Строительство в Севастополе — сообщество мастеров строителей и отделочников
Строительные работы в Севастополе
Коррозия металла становится серьезной проблемой при строительстве, в быту и на производствах. Чаще всего конструкторы предусматривают защиту металлических поверхностей от ржавчины, но иногда ржавление происходит на незащищенных поверхностях и на специально обработанных деталях. Металлические сплавы лежат в основе жизнедеятельности человека, они окружают его практически везде: в быту, на работе, в процессе отдыха. Не всегда люди замечают металлические вещи и детали, но они постоянно им сопутствуют. Различные сплавы и чистые металлы являются самыми производимыми веществами на нашей планете. Современная промышленность выпускает различные сплавы в 20 раз больше (по массе), чем все остальные материалы. Несмотря на то что металлы считаются одними из наиболее прочных веществ на Земле, они могут разрушаться и терять свои характеристики в результате процессов ржавления. Под воздействием воды, воздуха и других факторов происходит процесс окисления металлов, который и называют коррозией. Несмотря на то что корродировать может не только металл, но и каменные породы, ниже будут рассмотрены процессы, связанные именно с металлами. Здесь стоит обратить внимание на то, что некоторые сплавы или металлы больше подвержены коррозии, чем другие. Это обусловлено скоростью протекания процесса окисления. Процесс окисления металлов Рекомендуем ознакомиться Самое распространенное вещество в сплавах - это железо. Коррозия железа описывается следующим химическим уравнением: 3O2+2h3O+4Fe=2Fe2O3. h3O. Полученный в результате оксид железа и является той рыжей ржавчиной, портящей предметы. Но рассмотрим виды коррозии: Электрохимическая коррозия железа Также стоит отметить подвиды, которые бывают при ржавлении (описывать не будем, только перечислим): подземная, атмосферная, газовая, при разных видах погружения, сплошная, контактная, вызываемая трением и т.д. Все подвиды можно отнести к химическому или электрохимическому ржавлению. При строительстве часто встречается коррозия арматуры и сварных конструкций. Коррозия часто происходит из-за несоблюдения правил хранения материала или невыполнения работ по обработке прутьев. Коррозия арматуры довольно опасна, поскольку арматуру закладывают для усиления конструкций, и в результате разрушения прутьев возможен обвал. Коррозия сварных швов не менее опасно, чем коррозия арматуры. Это также значительно ослабит шов и может привести к разрыву. Есть достаточно много примеров, когда ржавчина на силовых конструкциях приводит к обрушению помещений. Другие часто встречающиеся в быту случаи ржавления - порча бытовых орудий труда (ножей, столовых приборов, инструмента), порча металлоконструкций, порча средств передвижения (как наземных, так и воздушных и водных) и т.д. Пожалуй, самые часто встречающиеся ржавые вещи - это ключи, ножи и инструменты. Все эти предметы подвергаются ржавлению из-за того, что трением снимается защитное покрытие, которое оголяет основу. Основа подвергается процессам разрушения из-за контактов с агрессивными средами (особенно ножи и инструменты). Разрушения из-за контактов с агрессивными средами Кстати, разрушения вещей, которые часто используются в быту, можно наблюдать практически повсеместно и регулярно, в то же время некоторые металлические предметы или конструкции могут простоять ржавыми десятилетия и будут исправно выполнять свои функции. Например, ножовка, которой часто пилили бревна и оставили на месяц в сарае, быстро проржавеет и может сломаться в процессе работы, а столб с дорожным знаком может простоять десять, а то и более лет ржавым и не разрушится. Поэтому все металлические вещи следует защищать от коррозии. Методов защиты несколько, но все это химия. Выбор такой защиты зависит от типа поверхности и действующего на нее разрушительного фактора. Для этого поверхность тщательно очищают от грязи и пыли, для того чтобы исключить возможность непопадания защитного покрытия на поверхность. Затем ее обезжиривают (для некоторых типов сплава или металла и для некоторых защитных покрытий это является необходимым), после чего наносят защитный слой. Наиболее часто защиту обеспечивают лакокрасочные материалы. В зависимости от металла и факторов используются разные лаки, краски и грунты. Другой вариант - нанесение тонкого защитного слоя из другого материала. Обычно этот способ практикуется на производстве (например, оцинковка). В итоге потребителю практически ничего не требуется делать после приобретения вещи. Нанесение тонкого защитного слоя Другой вариант - создание специальных сплавов, которые не окисляются (например, нержавейка), однако они не гарантируют 100% защиты, более того, некоторые вещи из таких материалов окисляются. Важными параметрами защитных слоев являются толщина, срок службы и скорость разрушения под активным неблагоприятным воздействием. При нанесении защитного покрытия крайне важно точно вписаться в допустимую толщину слоя. Обычно производители лакокрасочных материалов указывают его на упаковке. Так, если слой будет больше максимально допустимого, то это вызовет перерасход лака (краски), и слой может разрушаться под сильным механическим воздействием, более тонкий слой может стираться и сократить срок защиты основы. Правильно выбранный защитный материал и правильно нанесенный на поверхность гарантирует на 80% то, что деталь не будет подвержена коррозии. Многие люди в быту не задумываются над тем, как защитить свои вещи ото ржи. И получают проблему в виде испорченного предмета. Как правильно решить эту проблему? Удаление ржавчины с детали Для того чтобы произвести восстановление вещи или детали от ржавчины, первым делом следует снять весь рыжий налет до чистой поверхности. Он снимается с помощью наждачной бумаги, напильников, сильными реагентами (кислотами или щелочами), но особую славу в этом заслужили напитки типа «Кока-Колы». Для этого вещь погружают полностью в емкость с чудо-жидкостью и оставляют на некоторое время (от нескольких часов до нескольких суток - время зависит от вещи и поврежденной площади). После того как поверхность очищена, выполняются абсолютно все процедуры по защите от коррозии. То есть на поверхность наносят защитные лакокрасочные покрытия, напыления или хромируют. Главное во всей процедуре - это полностью очистить поврежденное место от ржавчины. Многие люди часто не обращают внимание на рыжие пятна и на испорченные вещи. Ими продолжают работать, а после окончательного разрушения приобретают новые. На самом деле это дополнительные траты бюджета, в данном случае семейного. Рыжие пятна на стальных изделиях Согласно данным ООН, каждая страна в год теряет от 0,5 до 7-8% валового национального продукта из-за коррозии. Парадокс заключается в том, что менее развитые страны теряют меньше, чем развитые. А 30% всех выпускаемых стальных изделий на планете идет на замену проржавевшим. Поэтому настоятельно рекомендуется отнестись к этой проблеме серьезно. tutmet.ru Разрушение материала под действием внешней среды называют коррозией. Любая конструкция, в том числе и сварная, подвергается действию окружающей среды (воздух, вода, производственные газы, блуждающие токи). Действие среды может быть агрессивным или малоагрессивным. В первом случае конструкция может служить несколько лет или даже месяцев, а во втором— десятилетиями и даже столетиями. Коррозия металлов может быть вызвана химическими и электрохимическими процессами. К химическим относятся процессы, протекающие при непосредственном химическом взаимодействии между металлом и агрессивной средой и не сопровождающиеся возникновением тока. Под электрохимическими понимают процессы, при которых разрушение металла сопровождается появлением электрического тока (процессы в воде, электролитах, влажных газах, расплавленных солях и щелочах). В зависимости от характера агрессивной среды электрохимическая коррозия может быть структурной (вследствие неоднородности металла по структуре), атмосферной, почвенной (на металл действует почва), кислотной, щелочной, биологической (протекает в подземных условиях при участии микроорганизмов), в водных растворах солей, коррозия блуждающими токами, контактная (при контакте двух разнородных металлов) . Особенно опасна межкристаллитная коррозия, характерная появлением трещин. Разрушение происходит по границам кристаллитов, что нарушает связь между ними и приводит к неожиданному разрушению, так как очень часто внешний вид изделия при межкристаллит-нои коррозии не изменяется. —- Коррозия — это процесс физико-химического разрушения металла под влиянием внешней среды. По характеру процесса различают химическую и электрохимическую коррозию. В первом случае процесс окисления металла происходит при непосредственном воздействии соприкасающейся с ним среды без появления электрического тока, а во втором случае коррозия протекает в электролитах и сопровождается появлением электрического тока. В зависимости от характера агрессивной среды электрохимическая коррозия может быть атмосферной, почвенной, структурной (вследствие неоднородности металла по структуре), биологической (протекает в подземных условиях при участии микроорганизмов), щелочной, кислотной, контактной (при контакте двух разнородных металлов), коррозией, вызванной блуждающими токами или водными растворами солей. Стойкость против коррозии зависит от химического состава, структуры, состояния поверхности, напряженного состояния металла, а также химического состава, концентрации, температуры и скорости перемещения агрессивной среды по поверхности изделия. Мерой коррозионной стойкости является скорость коррозии металла в данных условиях и среде, которая выражается глубиной коррозии в миллиметрах в год или в потере массы в граммах за час на 1 м2 поверхности металла. Коррозионная стойкость сварных соединений в различных средах и при разных температурах имеет исключительно большое значение, так как сварные соединения часто работают в условиях, способных вызвать коррозию. Наиболее опасной является межкристаллит-ная (структурная) коррозия — процесс физико-химического разрушения металла по границам кристаллитов под действием агрессивной среды, при котором эта среда проникает вглубь металла по границам кристаллитов, нарушая связь между ними. Межкристаллитной коррозии подвержены аустенитные нержавеющие, высокохромистые швы, а также швы ферритного, полуфер-ритного и мартенситного классов. —- Коррозия представляет собой разрушение металлов вследствие взаимодействия их с внешней (коррозионной) средой. Этот термин происходит от латинского слова коррозио — разъедание. Коррозия — страшный бич промышленности, строительства, транспорта. Значительная часть ежегодно производимого металла уходит на то, чтобы восстановить потери от коррозии. Металлы получают путем выделения их из природных устойчивых соединений, например оксидов. В процессе коррозии металл под действием окружающей среды снова стремится перейти в более устойчивое соединение. В частности, при коррозии стали часто возникают оксиды и гидроксиды железа, обладающие неплотной структурой и плохо связанные с основным металлом. В конечном итоге уменьшается площадь сечения изделий, снижается их прочность. В наиболее тяжелых случаях коррозия поражает изделия насквозь, и они разрушаются. Степень коррозионного поражения металлов и сплавов в основном зависит от следующих факторов: химического состава и структуры металла или сплава, химического состава внешней среды, температуры среды, напряженного состояния металла в конструкции. Коррозию классифицируют по геометрическому характеру разрушений и по характеру взаимодействия металла со средой. По геометрическому характеру коррозионных разрушений различают сплошную, местную, подповерхностную, межкристаллитную, избирательную коррозию. При сплошной коррозии металл разрушается равномерно по всей поверхности. Местная коррозия нарушает целостность металла на отдельных участках поверхности изделия и выражается в поражении поверхности точками, пятнами, язвами. Подповерхностная коррозия начинается в толще металла. Продукты такой коррозии, увеличиваясь в объеме, выходят на поверхность металла и вызывают местное разрушение изделия. Межкристаллитная коррозия протекает по границам зерен металла и резко ухудшает его механические свойства. Избирательная коррозия сводится к растворению отдельных структурных составляющих сплавов. По характеру взаимодействия со сре-д о й коррозия бывает химическая и электрохимическая. Химическая коррозия протекает в средах, не проводящих электрического тока, например в сухих газах, жидкостях органического происхождения— нефти, бензине, спирте и т. п. Наиболее интенсивно такая коррозия проявляется при повышенной температуре. В результате на поверхности деталей образуется оксидная пленка. Плотная пленка предохраняет внутренние слои изделия от окисления. Такие пленки получаются, в частности, при коррозии алюминия и меди. Рыхлая пленка не защищает металл от дальнейшего поражения. Процесс окисления усиливается под влиянием температуры. Так, скорость коррозии углеродистой стали в газах с температурой до 600 °С очень мала, при более высокой температуре проницаемость оксидной пленки резко возрастает. Это увеличивает толщину слоя окалины, которая, будучи слабо сцеплена с основным металлом, отпадает. Легированные стали допускают без заметного окисления нагрев до более высоких температур. Электрохимическая коррозия протекает в водных растворах электролитов — солей, кислот, щелочей. Это наиболее распространенный вид коррозии. Строительные металлические конструкции, большей частью работающие во влажном воздухе, подвержены в основном электрохимической коррозии, которая усиливается с ростом концентрации в воздухе углекислого и сернистого газов. Интенсивно корродируют конструкции, находящиеся в грунте, например трубопроводы. При электрохимической коррозии часть атомов из кристаллической решетки металла или сплава переходит в раствор электролита в виде ионов. В металле остается эквивалентное количество электронов. В результате металл заряжается отрицательно, а окружающий его раствор электролита — положительно. Возникает гальваническая пара, в которой частицы разрушающегося металла постепенно переходят в раствор. Процесс электрохимической коррозии зависит оу вида металла. Если гальваническая пара состоит из двух металлов, то растворяется металл, стоящий правее в ряду напряжений: золото, серебро, медь, свинец, олово, никель, железо, хром, цинк, марганец, титан, алюминий, магний. Таким образом, при контакте железа с цинком растворяется цинк, а железа с медью— железо. В паре металл — неметалл в электролите растворяется металл. Гальванические пары возникают также между мельчайшими зернами сплавов, если они различаются по химическому составу и физическим свойствам. В частности, входящие в состав стали феррит и цементит образуют гальваническую пару, в которой анодом будет феррит, катодом — цементит. Поэтому в процессе коррозии феррит растворяется (рис. 14). Электрохимическая коррозия стали в щелочной среде значительно замедляется. Это обстоятельство используют при изготовлении железобетона. В процессе твердения большинства цементов возникает щелочная среда, которая способствует образованию на поверхности стальной арматуры защитной пленки из нерастворимых соединений железа типа Fe(OH)3. Происходит так называемое пассивирование железа. Пленка предохраняет металл от коррозии. Поэтому в железобетонных конструкциях, находящихся в воздушной среде с относительной влажностью не более 60%, коррозии арматуры нет. С увеличением влажности среды возрастает и вероятность коррозии стальной арматуры. Отсюда вытекает обязательное требование — защищать ее в конструкциях слоем плотного бетона толщиной 15,..40 мм, мало проницаемого для водяных паров. В сильно агрессивных средах применяют дополнительные меры защиты стальной арматуры конструкций. Рис. 14. Схема электрохимической коррозии стали:1 — вода, 2 — продукты коррозии, 3 — феррит, 4 — цемента Защита от коррозии представляет собой конструктивные и профилактические меры, повышение коррозионной стойкости металлов, изоляцию их поверхности от воздействия среды, протекторную защиту. Конструктивные и профилактические меры заключаются в повышении качества обработки поверхности металлических изделий, а также в защите конструкций от атмосферных осадков. В ответственных деталях прибегают к полировке поверхностей. Благодаря этому сокращается реальная площадь поверхности металла, контактирующего со средой. Кроме того, с полированных поверхностей быстрее стекает влага. Для профилактики коррозии консервируют дорогостоящие машины и механизмы защитными смазочными материалами. Повышение коррозионной стойкости достигается введением в состав стали легирующих добавок— хрома, никеля, марганца, титана, меди. Весьма стойки к атмосферной коррозии нержавеющие легированные стали, содержащие в большом количестве хром, который создает на поверхности изделий плотную оксидную пленку. Эта пленка пассивирует сталь. Используемые в строительстве углеродистые и низколегированные стали иногда изготовляют с добавкой 0,2…0,5% меди, что повышает коррозионную стойкость в 1.5…3 раза. Изоляция поверхности металла от воздействия среды — наиболее распространенный Способ защиты строительных конструкций путем использования покрытий либо получения на поверхности металла защитной пленки. Неметаллические покрытия образуют на поверхности изделий защитную пленку, препятствующую проникновению влаги. Тем самым предотвращается возможность развития коррозии. В число неметаллических покрытий входят в основном лаки и краски. Используют битумные, дегтевые, синтетические лаки, а также масляные краски, алкид-ные и другие эмали. Санитарно-технические изделия— ванны, раковины, мойки—защищают неорганическими эмалями. Для этого на поверхность наносят тонкий слой смеси, состоящей из кварца, полевых шпатов, глины, буры. В процессе обжига при температуре 750…800°С образуется силикатный расплав, равномерно покрывающий поверхность изделия. Полученная эмаль отличается высокой прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью. Нередко защитные покрытия выполняют из полимеров — полиэтилена, поливи-нилхлорида, полистирола, эпоксидных смол. Поверхности закладных деталей сборных железобетонных конструкций защищают с помощью цементно-поли-стирольных или цементно-перхлорвиниловых обмазок. Металлические покрытия получают нанесением на поверхность изделия тонкой пленки из другого металла. Различают покрытия анодные и катодные. Анодные покрытия выполняют из металла, стоящего в ряду напряжений правее защищаемого металла. Для стальных изделий анодной защитой служит пленка из цинка, алюминия. Если покрытие окажется нарушенным, то разрушается покрывающий, а не основной металл. Цинковые и алюминиевые покрытия часто применяют для защиты поверхности закладных деталей в железобетонных сборных конструкциях. Катодные покрытия предохраняют металл от прямого контакта с коррозионной средой. Катодную защиту выполняют из олова, свинца, никеля. Такая защита работоспособна до тех пор, пока не нарушена целостность покрытия. При местном нарушении защитной пленки начнется коррозия стали. Защитные пленки формируют путем целенаправленной обработки деталей специальными химическими реагентами. После такой обработки на поверхности металла образуются соединения с большой коррозионной стойкостью. Защитные пленки создают, например, путем оксидирования, обрабатывая детали в горячем водном растворе сильных окислителей — едкого натра, селитры и перекиси марганца. Плотная и прочная пленка черного цвета на поверхности стали, состоящая в основном из магнитного оксида железа, предохраняет металл от дальнейшего окисления. Иногда прибегают к фосфатированию стали, обрабатывая изделия растворами фосфорной кислоты и ее солей. Получаемая пленка серого цвета надежно защищает металл от коррозии как на воздухе, так и в пресной воде. Протекторная защита заключается в соединении металла защищаемой конструкции с металлом, который находится правее в ряду напряжений. В образованной таким путем гальванической паре металл протектора служит анодом. Он и будет постепенно разрушаться, а основной металл останется целым. Данный способ применяют для защиты конструкций в морской воде, влажных грунтах. Стальные конструкции опор ЛЭП, электроконтактной сети, трубопроводов снабжают протекторами в виде пластин из цинка, алюминиево-цинковых или магниевых сплавов. Читать далее:Сварочные флюсыСварочные электродыОбщие сведения о сварке арматурыПротивопожарные мероприятия при сваркеБезопасность труда при сварке технологических трубопроводовБезопасность труда при сварке строительных металлических и железобетонных конструкцийЗащита от поражения электрическим током при сваркеТехника безопасности и производственная санитария при сваркеУправление качеством сваркиСтатистический метод контроля stroy-server.ru Металл служит примером прочности. Недаром, когда хотят подчеркнуть это свойство, говорят: «прочный, как сталь». С понятием «металл», «металлический», «стальной» связано представление о чем-то неизменном, твердом, прочном. Но если заглянуть в Исторический музей, где нас познакомят с остатками вооружения наших предков, извлеченных при раскопках древних могил, то мы увидим, что когда-то блестящие и прочные мечи, топоры, стальные кольчуги и другие металлические изделия потеряли блеск и прочность. Они покрыты не только толстым слоем ржавчины, но почти полностью разрушены. Такому разрушению подвергаются металлические предметы, не только оставленные в земле, но и находящиеся в сыром помещении. Следовательно, металлы оказываются далеко не такими прочными, как об этом гласит народная молва. Под влиянием внешней среды, водных растворов кислот, солей и электрического тока они окисляются, в результате чего разрушаются. Такого рода разрушение металлов получило название коррозии. В переводе с латинского “corrodere” означает – разъедать. Почему же они разрушаются? Как известно, все металлы, за исключением золота, платины, серебра, встречаются в природе в виде соединений с кислородом, серой, а также в виде солей серной, соляной и других кислот, т. е. в окисленном состоянии. Чтобы получить их в чистом виде, необходимо затратить химическую или электрическую энергию. Так, например, для получения железа из его руд строятся громадные доменные печи, в которых оно выплавляется. Из естественного, природного (окисленного) состояния они переводятся в металлическое состояние. Это состояние неустойчиво. Металл как бы стремится вновь перейти в то соединение, в котором изначально существовал в природе. Коррозия металлов – это процесс перехода металла в то природное, естественное состояние, в котором мы встречаем его в земной коре. Почему же все-таки при некоторых условиях металлы не так быстро переходят в свое естественное состояние, в оксиды или соли кислот? Одним из замечательных памятников старого Дели в Индии является минарет Кутуб-Минар, построенный в 1200 г. Во дворе минарета уже более тысячи лет стоит известная Делийская железная колонна. Эта колонна знаменита тем, что она не подверглась разрушающему действию коррозии. О Делийской колонне рассказывают много легенд, касающихся ее исключительной коррозийной стойкости. Чем же объясняют исключительную коррозийную устойчивость металла, из которого сделана эта колонна? Есть разные версии её антикоррозийной устойчивости, но, скорее всего, высокую коррозийную стойкость колонны можно объяснить условиями, в которых она находится. Дело в том, что климат Дели, в особенности там, где находится колонна, очень сухой: относительная влажность в течение года не превышает 50-60%, а обычная – в пределах 30- 40%. Английский ученый Вернон нашел, что при относительной влажности до 30% коррозия металла практически не наблюдается, при повышении же влажности до 60-70% наблюдается медленное увеличение коррозии. При влажности выше 70% коррозия резко возрастает и несколько снижается при влажности выше 90%. Итак, вывод: Коррозийная стойкость металлов в значительной мере зависит и от условий, в которых они находятся. А) Результаты опыта. Для ответа на многие вопросы, связанные со скоростью коррозии металла в зависимости от среды, мною был заложен опыт, и проводились наблюдения за ходом процесса окисления металла в течение семи дней. Было взято 7 стаканов воды, только в первом стакане вода была кипяченая. В остальных 6-ти случаях – вода сырая, то есть содержащая определенное количество растворенного в воде кислорода. №1 Описание условий эксперимента Железный гвоздь полностью погружен в кипяченую воду Железный гвоздь погружен в некипяченую воду, он виден из воды Железный гвоздь полностью погружен в некипяченую воду Железный гвоздь погружен в некипяченую воду, он виден из воды, в воду добавлена поваренная соль (NaCl) Железный гвоздь погружен в некипяченую воду, он виден из воды, в воду добавлена питьевая сода (NaHCO3) Железный гвоздь погружен в воду, он виден из воды, в воды, к гвоздю прикручена алюминиевая проволока Железный гвоздь погружен в воду, он виден из воды, к гвоздю прикручена медная проволока Результаты наблюдения: 1-ый стакан: Вода кипяченая, полностью покрывает железный гвоздь. Необходимо отметить, что в этом стакане гвоздь покрылся налетом ржавчины, но толщина слоя по сравнению с другими стаканами – минимальная. То есть, в кипяченой воде скорость коррозии самая малая из-за отсутствия растворенного в воде кислорода. Во 2-ом и в 3-ем стаканах - вода сырая. Во втором стакане гвоздь виден из воды, а в третьем – полностью погружен в воду. Во втором стакане, где гвоздь виден из воды, коррозия железа достигла большего размера, чем в стакане, где гвоздь полностью покрыт водой. То есть, на границе раздела воздух – вода металл больше подвергается коррозии, так как идет соприкосновение воды и металла с кислородом воздуха и процесс окисления железа ярче выражен. Таким образом, вода, содержащая растворенный кислород (опыты №№ 2,3), значительно опаснее в коррозионном отношении, чем вода, не содержащая его (опыт №1). В 4-ом стакане в воду была добавлена поваренная соль – хлорид натрия NaCl. Гвоздь в этом стакане покрылся толстым слоем ржавчины, коррозия значительна. Причина кроется в среде – в воду добавлен электролит – поваренная соль, которая способствует разъеданию металла. В морской воде также содержится большое количество поваренной соли и других солей, которые тоже являются прекрасными электролитами, что способствует более быстрому протеканию коррозии корпусов кораблей. В 5-ом стакане в воду было добавлено небольшое количество питьевой соды, которая имеется у всех дома – NaHCO3 (гидрокарбонат натрия). Раствор питьевой соды имеет слабо выраженную щелочную среду. Но коррозия быстрее протекает в кислых и нейтральных средах, в которых имеются растворенный в воде кислород и ионы водорода (Н+). В щелочной же среде концентрация гидроксид-ионов (ОН-) преобладает над концентрацией ионов водорода, то есть фактически ионы водорода устранены, что не позволяет разрушаться металлу. Щелочная среда препятствует протеканию реакций окисления металла. И по результатам опыта было видно, что в этом стакане гвоздь по истечении семи дней остался без изменений. Что произошло в 6-ом и 7-ом стаканах? Об этом – немного позднее. Человек не только должен знать, почему разрушается металл, но и как сберечь его от разрушения, ибо трудно себе представить сейчас нашу жизнь без металла, который в жизни человеческого общества играет первостепенную роль. Из него делают тысячи различных предметов: станки, автомобили, тракторы, сложные аппараты, самолеты, реактивные двигатели. Наши города и села связаны металлическими линиями проводов. По металлическим трубам, проложенным под землей, протекают реки нефти из одних районов в другие. По трубам же подается вода от центральной водопроводной станции города на фабрики, заводы и в наши квартиры. Но металл играет большую роль не только в промышленности, он окружает нас и в быту. Всюду металл, без него нельзя представить себе современную жизнь. Одной из важнейших задач в настоящее время является не только увеличение производства металла, но и сохранение его от разрушения. Чтобы представить, какое значение имеет борьба с коррозией металлов, рассмотрим, какой вред она приносит. Подсчеты, которые были сделаны в начале 20-х годов ХХ века, показали, что за время с 1860 по 1920 года, то есть за 60 лет, было выплавлено чугуна во всем мире 1860 млн. тонн, а в результате коррозионных разрушений погибло 660 млн. тонн, что составляет около 33% от всего выплавленного металла. Сейчас считают, что примерно около 10% всей ежегодно выплавляемой стали идет на покрытие безвозвратных потерь металла от коррозии. Наша страна ежегодно теряет 5-6 млн. тонн металла. Иначе говоря, буквально в пыль превращается годовая продукция крупного металлургического комбината. Чтобы понять, как можно лучше защитить металл от коррозии, познакомимся с некоторыми свойствами металлов. Б) Общие свойства металлов. В настоящее время известно 110 химических элементов, из них почти 90 – металлы. Последние весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере. Можно сказать, что соединения металлов находятся повсюду: в горных породах, в воде. По своим свойствам металлы резко отличаются от неметаллов. Периодический закон, установленный великим русским ученым Д. И. Менделеевым, представляет основу классификации химических элементов. Химические и физические свойства каждого элемента можно охарактеризовать, зная то место, которое занимает данный элемент в периодической системе; можно заранее сказать, какими химическими, а следовательно, и коррозионными свойствами обладает тот или иной элемент. Русский ученый Николай Николаевич Бекетов расположил все металлы по своей активности в электрохимический ряд активности металлов: В этом ряду каждый металл, стоящий левее, является более активным, по сравнению с правостоящим. Более активные металлы легче вступают в химические реакции, а, следовательно, легче окисляются. Так, мы видим, что алюминий является более активным металлом, чем железо, а медь – менее активным металлом по сравнению с тем же железом. Поэтому, при соприкосновении двух металлов различной активности они сразу образуют гальваническую пару, или гальванический элемент. В этом случае, металл, являющийся более активным, начинает энергично разрушаться (он активнее отдает свои электроны), следовательно, активнее подвергается коррозии, а металл, менее активный, остается в неизменном виде. Этот момент появления гальванической пары я и исследовала в двух последних случаях моего опыта. В стакан под № 6 был помещен гвоздь, который находился в контакте с алюминиевой проволокой. Сравнив расположение двух металлов в ряду активности, мы видим, что алюминий – более активен, чем железо, следовательно, разрушаться в воде должен именно этот металл. Мои наблюдения полностью подтвердили эту гипотезу: алюминиевая проволока за 7 дней покрылась рыхлым белым налетом гидроксида алюминия (Al(OH)3), а железный гвоздь совсем не изменился. В стакан № 7 я поместила гальваническую пару, состоящую из железного гвоздя и медной проволоки. Из результата опыта видно, что железо, как более активный металл, покрылся толстым слоем ржавчины, а медная проволока осталась без изменений. Интересен один исторический факт. В начале XX века по заказу одного американского миллионера была построена роскошная яхта «Зов моря». Днище ее было обшито монель-металлом (это сплав меди и никеля), а рама руля, киль и другие детали были изготовлены из стали. Когда яхту спустили на воду, возник гигантский гальванический элемент, состоящий из катода – монель-металла, стального анода и раствора электролита – морской воды. Последствия были ужасными! Еще до выхода в открытое море яхта полностью вышла из строя, а «Зов моря» остался в истории мореплавания как пример конструкторской недальновидности и самонадеянного невежества. В) Виды коррозии. Этот вид коррозии, которая возникает в результате контакта двух различных металлов, получил название – электрохимическая коррозия. Известны и другие виды коррозии металлов. Например, электрическая коррозия металла под воздействием блуждающих токов. Что это за токи и откуда они берутся? Такой вид коррозии характерен в тех местах, где проложены рельсы для электропоездов. Электрический ток попадает в почву от линий метро, электричек, сварочных аппаратов из-за недостаточной изоляции. Подземные трубопроводы, кабельные сети и другие металлические сооружения, находящиеся под землей, подвергаются наибольшей коррозии. Чтобы понять действие блуждающего тока, рассмотрим простейшую схему: Воздушный провод Эл. ток от станции Рельс Эл. ток к станции Труба 1 2 3 Ток поступает от электростанции в рабочий воздушный провод, от которого питается электропоезд, а обратно к станции электрический ток двигается по рельсам. Но очень часто рельсы соприкасаются с почвой, и часть тока ответвляется и направляется в землю. Если металлическая труба расположена вблизи токонесущих рельсов, то часть электрического тока потечет уже по трубе. Таким образом, можно разделить зоны движения тока по трубе, находящейся в почве, на три части: 1. Участок входа блуждающего тока из почвы на трубопровод. Эта зона не опасна для трубопровода. 2. Зона протекания блуждающего тока по трубопроводу. Данная зона также не вызывает изменений в трубопроводе. 3. Участок выхода блуждающего тока из металлического трубопровода в почву и далее на рельсы. Вот здесь то и возникает коррозия трубопровода. Она проявляется в виде глубоких язв или даже разрывов. Коррозионные разрушения зависят от величины блуждающего тока. Для борьбы с блуждающими токами в настоящее время разработан ряд мероприятий. Во-первых, это тщательная изоляция токонесущих систем. Для защиты трубопроводов, прокладываемых в земле, применяют битумное покрытие. Еще один интересный вид коррозии металлов – биокоррозия. Это новый вид коррозии. Известно, что коррозия протекает при участии микроорганизмов. Они выделяют продукты, которые могут вызывать коррозию. Биокоррозия изучена еще недостаточно. Но интересно отметить особый вид бактерий - так называемых железных, которые усваивают железо в виде ионов, для чего они выделяют продукты, разрушающие металл, переводящий его в соединения железа, то есть в окисленное состояние. Особе место в коррозионном разрушении металлов занимает морская вода. А коррозия, возникающая в морской воде, получила название морской коррозии. В морской воде очень значительно содержание различных солей. Кроме того, в ней в растворенном состоянии всегда находятся газы: азот, кислород, углекислый газ, оксиды азота и другие. В морской воде корродируют не только подводные части морских судов, но и периодически орошаемые надводные и палубные надстройки, а также металлические конструкции и сооружения, установленные в море. Морская коррозия приносит громадные потери народному хозяйству. Г) Защита металлов от коррозии. Вопрос о том, как защищать металлы от разрушения, является столь же древним, как и их применение. Можно сказать, что вместе с использованием металла возникла необходимость и его защиты. Однако научные методы защиты металлов от коррозии возникли много позже. Разработка методов защиты тесно связана с изучением причин, вызывающих коррозию металлов. Первые научные основы изучения коррозии металлов были заложены гениальным русским ученым М. В. Ломоносовым. Наряду с разработкой методов защиты металлов от коррозии в настоящее время получают новые вещества, которые с успехом могут заменять в некоторых изделиях металлы. Следовательно, борьба с коррозией металлов идет не только по пути защиты самих металлов, но и замены их коррозионно-стойкими материалами. Все применяемые методы защиты металлов можно разделить на две группы. Способы защиты: Покрытие металла: Электрохимические методы защиты: 1. Металлические покрытия, гальванотехника. 1. Протекторная защита. 2. Неметаллические покрытия: покрытие красками, эмалями, лаками, смазками, оксидирование. К первой группе относят различного рода покрытия. Сущность этого метода сводится к тому, что на поверхности металла создается та или иная пленка, защищающая поверхность металла от контакта с внешней средой. Покрытия в свою очередь делятся на металлические и неметаллические. Ко второй группе относят электрохимические методы защиты. Итак, первая группа защиты. Роль покрытия как средства защиты от коррозии большей частью сводится к тому, чтобы изолировать металл от внешней среды. В качестве металлических покрытий корпусов изделий используют хром, никель, серебро и золото. Хромированные, никелированные, серебрённые и золочёные изделия имеют красивый внешний вид и в то же время коррозионно-стойки. Этот метод получил название гальванотехники. Часто металлические изделия, как говорят, «работают» в жидких средах, например в воде, растворах кислот, щелочей и солей. Здесь уже необходимы более сложные методы защиты. Из металлических покрытий для изделий, «работающих» в воде или во влажной атмосфере, широко применяют цинковые или оловянные покрытия: оцинкованные ведра, луженая посуда. Из неметаллических покрытий часто используют покрытие эмалью, кислотоупорным лаком, различными смолами нефтяного происхождения, резиной. Многие из этих неметаллических покрытий являются очень стойкими, как, например, резина или фенолформальдегидные смолы, которые предохраняют металл даже в таких средах, как растворы соляной кислоты любой концентрации. Часто на поверхность металла искусственно наносится оксидная пленка другого металла, которая является прочным веществом. Образование таких пленок получило название оксидирование. Оксидирование как средство защиты приборов, станков, а также основных частей огнестрельного оружия получило широкое распространение. Оксидирование не только играет защитную роль, но и придает изделиям красивую черную или синюю окраску. Поэтому очень часто оксидирование называют воронением, потому что окраска изделия в этом случае напоминает цвет воронова крыла. Таким образом, мы видим, что выбор покрытия зависит от того, в каких условиях будет находиться изготовляемое металлическое изделие. Из коррозионных разрушений металла мы наиболее часто встречаемся с ржавлением железа. Борьба с ржавлением железа и изделий из него имеет наибольшее значение в народном хозяйстве. Рассматривая процесс ржавления металлов, я отметила, что если железо находится в контакте с другими металлами, то последние могут сильно изменить скорость ржавления. В одних случаях – контакта железа с медью (контакт с менее активным металлом) – скорость ржавления увеличивается, а в других, когда железо находится в контакте с алюминием, цинком (контакт железа с более активным металлом), наоборот, ржавление замедляется или полностью прекращается. Метод защиты металла способом создания гальванической пары получил название протекторная защита. Цинк – один из наиболее широко применяемых металлов в протекторной защите. Кроме цинка, для этих целей используют сплавы магния и алюминия. Выбор протектора зависит от характера структуры металла, из которого изготовлена сама конструкция, а также условий, в которых находится данный металл. Протекторную защиту обычно применяют для крупных сооружений: нефтехранилищ, танкеров, заводской арматуры, электрических кабелей, находящихся под землей, водопроводных труб, корпусов морских судов. 3. Заключение. В своей работе я не ставила цель исследовать все существующие виды коррозии, их гораздо больше, чем я изложила. Но даже те виды коррозии, которые здесь представлены, уже говорят о значимости этой проблемы и путях ее решения. При изучении химии в дальнейшем мне еще предстоит более детальное знакомство с явлением разрушения металла под воздействием различных факторов. Но уже те немногие сведения, которые собраны здесь, думаю, заинтересуют тех ребят, которые прочтут данную работу, и помогут им в дальнейшем защитить свой собственный автомобиль, крышу дома, хозяйственный инвентарь от коррозии. А это уже не мало. Значит, есть результат от работы. www.hintfox.com Содержание 1 .Основы теории коррозии 1.1 Классификация коррозийных процессов 1.2 Показатель скорости коррозии 2. Электрохимическая коррозия 2.1 Термодинамика электрохимической коррозии металлов 2.2 Гомогенные и гетерогенные пути электрохимической коррозии 2.3 Анодные процессы при электрохимической коррозии металлов 2.4 Причины анодного растворения металлов 2.5 Анодная пассивность металлов 3. Коррозия металлов с кислородной деполяризацией 3.1 Термодинамические возможности кислородной деполяризации 3.2 Перенапряжение ионизации кислорода 4. Список используемой литературы 1. Основы теории коррозии Термин коррозия происходит от латинского "corrosio", что означает разъедать, разрушать. Этот термин характеризует как процесс разрушения, так и результат. Среда в которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется коррозионной или агрессивной средой. В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой. Физико-химическая сущность изменений, которые претерпевает металл при коррозии является окисление металла. Любой коррозионный процесс является многостадийным: 1) Необходим подвод коррозионной среды или отдельных ее компонентов к поверхности металла. 2) Взаимодействие среды с металлом. 3) Полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла (в объем жидкости, если среда жидкая). Известно что большинство металлов ( кроме Ag,Pt,Cu,Au) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и др., называемые обычно руды металлов. Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется более меньшей внутренней энергией. Это заметно при получение металлов из руд и их коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том , что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. Коррозионный процесс является самопроизвольным, следовательно G=G-G (G и G относятся к начальному и конечному состоянию соответственно). Если G>G то G<0, т.е. коррозионный процесс возможен; G>0 коррозионный процесс невозможен; G=0 система металл-продукт находится в равновесии. То есть можно сказать, что первопричиной коррозии металла является термодинамическая неустойчивость металлов в заданной среде. 1.1 Классификация коррозионных процессов. 1. По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металла. Химическая коррозия - это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисляется металл и восстанавливается окислительные компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Так протекает окисление большинства металлов в газовых средах содержащих окислитель (например, окисление в воздухе при повышении температуры) Электрохимическая коррозия - это взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты среды происходит не водном акте, и их скорости зависят от электродного потенциала металла. По такому процессу протекают, например, взаимодействие металла с кислотами: эта суммарная реакция состоит из двух актов: 2. По характеру коррозионного разрушения. Общая или сплошная коррозия при которой коррозирует вся поверхность металла. Она соответственно делится на равномерную (1а), не равномерную (1б) и избирательную (1в), при которой коррозионный процесс распространяется преимущественно по какой-либо структурной составляющей сплава. Местная коррозия при которой коррозируют определенные участки металла: а) коррозия язвами - коррозионные разрушения в виде отдельных средних и больших пятен (коррозия латуни в морской воде) б) межкристаллическая коррозия при ней процесс коррозии распространяется по границе металл-сплав (алюминий сплавляется с хромоникелем) и другие виды коррозии. 3. По условиям протекания процесса. а) Газовая коррозия - это коррозия в газовой среде при высоких температурах. (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.) б) Атмосферная коррозия - это коррозия металла в естественной атмосфере или атмосфере цеха (ржавление кровли, коррозия обшивки самолета). в) Жидкостная коррозия - это коррозия в жидких средах: как в растворах электролитов, так и в растворах не электролитов. г) Подземная коррозия - это коррозия металла в почве д) Структурная коррозия - коррозия из-за структурной неоднородности металла. е) Микробиологическая коррозия - результат действия бактерий ж) Коррозия внешним током - воздействие внешнего источника тока (анодное или катодное заземление) з) Коррозия блуждающими токами - прохождение тока по непредусмотренным путям по проекту. и) Контактная коррозия - сопряжение разнородных электрохимических металлов в электропроводящей среде. к) Коррозия под напряжением - одновременное воздействие коррозионной среды и механического напряжения. 1.2 Показатель скорости коррозии. Для установления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдения за изменением во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение свойства металла. Чаще всего в коррозионной практике используют следующие показатели. 1) Показатель изменения массы - изменение массы образца в результате коррозии отнесенный к единице поверхности металла S и к единице времени (например, г/м ч) в зависимости от условий коррозии различают: а) отрицательный показатель изменения массы К-m= где m - убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии. б) положительный показатель изменения массы К+m= где m - увеличение массы металла за время вследствие роста пленки продуктов коррозии. Если состав продуктов коррозии известен, то можно сделать пересчет от К к К и наоборот К-m=К+m (nok A Me / n Me Aok) где А и М - атомная и молекулярная масса Ме и окислителя соответственно; n и n валентность металла и окислителя в окислительной среде. 2) Объемный показатель коррозии К - объем поглощенного или выделившегося в процессе газа V отнесенный к единице поверхности металла и единице времени (например, см/см ч). К= объ. объем газа обычно приводят к нормальным условиям. Применительно к электрохимической коррозии когда процесс катодной деполяризации осуществляется за счет разряда ионов водорода, например, по схеме 2Н + 2е = Н, или ионизация молекул кислорода О + 4е +2НО = 4ОН; вводятся соответственно кислородный (К ) и водородный (К ) показатель соответственно. Водородный показатель коррозии - это объем выделившегося Н в процессе коррозии, отнесенный к Su . Кислородный показатель коррозии - это объем поглощенного в процессе О , отнесенный к Su . 3) Показатель сопротивления. Изменение электрического сопротивления образца металла за определенное время испытаний также может быть использован в качестве показания коррозии (К). КR = ( где Ro и У этого способа есть некоторый недостаток толщина металла во все время испытаний должна быть одинаковой и по этой причине чаще всего определяют удельное сопротивление, т.е. изменение электрического сопротивления на единицу площади образца (см, мм) при длине равной единице. Этот метод имеет ограничения применения (для листового металла не более 3мм). Наиболее точные данные получают для проволочных образцов. Этот метод не пригоден для сварных соединений. 4) Механический показатель коррозии. Изменение какого-либо свойства металла за время коррозии . Сравнительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается: Кo= ( где 5) Глубинный показатель коррозии. К - глубина разрушения металла П в единицу времени (например, мм/год) КП = п/ Глубина коррозионного разрушения П может быть средней или максимальной. Глубинный показатель коррозии можно использовать для характеристики как равномерной., так и неравномерной коррозии (в том числе и местной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металла с различными плотностями. Переход от массового, токового и объемного к глубинному возможен при равномерной коррозии. 2. Электрохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия является наиболее распространенным типом коррозии металлов. По электрохимическому механизму коррозируют металлы в контакте с растворами электролитов (морская вода, растворы кислот, щелочей, солей) . В обычных атмосферных условиях и в земле металлы коррозируют также по электрохимическому механизму , т.к. на их поверхности имеются капли влаги с растворенными компонентами воздуха и земли. Электрохимическая коррозия является гетерогенным и многостадийным процессом. Ее причиной является термодинамическая неустойчивость металлов в данной коррозионной среде. Учение о электрохимической коррозии ставит главный вопрос - вопрос о скорости коррозии и тех факторов, которые влияют на нее. С электрохимической точки зрения коррозия металла это не просто процесс окисления металла, т.к. этот переход должен сопровождаться сопряженно идущим восстановительным процессом. В результате ионизации освобождаются электроны и роль второго восстановительного процесса состоит в их ассимиляции подходящим окислителем (Д), образующим устойчивое соединение. Ионизация и процесс ассимиляции электронов каким либо элементом среды (обычно Н ионы или О )представляет собой В отличии химического, электрохимические процессы контролируются (зависят) не только от концентрации реагирующих веществ, но и, главным образом, зависят от потенциала поверхности металла. Потенциал. На границе раздела двух разнородных фаз происходит переход заряженных частиц - ионов или электронов из одной фазы в другую, следовательно, возникает разность электрических потенциалов, распределения упорядоченных электрических зарядов, т.е. образование двойного электрического слоя. Возникновение межфазового скачка потенциала можно объяснить следующими основными причинами; но рассмотрим только те, которые приводят к коррозии металлов, а точнее переход катионов металла из электролита на металл (электродный потенциал) адсорбция анионов электролита на металле (адсорбционный потенциал) возникновение ионно-адсорбционного потенциала за счет одновременной адсорбции поляризуемого атома кислорода и перехода катионов из металла в электролит. По известным причинам, абсолютное значение межфазовой разности потенциалов измерить нельзя, эту величину можно измерить относительно другой величины и за точку отсчета принимается стандартный водородный потенциал. Наличие на межфазовой границе металл-раствор электролита двойного электрического слоя оказывает существенное влияние на процесс, а , в частности, на скорость коррозии металлов. При изменении концентрации (плотности) положительных или отрицательных частиц в растворе или металле может измениться скорость процесса растворения металла. Именно их этих соображений электродный потенциал является одной из важнейших характеристик, определяющих скорость коррозии металла. 2.1 Термодинамика электрохимической коррозии металлов. Стремлением металлов переходить из металлического состояния в ионное для различных металлов различно. Вероятность такого перехода зависит также от природы коррозионной среды . Такую вероятность можно выразить уменьшением свободной энергии при протекании реакции перехода в заданной среде при определенных условиях. Но прямой связи между термодинамическим рядом и коррозией металлов нет. Это объясняется тем, что термодинамические данные получены для идеально чистой поверхности металла, в то время как в реальных условиях коррозирующий металл покрыт слоем (пленкой) продуктов взаимодействия металла со средой. Для расчетов изменения свободной энергии реакции при электрохимической коррозии металла используют величины электродных потенциалов. В соответствии с неравенством процесс электрохимической коррозии возможен, если где - э.д.с. гальванического элемента, в котором обратимо осуществляется данный коррозионный процесс, В - обратный потенциал катодной реакции, В - обратный потенциал металла в данных условиях. Следовательно, для электрохимического растворения металла необходимо присутствие в растворе окислителя (деполяризатора, который бы осуществлял катодную реакцию ассимиляции электронов), обратимый окислительно-восстановительный потенциал которого положительнее обратимого потенциала металла в данных условиях. Катодные процессы при электрохимической коррозии могут осуществляться различными веществами. 1) ионами 2) молекулами 3) оксидами и гидрооксидами (как правило малорастворимыми продуктами коррозии, образованными на поверхности металлов) 4) органическими соединениями Обратимые окислительно-восстановительные потенциалы катодных процессов можно рассчитать по уравнениям: (Vk)обр = (Vk)0обр + (RT/nF) 2,303 lg (apok/agв) где (Vk)обр = (Vk)0обр стандартный окислительно-восстановительный потенциал при apok/agв=1, аu, а - активность (приближенно концентрация окислителя и восстановителя) pu, q - стехиометрические коэффициенты окислителя и восстановителя в реакции В коррозионной практике в качестве окислителей-деполяризаторов, осуществляющих коррозию, выступают ионы водорода и молекулы растворенного в электролите кислорода. Электродная реакция анодного растворения металла (собственно коррозионные потери металла) в общем случае протекают по схеме Me -> Me + ne При увеличении активности ионов металла (повышение концентрации ионов металла в растворе), потенциал анода возрастает, что приводит к торможению растворения металла. Понижение активности металла, напротив, способствует растворению металла. В ходе коррозионного процесса изменяются не только свойства металлической поверхности, но и контактирующего раствора (изменение концентрации отдельных его компонентов). При уменьшении, например, концентрации деполяризатора, у катодной зоны может оказаться, что катодная реакция деполяризации термодинамически невозможна. 2.2 Гомогенные и гетерогенные пути электрохимической коррозии. Причину коррозии металлов в растворах, не содержащих одноименных ионов, объясняет теория необратимых потенциалов. Эта теория рассматривает поверхность металлов как однородную, гомогенную. Основной и единственной причиной растворения (коррозии) таких металлов является термодинамическая возможность протекания анодного и катодного актов. Скорость растворения (коррозии) будет определяться кинетическими факторами. Но гомогенную поверхность металлов можно рассматривать как предельный случай, который может быть реализован, например, в жидких металлах. (ртуть и амальгамы металлов). Для твердых металлов такое допущение будет ошибочным, хотя бы потому что различные атомы сплава (и чистого металла) занимают различное положение в кристаллической решетке. Наиболее сильное отклонение от гомогенной конструкции будет наблюдаться при наличии в металле инородных включений, интерметаллидов, границ зерен и т.д. В этом случае, разумеется, поверхность является гетерогенной. Установлено, что даже при наличии на поверхности металла неоднородностей в целом поверхность остается эквипотенциальной. Таким образом неоднородность поверхностей сплава не может являться основной причиной общей коррозии металла. Наиболее существенной в подобных случаях является ионизация растворения анодной составляющей вблизи катодной составляющей, это возможно, если на поверхности металлической конструкции возникают гальванические элементы. Рассмотрим некоторые из них: а) неоднородность металлической фазы, обусловленная неоднородностью сплава, а также в результате микро и макровключений. б) неоднородность поверхности металла в следствие наличия границ блоков и зерен кристаллов, выход дислокаций на поверхность, анизотропность кристаллов. в), г) неоднородность защитных пленок на поверхности за счет микро и макропор пленки (в), за счет неравномерного образования на поверхности вторичных продуктов коррозии (г) и др. Мы рассмотрели два крайних механизма саморастворения металлов: равномерное растворение идеально гомогенной поверхности и растворения (в основном локальное) микроэлементов при пространственном разделении катодных и анодных зон (процессов). В общем случае, необходимо считаться с возможностью протекания на анодных участках наряду с основными анодными процессами катодных процессов, на катодных же участках могут протекать с пониженной скоростью анодные процессы растворения. Можно сделать вывод, что нет оснований противопоставлять "гомогенный" и "гетерогенный" пути протекания коррозионных процессов. Правильнее будет их рассматривать как факторы, взаимно дополняющие друг друга. Основной же причиной коррозии металлов остается по-прежнему термодинамическая вероятность протекания в данных условиях на металле анодных процессов ионизации металла и сопряженного с ним катодного процесса деполяризации. 2.3 Анодные процессы при электрохимической коррозии металлов. Термодинамические основы. Для протекания коррозионного процесса существенным является состояние форма соединения , в котором находится катион металла в растворе. Ионизация металла с последующим переходом в раствор простых компонентов металла представляет лишь одно из возможных направлений анодных процессов. Форма их конкретного состояния во многом определяется как природой металла и контактирующей с ним средой , так и направлением и величиной поляризующего тока (или электродного потенциала). Переходя в раствор, коррозирующий металл вступает в связь либо с растворителем, либо с компонентами раствора. При этом могут образовываться простые и комплексные соединения с различной растворимостью и с различной адгезией к поверхности металла. При высоких положительных значениях потенциала на аноде возможен процесс окисления воды с выделением кислорода. В зависимости от того, какие процессы или их сочетания протекают на аноде, они могут в значительной мере (а иногда и полностью) контролировать суммарный процесс коррозии. Простейшими анодными реакциями являются такие , в результате которых образуются растворимые гидратированные и комплексные катионы,. которые отводятся от анода путем диффузии, миграции (перенос за счет электрического поля) или конвекции. Полярные молекулы жидкости электростатически взаимодействуют с заряженными ионами, образуют сольватные (в случае воды-гидратные) комплексы. Обладающие значительно меньшим запасом энергии чем ионы в кристаллической решетки металла. Величину этого понижения можно оценить, исходя из соображений предложенных Борном. Полный электрический заряд в вакууме обладает энергией, равной потенциальной энергии. Для определения величины энергии заряда представим, что проводящая сфера радиусом r имеет заряд q. Внесение еще одной части заряда dq в сферу должно быть встречено отталкивающими силами df=qdq/r. Поистине огромное уменьшение энергии иона в водном растворе указывает на устойчивость такого состояния в нем. Таким образом, причиной перехода атомов металла с поверхности и их ионизация является электростатическое взаимодействие (сольватация) ионов металла с полярными молекулами растворителя. Следовательно, схему реакции ионизации в контакте с растворителем правильнее записать в виде: Me + mHO -> Me + mHO +ne. 2.6 Анодная пассивность металлов. При значительном торможении анодной реакции ионизации металла скорость коррозионного процесса может понизится на несколько порядков. Такое состояние металла принято называть анодной пассивностью. Пассивность можно определить следующим образом: пассивность - состояние повышенной коррозионной устойчивости металла или сплава (в условиях, когда термодинамически он является реакционно способным), Вызванное преимущественным торможением анодного процесса т.е. может произойти так, что в реальных условиях скорость коррозии "активных" элементов оказывается весьма незначительной в следствии наступления пассивного состояния. Например, титан расположенный левее цинка, и хром, расположенный рядом с цинком, в следствии наступления пассивности оказываются более коррозионностойкими в большинстве водных сред, чем цинк. На склонность к пассивному состоянию влияет природа системы металл-раствор. Наибольшую склонность к переходу в пассивное состояние проявляют Ti,Ni,Al,Mg,Fe,Co и др. Наступление пассивного состояния приводит к значительному изменению формы анодной поляризационной кривой. Кривая может быть разбита на несколько характерных участков: Вначале скорость анодного растворения металлов возрастает в соответствии с уравнением Тафеля ( =a + blgi)-участок АВ. Но начиная с В становится возможным процесс образования защитного слоя (фазового или адсорбционного), скорость которого растет при смещении потенциала в положительную сторону. Это приводит к торможению анодного растворения (BD). В точке D, соответствующей потенциалу ( потенциал начала пассивации) скорость образования защитного слоя равна скорости его растворения. Далее идет рост защитного слоя, экранирующего поверхность, скорость анодного растворения резко понижается (DE). В точке Е, соответствующей потенциалу полной пассивации металл оказывается в пассивном состоянии. На участке EF (область пассивного состояния) скорость анодного процесса не зависит от потенциала, а определяется скоростью химического растворения защитной пленки. Ток соответствующий области пассивного состояния, называется током пассивного состояния (i ). Положительнее F возможна ( -потенциал перепассивации) новая ветвь активного растворения с образованием катионов более высокой валентности. При высоких положительных потенциалах возможен локализованный пробой оксидной пленки - металл начинает растворятся по типу питтинга (PP") называют потенциалом питтингообразования. Металл запассивированный в данной среде, может сохраняться в пассивном состоянии некоторое время в непассивирующей среде. 3. Депомеризация. При наличии в растворе газообразного кислорода и не возможностью протекания процесса коррозии с водородной деполяризацией основную роль деполяризатора исполняет кислород коррозионные процессы, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролите кислородом, называют процессами коррозии металлов с кислородной деполяризацией. Это наиболее распространенный тип коррозии металла в воде, в нейтральных и даже в слабокислых солевых растворах, в морской воде, в земле, в атмосфере воздуха. Общая схема кислородной деполяризации сводится к восстановлению молекулярного кислорода до иона гидроокисла: O + 4e +2HO -> 4OH 3.1 Термодинамические возможности кислородной деполяризации. Протекание процесса коррозии металла с кислородной деполяризацией согласно уравнения возможно при условии: V(Me)обр < (VO2)обр где (VO2)обр - обратимый потенциал кислородного электрода, равный: (VO2)0обр + (RT/4F)2,303 lg(PO2/OH) Из последнего уравнения следует, что ( ) зависит от рН среды (а ) и парциального давления кислорода. Значение обратимых потенциалов кислородного электрода при различных рН среды и Р P (атм) V ,B, при рН среды рН=0 рН=7 рН=14 0,21 +1,218 +0,805 +0,381 1 +1,229 +0,815 +0,400 Коррозия металла с кислородной деполяризацией в большинстве практических случаев происходит в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление кислорода в которой Р=0,21 атм. Следовательно, при определении термодинамической возможности протекания коррозионного процесса с кислородной деполяризацией следует производить учитывая реальное парциальное давление кислорода в воздухе (см. табл.). Т.к. значения (V ) очень положительны, то условия соблюдаются в очень многих случаях. В следующей таблице приведены значения ЭДС и изменения изобарно-изотермических потенциалов коррозионных процессов с кислородной деполяризацией: Me + n/2HO + n/4O = Me(OH) Металлы Твердый продукт (E)обр = (VO2)-(VMe)обр коррозии (VO2)-(VMe)обр Mg Mg(OH) +3,104 -71,6 Mn MnO +2,488 -25,6 Zn Zn(OH) +1,636 -37,7 Fe Fe(OH) +1,268 -29,3 Fe Fe(OH) +1,164 -26,3 Cu CuO +0,648 -17,3 Cu Cu(OH) +0,615 -14,2 Ag AgO +0,047 -1,1 Сопоставляя эти данные с данными по водороду Р (атм) рН=0 рН=7 рН=14 5*10 +0,186 -0,288 -0,642 1 0,000 -0,414 -0,828 позволяет указать на, то что кислородная деполяризация более термодинамически возможна чем водородная деполяризация. Изучение восстановления кислорода на неблагородных металлах (а именно они представляют наибольший интерес с точки зрения коррозии) затрудняется тем, что при катодной поляризации электрода металл может иметь потенциал более положительный, чем равновесный и, следовательно, подвергается окислению (ионизации). При катодной поляризации в определенном интервале потенциалов будут происходить одновременно два процесса восстановление кислорода и окисление металла. Окисление металла прекратится когда потенциал металла будет равен или станет отрицательнее равновесного потенциала металла. Эти обстоятельства затрудняют изучение процессов кислородной деполяризации. Схема кислородной деполяризации. Каждый процесс с кислородной деполяризацией включает следующие последовательные стадии: 1) Растворение кислорода воздуха в растворе электролита. 2) Транспортировка растворенного кислорода в растворе электролита (за счет диффузии или перемешивания) к слою Прандтля. 3) Перенос кислорода в части слоя Прандтля П( 4) Перенос кислорода в диффузионном слое электролита толщиной или в пленке продуктов коррозии металла к катодным участкам поверхности. 5) Ионизация кислорода: а) в нейтральных и щелочных растворах O2 + 4e + 2 h3O = 4OH-(водн) б) в кислых растворах O2 + 4e + 4 H+(водн) = 2Н2O 6) Диффузионный или конвектный перенос ионов ОН от катодных участков поверхности корродирующего металла в глубь электролита. В реальных условиях коррозии металла наиболее затрудненными стадиями процесса являются: а) реакция ионизации кислорода на катоде. Возникающую при этом поляризацию называют перенапряжением кислорода. Говорят, что процесс идет с кинетическим контролем. б) Диффузия кислорода к катоду, либо перенапряжение диффузии. В этом случае, говорят, что процесс идет с диффузионным контролем. Возможны случаи когда обе стадии - ионизация кислорода и диффузия кислорода оказывают влияние на процесс. Тогда говорят, о кинетически-диффузионном контроле. 3.2 Перенапряжение ионизации кислорода. Перенапряжение ионизации кислорода чаще всего появляется в сильно перемешанных растворах, при интенсивной аэрации раствора (баротаж воздуха и др.), при наличии на металле тонкой пленки электролита (влаги) как и в случае с любой другой катодной реакцией восстановление перенапряжение ионизации кислорода зависит от катодной плотности тока, материала катода, температуры и некоторых других факторов. Если плотность тока достаточно высока i> А/м то перенапряжение ионизации кислорода является линейной функцией lgi т.е. имеет место зависимость тапа уравнения Тафеля V = - (Vk)э=х = a+b lg ik где а - постоянная зависящая от молярности катода его состояния, Т и пр., численно а=h при i=1; b постоянная зависящая от механизма возникновения перенапряжения. При заторможенности только реакции взаимодействия кислорода с электроном b=(RT/BnF)n 2,303 = 0,118/ n Зависимость перенапряжения ионизации кислорода на металлах в растворе: 0,5NaCl + 0,005MNaCO + 0,005MNaHCO (pH=9,2) в атмосфере кислорода при 20 С, раствор перемешивался а) в координатах б) в координатах . Катодная реакция ионизации кислорода состоит из цепи последовательных элементарных реакций, т.е. протекает стадийно: а) образование молекулярного иона кислорода O2+e = O2- б) образование пергидроксила O2- + H+ = HO2 в) образование пергидроксила иона HO2 + e = HO2- г) образование перекиси водорода. HO2- + H+ = h3O2 д) восстановление перекиси водорода до гидроксил иона и гидроксил-радикала h3O2 +e = OH- + OH е) Восстановление гидроксил-радикала до гидроксил иона OH + e = OH- Для ряде металлов (Fe,Cu,Au,Pt) при 25 С const b=0.10..0.13. Это свидетельствует о том, что причиной перенапряжения ионизации кислорода является замедленность элементарной реакции ассимиляции одного электрона (n=1). Для кислых растворов такой реакцией является, по видимому, образование молекулярного иона кислорода (а), а для щелочных сред - образование пергидроксил-иона (в). Список используемой литературы 1. Исаев “Коррозия металлов” 2. Жук “Курс коррозии и защиты металлов” studyport.ru Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т.п. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.), с которым соприкасаются электроды - либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т.п., электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается. При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, например, дождевой воды с растворенным углекислым газом CO2, образуется гальванический элемент, так называемый коррозионный элемент. Он представляет собой не что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с более низким окислительно-восстановительным потенциалом; второй электрод в паре, как правило, не корродирует. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами. Так, совсем небольшого количества примеси на поверхности металла с большим редокспотенциалом уже достаточно для возникновения коррозионного элемента. Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например, сварочные швы или заклёпки. Если растворяющийся электрод коррозионно-стоек, процесс коррозии замедляется. На этом основана, например, защита железных изделий от коррозии путём лужения или оцинковки - олово или цинк имеют более отрицательный потенциал, чем железо, поэтому в такой паре железо восстанавливается, а олово или цинк должны корродировать. Однако в связи с образованием на поверхности олова или цинка оксидной плёнки процесс коррозии сильно замедляется. Электрохимическая коррозия протекает интенсивнее, если в катод вкраплён металл, менее активный, чем корродирующий. Например, если корродирует сталь (а сталь - это сплав железа и углерода в котором частично образуется карбид железа) роль таких участков играет карбид железа (FeC). Атмосферная коррозия- протекает во влажном воздухе при обычной температуре. Поверхность металла покрывается плёнкой влаги, содержащей растворённый кислород. Интенсивность разрушения металла возрастает с ростом влажности воздуха, а также содержанием в нём газообразных оксидов углерода, серы, при наличиив металле шероховатостей, трещин облегчающих конденсацию влаги. Почвенная коррозия- её подвержены трубопроводы, кабели, подземные сооружения. В этом случае металлы соприкасаются с влагой почвы, содержащей растворённый кислород. Во влажной почве, с повышенной кислотностью трубопроводы разрушаются в течение полугода после их укладки (конечно, если не принять меры по их защите). Электрическая коррозия- происходит под дейстивем блуждающих токов, возникающих от посторонних источников (линии электропередач,электрические железные дороги, различные электроустановки, работающие на постоянном электрическом токе). Блуждающие токи вызывают разрушение газопроводов, нефтепроводов,электрокабелей, различных сооружений. Под действием электрического тока на находящихся на земле металлических предметах появляются участки входа и выхода электронов - катоды и анады. На анодных участках наблюдается наиболее интенсивное разрушение. fe3o3h.3dn.ruКоррозия металлов. Коррозии металлов
Коррозия металла – как бороться со ржавчиной? + Видео
1 Разновидности ржавления
2 Что наиболее часто ржавеет и как от этого предохраняться
3 Что делать, если ржавчина уже есть
4 Почему надо бороться со ржавчиной
Коррозия металлов - Cварочные работы
Коррозия металлов
Коррозия металлов - HintFox
StudyPort.Ru - Коррозия металлов
m / S
m / SV/ SR/Ro)100% за время tR электрическое сопротивление образца соответственно до и после коррозии.
в/
во) 100% за время to изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течении времени ; во предел прочности до коррозии.GT = - n ET F < 0G )в результате движения электролита.КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ - Виды коррозии металлов
Известны различные виды коррозии металлов. Одним из основных её видов яляется химическая, которую иногда ещё называют газовой, так как иногда она происходит под воздействием газообразных компонентов из окружающей среды при высоких температурах. Химическая коррозия может происходить и под воздейстивем некоторых агрессивных жидкостей. Основным этого процесса является то, что она происходит без возникновения в ситеме электрического тока. Ей подвергаются детали и узлы машин, работающих в атмосфере кислорода при высоких тьемпературах, например турбинные двигатели, ракетные двигатели и некоторые другие, а также подвергаются детали узлы оборудования химического производства.Другим распространённым видом разрушения металлояв вляется электрохимическая коррозия - поверхностное разрушение в среде электролита с возникновением в системе электрического тока. Электрохимическая коррозия - разрушение в атмосфере, на почве, водоёмах, грунтах. Характер разрушения поверхности металла может быть различным и зависит от свойств этого металла и условиях протекакния процесса. Теперь остановимся подробнее на электрохимической коррозии.Электрохимическая коррозия
