Реферат по курсу: Коррозия и защитные свойства металлов
скачать (690 kb.)
Доступные файлы (1):
1.doc | 690kb. | 20.11.2011 00:02 | ![]() |
содержание
Загрузка...
- Смотрите также:
- по курсу: Коррозия и защитные свойства металлов [ реферат ]
- Коррозия и защита металлов [ документ ]
- Коррозия бетона [ реферат ]
- Шукаев И.Л. Лекции по неорганической химии. Часть 2. Химия металлов и анализ неорганических веществ [ документ ]
- Шпоры по химии [ документ ]
- Авдеенко А.П., Поляков А.Е., Юсина А.Л., Гончарова С.А. Коррозия и защита металлов [ документ ]
- по материаловедению [ лекция ]
- Практическая работа - комплексные способы защиты населения в условиях ЧС [ лабораторная работа ]
- по материаловедению [ лекция ]
- по материаловедению [ лекция ]
- Презентация - Металлы [ реферат ]
- Андреев И.Н. Введение в коррозиологию [ документ ]
1.doc
Реклама MarketGid:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Загрузка...
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ____________________________________
Контрольные работы № 1, 2
по курсу: «Коррозия и защитные свойства металлов»
Выполнила:
ст. гр. З-04-МТ
Попова А.Н.
Шифр: 2004-845
Проверил:
Бурлаков В.И.
Мариуполь
2008
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА _____________________________________
Контрольная работа № 1
по курсу: «Коррозия и защитные свойства металлов»
Выполнила:
ст. гр. З-04-МТ
Попова А.Н.
Шифр: 2004-845
Проверил:
Бурлаков В.И.
Мариуполь
2008
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1. Химическая коррозия. Жаростойкость. Жаропрочность 2. Классификация коррозионных потерь. Их масштабы 3. Законы роста сплошных пленок. Условия формирования сплошных пленок 4. Влияние состава и структуры железоуглеродистых сплавов на скорость процесса на скорость процесса газовой коррозии 5. Неметаллические неорганические покрытия, используемые для защиты металлических материалов от газовой коррозии Перечень ссылок | |
^
Химическая коррозия металлов представляет собой самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического взаимодействия их с внешней средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды происходят в одном акте. Этот тип коррозии наблюдается при действии на металлы сухих газов (воздуха, продуктов горения топлива и др.) и жидких неэлектролитов (нефти, бензина и др.) и является гетерогенной химической реакцией жидкой или газообразной среды с металлами.
Большое число металлических конструкций подвергается разрушению вследствие газовой коррозии и коррозии в жидком топливе при наличии в нем коррозионно активных составляющих.
Наиболее распространенным и практически важным видом химической коррозии металлов является газовая коррозия – коррозия металлов в газах при высоких температурах. Первопричина газовой коррозии металлов – их термодинамическая неустойчивость в данной газовой среде при данной температуре и парциальном давлении агрессивного компонента.
Газовая коррозия металлов имеет место при работе многих металлических деталей и аппаратов (металлической арматуры нагревательных печей, двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин, аппаратов синтеза аммиака и др.) и при проведении многочисленных технологических процессов обработки металлов при высоких температурах (при нагреве перед прокаткой, ковкой, штамповкой, при термической обработке и др.). Из этого следует, что вопросы газовой коррозии металлов и защиты от нее имеют большое практическое значение. В дальнейшем вопросы теории химической коррозии металлов рассматриваются и излагаются Применительно к газовой коррозии.
Поведение металлов при высоких температурах может быть описано с помощью двух важных характеристик – жаростойкости и жаропрочности.
Жаростойкостью называют способность металла сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах.
Жаропрочностью называют способность металла сохранять при высоких температурах достаточно высокие механические свойства: длительную прочность и сопротивление ползучести.
Очень часто необходимо, чтобы металлы, эксплуатируемые при высоких температурах, сочетали хорошую жаростойкость с высокой жаропрочностью, что не всегда имеет место. Так, например, многие алюминиевые сплавы вполне жаростойки в атмосфере воздуха или топочных газов при 400-450°С, но совершенно не жаропрочны. Быстрорежущая вольфрамовая сталь при 600-700°С еще достаточно жаропрочна, но не жаростойка. Примером удачного сочетания обоих свойств являются сплавы никеля с хромом.
^
Коррозионные потери классифицируют как прямые и косвенные. Прямые потери – стоимость замены конструкций, механизмов и их частей, пришедших в негодность вследствие коррозии. Величина прямых коррозионных потерь оценивается примерно в 5.5 миллиардов долларов в год (по данным Национального Бюро Стандартов США).
Косвенные потери делятся:
Простои оборудования
Потеря полезного продукта (течь продуктопроводов).
3. Потеря производительности оборудования (ежегодно в США по причине коррозии – засорения труб ржавчиной, происходит повышение мощности нагнетательных машин. Это затраты – 40 млн. долларов в год.
Загрязнение полезного продукта.
Завышенные припуски при проектировании деталей (увеличение толщины изделия с припуском на коррозию).
Косвенные потери оцениваются как превышающие прямые в два-три раза. По международным, оценкам затраты на восполнение потерь от коррозии сравнимы с затратами на медицинское обслуживание в развитых странах (от трех до десяти процентов годового национального продукта). Примерно 40% ежегодно производимых металлов и металлических материалов расходуется на восполнение коррозионных потерь, поэтому без принятия решительных мер по снижению коррозионных потерь, увеличение производственных фондов становится бессмысленным.
^
Заметными защитными свойствами могут обладать только сплошные, т. е. покрывающие сплошным слоем всю поверхность металла, пленки. Возможность образования такой окисной пленки определяется условием сплошности, сформулированным Пиллингом и Бедвортсом.
Условие сплошности состоит в том, что молекулярный объем окисла, возникающего из металла и кислорода, должен быть больше объема металла, израсходованного на образование молекулы окисла. В противном случае пленки окисла не хватает, чтобы покрыть сплошным слоем весь металл, в результате чего она получается рыхлой, пористой. Условие сплошности пленок может быть выражено, по данным Пиллинга и Бедвортса, следующими отношениями:
если

если ,

где Vок – молекулярный объем окисла;
VМе – объем металла, израсходованного на образование молекулы окисла.
Отношение объемов окисла и металла может быть рассчитано по формуле:

(3.1.)
где М – молекулярная масса (вес) окисла;
А – атомная масса (вес) металла;
ρок – плотность окисла;
ρМе – плотность металла;
m – число атомов металла в молекуле окисла.
В таблице 3.1 приведены значения отношения объемов окисла и металла, рассчитанные для ряда металлов. К металлам, не удовлетворяющим условию сплошности, относятся все щелочные и щелочноземельные металлы (за исключением бериллия), в том числе имеющий большое техническое значение металл магний.
Защитные свойства пленки бывают обусловлены рядом факторов, из которых сплошность является необходимым, но недостаточным условием. В реальных условиях роста пленки в ней могут возникнуть такие внутренние
Таблица 3.1 – Отношение объемов окисла и металла для некоторых металлов
Металл | Окисел | Vок/ VМе | Металл | Окисел | Vок/ VМе | Металл | Окисел | Vок/ VМе |
Li | Li2О | 0,57 | Cd | CdO | 1,27 | Mo | MoО2 | 2,18 |
Na | Na2О | 0,59 | U | UO2 | 1,96 | Mo | MоO3 | 3,45 |
К | K2О | 0,48 | U | U3O8 | 3,12 | W | WO2 | 1,86 |
Mg | MgO | 0,79 | Al | A12О3 | 1,31 | W | WO3 | 3,36 |
Ca | CaO | 0,63 | Ti | TiО2 | 1,76 | Fe | FeO | 1,77 |
Sr | SrO | 0,66 | Zr | ZrО2 | 1,60 | Fe | Fe3О4 | 2,09 |
Ba | BaO | 0,73 | Sn | SnО2 | 1,33 | Fe | Fe2О3 | 2,14 |
Cu | Cu2О | 1,67 | Pb | PbO | 1,15 | Co | Co О | 1,75 |
Cu | CuO | 1,74 | Nb | NbO | 1,57 | Co | Co3О4 | 2,00 |
Ag | Ag2О | 1,58 | Nb | Nb2О5 | 2,81 | Co | Co2О3 | 2,42 |
Be | BeO | 1,67 | Та | Ta2О5 | 2,32 | Ni | NiO | 1,52 |
Zn | ZnO | 1,58 | Cr | Cr2О3 | 2,02 | Pt | PtO | 1,56 |
напряжения, которые начнут разрушать ее и тем самым значительно уменьшат ее защитные свойства. В частности, у пленок с Vок/ VМе, как указал И. Н. Францевич, не может быть высоких защитных свойств, например у МоО3 или WО3 (таблица 3.1). В качестве такой верхней границы отношения объемов, по-видимому, можно указать примерную величину < 2,5.
Таким образом, ориентировочно можно считать, что достаточно хорошими защитными свойствами обладают пленки на металлах при соблюдении условия
(3.2.)

Хотя условие сплошности выведено для окисных пленок, оно применимо и к другим пленкам продуктов коррозии на металлах.
Сплошные пленки, не имеющие механических дефектов и прочно связанные с металлом, являются защитными, т.е. затрудняют проникновение реагентов (металла и окислителя) друг к другу при их перемещении в слое окисла. Рост таких пленок сопровождается самоторможением процесса, т. е. уменьшением скорости коррозии по мере утолщения пленки. Процесс роста сплошной окисной пленки состоит из следующих отдельных стадий, протекающих последовательно и параллельно (рисунок 3.1.): а) перехода металла в форме ионов и электронов из металлической фазы в окисел:

Рисунок 3.1. Схема процесса образования сплошной окисленной пленки на металле

(3.3.)
б) перемещения ионов Меn+ и электронов в слое окисла МеmОmn/2;
в) переноса кислорода к поверхности раздела окисная пленка – газ (например, воздух);
г) адсорбции кислорода на поверхности окисной пленки:
(3.4.)

д) ионизации адсорбированного кислорода:
(3.5.)
О(адс) + 2е = О2-
е) перемещения ионов в слое окисла МеmОmn/2;
ж) реакции образования окисла:
(3.6.)
mМеn+ +

Нетрудно заметить, что в этом сложном процессе окисления металла стадии «б» и «е» протекают параллельно. Таким образом, если одна из этих стадий протекает значительно быстрее другой, то второй стадией можно пренебречь. Все остальные стадии процесса окисления металла протекают последовательно и взаимозависимы. Установившаяся суммарная скорость этого сложного процесса, который состоит из нескольких простых последовательных стадий, обычно определяется скоростью самой заторможенной стадии или иногда скоростями двух наиболее заторможенных стадий.
^
При высоких температурах (800° С и выше) с увеличением содержания углерода в стали скорость ее окисления уменьшается (рисунок 4.1, а) вследствие более интенсивного образования окиси углерода, что приводит к торможению окисления железа, а также вследствие уменьшения растворимости и скорости диффузии железа в окалине, насыщенной окисью углерода, и усиления образования в окалине газовых пузырей.
Сера, фосфор, никель (рисунок 4.2) и марганец не влияют на окисление железа.
Титан, медь (рисунок 4.2), кобальт и бериллий заметно замедляют окисление железа, что связано с повышением защитных свойств образующейся окалины.
Хром, алюминий и кремний (рисунок 4.2) сильно замедляют окисление железа вследствие образования высокозащитных окисных пленок; их широко применяют для легирования стали в целях повышения ее жаростойкости.
Хром, введенный в сталь в количествах до 30%, значительно повышает жаростойкость, но высокохромистые стали являются ферритными и трудно поддаются термообработке в отличие от мартенситных или полуферритных низкохромистых сталей.
Алюминий и кремний, которые вводят в сталь в количестве соответственно до 10 и 5%, еще сильнее повышают ее жаростойкость. Однако стали с высоким содержанием алюминия или кремния неудобны в технологическом отношении – они хрупки и очень тверды, что затрудняет их обработку. Поэтому эти сплавы не имеют широкого распространения.
Основой жаростойкого легирования стали является хром, а для дополнительного повышения жаростойкости вводят кремний или алюминий, или оба элемента в количествах до 4 – 5%.
Ванадий, вольфрам и молибден могут вызвать сильное ускорение окисления стали при высоких температурах, которое иногда носит катастрофический характер, что обусловлено легкоплавкостью и летучестью образующихся окислов или их эвтектик.
Характер изменения температурной зависимости скорости окисления железа в области аллотропического превращения указывает на то, что при высоких температурах более жаростойкой является аустенитная структура, при которой наблюдается более медленный рост скорости окисления с увеличением температуры. Опытные данные по окислению на воздухе однофазных и двухфазных аустенито-ферритных хромоникелевых сталей указывают на то, что хромоникелевые стали с однофазной аустенитной структурой более устойчивы против окисления, чем с двухфазной аустенито-

Рисунок 4.1. Влияние содержания углерода на скорость окисления (а), видимое (б) и истинное (s) обезуглероживание углеродистых сталей на воздухе (τ=1 ч) при различных температурах

Рисунок 4.2. Влияние содержания различных элементов на относительную скорость окисления железа на воздухе в интервале температур 900-1000° С (F – отношение скорости окисления сплава к скорости окисления железа)
ферритной структурой, и что с увеличением содержания феррита жаростойкость двухфазных сталей в воздухе ухудшается.
Меньшая жаростойкость двухфазных сталей связана с большей неоднородностью образующейся защитной окисной пленки по составу и распределению в ней внутренних напряжений, возникающих в процессе ее роста, что приводит к большой неоднородности защитных свойств и частичному саморазрушению этой пленки.
^
Для защиты от газовой коррозии используют следующие неметаллические неорганические покрытия.
Жаростойкие эмали – получаемые путем сплавления стеклообразные керамические покрытия, состоящие из неорганических окислов. Эти покрытия должны обладать: высокими защитными свойствами против газовой коррозии (что достигается введением в их состав максимального количества окислов Сr2О3, Al2O3, TiО2, ZnO, SiО2 и др., оказывающих высокое сопротивление диффузии и повышающих жаростойкость стали, и минимального количества окислов PbO, Na2О, CaO и др., облегчающих протекание диффузии в окалине и понижающих жаростойкость стали); спеканием при температуре обжига и относительной твердостью при рабочих температурах; высокой адгезией к металлу; термостойкостью (которая обеспечивается близостью коэффициентов линейного расширения покрытия и металла); экономичностью.
Составляющие шихты, разработанной в УкрНИИХИММАШ жаростойкой эмали ЭЖ-1000 (16,0 кг кварцевого песка, 4,5кг Н3ВО3, 22,6кг ВаСО3, 2,8кг СаСО3, 1,2кг TiО2, 2,0кг ZnO), сплавляют в газовой печи при 1400° С в течение 2 ч с последующим размолом застывшей остеклованной массы на шаровой мельнице с добавлением на 70ч. этой массы 30ч. Сr2О3, 5ч. часовярской глины (или 2,5ч. бентонита), 50ч. воды. Полученную водную суспензию (шликер) наносят на металл, окуная в нее предварительно очищенные от загрязнений стальные изделия, или пульверизацией при помощи пистолета. Нанесенный на металл эмалевый шликер сушат, а затем обжигают в течение нескольких минут при 1020-1040°С. Эмаль предназначена для защиты стальных деталей от окисления в газовых средах при температурах до 1000°С.
Расплавленные окислы или их композиции можно наносить на поверхность металлических изделий методом напыления.
Наиболее жаростойкие керамические покрытия выдерживают температуру 1100°, а в отдельных случаях до 1450° С. Разработанные в настоящее время жаростойкие эмали еще не обладают достаточно высокой пластичностью, чувствительны к тепловым ударам и склонны к механическим разрушениям.
Покрытия из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и силицидов) получают при высоких температурах как из твердой фазы (непосредственной реакцией между углеродом, кремнием и др. с материалом поверхности защищаемой детали), так и из газообразной (обработкой деталей газообразными и парообразными веществами, содержащими соединения бора, кремния, углерода и др.). Эти покрытия оказывают защитное действие вплоть до очень высоких температур (силициды, например, до 2000° С).
Металлокерамические покрытия получают введением в окислы (или в другие тугоплавкие соединения) металлических добавок. Это усиливает связь между частицами окислов и повышает теплопроводность (что приводит к повышению термостойкости покрытий), пластифицирует окислы, снижая их хрупкость. Меняя соотношение металлической и неметаллической фаз, можно сблизить коэффициенты термического расширения покрытия и основы. Наносят металлокерамические покрытия газопламенным напылением в ацетилено-кислородном пламени с последующей термообработкой изделий в инертных атмосферах или в вакууме.
Новым, наиболее универсальным методом нанесения тугоплавких защитных покрытий на листовые материалы, детали больших размеров и изделия сложной формы является метод плазменного напыления.
^
Н.П. Жук. Курс коррозии и защиты металлов. Жук Н.П. Учебник для студентов металлургических вузов. М: Металлургия. 1968г., 404с.
Конспект лекций по коррозии и защите металлов Бурлаков В.И.
^
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА __________________________________
Контрольная работа № 2
по курсу: «Коррозия и защитные свойства металлов»
Выполнила:
ст. гр. З-04-МТ
Попова А.Н.
Шифр: 2004-845
Проверил:
Бурлаков В.И.
Мариуполь
2008
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1. Поляризация. Ее причины и проявления 2. Понятие «электродный потенциал». Расчет его величины 3. Цель проведения деаэрации электролита. Возможность ее осуществления 4. Катодная деполяризация с учетом водорода. Уравнение. Распространенность этого коррозионного процесса 5. Кислотные неорганические материалы Перечень ссылок | |
^
Если электроды обратимого гальванического элемента с потенциалами в разомкнутом состоянии (Va)o6p и (Vк)обр и сопротивлением электролита между ними в цепи R замкнуть и измерить установившееся значение силы генерируемого тока I', то оказывается, что эта сила значительно меньше значения, рассчитанного по закону Ома, т. е.
(1.1.)

Так как практически R = const, причину неравенства следует искать в числителе дроби. И, действительно, измерения показывают (рисунок 1.1), что потенциалы электродов, через которые проходит при их работе электрический ток, отличаются от потенциалов электродов, не нагруженных током: потенциал анода при прохождении через него тока становится положительнее, а потенциал катода – отрицательнее:

(1.2.)
гед Va и Vк – устанавливающиеся при данном значении тока электродные потенциалы, называемые эффективными;
∆Va и ∆Vк – смещения потенциалов анода и катод.
Это изменение потенциалов, а следовательно, и и разности, приводящее к уменьшению силы тока, называют поляризацией.
Таким образом, в уравнении (1.1.) должны фигурировать не начальные (VK)o6p и (Va)o6p, а эффективные значения потенциалов электродов, т. е

(1.3.)
Явления поляризации электродов наблюдаются как в гальванических элементах, так и в электролизерах, т.е. при прохождении через электроды электрического тока независимо от его происхождения (генерации тока в результате работы гальванического элемента или его подвода от внешнего источника к электролизеру).
Поляризация является следствием отставания электродных процессов от перетока электронов в гальваническом элементе. Анодный процесс выхода ионов металла

Рисунок 1.1 Изменения потенциалов анода и катода гальванического элемента с увеличением силы протекающего между ними тока

Рисунок 1.2 Кривые анодной и катодной поляризации металла
Кинетику электродных процессов, в том числе и электродных процессов электрохимической коррозии металлов, принято изображать в виде поляризационных кривых, представляющих графическое изображение измеренной с помощью описанной в ч. III методики зависимости потенциалов электродов V от плотности тока i =


(1.4.)
или средней поляризуемостью процесса для данного интервала плотности тока (на данном участке поляризационной кривой):

(1.5.)
Причины анодной поляризации. т. е. отставания процесса выхода ионов в электролит от перетока электронов с анодных участков на катодные, следующие.
Замедленность анодной реакции коррозии металла
(1.6.)

которая определяется соответствующим значением энергии активации этой реакции Qa, приводит к возникновению электрохимической поляризации (∆Vа)э-х, называемой перенапряжением ионизации металла.
При очень малых значениях анодной плотности тока (ориентировочно при iа<10-а а/м2) зависимость перенапряжения ионизации металлов от анодной плотности тока может быть выражена линейным уравнением [участок (VMе)обр А, рисунок 1.3.]:
(1.7.)

где k1 – постоянная, зависящая от материала и состояния поверхности анода, температуры и др.

Рисунок 1.3 Анодные поляризационные кривые:
а – в координатах iа – Va;
б – в координатах Ig iа – Va [(VMе)обр ABC – перенапряжение ионизации металла; BE – пассивирование металла; (Vо2 )обр DEF – перенапряжение анодного выделения кислорода]
При плотностях тока, больших, чем примерно 10-2 а/м2, анодная поляризация может быть представлена логарифмическим уравнением (участок ABC, рисунок 1.3)

(1.8.)
где а1 – постоянная, зависящая от материала и состояния поверхности анода, температуры и пр.;
b1 – постоянная, связанная с механизмом возникновения перенапряжения ионизации металла.
Поляризация, вызываемая перенапряжением ионизации металлов, достигает небольших величин [пологая кривая (VMe)o6р АВС, рисунок 1.3], которые максимальны у металлов группы железа (Fe, Co, Ni).
Причинами катодное поляризации, т. е. отставания процесса ассимиляции электронов от поступления на катодные участки электронов, являются:
а) замедленность катодной деполяризационной реакции
(1.9.)

которая определяется соответствующим значением энергии активации этой реакции Qк и приводит к возникновению электрохимической поляризации (∆Vк)э-х, называемой перенапряжением реакции катодной деполяризации;
б) замедленность диффузии деполяризатора из объема электролита к катодной поверхности или продукта катодной деполяризационной реакции в обратном направлении, которая приводит к концентрационной поляризации катода (∆Vк)конц.
^
При погружении металла в электролит в результате взаимодействия между ними возникает разность электрических потенциалов, что связано с образованием двойного электрического слоя, т. е. несимметричного распределения заряженных частиц у границы раздела фаз. Причинами возникновения этого скачка потенциала между металлом и электролитом являются:
переход заряженных частиц (катионов) из одной фазы в другую (из металла в электролит или из электролита в металл) с образованием двойного электрического слоя в пределах этих двух фаз (рисунок 2.1, а и б);
избирательная адсорбция на поверхности металла частиц из жидкой фазы – ионов (например, Сl- - рисунок 2.1,в) или полярных молекул (например, Н2О – рисунок 2.1, г) и появление противоположного заряда в близлежащем слое электролита с образованием двойного электрического слоя в пределах одной (жидкой) фазы;
образование двойного слоя, обусловленного обеими причинами, т. е. адсорбционно-ионного скачка потенциала (например, при адсорбции анионов – рисунок 2.1, д или при адсорбции поляризуемых молекул или атомов, например кислорода – рисунок 2.1, е) на поверхности металла в условиях наличия перехода катионов из металла в электролит или из электролита в металл.
Как известно из физической химии, скачок потенциала между двумя фазами не может быть измерен, но можно измерить электродвижущую силу элемента, состав ленного из исследуемого электрода (например, металла в электролите) и электрода, потенциал которого условно принят за нуль (стандартного водородного электрода). Эту э. д. с. принято называть потенциалом электрода, в частности электродным потенциалом металла.
Если при взаимодействии металла с электролитом (водным раствором) фазовую границу пересекают только ионы металла, то, по представлениям А. Н. Фрумкина и его школы, протекают два. процесса:
1) переход этих ионов из металла в раствор с образованием, согласно Л. В. Писаржевскому, гидратированных ионов (окислительный или анодный процесс):
(2.1.)

скорость которого, измеряемая числом ионов, переходящих из фазы в фазу в единицу времени, может быть выражена через соответствующий ток Ī;
2) разряд этих ионов из раствора с выделением их на поверхности металла в виде нейтральных атомов, входящих в состав кристаллической решетки металла (восстановительный или катодный процесс):
(2.2.)

скорость которого также может быть выражена через соответствующий ток Ī.

Рисунок 2.1 Схемы строения двойного электрического слоя
Какой из этих процессов преобладает, определяется уровнем потенциальной энергии катионов в узлах кристаллической решетки металла ПМе и в растворе Пр .Если ПМе>Пр, то Ī>Ī, т. е. преобладает анодный процесс – переход ионов металла в раствор (рисунок 2.1, а), суммарная скорость которого равна:
(2.3.)

если Пр >ПМе, то Ī>Ī, т. е. преобладает катодный процесс – разряд ионов металла из раствора (рисунок 2.1, б), суммарная скорость которого равна:
(2.4.)

Образующийся двойной электрический слой затрудняет протекание прямого процесса и облегчает протекание обратного. Когда потенциал в нем достигает значения, при котором энергетический уровень ионов в металле и растворе становится одинаковым, т. е. ПМе Пр (что наступает довольно быстро), устанавливается динамическое равновесие, при котором скорости анодного и катодного процессов равны:
(2.5.)

где I0 – ток обмена, обусловленный постоянно протекающим обменом ионами между металлом и раствором.
Кинетику равновесного обмена ионами наблюдали в опытах с применением радиоактивных изотопов металлов. В водных растворах на твердых металлах плотность тока обмена равна от 10-8 до 10-5 а/см2.
Электродный потенциал бывает двух родов: обратимый и необратимый.
Обратимый электродный потенциал металла (VMe)обр устанавливается, когда в процессе обмена, определяющего потенциал металла в электролите, участвуют только ионы данного металла, т.е. когда металл находится в равновесии с собственными и онами в электролите. Его можно рассчитать по термодинамическому уравнению Нернста:
(
(2.6.)
VMe)обр = (VMe)0обр +

где (VMe)0обр – стандартный потенциал металла (обратимый потенциал металла при активности его ионов в растворе, равной единице);
R – газовая постоянная;
Т – абсолютная температура;
n – валентность ионов металла;
F – число Фарадея;
aMen+ - активность ионов металла в растворе.
Необратимый электродный потенциал металла VMe устанавливается, когда в процессе обмена, определяющего потенциала металла в электролите, участвуют не только ионы данного металла, но и ионы или атомы, причем анодный процесс осуществляется основными ионами металла (Ī1 > Ī1), а катодный – другими ионами (Ī2 > Ī2). Устойчивое во времени значение необратимого электродного потенциала металла, соответствующее равенству сумм скоростей анодных и катодных процессов, называют стационарным потенциалом металла. При этом значении потенциала, по теории А.Н. Фрумкина, имеет место следующее равенство:
Ī1 + Ī2 = Ī1 + Ī2
^
Защиту металлических конструкций от коррозии с кислородной деполяризацией в нейтральных электролитах осуществляют при помощи метода деаэрации – удаление из электролита деполяризатора – кислорода или этот метод еще называют обезкислороживанием.
Деаэрарируют воду, использующуюся для охлаждения паровых котлов, турбин, систем охлаждения металлургических агрегатов, термических печей и т.д.
^
Катодный процесс водородной деполяризации в кислых средах состоит из следующих шести стадий (рисунок 4.1.):
диффузии гидратированных ионов водорода Н+·Н20 к катодным участкам поверхности корродирующего металла;
разряда водородных ионов:
(4.1.)

растворения и диффузии части Н-атомов в металле;
рекомбинации (молизации) водородных атомов:
(4.2.)

или электрохимической десорбции:

(4.3.)
диффузии и переноса конвекцией водорода от катодных участков в глубь раствора, а затем его диффузии в воздух;
образования и отрыва пузырька водорода от поверхности металла:
(4.4.)

В щелочных растворах, в которых концентрация ионов Н+·Н20 крайне мала, коррозия металлов с выделением водорода идет за счет восстановления водорода из молекулы воды:
(4.5.)

В большинстве случаев коррозии металлов с водородной деполяризацией при высокой концентрации ионов Н+ · Н20 в растворе концентрационная поляризация катодного процесса вследствие замедленности диффузии водородных ионов к катодным участкам незначительна. Это обусловлено большой подвижностью водородных ионов и наличием дополнительного перемешивания раствора у катода выделяющимся газообразным водородом. В нейтральных растворах или при очень больших скоростях коррозии ионная концентрационная поляризация становится заметной.
Главными причинами катодной поляризации, т. е. отставания процесса ассимиляции электронов от поступления их на катодные участки, являются: а) замедленность катодной реакции, которая приводит к возникновению перенапряжения водорода; б) концентрационная поляризация по

Рисунок 4.1 Схема катодного процесса водородной деполяризации:
П – слой Прандтля;
δ – дифузионный слой;
К – катодный участок поверхности коррозирующего металла: 1-6 – стадии процесса
молекулярному водороду вследствие замедленности процесса отвода образующегося молекулярного водорода с поверхности металла, которая наблюдается до насыщения приэлектродного слоя водородом, когда становится возможным выделение его в виде пузырьков, в которых Рн2 = 101 кн/м2 (1 атм).
^
К кислотостойким неорганическим материалам относятся: стекло, эмали, керамика, графит и графитовые материалы, каменное литье и сеталлы.
Эмали – стекловидные покрытия. Кислотостойкие эмали изготавливают с высоким содержанием SiO2, а кислото-щелочестойкие в своем составе имеют диоксид циркония. Эмали получают сплавлением шихты (песок, мел, глина и пр.) и плавней (бура, сода фтористые соли). Их высокая химическая стойкость обусловлена присутствием буры и кремнезема. Эмалевые покрытия получают погружением в расплав или пульверизацией с последующим обжигом до спекания в печи при температуре 880-1050 °С.
Керамика – неорганический материал, получаемый обжигом глинистых материалов, состоящих из небольших кристаллов гидратированных алюмосиликатов. Из керамики изготавливают кислотостойкие изделия (плиты, кирпич).
Графит и графитовые материалы, вследствие их универсальной химической стойкости, используются в противокоррозионной технике как футеровочные изделия (плитки, пластины блоки).
Каменное литье (ЮТ) – материал, получаемый, кристаллизацией из расплава, основой которого является диабаз, базальт, андезит. Изделия из ЮТ: плитки, фасонные детали, трубы.
Ситаллы – неметаллический, неорганический стеклокристаллический материал, получаемый кристаллизацией стекломассы при наличии в ней нуклеаторов (центров кристаллизации). Из ситаллов изготавливают листы (футеровочный материал, трубы, фасонные изделия). Изделия из КЛ и ситаллов обладают высокой кислотостойкостью при температурах не более 100°С.
^
Н.П. Жук. Курс коррозии и защиты металлов. Жук Н.П. Учебник для студентов металлургических вузов. М: Металлургия. 1968г., 404с.
Конспект лекций по коррозии и защите металлов Бурлаков В.И.
Скачать файл (690 kb.)