Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)» (СПбГТИ (ТУ))

КАФЕДРА Технологии электрохимических производств

УГС 240000

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Химическая технология

НАПРАВЛЕНИЕ 240100.62

ДИСЦИПЛИНА Введение в специальность

Реферат

НА ТЕМУ: Коррозия металлов. Основные способы защиты

Выполнил студент 1 курса, группы 133

Роменский Алексей Владимирович

Принял старший преподаватель, кандитат химических наук

Евреинова Наталья Владимировна

Санкт-Петербург

2013

Содержание

Введение

Глава I. Коррозия металлов. Понятие, основные виды и механизм образования

Глава II. Способы защиты от коррозии

Заключение

Список литературы

Введение

Общество не может развиваться без потребления. Для удовлетворения своих потребностей люди организуют хозяйственную деятельность. Основой этой деятельности является производство. Для функционирования производства необходимы аппараты, вспомогательное оборудование, коммуникации.

В современном мире численность населения Земли быстро возрастает. В 1850 г. оно составляло 1,2 млрд человек, к 1950 г. увеличилось до 2,5 млрд. человек, а к середине 1987 г. -- до 5 млрд человек, а в 2011 г. перевалило за 7 млрд. коррозия металл аустенизация ингибиторный

Соответственно растут и потребности людей, причем не пропорционально росту их численности, а более высокими темпами. Удовлетворить эти непрерывно умножающиеся потребности можно только за счет развития производства.

Так, если за последнюю четверть века население планеты возросло в 1,6 раза, то объемы основных производств -- в 2-5 раз.

Различное оборудование изготавливают на основе сплавов черных и цветных металлов, а также из природных или искусственных химически стойких материалов. Со временем оно стареет или разрушается вследствие коррозии. Это приносит не только большие экономические потери, но и приводит к глобальным экологическим катастрофам.

Экономический и экологический ущерб, наносимый нашей планете коррозией металлических изделий, оборудования и конструкций, неисчислим. В последние годы, например, только в Соединенных Штатах Америки ежегодные потери от коррозии составили 300 миллиардов долларов, что соответствует 6 % национального дохода всей страны.

В Российской Федерации ежегодные потери металлов из-за их коррозии составляют до 12 % общей массы металлофонда, что соответствует утрате до 30% ежегодно производимого металла. Кроме столь огромных связанных с коррозией прямых потерь, существуют еще большие косвенные потери. К ним относятся расходы, обусловленные потерей мощности металлического оборудования, его вынужденными простоями из-за аварий, а также расходы на ликвидацию последствий аварий, часто носящих характер экологических катастроф.

Так что такая проблема, как коррозия стоит сегодня на одном из первых мест и требует серьёзного, быстрого и оперативного решения.

Глава I. Коррозия металлов. Понятие, основные виды и механизм образования

Так что же такое коррозия? Коррозия( от латинского слова «corrodere», что означает «разъедать») это самопроизвольный процесс разрушения материалов(металлов, дерева, камня, пластмассы и пр.) и изделий из них под химическим и электрохимическим воздействием окружающей среды. В данной работе будет рассматриваться именно коррозия металлов.

Коррозия металлов делится по характеру на:

Равномерную коррозию

Контактную коррозию

Язвенную коррозию

Щелевая коррозия

Межкристаллитную коррозию

Коррозию под напряжением

Избирательную коррозию

Коррозийную усталость

Эрозию

Итак, разберем по отдельности каждые виды:

1.Равномерная коррозия - это наиболее часто встречающийся вид коррозии металлов и сплавов. Она обуславливается химическими и электрохимическими реакциями, протекающими равномерно по всей поверхности металла, помещенного в агрессивную среду.

По сравнению с другими видами коррозии равномерная коррозия приводит к наиболшим потерям массы металла, но в тоже время она выявляется наиболее легко и не представляет особой опасности для различных изделий и конструкций, если конечно не превышает технически обоснованных норм. При достаточной толщине металла сплошная коррозия мало сказывается на механической прочности конструкции при равномерно распределенных напряжениях.

2.Контактная коррозия - это вид коррозионного разрушения, который наблюдается при контакте двух разнородных металлов, т.е. которые обладают разными электрохимическими свойствами. При контакте двух разнородных металлов на их поверхности реализуется компромиссный потенциал, который по своему значению отличается от потенциалов каждого металла по отдельности. Компромиссный потенциал определяется пересечением суммарных поляризационных кривых: анодной и катодной. Скорость растворения анода во много зависит от разности потенциалов между катодом и анодом

При неправильной компоновке металлов и сплавов данный вид коррозионного разрушения выводит из строя множество сложных металлических конструкций. Контактная коррозия наблюдается, например, в системах алюминий(и сплавы алюминия)-углеродистая сталь или алюминий-цинк,аллюминий-медь, медь-железо, и т.д. Контактная коррозия также может наблюдаться при контакте изделий из одного и того же металла, но соединенных при помощи пайки либо сварки. Сварной (спаечный) шов будет отличаться электрохимическими свойствами от основного металла. Различная механическая обработка стали (металла) также может вызвать контактную коррозию даже у одного и того же изделия.

3. Язвенная и точечная коррозия - также называется питтингом, является видом местного коррозийного разрушения, в результате которого на отдельных участках поверхности металла или коррозийностойкой стали образуются углубления - язвы, причем остальная поверхность остается незатронутой или корродирует совсем незначительно. Язвы могут отличаться по глубине проникновения и ширине в зависимости от природы металла и от того, в какой среде он корродирует.

Несмотря на то, что язвенная коррозия сопровождается относительно небольшой потерей массы металла или сплава по сравнении со сплошными видами коррозии(равномерной и контактной), она представляет собой один из наиболее опасных видов разрушения. Опасность язвенной коррозии заключается в том, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает прочность, надежность различных конструкции и сооружений. Ее очень трудно обнаружить из-за небольших размеров язв. К сожалению, практически язвенная коррозия обнаруживается только в момент аварии, что приводит к печальным последствиям.

Механизм язвенной (точечной) коррозии:

Само течение точечной коррозии связано с образованием и работой на поверхности металла локальных коррозийных элементов. Примером этого элемента может служить точечная коррозия стали в месте повреждения покрытия из более благородного металла( Ni, Cr, Sn и пр.)

Даже такие пассивные металлы, как Al, Cr, Ni, Mo, Ti - тоже подвержены язвенной коррозии, несмотря на то, что на поверхности перечисленных металлов образуется прочная оксидная пленка, в средах, содержащих ионы хлора. Ионы хлора проникают в ослабленные места защитной пленки( ослабленные по разным причинам, например из-за неоднородной структуры металла, содержащего неметаллические включения либо нарушение кристаллической решетки)

Характерной особенностью процессов язвенной коррозии является большая разница в площади анодной и катодной поверхности. Например, катодный процесс протекает почти на всей площади поверхности, а компенсирующее его анодное сосредоточенно на малых участках, благодоря чему скорость образования коррозии на этих малых участках очень высока.

Также обнаружено, что возникновение и развитие язв на поверхности пассивных металлов и сплавов может произойти только в том случае, если потенциал металла или сплава достигнет определенной величины, называемой потенциалом питтингообразования.

4.Щелевая коррозия. Щелевой коррозией называется интенсивное локальное разрушение металла или сплава в щелях конструкций. Возникновение щелевой коррозии связано с присутствием небольших количеств неподвижного раствора электролита в щелях конструкции, которые образуются вследствие самой конструкции или в ходе эксплуатации. Щелевая коррозия может обнаруживаться в зоне контакта металла с неметаллами( дерево, резина, полимеры, стекло).

Щелевой коррозии могут быть подвержены все металлы, использующиеся в промышленности, но особенно чувствительны к ней пассивные металлы и сплавы на их основе, так как в щелях может произойти депассивация, т.е переход от пассивного состояния в активное, из-за чего наступает усиленая коррозия.

Механизм щелевой коррозии

Этот вид разрушения протекает в любых средах, будь то вода, атмосфера либо грунт. Протекание щелевой коррозии в атмосферных условиях обуславливается скоплением и задержкой влаги в щелях и зазорах.

Особенностью протекания щелевой коррозии является наличие малого количества окислителя либо его полное отсутствие, т.к. в узких зазорах подход окисляющего элемента к стенкам затруднен. Со временем в щели скапливаются продукты коррозии, которые могут изменять значение рН электролита внутри зазора, оказывают влияние на протекание анодного и катодного процесса. Повышение рН электролита способствует разрушению защитных пленок, которые образуются внутри щели. Щели и зазоры на основной поверхности металла являются макропарами, так как металл снаружи щели является катодом, а внутри - анодом.

5. Межкристаллитная коррозия - один из видов местной коррозии металла, который приводит к избирательному разрушению границ зерна. Межкристаллитная коррозия - очень опасный вид разрушения, т.к. визуально ее не всегда можно определить. Металл теряет свою пластичность и прочность.

Межкристаллитной коррозии чаще всего подвергаются металлы и сплавы, которые легко становятся пассивными. К ним относятся хромоникелевые и хромистые сплавы (нержавеющие стали), сплавы алюминия, никеля, некоторые другие.

Причиной возникновения межкристаллитной коррозии чаще всего является структурные изменения металла или сплава, происходящие на границе зерен, особенно при неправильной термообработке и при сварке.

Коррозийностойкие стали становятся склонными к межкристаллитной коррозии во вреся термической обработки при температурах 400-800 градусов по Цельсию. При контакте с агресивной средой такая сталь начитает разрушаться вдоль границ зерен. Склонность стали к межкристаллитной коррозии возникает также при её медленном охлаждении с прохождением через область опасных температур.

Механизм межкристаллитной коррозии

Межкристаллитная коррозия относится к электрохимическим процессам, и обусловлена тем, что твердый раствор при определенных условиях может расслаиваться с образованием по границам зерен фаз, обогащенных одним из компонентов материала, а участки, непосредственно прилегающие к границам зерен, оказываются обедненными этим компонентом. Под действием той или иной агрессивной среды происходит избирательное анодное растворение либо обогащенных, либо соседних с ними обедненных зон.

6. Избирательная коррозия. Избирательная коррозия - это вид коррозии металлических сплавов, заключающийся в удалении из них только одного из компонентов. В результате сплав теряет монолитность и прочность, при этом его геометрические размеры почти не изменяются. Это сильно затрудняет распознавание избирательной коррозии и чаще всего она выявляется уже момент аварии.

Наиболее распространенный вид избирательной коррозии - это обесцинкование латуни и избирательная коррозия железа в чугуне, которая приводит к графитизации - на поверхности чугуна остается слой графита.

7. Коррозия под напряжением. Коррозией под напряжением называется процесс разришения, возникающий при совместном действии коррозийной среды и растягивающих напряжений

Напряжение может усиливать общую коррозию или вызвать растрескивание.

При коррозийном растрескивании в металле образуются трещины, перепендикулярно направлению действия напряжений и приводящее в конце концов к разрушению металлического изделия.

Механизм коррозийного растрескивания

Коррозийное растрескивание вызвано хрупким разрушением металла без пластической деформации. Коррозийное растрескивание может быть межкристаллитным( трещины по границам зерен) и транскристаллитными ( трещины внутри самих зерен). Оно зависит от природы металла, термообработки и характера агресивной среды. При этом образуется одна главная трещина и небольшие ответвления от неё.

8. Коррозийная усталость -это разрушение металла под воздействием периодической динамической нагрузки (знакопеременных напряжений) и коррозионных сред. Коррозионная усталость металла среди других разновидностей коррозии под напряжением встречается наиболее часто. При нахождении металла в коррозионной среде некоторое время, предел его выносливости понижается, и конструкция уже не выдерживает нормальных для нее ранее напряжений. Коррозионная усталость металла сопровождается развитием межкристаллитных и транскристаллитных трещин (по границам зерен), которые разрушают металл изнутри. Развитие трещин идет, главным образом, в момент, когда металлоконструкция испытывает нагрузку. В результате периодических термических напряжений в металле защитная оксидная либо любая другая пленка на его поверхности разрушается. Коррозионная среда имеет свободный доступ к открытой поверхности. Сквозь поверхностные трещины агрессивная коррозионная среда также проникает вглубь металла, интенсифицируя разрушение.

9. Эрозия. Эрозией называется разрушение поверхности металла, вызванное коррозийнно-механическим воздействием быстро движущейся среды. Различают три вида эрозии по характеру наносимых их повреждений: кавитационная, струйная и коррозия при трении.

Кавитационная эрозия возникает при быстром движении жидкости относительно металла вследствии образования и изчезновения пузырьков пара вблизи поверхности. Такому виду эрозии подвержены гребневые винты, гидравлические турбины и пр.

Струйная эрозия - это разрушение металла под действием потока жидкости , движущейся в турбулентном режиме и содержащей пузырьки воздуха. Такой эрозии подвержены элементы трубопроводов.

Коррозия при трении - это разрушение, идущее по границе раздела между двумя поверхностями, одна или обе которые являются металлическими, и перемещающимися относительно друг друга с нагрузкой

Глава II. Способы защиты от коррозии

На сегодняшний день существует множество различных способов защиты от коррозии металлов и сплавов.

Защита от равномерной и контактной коррозии

Для защиты от равномерной коррозии и контактной коррозии применяют защитные покрытия. Покрытия, защищающие металл от агресивной среды, могут быть как и неорганическими, так и органическими(лакокрасочные, стеклоэмальные, полимерные покрытия), которые изолируют защищаемое изделие от агресивной среды.

Неорганические(металлические) делятся на два вида: катодные и анодные.

Катодное покрытие - это когда защищаемый металл покрывается менее активным. Например, чтобы защитить железо от ржавчины, оно покрывается оловом(лужение) или никелем(никелирование). За счет того, что у покрывающих металлов окилительно-восстановительный потенциал гораздо ниже, чем у железа, покрытие не дает реагировать защищаемуму металлу с агрессивной средой. На поверхности идет катодная реакция восстановления воды.

Недостатком этого покрытия можно считать относительную дороговизну и резкое усиление коррозии при глубоком повреждении покрытия (разница в площади анодной и катодной поверхности).

Анодное покрытие - это когда защищаемый металл покрывается слоем более активного металлла. Этот более активный металл вступает в реакцию со средой, выступая в качестве «жертвы», не давая реагировать железу. Например, цинкование железа.

Минусом такого покрытия является то, что его нужно обновлять гораздо чаще, чем катодное и то, что уже при 60-70 градусах по Цельсию анодное покрытие перестает быть таковым и становиться катодным, вследствие чего в порах и разрывах покрытия начинается интенсивная коррозия.

Для защиты от язвенной (точечной) коррозии используют следующее:

1. Проектные работы. Это подбор определеных металлов и сплавов(например, чем меньше в стали содержание углерода, тем более она устойчива к язвенной коррозии), способов обработки, определение условий эксплуатации. Прим. Иногда даже более уместно использовать не коррозийностойкие стали, а углеродитстые( например для конструкций в морской воде). Хотя это и приводит к большим потерям, но позволяет избежать сквозных отверстий, возникающих при язвенной коррозии.

2. Избежание застоев с хлорид-ионами (постоянная циркуляция электролита) тормозит появление точечной коррозии.

3.Ингибиторная защита. Это ввод в коррозийную среду таких ионов как NO3- (нитрат-ион), СН3СОО- (ацетат-ион), SO4 2- (сульфат-ион) и пр., которые тормозят язвенную коррозию.

4. Электрохимическая защита. Постоянная катодная поляризация, т.е. обеспечение такого потенциала поверхности защищаемого изделия, величина которого будет ниже потенциала питтингообразования. Периодическая катодная поляризация(протекторная защита), вызванная контактом металла или сплава с другим металлом, обладающим более отрицательным электродным потенциалом.

Защита от щелевой коррозии:

1. Использование металлов с повышенным сопротивлением щелевой коррозии

2. Постоянная циркуляция электролита. Отсутствие щелей с непроточным электролитом

3. Электрохимическая защита. Катодная поляризация

4. Ингибиторная защита

Защита от межкристаллитной коррозии:

1. Аустенизация (закаливание) - термообработка стали, состоящая из нагрева до 1100 градусов по Цельсию, кратковременного выдерживания при такой температуре и затем резкого охлаждения. И если к изделию применялась сварка, то рекомендуется снова подвергнуть сталь аустенизации

2.Понижение содержания в стали углерода до 0.03% делает её практически полностью неподвергающейся межкристаллитной коррозии

3. Легирование титаном и ниобием. После соответствующей термообрабоке, стали, содержащие титан и ниобий не преобретают склонность к межкристаллитной коррозии

Защита от избирательной коррозии

1. Предотвращение обесцинкования путем добавления в латунь небольшого количества олова (1%) или присадка мышьяка,сурьмы и фосфора(0,04%)

2. Также эфективным способом торможенния обесцинкования и графитизации является электрохимическая защита( катодная или протекторная)

Защита от коррозиного растрескивания

1. Уменьшение растягивающих напряжений посредством обжига.

2. Электрохимическая защита

3. Ингибиторная защита

4. Использование стойких сталей. Это стали с повышенным содержанием никеля и сплавы высокой чистоты, получаемые вакумной плавкой

Защита от коррозийной усталости:

1.Нанесение защитных покрытий

2.Специальные режимы термической обработки, которые увеличивают предел коррозионной усталости сплавов

Защита от эрозии

Для кавитационной:

1.Нанесение на поверхность металла эластичных резиновых или полимерных покрытий, амортизирующих гидравлические удары

2.Подавление образования пузырьков путем повышения давления

3. Электрохимическая защита (катодная или протекторная)

Для струйной:

1. Удаление из жидкой среды твердой фазы (например песка)

2.Подбор более стойкого материала в данной среде

Для коррозии при трении:

1. Использование масел и смазок. Они уменьшают трение и не дают доступа кислороду в зоне контакта

2.Использование специальных подкладок и прокладок

Заключение

Как было сказано ранее, коррозия - это одна из основных проблем на сегодняшний день и защита от неё является чуть ли не вопросом жизни и смерти. Об этом говорит многочисленная статистика различных аварий, катастроф, причиной которым являлась коррозия. Наверное, одной из самых, известных, к сожалению, является крушение Серебряного моста в Соединенных Штатах Америки в 1969 году. В момент крушения было время час пика и на мосту находилось более 30 машин.

Так что нельзя халатно относиться к коррозии, ведь это может стоить не только больших финансовых потерь, но и жизней ни в чем не повинных людей.

Список литературы

1. «Техника борьбы с коррозией»/ Юхневич Р., Богданович В., Валашовский Е., Видуховский А., пер. с польк. Под редакцией Сухотина А.М. «Химия», 1980г

2. В.В. Скорчилетти «Теоритические основы коррозии металлов». «Химия», 1973г.

3. Н.Д. Томашов, Г.П.Чернова «Пассивность и защита металлов от коррозии». «Наука», 1965г.

4. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов, 1976г

5. «Коррозия металлов и способы их перевода в химические соеденения». Методические указания. ЛТИ, 1990г

6. http://www.okorrozii.com

7. http://ru.wikipedia.org

8. http://www.xumuk.ru

Размещено на Allbest.ru