Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Корозія



План:


Введення

Корозія конструкції Шуховской вежі в Москві

Корозія (від лат. corrosio - Роз'їдання) - це мимовільне руйнування металів в результаті хімічної або фізико-хімічної взаємодії з навколишнім середовищем. У загальному випадку це руйнування будь-якого матеріалу, будь то метал або кераміка, дерево або полімер. Причиною корозії служить термодинамічна нестійкість конструкційних матеріалів до впливу речовин, що знаходяться в контактує з ними середовищі. Приклад - киснева корозія заліза у воді: 4Fe + 6Н 2 О + ЗО 2 = 4Fe (OH) 3. Гідратований оксид заліза Fe (OН) 3 і є тим, що називають іржею.

У повсякденному житті для сплавів заліза ( сталей) частіше використовують термін "іржавіння". Менш відомі випадки корозії полімерів. Стосовно до них існує поняття "старіння", аналогічне терміну "корозія" для металів. Наприклад, старіння гуми через взаємодію з киснем повітря або руйнування деяких пластиков під впливом атмосферних опадів, а також біологічна корозія. Швидкість корозії, як і всякої хімічної реакції, дуже сильно залежить від температури. Підвищення температури на 100 градусів може збільшити швидкість корозії на кілька порядків.


1. Класифікація видів корозії

Корозійні процеси відрізняються широким розповсюдженням і різноманітністю умов і середовищ, в яких вони протікають. Тому поки що немає єдиної та всеосяжної класифікації зустрічаються випадків корозії.

За типом агресивних середовищ, в яких протікає процес руйнування, корозія може бути наступних видів:

  • газова корозія;
  • атмосферна корозія;
  • корозія в неелектроліту;
  • корозія в електролітах;
  • підземна корозія;
  • біокоррозія;
  • корозія під впливом блукаючих струмів.

За умовами протікання корозійного процесу розрізняють такі види:

За характером руйнування:

  • суцільна корозія, що охоплює всю поверхню:
    • рівномірна;
    • нерівномірна;
    • виборча [1];
  • локальна (місцева) корозія, що охоплює окремі ділянки:
    • плямами;
    • виразкова;
    • точкова (або піттінг);
    • наскрізна;
    • межкристаллитная (расслаивающая в деформованих заготовках і ножова в зварних з'єднаннях).

Головна класифікація проводиться за механізмом протікання процесу. Розрізняють два види:

  • хімічну корозію;
  • електрохімічну корозію.

2. Корозія неметалічних матеріалів

У міру ускладнення умов експлуатації (підвищення температури, механічних напружень, агресивності середовища тощо) та неметалеві матеріали схильні до дії середовища. У зв'язку з чим термін "корозія" став застосовуватися і по відношенню до цих матеріалів, наприклад "корозії бетонних і залізобетонних", "корозія пластмас і гум". При цьому мається на увазі їх руйнування і втрата експлуатаційних властивостей внаслідок хімічного або фізико-хімічної взаємодії з навколишнім середовищем. Але слід враховувати, що механізми і кінетика процесів для неметалів і металів будуть різними.


3. Корозія металів

Іржа, найпоширеніший вид корозії.
Корозія металу.

Корозія металів - руйнування металів внаслідок хімічного або електрохімічного взаємодії їх з корозійної середовищем. [2] Для процесу корозії слід застосовувати термін "корозійний процес", а для результату процесу - "корозійне руйнування". Освіта гальванічних пар з користю застосовують для створення батарей і акумуляторів. З іншого боку, освіта такої пари призводить до несприятливого процесу, жертвою якого стає цілий ряд металів, - корозії. Під корозією розуміють що відбувається на поверхні електрохімічне або хімічне руйнування металевого матеріалу. Найбільш часто при корозії метал окислюється з утворенням іонів металу, які при подальших перетвореннях дають різні продукти корозії. Корозія може бути викликана як хімічними, так і електрохімічним процесом. Відповідно, розрізняють хімічну й електрохімічну корозію металів.


3.1. Типи корозії

3.1.1. Електрохімічна корозія

Руйнування металу під впливом виникають у корозійному середовищі гальванічних елементів називають електрохімічної корозією. Не слід плутати з електрохімічної корозією корозію однорідного матеріалу, наприклад, іржавіння заліза або т.п. При електрохімічної корозії (найбільш часта форма корозії) завжди потрібна наявність електроліту (Конденсат, дощова вода і т. д.), з яким стикаються електроди - або різні елементи структури матеріалу, або два різних дотичних матеріалу з различающимися окислювально-відновними потенціалами. Якщо у воді розчинені іони солей, кислот, або т.п., електропровідність її підвищується, і швидкість процесу збільшується.

Корозійний елемент

При зіткненні двох металів з ​​різними окислювально-відновними потенціалами і зануренні їх у розчин електроліту, наприклад, дощової води з розчиненим вуглекислим газом CO 2, утворюється гальванічний елемент, так званий корозійний елемент. Він являє собою не що інше, як замкнуту гальванічну клітинку. У ній відбувається повільне розчинення металевого матеріалу з більш низьким окислювально-відновним потенціалом, другий електрод у парі, як правило, не кородує. Цей вид корозії особливо притаманний металам з високими негативними потенціалами. Так, зовсім невеликої кількості домішки на поверхні металу з великим редокспотенціалом вже достатньо для виникнення корозійного елемента. Особливо схильні до ризику місця зіткнення металів з різними потенціалами, наприклад, зварювальні шви або заклепки.

Якщо розчиняється електрод корозійно-стійкий, процес корозії сповільнюється. На цьому заснована, наприклад, захист залізних виробів від корозії шляхом оцинкування - цинк має більш негативний потенціал, ніж залізо, тому в такій парі залізо відновлюється, а цинк повинен корродировать. Однак у зв'язку з утворенням на поверхні цинку оксидної плівки процес корозії сильно сповільнюється.

Воднева та киснева корозія

Якщо відбувається відновлення іонів H 3 O + або молекул води H 2 O, говорять про водневої корозії або корозії з водневою деполяризацією. Відновлення іонів відбувається за такою схемою:

2H 3 O + + 2e - → 2H 2 O + H 2

або

2H 2 O + 2e - → 2OH - + H 2

Якщо водень не виділяється, що часто відбувається в нейтральній або сильно лужному середовищі, відбувається відновлення кисню і тут говорять про кисневу корозії або корозії з кисневою деполяризацією:

O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH -

Корозійний елемент може утворюватися не тільки при зіткненні двох різних металів. Корозійний елемент утворюється і у випадку одного металу, якщо, наприклад, структура поверхні неоднорідна.


3.1.2. Хімічна корозія

Хімічна корозія - взаємодія поверхні металу з корозійно- активної середовищем, не супроводжується виникненням електрохімічних процесів на межі фаз. У цьому випадку взаємодії окислення металу і відновлення окисного компонента корозійного середовища протікають в одному акті. Наприклад, освіта окалини при взаємодії матеріалів на основі заліза при високій температурі з киснем:

4Fe + 3O 2 → 2Fe 2 O 3

При електрохімічної корозії іонізація атомів металу і відновлення окисного компонента корозійного середовища протікають не в одному акті та їх швидкості залежать від електродного потенціалу металу (наприклад, іржавіння сталі в морській воді).


3.2. Види корозії

  • Газова корозія
  • Атмосферна корозія
  • Корозія при неповному зануренні
  • Корозія по ватерлінії
  • Корозія при повному зануренні
  • Корозія при змінному зануренні
  • Підземна корозія
  • Біокоррозія
  • Корозія зовнішнім струмом
  • Корозія блукаючим струмом
  • Контактна корозія
  • Корозія при терті
  • Фреттинг-корозія
  • Суцільна корозія
  • Рівномірна корозія
  • Нерівномірне корозія
  • Місцева корозія
  • Підповерхнева корозія
  • Точкова корозія
  • Корозія плямами
  • Наскрізна корозія
  • Пошарова корозія
  • Ниткоподібний корозія
  • Структурна корозія
  • Межкристаллитная корозія
  • Виборча (селективна) корозія
  • Графітизація чавуну
  • Обесцінкованіе
  • Щілинна корозія
  • Ножова корозія
  • Корозійна виразка
  • Корозійне розтріскування
  • Корозія під напругою
  • Корозійна втома
  • Межа корозійної втоми
  • Корозійна крихкість

4. Боротьба з корозією

Корозія приводить щорічно до мільярдних збитків, і вирішення цієї проблеми є важливим завданням. Основний збиток, що заподіюється корозією, полягає не у втраті металу як такого, а у величезній вартості виробів, що руйнуються корозією. Ось чому щорічні втрати від неї в промислово розвинених країнах настільки великі. Справжні збитки від неї не можна визначити, оцінивши лише прямі втрати, до яких відносяться вартість зруйнованої конструкції, вартість заміни обладнання, витрати на заходи по захисту від корозії. Ще більшої шкоди становлять непрямі втрати. Це простої устаткування при заміні прокоррозіровавшіх деталей і вузлів, витік продуктів, порушення технологічних процесів.

Ідеальний захист від корозії на 80% забезпечується правильною підготовкою поверхні, і лише на 20% якістю використовуваних лакофарбових матеріалів і способом їх нанесення. [3]. Найбільш продуктивним і ефективним методом підготовки поверхні перед подальшим захистом субстрату є абразивоструйная очищення [4].

Зазвичай виділяють три напрями методів захисту від корозії:

  1. Конструкційний
  2. Активний
  3. Пасивний

Для запобігання корозії в якості конструкційних матеріалів застосовують нержавіючі стали, кортеновскіе стали, кольорові метали. При проектуванні конструкції намагаються максимально ізолювати від попадання корозійного середовища, застосовуючи клеї, герметики, гумові прокладки.

Активні методи боротьби з корозією спрямовані на зміну структури подвійного електричного шару. Застосовується накладення постійного електричного поля за допомогою джерела постійного струму, напруга вибирається з метою підвищення електродного потенціалу захищається металу. Інший метод - використання жертовного анода, більш активного матеріалу, який буде руйнуватися, оберігаючи захищається виріб.

Як захист від корозії може застосовуватися нанесення будь-якої покриття, яке перешкоджає утворенню корозійного елемента (пасивний метод).

Киснева корозія оцинкованого заліза
Киснева корозія заліза, покритого оловом

Барвисте покриття, полімерне покриття і емалювання повинні, насамперед, запобігти доступ кисню і вологи. Часто також застосовується покриття, наприклад, стали іншими металами, такими як цинк, олово, хром, нікель. Цинкове покриття захищає сталь навіть коли покриття частково зруйновано. Цинк має більш негативний потенціал і коррозирует першим. Іони Zn 2 + токсичні. При виготовленні консервних банок застосовують жерсть, покриту шаром олова. На відміну від оцинкованої бляхи, при руйнуванні шару олова коррозіровать, притому посилено, починає залізо, так як олово має більш позитивний потенціал. Інша можливість захистити метал від корозії - застосування захисного електрода з великим негативним потенціалом, наприклад, з цинку або магнію. Для цього спеціально створюється корозійний елемент. Захищається метал виступає в ролі катода, і цей вид захисту називають катодного захистом. Розчиняється електрод, називають, відповідно, анодом протекторного захисту. Цей метод застосовують для захисту від корозії морських суден, мостів, котельних установок, розташованих під землею труб. Для захисту корпусу судна на зовнішню сторону корпусу кріплять цинкові пластинки.

Якщо порівняти потенціали цинку і магнію з залізом, вони мають більш негативні потенціали. Але тим не менш коррозируют вони повільніше внаслідок утворення на поверхні захисної оксидної плівки, яка захищає метал від подальшої корозії. Освіта такої плівки називають пасивацією металу. У алюмінію її підсилюють анодним окисленням (анодування). При додаванні невеликої кількості хрому в сталь на поверхні металу утворюється оксидна плівка. Зміст хрому в нержавіючої сталі - більше 12 відсотків.


4.1. Система холодного цинкування

Система холодного цинкування призначена для посилення антикорозійних властивостей комплексного багатошарового покриття. Система забезпечує повну катодну (або гальванічну) захист залізних поверхонь від корозії в різних агресивних середовищах

Система холодної оцинковки буває одно-, двох-або трехупаковочной і включає:

  • сполучна - відомі склади на хлоркаучукових, етілсілікатной, полістирольної, епоксидної, уретанових, алкидной (модифікованої) основі;
  • антикорозійний наповнювач - цинковий порошок ("цинковий пил"), з вмістом більше 95% металевого цинку, що має розмір часток менше 10 мкм і мінімальну ступінь окислення.;
  • затверджувач (у двох-і трьох-пакувальних системах)

Однопакувальний системи холодного цинкування поставляються готовими до застосування і вимагають лише ретельного перемішування складу перед нанесенням. Дво-і трехупаковочние системи можуть поставлятися в кількох упаковках і вимагають додаткових операцій з приготування складу перед нанесенням (змішування сполучного, наповнювача, затверджувача).

Після приготування (двох-і трехупаковочние системи), нанесення складу на захищає поверхню металу кистю, валиком, методом пневматичного або безповітряного розпилення і висихання на поверхні металу утворюється цінкнаполненное протикорозійне покриття - полімерно-цинкова плівка, яка зберігає всі властивості полімерного покриття, яке використовувалося в якості сполучного, і одночасно володіє всіма захисними достоїнствами звичайного цинкового покриття.

Переваги системи холодної оцинковки порівняно зі способом гарячої гальванізації:

  1. Простота і менша трудомісткість технології нанесення захисного цинкового покриття. Для нанесення покриття не потрібне спеціальне обладнання.
  2. Можливість антикорозійного захисту металоконструкцій будь-яких розмірів, як в заводських так і в польових умовах.
  3. Можливість виправлення безпосередньо на місці абразивних ушкоджень покриття і дефектів, що виникають при зварюванні металоконструкцій.
  4. Екологічно чистий процес нанесення покриття: немає необхідності проводити роботи в гарячому цеху.
  5. Створення на поверхні заліза гнучкого шару цинку (не утворює мікротріщин при згинанні металовироби).

Система холодного цинкування застосовується у всіх видах промисловості та в побуті, де потрібна надійна і довговічна захист залізних поверхонь від корозії.

Крім використання в якості шару грунтовки в комплексному багатошаровому покритті система холодної оцинковки може застосовуватися як самостійне антикорозійне покриття металевих поверхонь.


4.2. Газотермічне напилення

Для боротьби з корозією використовують також методи газотермічного напилення.
За допомогою газотермічного напилення на поверхні металу створюється шар з іншого металу / сплаву, що володіє більш високою стійкістю до корозії (ізолюючий) або навпаки менш стійкий (протекторний). Такий шар дозволяє зупинити корозію захищається металу. Суть методу така: газової струменем на поверхню виробу на величезній швидкості наносять частки металевої суміші, в результаті чого утворюється захисний шар товщиною від десятків до сотень мікрон. Газотермічне напилення також застосовується для продовження життя зношених вузлів устаткування: від відновлення рульової рейки в автосервісі до нафтовидобувних компаній [5].


4.3. Термодифузійна цинкове покриття

(ГОСТ 9.316-2006). Для експлуатації металовиробів в агресивних середовищах, необхідна більш стійка антикорозійний захист поверхні металовиробів. Термодифузійна цинкове покриття є анодним по відношенню до чорних металів і електрохімічно захищає сталь від корозії. Воно володіє міцним зчепленням (адгезію) з основним металом за рахунок взаємної дифузії заліза і цинку в поверхневих інтерметаллітних фазах, тому не відбувається відшаровування і сколювання покриттів при ударах, механічних навантаженнях і деформаціях оброблених виробів.

Дифузійне цинкування, здійснюване з парової або газової фази при високих температурах (375-850 C), або з використанням розрідження (вакууму) - при температурі від 250 C, застосовується для покриття кріпильних виробів, труб, деталей арматури і ін конструкцій. Значно підвищує стійкість сталевих, чавунних виробів у середовищах, що містять сірководень (в т.ч. проти сірководневого корозійного розтріскування), промислової атмосфері, морській воді та ін Товщина дифузійного шару залежить від температури, часу, способу цинкування і може становити 0,01 - 1,5 мм. Сучасний процес дифузійного цинкування дозволяє утворювати покриття на різьбових поверхнях кріпильних виробів, без утруднення їх наступного згвинчення. Мікротвердість шару покриття Hμ = 4000 - 5000 МПа. Дифузійне цинкове покриття також значно підвищує жаростійкість сталевих і чавунних виробів, при температурі до 700 C. Можливе отримання легованих дифузійних цинкових покриттів, що застосовується для підвищення їх службових характеристик.


5. Цинкування

Цинкування - це процес нанесення цинку або його сплаву на металевий виріб для додання його поверхні певних фізико-хімічних властивостей, у першу чергу високого опору корозії. Цинкування - найбільш поширений і економічний процес металізації, застосовуваний для захисту заліза і його сплавів від атмосферної корозії. На ці цілі витрачається приблизно 40% світового видобутку цинку. Товщина покриття повинна бути тим більше, чим агресивніше навколишнє середовище і чим довший передбачуваний термін експлуатації. Цинкуванню піддаються сталеві листи, стрічка, дріт, кріпильні деталі, деталі машин і приладів, трубопроводи та ін металоконструкції. Декоративного призначення цинкове покриття зазвичай не має; деяке поліпшення товарний вигляд набуває після пасивування оцинкованих виробів в хроматних, або фосфатних розчинах, що додають покриттям райдужну забарвлення. Найбільш широко використовується оцинкована смуга, що виготовляється на автоматизованих лініях гарячого цинкування, тобто методом занурення в розплавлений цинк. Методи розпилення і металізація дозволяють покривати вироби будь-якого розміру (наприклад, щогли електропередач, резервуари, мостові металоконструкції, дорожні огородження). Електролітичне цинкування ведеться в основному з кислих і лужно-ціанистих електролітів; спеціальні добавки дозволяють отримувати блискучі покриття.


6. Економічний збиток від корозії

Економічні втрати від корозії металів величезні. В США за останніми даними NACE [6] збиток від корозії і витрати на боротьбу з нею склали 3,1% від ВВП (276 млрд доларів). В Німеччині цей збиток склав 2,8% від ВВП. За оцінками фахівців різних країн ці втрати в промислово розвинених країнах становлять від 2 до 4% валового національного продукту. При цьому втрати металу, що включають масу вийшли з ладу металевих конструкцій, виробів, обладнання, складають від 10 до 20% річного виробництва сталі. [7]


Обвалення Срібного моста.

Іржа є однією з найбільш поширених причин аварій мостів. Так як іржа має набагато більший обсяг, ніж початкова маса заліза, її нарощування може привести до нерівномірного прилягання один до одного конструкційних деталей. Це стало причиною руйнування моста через річку Міанус в 1983, коли підшипники підйомного механізму проржавіли всередині. Три водії загинули при падінні в річку. Дослідження показали, що стік дороги було перекрито і не був почищений, а стічні води проникли в опори моста. [8] 15 грудня 1967 Срібний міст, що з'єднує Поінт Плезант, штат Західна Вірджинія, і Канауга, штат Огайо, несподівано звалився в річку Огайо. У момент обвалення 37 автомобілів рухалися по мосту, і 31 з них впали разом з мостом. Сорок шість чоловік загинули, і дев'ять серйозно постраждали. Крім людських жертв і травм, був зруйнований основний транспортний шлях між Західна Вірджинія і Огайо. Причиною обвалення стала корозія. [9]

Міст Кінзу в Пенсільванії був зруйнований в 2003 торнадо насамперед тому, що центральні основні болти проржавіли, істотно знизивши його стійкість.


Примітки

  1. Виборча корозія - www.dental-materials.ru/?cat=10
  2. "ГОСТ 5272-68: Корозія металів. Терміни."
  3. ISO 8501-1
  4. Комплекс практичних заходів з антикорозійного захисту металу (піскоструй, грунтування, покриття) - teplointeh.com.ua / antikorrozionnaya_zashita_metalla.htm / / завод Теплоінтех
  5. Газотермічне напилення - www.rusnano.com/Post.aspx/Show/32354
  6. Доповідь на 16-му Всесвітньому конгресі з корозії в - www.16icc2005.com/ Пекіні, вересень 2005 року.
  7. "Керівництво для підготовки інспекторів з візуального і вимірювального контролю якості фарбувальних робіт" - www.blastguide.ru / gift - Єкатеринбург: ТОВ "ВД" Орігамі ", 2009-202 с., ISBN 978-5-9901098-1-5
  8. "Part Of Bridge On Route I-95 Falls Into River In Greenwich,; Killing 3.". New York Times. June 29, 1983. (Англ.)
  9. (Червень 2008) " З ІСТОРІЇ КОРОЗІЇ - www.oo2.ru/node/164 ". журнал" Очищення. Фарбування "№ 4 (15): 48. Перевірено 2010-10-03.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Грунтова корозія
Щілинна корозія
Межкристаллитная корозія
Активатор (корозія)
Корозія металу (група)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru