Материаловедение. Технология конструкционных материалов

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

 

 

Факультет пищевых и химических производств

Кафедра технологии переработки пластических масс и эластомеров 

 

 

 

    Реферат защищен с оценкой______

                           Руководитель ____Н.Л.Пантелеева

 

                    «___»     октября      2012 г.

 

 

 

 

Реферат

Химическая  и электрохимическая коррозия

по дисциплине: Материаловедение. Технология конструкционных материалов

Р. 240502.18. 000

 

 

 

 

 

 

 

 

Студента  группы ТППиЭ-91 Юхтовского Д.В.

 

               

Руководитель к.х.н., доцент Пантелеева Н.Л.

 

 

 

 

 

 

БАРНАУЛ 2012

Содержание

 

Введение               3

1 Коррозия общие сведения            4

2 Классификация коррозионных процессов         6

3 Химическая коррозия                               10

4 Виды химической коррозии            11

4.1 Коррозия в неэлектролитах. Газовая коррозия                                         11

4.2 Термодинамик химической коррозии                                                        12

4.3 Кинетика химической коррозии                                                                 12

4.4 Коррозия под действием продуктов  сгорания топлива                            15

4.5Коррозия железа, стали, чугуна  в атмосфере содержащей СО₂,Н₂О,О₂ 16

5 Электрохимическая коррозия металлов           17

5.1 Механизм протекания электрохимической  коррозии                               17

5.2 Термодинамик электрохимической  коррозии металлов                           19

5.3 Кинетика электрохимической  коррозии                                                     20

Заключение                23

Список использованной литературы              24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

   Актуальность коррозионной проблемы определяется тремя основными аспектами:

1) повышением надежности различных объектов (оборудования АЭС, самолетов, систем захоронения радиоактивных отходов, контейнеров для токсичных материалов и др.) в целях предотвращения катастроф и аварий, которые часто сопровождаются человеческими жертвами и загрязнениями окружающей среды;

2) сохранностью мировых ресурсов металлов (металлического фонда), обусловленной ограниченностью их запасов;

3) экономическим, имеющим целью уменьшение материальных потерь в результате коррозии различных машин, резервуаров, трубопроводов, мостов и т.п.

   Из 87 металлов Периодической системы Д.И.Менделеева – на сегодня 52 вовлечены в среду человеческой деятельности. Не менее 20 из них токсичны и таят серьезную опасность для живых организмов. Очевидно, что загрязнение среды, нарушающее экологическое равновесие, вызывает интенсификацию процессов коррозии и появление видов коррозионных разрушений, не характерных для среды с нормальным экологическим равновесием. Образуются взаимосвязанные цепочки процессов такого плана: деятельность человека => нарушение экологического равновесия =>интенсивная коррозия машин и оборудования => выбросы газа, нефти, пыли => интенсивная коррозия.

   Результаты экономических исследований показали, что переход на новые технологии, особенно в добывающих отраслях, приведет к резкому росту ущерба от коррозии. Также внедрение новых технологий прямо связано с решением проблемы защиты от коррозии.

 

 

 

1 Коррозия. Общие сведения.

 

   Коррозией (от латинского «corrodere», что означает «разъедать») металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Под металлами подразумеваются простые металлы и их сплавы, а также металлические изделия и конструкции. Средой, в которой происходит коррозия металлов, обычно бывают различные жидкости и газы.

    Коррозионный процесс протекает на границе двух фаз: металл-окружающая среда, т.е. является гетерогенным процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонентов) с металлом. Коррозия металлов имеет место в большей или меньшей степени всюду, где обрабатываются металлы или эксплуатируются металлические изделия и конструкции.

   Коррозия металлов – процесс самопроизвольный, всегда негативный с точки зрения промышленной практики. Потери от коррозии складываются из стоимости изготовления металлических конструкций, пришедших в негодность вследствие коррозии, из безвозвратных потерь в виде продуктов коррозии и из косвенных убытков.

   Резкий рост потерь в последние годы из-за коррозии металлов обусловлен следующими обстоятельствами:

1) Постоянно  растет производство металлов, человечество  вы-

плавило не менее 35 млрд.т. сплавов железа, а  мировой фонд в настоящее время  составляет около 10 млрд.т., очевидно, что  значительную часть этой разницы  поглотила коррозия (какая-то часть  рассеяна в биосфере).

2) Существенно  изменилась структура использования  металла: возросла металлоемкость таких отраслей, как металлургия, химическая, целлюлозно-бумажная, где металлоконструкции эксплуатируются в средах повышенной агрессивности. Это привело не только к непропорциональному увеличению

коррозионных потерь, но и к изменению характера коррозионных повреждений.

3) Возросла агрессивность атмосферы  и естественных вод из-за промышленных выбросов.

4) Недооценивается важность проблемы защиты от коррозии, на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации машин и аппаратов.

    Экономические потери от коррозии в промышленно развитых странах достигают 3-5% национального дохода. По некоторым данным коррозия ежегодно «съедает» до 20% выплавляемого в мире металла.

   Основные причины коррозии металлов.

Первопричиной коррозии металлов является термодинамическая неустойчивость металлов в различных средах при данных внешних условиях. Термодинамика дает исчерпывающие сведения о возможности или невозможности самопроизвольного протекания коррозионного процесса при определенных условиях. Термодинамические потенциалы, кроме того могут быть использованы для количественной оценки движущих сил коррозионных процессов, а также для расчета скоростей этих процессов в случаях, когда имеется возможность расчета не только движущей силы, но и торможения процесса.

   Однако термодинамика в большинстве случаев не дает ответа на весьма важный и с теоретической и с практической стороны вопрос: с какой скоростью будет протекать термодинамически возможный коррозионный процесс. Рассмотрением этого вопроса, а также установлением влияния различных факторов на скорость коррозии и характер коррозионного разрушения металлов занимается кинетика коррозионных процессов.

   Отличительной особенностью коррозионных процессов является их сложность и многостадийность. Обычно коррозионный процесс состоит, по меньшей мере из трех основных стадий:

1) переноса реагирующих веществ к поверхности раздела фаз – к реакционной зоне;

2) гетерогенной реакции;

3) отвода продуктов реакции из  реакционной зоны [1]

2 Классификация коррозионных процессов

 

   По механизму протекания различают  химическую, электрохимическую и биокоррозию металлов.

   Химическая коррозия – взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одной стадии (например, окисление железа при нагревании на воздухе).

   Электрохимическая коррозия – взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

   Микробиологическая коррозия – это коррозионное разрушение металлов при воздействии микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Часто инициирование электрохимической коррозии металлов вызвано микроорганизмами. Бактерии могут вырабатывать серную, муравьиную, уксусную и другие карбоновые кислоты, деполяризовать катодные участки коррозионных микрогальванических элементов, окислять ионы металлов и ассимилировать электроны с поверхности металлов. Биоповреждениям подвержены металлические поверхности, пластмассы, смазки.

   По условиям протекания коррозии, которые весьма разнообразны, различают следующие виды коррозии:

1) газовую коррозию – коррозию металлов в газах при высоких температурах (например, окисление и обезуглероживание стали при нагревании);

2) атмосферную – коррозию металлов в атмосфере воздуха, а также любого влажного газа (например, ржавление стальных конструкций в цехе или на открытом воздухе);

3) жидкостную коррозию – коррозию металлов в жидкой среде в неэлектролите (бром, расплавленная сера, органический растворитель, жидкое топливо) и в электролите (кислотная, щелочная, солевая, морская, речная коррозия,

коррозия  в расплавленных солях и щелочах). В зависимости от условий взаимодействия среды с металлом различают жидкостную коррозию металла при полном, неполном и переменном погружении; коррозию в неперемешиваемой (спокойной) и перемешиваемой (движущейся) коррозионной среде;

4) подземную коррозию – коррозию металлов в почвах и грунтах (например, ржавление подземных стальных трубопроводов);

5) структурную коррозию, связанную со структурной неоднородностью металла (например, ускорение коррозионного процесса в растворах H₂SO₄ и HCl катодными включениями: карбидами в стали, графитом в чугуне, интерметаллидом CuAl₂ в дюралюминии);

6) биокоррозию – коррозию металлов под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов (например, усиление коррозии стали в грунтах сульфат – редукционными бактериями);

7) коррозию внешним током – электрохимическую коррозию металлов под воздействием тока от внешнего источника (например, растворение стального анодного заземления станции катодной защиты подземного трубопровода);

8) коррозию блуждающим током – электрохимическую коррозию металла (например, подземного трубопровода) под воздействием блуждающего тока;

9) контактную коррозию - электрохимическую коррозию, вызванную контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите (например, коррозия в морской воде деталей из алюминиевых сплавов, находящихся в контакте с медными деталями);

10) щелевую коррозию – усиление коррозии в щелях и зазорах между металлами (например, в резьбовых и фланцевых соединениях стальных конструкций, находящихся в воде);

11) коррозию под напряжением – коррозию металлов при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений;

12) коррозионную кавитацию – разрушение металла, вызванное одновременно коррозионным и ударным воздействием внешней среды;

 

13) коррозию при трении (коррозионная эрозия) – разрушение

металла, вызываемое одновременным воздействием коррозионной

среды и трения;

14) фреттинг-коррозию – коррозию металлов при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды.

   По характеру коррозионного разрушения различают следующие

виды  коррозии:

1) сплошную или общую коррозию, охватывающую всю поверхность металла, находящуюся под воздействием данной коррозионной среды. Сплошная коррозия бывает:

а) равномерной, которая протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности металла (направленная коррозия в углеродистой стали в растворах H2SO4);

б) неравномерной, которая протекает с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла (направленная коррозия углеродистой стали в морской воде);

в) избирательной, при которой разрушается одна структурная составляющая сплава (графитизация чугуна) или один компонент сплава (обесцинкование латуней).

2)местную коррозию, охватывающую отдельные участки поверхности

металла. Местная  коррозия бывает:

а) пятнами  – в виде отдельных пятен (например коррозия латуни в морской воде);