Корозія металів і способи її усунення 3.10.1. види корозії
Корозія — розпад металів і сплавів внаслідок хімічного або електрохімічного впливу навколишнього середовища. Ділянки металу, які зазнали корозійного руйнування, повністю втрачають власні механічні властивості.
Коррозия металла «Люцифер»1992
Через корозійних процесів втрачається величезна кількість сплавів на основі заліза. Кожна п’ята тонна з виплавлених чорних металів витрачається на заповнення втрат від іржі.
Розрізняють декілька видів корозії: хімічну і електрохімічну.
Хімічна корозія з’являється в результаті впливу на метал сухих газів при дуже високій температурі (газова корозія) і агресивних рідин неелектролітів (пальне, масло). При хімічній корозії відбувається пряме гетерогенне взаємне дію металу з окислювачем, що знаходяться у зовнішньому середовищі. Прикладом хімічної корозії послужить окислення клапанів двигуна внутрішнього згоряння, паливних баків, трубо-проводів і деталей системи живлення двигунів автомобіля.
В процесі газової корозії на металеві поверхні утворюється плівка оксиду. У алюмінію, хрому, нікелю, свинцю, олова ця плівка досить міцна і оберігає метал від подальшої корозії. Такі метали називають пасивуються. Плівка оксиду заліза не міцна і не перешкоджає розвитку корозії вглиб. Освіта окалини на деталях випускної системи автомобіля на власні очі показує поширення хімічної корозії в глиб виробів. У неелектролітами корозія відбувається внаслідок наявності в них агресивних сполук, що руйнують метал.
електрохімічна корозія це результат впливу подібних електролітів, як розчини води кислот, лугів, різних солей, які проводять змінний струм. Електролітичної корозією вважається також атмосферна корозія, при якій волога з повітря, що містить оксиди азоту, сірки і інші домішки, конденсується на металеві поверхні. Пил і інші забруднення на металеві поверхні збільшують адсорбцію вологи і газів, утворюється волога плівка, яка є електролітом.
Якщо є наявність електроліту на поверхні метали і сплави, що володіють всілякими потенціалами, утворюють гальванічні пари. Оскільки метали і сплави майже завжди фізично і хімічно різнорідні (різні структурні і хімічні складові сплаву, оксидні плівки), то якщо є наявність на їх поверхні електроліту утворюється багато мікроскопічних гальванічних пар. При цьому метал з дуже високим потенціалом стає катодом, а з менш високим — анодом. Це призводить до того, що ділянки металу, що представляють аноди гальванічних пар, починають руйнуватися, їх атоми переходять в електроліт в формі іонів, залишаючи еквівалентну число електронів в аноді. Чим вище різниця потенціалів металів, що утворюють гальванічні пари, ступінь неоднорідності структур, температура і внутрішня напруга, тим інтенсивніше корозія. У гальванічної парі валитися той метал, що підкреслює більшу кількість сприятливо заражених іонів, і, тому, сам отримує великий негативний заряд.
Якщо метали розмістити в ряд: магній, алюміній, марганець, цинк, хром, залізо, кадмій, кобальт, нікель, олово, свинець, сурма, вісмут, мідь, ртуть, срібло, золото, то кожен метал в парі з іншим в електролітах утворює гальванічний компонент з руйнуванням металу, розміщеного зліва. Так, в парі залізо-цинк буде руйнуватися цинк, а в парі залізо-нікель валитися залізо. Руйнування відбудеться тим сильніше, чим далі ці метали знаходяться один від одного в представленому ряду.
Чисті метали піддаються корозії в малому ступені, ніж сплави; однофазні сплави пручаються корозії сильніше, а багатофазні слабкіше. Менше отруйніметали, що мають чисту поверхню виробів. Зменшує інтенсивність корозії відсутність внутрішніх стресів. Температурне збільшення прискорює корозію в 1,5-2 рази на кожні 10 ° С.
Залежно від характеру руйнування корозія може бути суцільною, місцевої, межкристаллитной (по межах зерен). При цьому безперервна корозія може бути рівномірною і нерівномірною, а тутешня — плямами, виразкової, точкової, наскрізний, ножовий, тріщинами (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Види корозійних руйнувань: а — рівномірний; б — нерівномірне; в — виборче; г — плямами; д — виразкові; е — точкове; ж — наскрізне; з — ножове; і — тріщини; до — межкристаллитного; л — підповерхневе;
м — пошарове
Безперервна і тутешня корозія може бути підповерхневої і пошаровим. Два види обумовлюються хімічним взаємним дією, а межкристаллитная корозія має електрохімічну природу. Вона найбільш небезпечна, тому що супроводжується помітним зниженням міцності сплаву, а виявити її по зовнішності досить не просто.
Багато деталей автомобілів схильні до корозійного зношування, яке з’являється під дією знакозмінної навантаження і корозійного впливу навколишнього середовища.
Корозія металів. Головні види корозії. Хімічна корозія
Термін корозія походить від латинського слова corrodere, що означає роз’їдати, руйнувати.
Корозія — це мимовільний процес руйнування матеріалів і виробів з них під впливом хімії зовнішнього середовища.
Корозія металів — розпад металів внаслідок фізико-хімічного впливу навколишнього середовища, при якому метал переходить в окислене (іонну) стан і втрачає властиві йому властивості.
У тому випадку, коли окислення металу потрібно для виконання якого-небудь тех. процесу, термін «корозія» приймати не слід. Наприклад, не можна говорити про корозію розчинної анода в гальванічної ванній, оскільки анод повинен окислиться, відправляючи власні іони в розчин, щоб протікав потрібний процес. Не можна також говорити про корозії алюмінію при здійсненні алюмотермического процесу. Але фізико-хімічна сутність змін, що відбуваються з металом у всіх таких варіантах, однакова: метал окислюється.
Класифікація корозійних середовищ
Середовище, в якому метал піддається корозії (коррозирует) називається корозійної або агресивним середовищем. За ступенем впливу на метали корозійні середовища краще поділити на:
Для визначення ступеня агресивності середовища при атмосферної корозії варто мати на увазі експлуатаційного умови металоконструкцій споруд і будівель. Ступінь агресивності середовища по відношенню до конструкцій всередині обігріваються і неопалюваних будинків, будинків без стін і завжди аеріруемих будівель встановлюється можливістю конденсації вологи, а ще температурно-вологісним режимом і концентрацією газів і пилу всередині будівлі. Ступінь агресивності середовища по відношенню до конструкцій на відкритому повітрі, не захищеним від безпосереднього попадання опадів атмосфери, встановлюється кліматичною зоною і концентрацією газів і пилу в повітрі. З урахуванням впливу метеорологічних факторів і агресивності газів розроблена класифікація ступеня агресивності середовищ стосовно будівельним металоконструкцій. З урахуванням впливу метеорологічних факторів і агресивності газів розроблена класифікація ступеня агресивності середовищ стосовно будівельним металоконструкцій.
Подібним чином, захист металоконструкцій від іржі встановлюється агресивністю умов їх експлуатації. Найбільш надійними захисними системами металоконструкцій є алюмінієві і захисні покриття з цинку.
Класифікація процесів іржавіння
За типом руйнувань
За типом руйнувань корозія буває суцільною і місцевої.
При рівномірному розподілі корозійних руйнувань по всій металеві поверхні корозію називають рівномірною або суцільний. Вона собою не представляє небезпеки для конструкцій і апаратів, тим більше тоді, коли втрати металів не перевищують технічно обгрунтованих норм. Її результати можуть бути відносно не складно взяті до уваги.
Якщо ж велика частина металеві поверхні вільна від іржі і остання сконцентрована на індивідуальних ділянках, то її називають місцевої. Вона набагато небезпечніше, хоча втрати металу можуть бути і невеликими. Її небезпека полягає в тому, що, знижуючи надійність деяких ділянок, вона різко робить менше міцність конструкцій, споруд, апаратів. Місцевій корозії допомагають вода моря, сольові розчини, особливо галогенідними: хлорид натрію, кальцію, магнію. Особливо серйозні неприємності пов’язані з хлоридом натрію, який розкидають в зимовий час на дорогах і тротуарах для видалення снігу та льоду. В наявності солей вони плавляться, і утворювались розчини стікають в труби для каналізації. Солі є активаторами корозії і приводять до прискореного руйнування металів, особливо ТС і комунікацій розміщених під землею. Підраховано, що в Америці використання для цієї мети солей призводить до втрат на суму 2 млрд. Доларів протягом року в зв’язку з корозією двигунів і 0,5 млрд. На додатковий ремонт доріг, підземних магістралей і мостів. Причина ж застосування хлориду натрію полягає в його дешевизні. Зараз вихід тільки один — вчасно прибирати сніг і вивозити його на звалища. Економічно він біліше ніж виправданий.
Виразкова (у вигляді плям різної величини), точкова, щелевая, контактна, межкрісталліческая корозія — дуже часто зустрічаються на практиці типи місцевої корозії. Точкова — одна з найнебезпечніших. Вона складається в освіті наскрізних поразок, іншими словами точкових порожнин — питтингов.
Корозійне розтріскування з’являється при одночасному впливі на метал агресивного середовища і механічних стресів. У металі виникають тріщини транскристаллитного характеру, які часто призводять до повного руйнування виробів.
По механізму процесу іржавіння розрізняють два основних типи корозії: хімічну і електрохімічну. Строго розділити один вид від іншого складно, а часом і неможливо.
Під хімічної корозією припускають взаємне дію поверхні металу з зовнішнім середовищем, що не супроводжується виникненням електрохімічних (електродних) процесів на кордоні фаз. Вона грунтується на реакції між металом і агресивним реагентом. Такий вид корозії протікає як правило рівномірно по всій металеві поверхні. У зв’язку з цим хімічна корозія менш небезпечна, ніж електрохімічна.
Прикладом хімічної корозії служать іржавіння заліза і покриття патиною бронзи. У товарному виробництві метали дуже часто нагріваються до високих температур. У подібних умовах хімічна корозія прискорюється. Всі знають, що на прокатці розпечених шматків металу утворюється окалина. Це звичайний продукт хімічної корозії.
Встановлено, що корозії заліза сприяє наявність в ньому сірки. Стародавні предмети, зроблені з заліза, стійкі до процесу корозії власне завдяки низькому вмісту в цьому залозі сірки. Сірка в залозі в більшості випадків міститься в вигляді сульфідів FeS та інших. У процесі корозії сульфіди розкладаються з виділенням сірководню H2S, що є каталізатором корозії заліза.
Механізм хімічної корозії зводиться до реактивної дифузії атомів або іонів металу крізь потроху товщає плівку продуктів корозії (наприклад, окалини) і зустрічної дифузії атомів або іонів O. За сучасними поглядами цей процес має іонно-електронний механізм, подібний процесам провідності електрики в електролізних кристалах.
Особливо різноманітні процеси хімічної корозії зустрічаються в різних виробництвах. В атмосфері водню, метану та інших вуглеводнів, оксиду вуглецю (II), сірководню, хлору, в обстановці кислот, і ще в розплавах солей та інших речовин протікають нестандартні реакції з залученням матеріалу апаратів і агрегатів, в яких виконується хімічний процес. Завдання фахівців на конструкторському рівні реактора — вибрати метал або сплав, який був би найбільш стійкий до компонентами хімічного процесу.
Коррозия Металла — Russian Vodka live MSC 2015
Фактично одним з найважливіших видом хімічної корозії вважається взаємне дію металу при високих температурах з киснем і іншими газоподібними активними середовищами (HS, SO, галогени, пари води, CO). Аналогічні процеси хімічної корозії металів при дуже високих температурах носять також найменування газової корозії. Багато відповідальні деталі інженерних конструкцій сильно приходять в непридатність від газової корозії (лопатки газових турбін, сопла ракетних двигунів, деталі електронагрівачів, колосники, арматура печей). Важкі втрати від газової корозії (угар металу) несе металургійна промисловість. Стійкість проти газової корозії збільшується при введенні до складу сплаву різних добавок (хрому, алюмінію, кремнію). Добавки алюмінію, берилію і магнію до міді збільшують її опір газової корозії в окисних середовищах. Для захисту сталевих і залізних виробів від газової корозії поверхню виробу покривають алюмінієм (алитирование).
Під електрохімічної корозією припускають процес взаємного дії металів з електролітами у вигляді розчинів води, рідше з неводними електролітами, наприклад, з деякими органічними електропровідними сполуками або безводними розплавами солей при дуже високих температурах.
Коррозия металла. Химия – Просто
Електрохімічна корозія часто пов’язана з наявністю в металі випадкових домішок або спеціально введених легуючих добавок.
Багато хіміки в свій час були розгублені тим, що іноді реакція
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
не протікає. Було з’ясовано, що в подібній ситуації в розчин необхідно додати трохи сульфату міді (II) (мідного купоросу). В даному випадку на поверхні цинку виділиться мідь
CaSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu
і водень почне бурхливо виділятися. При поясненні цього явища в першій половині 30-их років XIX століття швейцарським хіміком А. де-ля Рівом була створена перша електрохімічна доктрина корозії.
У 1800 році, практично відразу після відкриття італійцем Л. Гальвані електрохімічного явища, його співвітчизник А. Вольта сконструював джерело електроструму — гальванічний компонент, що відкрило людству еру електрики. В одному з варіантів джерело складався з мінливих мідних і цинкових дисків, розділених матеріалом з порами і просочених розчином солі. Залежно від числа дисків виходить струм різної сили. При осадженні на поверхні цинку металевої міді виходить короткозамкнений компонент. У ньому цинк вважається анодом, а мідь — катодом. Оскільки мідь перебуває в контакті з цинком і обидва ці металу оточені розчином електроліту, гальванічний компонент вважається «включеним». Цинк у вигляді іона Zn2 + переходить в розчин сірчаної кислоти, а що залишилися від кожного атома два електрона перетікають на більш електропозитивний метал — мідь:
До мідному аноду підійдуть іони водню, приймають електрони і перетворюються в атоми водню, а потім і в молекули водню:
Подібним чином, потоки руху іонів розділені і при надлишку кислоти процес протікає до того часу, поки не розчиниться весь цинк.
Отже, процеси електрохімічної корозійності протікають за законами електрохімічної кінетики, коли загальна реакція взаємного дії може бути розділена на наступні, великою мірою самостійні, електродні процеси:
анодний процес — перехід металу в розчин у вигляді іонів (в розчинах води, в більшості випадків гідратованих) з залишенням еквівалентної кількості електронів в металі;
катодний процес — асиміляція що з’явилися в металі надлишкових електронів деполяризаторами.
Розрізняють корозію з водневої, кисневої або окислювальному деполяризацией. Якщо є наявність в розчині газоподібного кисню і неможливістю протікання процесу корозії з водневою деполяризацією центральну роль деполяризатора виконує кисень. Процеси іржавіння, у яких катодна деполяризація виконується розчиненим в електроліті киснем, називають процесами корозії металів з кисневою деполяризацією. Це найпопулярніший вид корозії металу у воді, в нейтральних і навіть у слабокислих сольових розчинах, в морській воді, в земля, в атмосфері повітря.
Загальна схема кисневої деполяризації зводиться до відновлення молекулярного кисню до іона гідроксиди:
Корозія металу з кисневою деполяризацією в безлічі практичних випадків відбувається в електролітах, сопрекасающіхся з атмосферою, парціальний тиск кисню в якій одно 0,21 атм.
Кожен процес з кисневою деполяризацією включає наступні послідовні стадії.
Розчинення кисню в електроліті.
Перевезення розчиненого кисню в розчині електроліту (за рахунок дифузії або змішування).
Перенесення кисню в результаті руху електроліту.
Перенесення кисню в дифузійному шарі електроліту або в плівці продуктів корозії металу до катодних ділянках поверхні.
У справжніх умовах корозії металу найбільш утрудненим стадіями процесу вважаються:
Реакція іонізації кисню на катоді. З’являється при цьому поляризацію називають перенапруженням кисню. Подейкують, що процес йде з кінетичним контролем.
Хімічні властивості металів. Корозія металів та захист від корозії. Хімія 10 клас
Дифузія кисню до катода, або перенапруження дифузії. В даному випадку, подейкують, що процес йде з дифузійним контролем.
Можливі ситуації, коли дві стадії — іонізація кисню і дифузія кисню впливають на процес. Тоді кажуть, про кінетичні-дифузійному контролі.
Сутність першої електрохімічної теорії полягала в тому, що домішки в металах роблять мікрогальваніческіе деталі, в яких відбувається перетікання електронів від анодних ділянок до катодних. Оскільки катодний і анодний процеси розділені на поверхні, то розділені і протилежні потоки іонів, атомів і молекул. Розділені потоки не заважають один одному, і тому процес корозії протікає швидше, ніж у випадку мікрогальваніческіх елементів.
Зрозуміло, зараз теорії електрохімічної корозійності виглядають набагато набагато досконаліше. Вони базуються на багатьох експериментальних фактах і виражені в математичній формі.
Розрізняють такі типи електрохімічної корозійності, що мають найбільш важливе фактичне значення.
1. Корозія в електролітах. До цього типу належать корозія в природних водах (морської і прісної), а ще різні варіанти корозії в рідких середовищах. Залежно від характеру середовища розрізняють:
г) морську корозію.
За умовами впливу рідкого середовища на метал цей тип корозії також відрізняється як:
