металл, имеющий более отрицательный электродный потенциал является анодом и подвергается окислению (коррозии).

Металл, имеющий более положительный потенциал, служит катодом. Он выполняет роль проводника электронов от металла-анода к частицам окружающей среды, способным эти электроны принимать. Согласно теории микропар, причиной электрохимической коррозии металлов является наличие на их поверхности микроскопических короткозамкнутых гальванических элементов, возникающих вследствие неоднородности металла и его контакта с окружающей средой. В отличие от специально изготовленных в технике гальванических элементов они возникают на поверхности металла самопроизвольно. В тонком слое влаги, всегда существующем на поверхности металла, растворяют О 2 ,СО 2 , SO 2 и другие газы из воздуха. Это создает условия для соприкосновения металла с электролитом.

С другой стороны, различные участки поверхности данного металла обладают разными потенциалами. Причины этого многочисленны, например, разность потенциалов между различно обработанными частями поверхности, разными структурными составляющими сплава, примесями и основным металлом.

Участки поверхности образна с более отрицательным потенциалом становятся анодами и растворяются (корродируют) (рис 1.1).

Часть освободившихся электронов перейдет с анода на катод. Поляризация электродов, однако, препятствует коррозии, так как электроны, оставшиеся на аноде, образуют с перешедшими в раствор положительными ионами двойной электрический слой, растворение металла прекращается. Следовательно, электрическая коррозия может протекать, если электроны с анодных участков постоянно отводятся на катоде, а затем удаляются, с катодных участков. Процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией, а вещества или ионы, вызывающие деполяризацию называются деполяризаторами. Если имеется контакт какого-либо металла со сплавом, сплав приобретает потенциал, соответствующий потенциалу наиболее отрицательного металла, входящего в его состав. При, контакте латуни (сплав меди с цинком) с железом корродировать станет латунь (за счет наличия в ней цинка). При перемене среды электродный потенциал у отдельных металлов может резко меняться. Хром, никель, титан, алюминий, и другие металлы нормальный электродный потенциал которых резко отрицателен, в обычных атмосферных условиях сильно пассивируется, покрываются оксидной пленкой, вследствие чего их потенциал становится положительным. В атмосферных условиях и пресной воде будет работать следующий гальванический элемент:

(-)Fe | H 2 O, O 2 | Al 2 O 3 (Al) +

(-)A: 2Fe – 4e = 2Fe 2+

(+)K: O 2 + 4e + 2H 2 O = 4OH¯

В итоге: 2Fe 2 + 4OH¯ = 2Fe(OH) 2

4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 2Fe(OH) 3

Однако в кислой, щелочной среде или в нейтральной, содержащей ионы хлора (например, в морской воде), разрушающие оксидную пленку, алюминий в контакте с железом становится анодом и подвергается коррозионному процессу. В растворе NaCl и морской воде будет работать следующий гальванический элемент:

(-)A: Al – 3e = Al 3+

(+)K: O 2 +4e + 2H 2 O = 4OH¯

4Al 3 + 12OH¯ = 4Al(OH) 3

Очень часто электрохимическая коррозия возникает в результате различной аэрации, то есть неодинакового доступа кислорода воздуха к отдельным участкам поверхности металла. На рис.1.2. изображен случай коррозии железа и каплей волы. Около краев капли, куда кислороду проникнуть легче, возникают катодные участки, а в центре, где толщина защитного слоя воды больше и кислороду проникнуть труднее анодный участок.

На возникновение коррозиционных гальванических элементов оказывает влияние различие в концентрации растворенного электролита, различие температур и освещенности и другие физические условия.

Защита от коррозии

Причины, вызывающие коррозионное разрушение металлов многочисленны. Разнообразны и методы защиты от коррозии:

обработка внешней среды;

защитные покрытия;

электрохимическая защита;

изготовление специально коррозионно-устойчивых сплавов.

Обработка внешней среды заключается в удалении или понижении активности некоторых, находящихся в ней веществ, вызывающих коррозию. Например, удаление растворенного в йоде кислорода (деаэрация) Иногда в раствор добавляют специальные замедляющее коррозию вещества, которые называются замедлителями или ИHГИБИТОРАМИ (уротропин, тиoмочевина, анилин и другие).

Детали, подвергающиеся защите в атмосферных условиях, помещаются вместе с ингибиторами в контейнер или обертываются бумагой, внутренний слои, которой пропитан ингибитором, а наружный, парафином. Ингибитор, испаряясь, адсорбируется на поверхности детали, обусловливая торможение электродных процессов.

Роль защитных покрытий сводится к изоляции металла от воздействия защитных внешней среды. Это достигается нанесением на поверхность металла лаков, красок, металлических покрытий.

Металлические покрытия делятся на анодные и катодные. В случае АНОДНОГО покрытия электродный потенциал покрывающего металла более отрицателен, чем потенциал защищенного металла. В случае КАТОДНОГО покрытия электродный потенциал покрывающего металла более положителен, чем потенциал основного металла.

Пока защитный слой полностью изолирует основной металл воздействия от окружающей среды, принципиального различия между анодным и катодный покрытием нет. При нарушении же целостности покрытия возникают новые условия. Катодное покрытие, например олово на железе, не только перестает защищать основной металл, но и усиливает своим присутствием коррозию железа (в возникшем гальваническом элементе железо является анодом).

При электрохимической защите уменьшение или полное прекращение коррозия достигается созданием на защищаемом металлическом изделии высокого электроотрицательного потенциала. Для этого защищаемое, изделие или соединяют с металлом, имеющим более отрицательный электродный потенциал, способным легче отдавать электроны (протекторная защита) или с отрицательным полюсом внешнего источника тока (катодная электрозащита).

Анодное покрытие, например цинк на железе, наоборот, при нарушении целостности покрывающего слоя будет само подвергаться разрушению, защищая тем самым основной металл от коррозии (в возникшем гальваническом элементе цинк является анодом).

Изготовление специальных коррозийно-устойчивых сплавов, нержавеющих сталей и т.д. сводится к введению в них добавок различных металлов.

Эти добавки оказывают влияние на микроструктуру сплава и способствуют возникновению в нем таких микрогальванических элементов, у которых суммарная ЭДС вследствие взаимной компенсации приближается к нулю. Такими полезными добавками, особенно для стали, являются хром, никель и другие металлы.

1. Выполнение работы

Задание 1

Проведение качественных химических, реакций позволяющих обнаружить ионы металла, перешедших при анодном процессе коррозии в раствор.

Приборы и реактивы: растворы ZnSO 4 , FeSO 4 и K 3 , набор пробирок.

Ход работы: Налить в пробирки 1-2 мл раствора солей:

а) ZnSO 4 и несколько капель K 3 ;

б) FeSO и несколько капель K 3 .

Отметить выпадающих осадков. Написать соответствующие реакции в молекулярном и ионном виде.

Задание 2

Изучение механизма коррозии металла при непосредственном контакте в нейтральной среде.

Опыт, проводится на установке, изображенной на рис. 1.7

В U-образную трубку налить 5-10 мл водного раствора NaCl. В него опускаются пластины металлов, соединенные между собой при помощи зажимов.

Пластинки металлов должны быть тщательно зачищены наждачной шкуркой, а место контакта пластинки и зажима находятся вне раствора. При выполнении опыта необходимо отметить изменение окраски раствора у катода и анода.

Написать:

1) анодные и катодные процессы коррозии

2) соответствующие реакции, при помощи которых был обнаружен ион металла в растворе

3) схему гальванического элемента.

1. опускаются пластины Zn и Fe.

В раствор, где находится цинковый электрод, добавить несколько капель K 3 , где находится железный электрод, несколько капель фенолфталеина.

2. Опускаются пластины Fe и Cu,

В раствор где находится железный электрод, добавить несколько капель K 3 , где находится медный электрод, несколько капель фенолфталeина.

Сравнить поведение железа в том и другом случае, делать соответствующие выводы.

Задание 3

Изучение механизма коррозии металлов при их непосредственном контакте в кислой среде.

Опыт произвести на установке, изображенной на рис 1.8.

В фарфоровую чашечку налить 10% раствор НСl. В раствор опустить два метала Аl и Си, и наблюдать за поведением металлов. У какого металла выделяются пузырьки водорода? Написать соответствующие реакции. Привести чти металлы в контакт друг с другом. На каком металле выделяются пузырьки водорода при контакте металлов? Составить схему гальванического элемента и электродные процессы на его электродах. Написать суммарное уравнение реакции.

3. Примеры решения задач

Пример 1

Рассмотрим коррозионный процесс при контакте железа со свинцом в растворе HCl

В растворе электролита (HCl) эта система представляет собой гальванический элемент, во внутренней цепи которого Fe является анодом (E°=­0.1260). атомы железа, передавая по два электрона свинцу переходят в раствор в виде ионов. Электроны же на свинце, восстанавливают ионы водорода, находящиеся в растворе, т.к.

HCl = H + + Cl¯

Анодный процесс Fe 0 – 2e = Fe 2+

Катодный процесс 2H + + 2e = 2H 0

Пример 2

Коррозионный процесс при контакте Fe c Ph в растворе NaCl. Так как раствор NaCl имеет нейтральную реакцию (соль, образована сильным основанием и сильной кислотой), то

Анодный процесс Fe – 2e = Fe 2+ ,

Катодный процесс O 2 + 4e + 2H 2 O = 4OH¯

Хлористый натрий (NaCl) в коррозионных процессах не участвует, он показан в схеме только как вещество, способное увеличить электропроводность раствора электролита.

Пример 3

Почему химически чистое железо является более стойким против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа.

Решение

Процесс коррозии технического железа ускоряется ввиду образования в нем микро и субмикрогальванических элементов. В микрогальванических парах в качестве анода, как правило, служит основной металл, т.е. железо. Катодами являются включения в металл, например, зерна графита, цемента. На анодных участках ионы металла переходят в раствор (окисление).

A: Fe – 2e = Fe 2+

На катодных участках электроны, перешедшие сюда с анодных участков, связываются либо кислородом воздуха, растворенным в воде, либо ионами водорода. В нейтральных средах происходит, кислородная деполяризация:

K: O 2 + 4e + 2H 2 O = 4OH¯

В кислых средах (высокая концентрация H – ионов) вородная деполяризация

K: 2H + + 2e = 2H 0

Пример 4

Назовите, катодным, или анодным является цинковое и покрытие на железном изделии? Какие процессы будут протекать, если целостность покрытия нарушится, и изделие будет находиться во влажном воздухе?

Решение

Электродный потенциал цинка по своей алгебраической величине ниже, чем электродный потенциал железа, поэтому покрытие является анодным. В случае нарушения целостности слоя цинка образуется коррозионная гальванопара, в которой цинк будет анодом, а железо катодом. Анодный процесс заключается в окислении цинка:

Zn 2+ + 2OH = Zn(OH) 2

Катодный процесс протекает на железе. Во влажном воздухе происходит преимущественно кислородная деполяризация.

K(Fe): O 2 + 4e + 2H 2 O = 4OH¯

Пример 5

Кадмиевая и никелевая пластины, будучи погружены в разбавленную серную кислоту, растворяются в ней с выделением водорода. Что изменится, если опустить их обе одновременно в сосуд с кислотой, соединив концы проволокой?

Решение

Если соединить концы кадмиевой и никелевой пластин проволокой, образуется кадмий, никелевый гальванический элемент, в котором кадмий, как более активный металл, является анодом. Кадмий будет окисляться:

A:Cd – 2e = Cd 2+ ,

Избыточные электроны перейдут на никелевую пластину, где будет происходить процесс восстановления ионов водорода:

K(Ni): 2H + 2e =2H 0 .

Таким образом, растворению подвергаются только кадмий, никель станет только проводником электронов и сам растворяться не будет. Водород будет выделяться только на никелевой пластине.

Пример 6

Как влияет PH среды на скорость коррозии алюминия?

Решение

Уменьшение PH среды, т.е. увеличение концентрации H-ионов резко увеличивает скорость коррозии никеля, - так как кислая среда препятствует образованию защитных пленок гидроксида никеля, в кислой среде происходит активное окисление никеля

A: Ni – 2e = Ni 2+

Снижение концентрации H-ионов, т.е. повышение концентрации OH, способствует образованию слоя гидроксида никеля:

Ni 2+ - 2OH¯ = NI(OH) 2

Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами, т.е. растворяется в кислотах и щелочах:

Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O

Al(OH) 3 + NaOH = Na AlO 2 + 2H 2 O

Более точно эта реакция протекает так:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Таким образом, наименьшая скорость коррозии никеля в щелочной среде, алюминия – в нейтральной.

4. Задачи

1. Железная пластинка, погруженная в соляную кислоту, очень медленно выделяет водород, но если прикоснуться к ней цинковой проволокой, то она тотчас же покрывается пузырьками водорода. Объясните это явление. Какой металл переходит при этом в раствор?

2. В железном изделии имеются детали, изготовленные из никеля. Как это отразится на коррозии железа? Напишите соответствующие анодные и катодные процессы, если изделие находится во влажной атмосфере.

3. В какой среде скорость разрушения железа больше? Какая среда способствует анодному окислению цинка? Написать соответствующие реакции.

4. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой меди при нарушении цельности покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

5. Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако, если к медной пластинке прикоснуться цинковой, то на меди начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения катодного и анодного процессов.

6. В раствор электролита, содержащего растворенный кислород, опустили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Составьте электронные уравнения катодного и анодного процессов.

7. Что может произойти, если изделие, в котором техническое железо находится в контакте с медью, оставить и воздухе при повышенной влажности? Напишите уравнения соответствующих процессов.

8. Алюминий склепан с железом. Какой из металлов будет подвергаться коррозии? Какие процессы будут протекать, если изделие попадет в морскую воду?

9. Почему при контактировании железных изделий с алюминиевыми – железные изделия подвергаются более интенсивной коррозии, хотя алюминий имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал?

10. Железные пластинки опущены:

а) в дистиллированную воду

б) в морскую воду

В каком случае процесс коррозии протекает интенсивнее? Ответ мотивируйте.

11. Составьте уравнения процессов, происходящих при коррозии алюминия, погруженного в раствор:

а) кислоты

б) щелочи

12. Почему технический цинк взаимодействует с кислотой более интенсивно, чем химически чистый цинк?

13. В раствор электролита опущена пластинка:

б) меди, частично покрытой оловом

в каком случае процесс коррозии протекает интенсивнее?

Ответ мотивируйте

14. Почему при никелировании железных изделий их покрывают сначала медью, а потом никелем?

Составьте электронные уравнения реакций, происходящих в процессах коррозии при повреждении никелевого покрытия.

15. Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие – анодное или катодное?

Ответ мотивируйте. Какой металл будет коррозировать при повреждении защитного слоя? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов (среда нейтральная).

16. Какой из металлов:

б) кобальт

в) магний

может быть протектором к сплаву на основе железа. Составьте электронные уравнения соответствующих процессов (среда кислая).

17. Какие процессы будут происходить на цинковой и железной пластинах, если погрузить каждую в отдельности в раствор медного купороса? Какие процессы произойдут, если наружные концы, находящиеся в растворе пластинок, соединить проводником? Составьте электронные уравнения

18. Алюминиевая пластина опущена

а) в дистиллированную воду

б) в раствор хлористого натрия

в каком случае процесс коррозии протекает интенсивнее? Составьте уравнения анодного и катодного процессов коррозии технического алюминия в нейтральной среде.

19. Если гвоздь вбить во влажное дерево, то ржавчиной покрывается та часть, которая находится внутри дерева. Чем это объяснить? Анодом или катодом является эта часть гвоздя?

20. В последнее время кобальтом стали покрывать другие металлы для защиты от коррозии. Анодным или катодным является кобальтовое покрытие стали? Какие процессы протекают во влажном воздухе при нарушении целостности покрытия?

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11

Что называют коррозийной стойкостью материалов? Какие существуют способы повышения коррозионной стойкости

Разрушение изделий из различных материалов под действием физико-химических и биологических факторов получило название коррозии (от лат. слова, что означает разъедать).

Способность материалов сопротивляться коррозионному воздействию внешней среды называют коррозионной стойкостью.

В результате коррозионного разрушения машин и аппаратов, строительных конструкций, разнообразных металлических изделий около 12% выплавляемого металла безвозвратно теряется в различных отраслях народного хозяйства. Продление жизни изделий, оборудования сэкономит миллионы тонн металла и сократит при этом расходы на его производство.

Способы повышения коррозионной стойкости:

ѕ Использование коррозионностойких металлов. Наиболее распространенные из этой группы хромистые (13--30%), хромоникелевые (до 10-12%, так называемая «нержавейка»), хромоникельмолибденовые и другие стали. Эти стали сохраняют коррозионную стойкость при температуре до 300--400 °С. Применяют такие материалы во влажной атмосфере, в водопроводной и речной воде, азотной и органических кислотах. Легирование молибденом Мо, цирконием 2г, бериллием Ве, марганцем Мп также повышает коррозионную стойкость.

ѕ Применение пассивирующих материалов, у которых на поверхности образуется защитная пленка. К таким материалам относятся: титан и их сплавы.

ѕ Бронзы и латуни стойки к кавитационной коррозии (разрушение при совместном действии ударных нагрузок и электрохимического воздействия).

Использование неметаллических коррозионностойких материалов:

ѕ Силикатные материалы -- соединения кремния, получаемые методом плавления или спекания горных пород. Расплавы горных пород (базальта), кварцевое и силикатное стекло, кислоупорные керамические материалы, цементы и бетоны.

ѕ Пластические массы (полипропилен, пвх, текстолит, эпоксидная смола).

ѕ Резина (каучук).

Применение металлических покрытий:

ѕ Гальванические покрытия (цинкование, лужение, кадмирование, никелерование, серебрение, покрытие золотом).

ѕ Плакирование -- процесс защиты от коррозии основного металла или сплава другим металлом, устойчивым к агрессивной среде.

ѕ Наибольшее применение нашел способ совместной прокатки двух металлов. В качестве плакирующего материала используются нержавеющие стали, алюминий, никель, титан, тантал и др.

ѕ Металлизация распылением. Применяют для защиты от коррозии емкостей крупных габаритов: железнодорожных мостов, свай, корабельных труб. Распыляют цинк, алюминий, свинцом, вольфрамом.

Применение неметаллических покрытий:

Лакокрасочные покрытия (олифы, лаки, краски, эмали, грунты, шпаклевки, синтетические смолы). Лакокрасочные материалы наносят на поверхность изделий вальцеванием, распылением, окунанием, обливанием, с помощью кисти, электростатическим методом.

Пример: На обшивку морских судов для защиты их от обрастания раковинами морских организмов наносят специальные необрастающую краску. За один год слой обрастания в южных морях достигает 0,5 м, т.е. 100--150кг/м. Это увеличивает сопротивление движению судна, на что затрачивается до 8% мощности двигателей, повышается расход топлива. Удалить такой слой с поверхности представляет большую трудность. Поэтому подводную часть судна покрывают необрастающей краской, в состав которой входят оксид ртути, смолы, соединения мышьяка.

Покрытия полимерами (полиэтилен, полипропилен, фторопласты, полистирол, эпоксидные смолы и др.). Смолу наносят в виде расплава или суспензии кистью, окунанием, напылением. Фторопластья устойчивы к воздействию морской воды, неорганическим кислотам, кроме олеума и азотной кислоты, обладают высокими электроизоляционными свойствами.

Гуммирование -- покрытие резиной и эбонитом химических аппаратов, трубопроводов, цистерн, емкостей для перевозки и хранения химических продуктов и т.п. Мягкими резинами гуммируют аппараты, подвергающиеся ударам, колебаниям температур или содержащие суспензии, а для аппаратов, работающих при постоянной температуре и не подвергающихся механическим воздействиям, применяют твердые резины (эбониты).

Покрытия силикатными эмалями (стеклообразное вещество). Эмалированию подвергается аппаратура, работающая при повышенных температурах, давлениях и в сильно агрессивных средах.

Покрытия смазками и пастами. Антикоррозионные смазки готовят на основе минеральных масел (машинное, вазелиновое) и воскообразных веществ (парафина, мыла, жирных кислот).

Использование электрохимической защиты (катодная и анодная). К металлическим конструкциям присоединяется извне посторонний сильный анод (источник постоянного тока), который вызывает на поверхности защищаемого металла катодную поляризацию электродов, в результате чего анодные участки металла превращаются в катодные. А № означает, что разрушаться будет не металл конструкции, а присоединенный анод.