1. Definiția conceptului de "coroziune a metalelor".
2. Clasificarea proceselor de coroziune
2.1. de tipul modificării suprafeței metalului;
2.2. prin mecanism;
2.3. prin natura influențelor suplimentare.
3. Coroziunea chimică, tipurile acesteia. Chimia.
4. Coroziunea electrochimică, tipurile și chimia acesteia.
5. Factorii care afectează viteza de coroziune.
6. Protecția metalelor împotriva coroziunii.
1. Frolov V.V. Chimie. Capitolele V, §51-56.
2. Luchinsky G.P. Curs de chimie. Cap. V, §8-12, Ch. VI, §13-18
3. Chimie Generală, ed. Sokolovskoy E.M. și alții.Chiar 6, §1-11.
Metalele datorate rezistenței lor ridicate, ductilității, rezistenței la uzură, căldurii și conductivității electrice sunt cele mai importante materiale de construcție.
În procesul de funcționare, ca urmare a influenței mediului, acestea sunt distruse, așa-numita coroziune.
Pierderea de coroziune în țările industrializate reprezintă aproximativ 3-5% din produsul național brut, iar costul pierderilor vozmescheniekorrozionnyh în jurul valorii de sute lume de miliarde de dolari, astfel încât „coroziunea metalelor și a metodelor de protecție împotriva coroziunii“ secțiune este una dintre cele mai importante în curs de chimie pentru inginerie specializată.
De obicei metode corodate care apar în mod natural într-o stare non-nativă, cum ar fi Au, Pt, dar sub formă de diferite minereuri. Extracția acestor metale din compușii naturali consumă o cantitate considerabilă de energie (Me + n + n # 275; → Me0; G = 0), care se acumulează în metale, făcându-le instabili termodinamic, substanțe chimice active (Me0 - n # 275 → Me + n; G<0). В результате такого самопроизвольно протекающего коррозионного процесса металлы переходят в оксиды, гидроксиды, карбонаты, сульфиды и другие соединения и теряются безвозвратно.
Astfel, coroziunea poate fi definită ca un proces spontan de reducere a oxidării (# 916;<0) разрушения металла под воздействием окружающей среды, происходящий с выделением энергии (ΔН<0) и рассеиванием вещества (ΔS>0).
Distrugerea mecanică a metalelor, care are loc din motive fizice, nu se numește coroziune, ci se numește eroziune, abraziune, uzură.
Prin natura distrugerii suprafeței, coroziunea este împărțită în continuă și locală. Corodarea solidă este împărțită într-o uniformă dacă procesul de oxidare are loc pe întreaga suprafață a metalului la aceeași viteză, iar coroziunea inegală are loc pe toată suprafața la viteze diferite în diferite părți ale metalului.
Coroziunea locală este împărțită în coroziune prin pete. la fața locului. pătrunderea (punct adânc), intergranular (cea mai periculoasă, deoarece slăbește legăturile dintre granulele structurii aliajelor), cracare, selectivă (selectivă).
Următoarele tipuri de coroziune se disting prin mecanismul de curgere:
- chimice (gaze, lichide);
- tipuri speciale (biologice, radiații, ultrasunete).
În funcție de natura efectelor suplimentare se disting:
- coroziune sub influența stresului mecanic;
- coroziunea prin frecare;
- coroziunea cavitației (are loc cu coroziunea simultană și impactul unui mediu agresiv când bulele de aer se sparg atunci când paletele de elice acționează, rotoarele pompelor).
Să analizăm în detaliu tipurile de coroziune prin mecanismul fluxului.
Coroziunea chimică se referă la distrugerea metalelor prin oxidare în mediu fără generarea de curent electric în sistem.
Coroziunea gazului are loc în condiții normale, dar mai des la temperaturi ridicate. Se observă în timpul scurgerii metalelor topite, tratarea lor termică, forjarea, laminarea, sudarea etc.
Cel mai obișnuit caz de coroziune a gazului este interacțiunea unui metal cu oxigen:
Filmul de oxid format într-o astfel de coroziune joacă o funcție protectoare în mai multe cazuri. Pentru a face acest lucru, trebuie să fie solid, neporos, să aibă o aderență bună la metal, să aibă duritate, rezistență la uzură și să aibă un coeficient de dilatare termică apropiat de această valoare pentru metal. Toate aceste calități ale filmului de oxid pot fi estimate de factorul Pilling-Badworth (a). Metale (alcaline, alcalino-pământoase), în care a<1 имеют тонкие оксидные пленки с разрывами. Сплошные и устойчивые оксидные слои образуются при a=1,2 – 1,6 (например, Al2 O3. ZnO, NiO и т.д.). При значениях a значительно больше единицы пленки получаются неслошные, лекго отделяющиеся от поверхности металла (железная окалина). Коррозионно-активными газами, кроме кислорода, являются: угарный газ, углекислый газ, сернистый ангидрид, азот, его оксиды и галогены. Например, при разливе расплавленного алюминия, происходит его взаимодействие не только с кислородом, но и с азотом воздуха.
Lichidul coroziv apare, de regulă, în non-electroliți lichizi: alcooli, cloroform, benzen, benzină, kerosen și alte produse petroliere. Accelerează procesul de coroziune lichidă, sulf, oxigen, halogeni, umiditate, precum și creșterea temperaturii (coroziunea pistoanelor în motoarele cu combustie internă), care poate fi descrisă prin ecuații. Me (II) + R1-S-R2 → MeS + R1-R2
Me (I) + nR-C1-MeCl + 1 / 2nR-R,
unde R1 este S-R2 și nR-CI sunt hidrocarburi conținând sulf și clor.
Coroziunea electrochimică este cea mai comună formă de coroziune. Această distrugere a pieselor, mașini, construcții din apele apelor subterane, fluviale și maritime, sub influența apei (rouă), sub influența fluidelor de tăiere utilizate în prelucrarea metalelor, coroziunea atmosferică etc.
Coroziunea electrochimică este un proces de oxidare-reducere separată a distrugerii metalelor care are loc în mediul electrolitic, cu apariția unui curent electric în interiorul sistemului, numit un curent de coroziune.
Luați în considerare chimia coroziunii atmosferice a unui produs din oțel. Oțelul este un aliaj de fier cu carbon, în care carbonul este mai mic de 2%, de exemplu, cementite (Fe3C4). În cazul coroziunii electrochimice în aer umed (O2 + 2H2O), fierul și cementitul formează un microhalvanopar în care rolul anodului este efectuat de fier, iar cementitul este rolul catodului.
Ecuația totală a procesului de coroziune pentru distrugerea unui produs din oțel în aer umed:
Pentru fier este un grad caracteristic de oxidare mai caracteristic (3+), deci oxidarea continuă:
Când se formează Fe (OH) 3, acesta poate pierde apă când este încălzit.
Adică produsele de coroziune cu fier (rugină) reprezintă un amestec de compuși diferiți. Dacă luăm în considerare faptul că dioxidul de carbon este prezent în aer, dioxidul de sulf și, în consecință, se pot forma și săruri de fier.
Adesea datorită diferitelor scutiri ale structurilor metalice, inclusiv a oțelului, în unele zone se acumulează apă și apare o așa-numită coroziune a concentrației. cauzate de o concentrație diferită de depolarizator de oxigen (în cazul coroziunii atmosferice), hidrogen (într-un mediu acid) în diferite părți ale metalului. În cazul în care concentrația depolarizatorului este mai mare (marginea picăturii de apă), se formează o regiune catodică, unde concentrația depolarizatorului este mai mică (centrul picăturii de apă) este secțiunea anodică (figura 15).
Dupa uscarea picaturii se gaseste o depresiune in centrul acesteia si uneori chiar si o deschidere (pentru placi de 0,1 ... 0,2 mm grosime). Astfel de procese sunt adesea observate în coroziunea atmosferică și a solului din fier și oțel (frânghie, un teanc de foi, etc.) - pitting transformându-se în corodare. Trebuie remarcat faptul că, deși produsul finit la coroziune (rugină) este insolubilă, dar nu inhibă procesul de dizolvare metal, deoarece format în afara porțiunii de anod (la limita contactului său cu catozii) ca un inel în interiorul picăturii.
În practică, există adesea cazuri în care metalele de diferite activități sunt în contact între ele, formând perechi galvanice. În plus, metalele tehnice conțin impurități ale altor metale, aliajele conțin metale diferite. Un astfel de metal sau aliaj, fiind într-un mediu de electrolit, dă o multitudine de micro- și macrogalvanopare, în care anodul este un metal mai activ, i. E. metal, cu o valoare mai mică a potențialului electrodului, care este supus coroziunii.
Să luăm în considerare cazul coroziunii prin contact cu depolarizarea cu hidrogen a zincului și a cuprului într-un mediu sulfuric. Zincul și cuprul au valori diferite ale potențialului electrodului. Mai activ în această pereche de Galvano este zinc (E 0 Zn2 + / Zn = -0,76 V), are o valoare minimă a potențialului de electrod și anod va, t. E și anume zinc este supus unor procese de coroziune, mai puțin metal activ este cupru (E 0 Cu2 + / Cu = + 0,34 V), acesta va fi un catod.
Scriem schema: (A) Zn # 9474; H2S04 # 9474; Cu (K)
Procesul de anod: Zn 0 - 2 # 275; → Zn 2+
Procesul catodic: 2H + 2 # 275; → H2 depolarizator
Ecuația ionică totală: Zn + 2H + → Zn2 + + H2
Factorii care afectează rata de coroziune:
a) tulpina și deformarea în timpul prelucrării mecanice a metalelor;
b) agitarea mediului agresiv;
c) aerare diferențială;
e) aciditatea mediului (pH).
Având în vedere factorul (e), rețineți că potențialul electrodului metalic depinde în mod semnificativ de compoziția electrolitului și de pH-ul mediului. Astfel, în cazul coroziunii de contact (Al-Zn) într-o soluție de HCI 1M
există vapori de galvano în care rolul anodului este realizat de Al și catodul este Zn, schema unui astfel de procedeu este: (A) Al # 9474; HCI # 9474; Zn (K)
Într-o soluție 0,1 M de HCI, în acest caz, zincul este foarte activ, acesta va fi anodul în vaporii galvano, catodul de aluminiu, iar schema va fi scrisă ca: (A) Zn # 9474; HCI # 9474; Al (K)
Electrocoroziunea - provine sub influența curenților rătăciți, provine din surse curente de curent (transport electric, transformatoare, linii electrice). Având în vedere coroziunea sub influența curenților rătăciți, este necesar să rețineți că locul de ieșire curent va fi secțiunea anodică, intrarea curentă este catodică, zona curentă a fluxului este zona neutră. Gama de curenți rătăciți poate ajunge la câteva zeci de kilometri. Un curent de 1A pe an distruge până la 3 kg de aluminiu, 9 kg de fier, 11 kg de zinc sau cupru și 34 kg de plumb.
PROTECȚIA METALELOR DIN CORROZIUNE
Pierderile de coroziune din economia mondială sunt enorme. Aproximativ 1/3 din metalul pus în funcțiune este corodat, cu aproximativ 10% pierduți irevocabil.
Lupta împotriva coroziunii se realizează prin diverse metode. Cel mai eficient și sigur mod - luare dispozitive și mașini metalice izkorrozionno-rezistente sau din materiale nemetalice, dar din cauza costului ridicat al acestor materiale, de multe ori folosind metale ieftine și disponibile, urmată de protejarea acestora împotriva coroziunii. Este imposibil să se evite complet coroziunea, dar prin aplicarea anumitor metode de protecție, impactul său poate fi redus.
Este posibilă alocarea condiționată a următoarelor grupe de metode pentru protejarea metalelor de coroziune:
1. Crearea de desene raționale, adică cum ar fi nu au zone în stagnare și alte locuri de acumulare de umiditate, murdărie și alte medii corozive, permit curățarea rapidă și aerarea.
2. Alierea metalelor. Aceasta este o metodă eficientă, deși de obicei costisitoare, pentru creșterea rezistenței la coroziune a metalelor. Atunci când se aliază, componentele (Cr, Ni, W, Si, V, Mo, Re etc.) sunt introduse în compoziția aliajului, provocând pasivarea metalelor. Mecanismul de protecție (de exemplu, în oțelurile inoxidabile) constă în formarea de straturi de oxid dens pe suprafață, cum ar fi spinele compoziției NiO. Cr2O, FeO. CR2 O3. care sunt mai stabile decât doar oxizii de crom sau nichel.
3.Crearea structurilor metalice amorfe. Calea către această metodă de protecție a fost deschisă prin întărirea superficială. Metalul topit din creuzet este introdus în cel mai subțire decalaj dintre două role mari și supus formării și răcirii abrupte. În aceste condiții, atomii nu au timp să se alinieze cu laturile cristalice inerente metalelor, "fixarea haosului atomilor" caracteristică metalului topit. Ca rezultat, se obține o structură amorfă, similară cu cea a sticlei, rezistența la coroziune a metalelor crește brusc.
4. Acoperiri de protecție - metoda cea mai comună de protejare a metalelor împotriva coroziunii. Semnificația aplicării lor este izolarea dintr-un mediu agresiv. Există acoperiri nemetalice și metalice.
a) Acoperirile nemetalice se obțin prin aplicarea pe suprafața metalului a lacului, a vopselei, a rășinii, a lacului, a smalțului sau a emailului de sticlă. Suprafața metalului este de asemenea acoperită cu cauciuc, ebonit, materiale polimerice, ciment, beton, oxid: filme ZnO, Al2O3 (oxidare) și nitruri: Fe4N, Fe2N (nitridare). Pentru acoperirea suprafeței metalului se poate precipita fosfații insolubili din acest metal: Fe (H2 PO4) 2 + 2 Fe2 + Fe3 (PO4) 2 ¯ + 4H (fosfatare) sau saturarea suprafeței metalice cu carbon (cimentare).
b) acoperiri protectoare cu metale. În acest scop se utilizează metale rezistente la coroziune (Sn, Zn, Al, Au, Ag, Ni, Cr, etc.). Se disting acoperirile metalice anodice și catodice. Dacă metalul protejat este acoperit cu un metal mai activ, atunci o astfel de acoperire se numește o acoperire anodică. Când stratul de acoperire este rupt, metalul de acoperire este distrus. Luați în considerare acest lucru pentru exemplul de fier galvanizat. Să facem schema de distrugere a coroziunii.
A: Zn 0-2 # 275; → Zn 2+ 2