Корозия на метали и сплави Печат

Корозия на метали и сплави

У В О Д

Според данни на статистиката около 30% от металите ,които се експлоатират са подложени на корозионни разрушения.Ако 2/3 от тях се преработят , 10% от  годишния добив на метали остава като безвъзвратна загуба.

Началото на изучаването на корозионните процеси поставя Ломоносов с”Дисертация в действии химических разтворителей въобще”(1746г), където отбелязва за първи път пасивирането на желязото. Първата теоретична обстановка на корозията в електролитна среда е дадена от Де Ла Рив  -1830г  от електрохимичната теория на коризионните процеси е развита от Ленц –Якобс -1838г., Случинов ,Кояндер -1881г,Кистяковски-1901г., Изтаришев-1903г. И др.

Съвременното ниво на науката и техниката поставя високи изисквания към механическите свойства на металите, създадени са нови ефективни методи за защита на металите от корозия.

1.Същност и класификация на корозионните процеси

а)същност на корозията

Корозията е спонтанно  протичащ процес на разрушаване на металите при химичното, електрохимичното или  биохимичното  им взаимодействие с околната среда.

В резултат на корозията се намалява енергетичното съдържание на металите и  се получават  термо динамично  поустойчиво сравнение с изходния метал съеденения  в различни среди при определени външни условия.

б) Видове корозионни процеси в зависимост от механизма  на протичането им

1)Химична корозия

Този вид корозия е резултат на хетерогенна химична реакция между металите и обкръжаващата ги среда и се подчинява на законите на химичната кинетика.Тя бива газова корозия и корозия в неелектролити.

-газова корозия-корозия на повърхността на металите  в газове при отсъствие на влага, обикновенно при висока температура.

Пример:окисляване на металите в сух въздух, взаимодействие с други вещества ,халогени и др.

В промишленни условия газова корозия се наблюдава при нагряването на метални детайли и в процеса на термична обработка на металите.

Най-важните фактори влияещи върху газовата корозия са температурата и състава на газовата среда.С повишаване на температурата  нараства  скоростта на химичните реакции и дифузията на атмосферния кислород и др.газове,което води до ускорена корозия.Количествено влияние на температурата се описва с уравнението на Арениус. В стопено състояние металите кородират с още по –голяма скорост.

Един от основните фактори, определящи газовата корозия на метали и сплави е съдържащия се в атмосферата кислород.Изследванията показват ,че различните метали , когато се намират в сух въздух при стандартни условия се покриват с различен по дебелина оксиден слой( от  мономолекулен до няколко милиметра).При взаимодействието на някои метали с атмосферния кислород се образува плътен еластичен с добро сцепление оксиден слой, който изолира металите от  агресивно действуващата среда   и прекратява по нататъшното протичане на корозионния процес - настъпва пасивиране на металите.

2)Електрохимична корозия

Тя представлява хетерогенна електрохимична реакция състояща се в йонизация  на металните атоми  и редукция на окислителния компонент на околната среда  .

Електрохимичните реакции са окислително- редукционни процеси протичащи непространствена разделени участъци,т.е.  наблюдава се аноден и катоден процес.Обмена на електрони между  пространствено разделените реагиращи вещества се осъществява посредством проводник от първи или втори род.

-механизъм на електрохимичната корозия

При потапяне на метал в разтвор на негови йони започва преминаване на метелни йони  или от метала в разтвора, или от разтвора в метала.

Прехада от метални йони от метала в разтвора (йонизация на метала) и образуването на хидрирани метални йони е основния процес. Катодния процес е свързан с преход на метални йони от разтвора в метала.

Катодния процес е свързан с асимилиране на  останалите в метала некомпенсирани електрони от др.йони (без металните)  атоми или молекули в електролита, наречени деполяризатори. Когато в катодния процес участват водородните катиони протича кислородна деполяризация. Най-често разтворения в електролита атмосферен кислород  приема  некомпенсираните електрони  , т.е. на лице е кислородна деполяризация, т.е. при определени условия са възможни двата процеса едновременно, т.е. корозия със смесена деполяризация.

Електрохимичната корозия на металите протича главно за сметка на действието на галванични микроелементи, наречени “локални елементи”.Протичането на ток в корозионния галваничен елемент е възможно поради това , че катодният и наодният процеси протичат на 2 отделни участъка поради електрохимичната нееднородност на повърхността на метала.

Върху скоростта на електрохимичната корозия влияят външни фактори( състав и концентрация на корозионната среда, и др.) и вътрешни фактори (масто на метала в периодичната система и електроафинитетния ред, вид на съответната сплав и др.)

-видове електрохимична корозия

1)Атмосферна корозия

Тя протича във влажен въздух при температури , при които водата е в течно състояние.

Атмосферната корозия е най- разпространеният вид корозия в природата. В разултат на валежите или температурните промени през деноншието, върху повърхността на металите се образува воден слой. Във водния слой образуват твърде активна корозионна среда.

Атмосферната корозия протича с кислородна деполяризация.Нарастването на дебелината на слоя електролит води до повишена катодна поляризация поради затруднение в транспора на кислорода, респективно до намаляване скоростта на корозия.

Повишената температура забавя корозията, тъй като понижава относителната влажност на въздуха, обаче в тропически условия скоростта на корозията е по- голяма поради едновременното действие на повишената температура  влажност.

2)Морска корозия

Тя е частен случай на електрохимична корозия в електролити.Наличните хлорни йони активират корозията на металите , а разтвореният атмосферен кислород обуславя протичането на процеса с кислородна деполяризация.

Частично потопените метални съоръжения най-силно корозират на границата метал-вода-въздух, поради движението на корозионната среда и улеснената дифузия. През тънкия воден слой и механичното отстраняване на продуктите на корозията.

3)Почвена корозия

Тя се наблюдава се при метални съоръжения ,монтирани в почвата , като водопроводни тръби, релси, кабели, газопроводи и др. Без да се подложени на влиянието на виншен електриче ток.

Скоростта на този вид корозия зависи от влажностт на почвата от състава , електропроводимостта и pH  на почвения разтвор.С най-силно корозионно действие са соленокиселите почви с умерена влажност.

4)Електрокорозия

Тя протича под действие на външен източник на електричски ток и се наблюдава при намиращи се в почват метални съоръжения (релси).Повишената електропроводимост на почвата е една от прочините за отклоняване на част от електрическия ток - блуждаещи токове.

5)Контактна корозия

Тя възниква при контакт в електролит на два метала с различни електродни потенциали(напр.алуминиеви и медни детайли)

6)Корозия под напрежения

Тя се извършва при едновременно въздействие на корозионна среда и на механични напрежения.

7)Корозионна ерозия

Възниква при едновременно триещо въздействие на самата корозионна среда и твърди тела (напр. разрушаване на помпи и тръбопроводи, транспортиращи течности с висока скорост на потока)

8)Корозионна  кавитация

Възниква при ударно въздействие на корозионната среда (напр. разрушаването на лопатките на  тръбните винтове на параходи).

9)Корозиоя  в цепнатини

Възниква в пукнатини, пълни с електролит (напр. в резби)

10)Биокорозия

Това е корозия на металите под действие на отделените от микроорганизмите продукти. За развитието на микроорганизмите е необходима влога, която обуславя  протичането и на електрохимична корозия.Биокорозията по тази причина рядко се среща в чист вид.

в) видове корозионни процеси според характера на разрушаването на металите

1)Обща корозия - обхваша цялата метална повърхност

-равномерна корозия –пример:въглеродна стомана в ............

-неравномерна корозия-пример: корозия на въглеродна стомана в морска вода.

-селективна корозия

I)компонентно-избирателна (атакува се един от компонентите на сплавта

II) структурно-избирателна (разрушава се дадена фаза в хетерогенна сплав, напр. разтваряне на фершта при корозия на чугун в киселини)

2)Локална корозия   (засяга само отделни места от повърхността на метала)

-корозия на петна - напр. месинг в морска вода.

- язвена корозия - водаразрушението протича на дълбоина върху малки по площ участъци.

-точкова (питингова) корозия - наблюдава се при неправилно нанесени покрития, напр.никелиране

-интеркристалитна корозия - образуват се корозионни пукнатини по граничната  полърхност на кристалентите.

-транскристалитна корозия - корозионните пукнатини се разпространяват през самите кристалити.

-подповърхностна корозия(фиг-1-е)- разпространява се под повъхността на метала

2.Защита на металите от корозия

а)методи за защита на металите от корозия

1) легиране на металите - в основния метал се въвеждат други метали или неметали, които дават продукти, устойчиви на корозия или намаляват катоднаата респективно анодната активност на метала

2) обработка на корозионната среда - когато корозионната среда  има ограничен обем

-извършва се чрез намаляване съдържанието на корозията, които намаляват скоростта на катодния,респективно на анодния процес или и на двата едновременно; действието на инхибиторите се изразява също в пасивиране на металната повърхност.

3)  защитно-декоративни покрития

-метални покрития - еднослойните или многослойни  покрития от други метаи повишават твърдостта, износоустойчивостта, термичната устойчивост или други свойства на повърхността.Пример: поцинковане, помедяване, никелиране , хромиране, посребряване , позлатяване и др.

-метални съединения – чрез химична или иликтрохимична обработка върху повърхността на метала или сплавта се образуват оксидни, оксидно-хроматни, фосфатни и др. Покрития.

-неметални покрития - те имат за цел да изолират  основния метал от корозионно-активната среда и са от органичен или неорганичен произход.

Органичните неметални покрития включват:

-филиообразуващи вещества- лакове, бои,безири

-синтетични полимери-напр.поливиналхлорид

-минерални масла

-гума, ебонит или латекс

Неорганичните неметални покрития включват:

-емайлиране- посредством стапяна не смеси от криолит, боракс и др. Вещества върху стоманени,чугунени и др. Метални изделия.

-торкретиране-циментови или бетанни замазки за защита на мостове, резервоари, тръбопроводи

4) електрохимична защита

-протекторна защита - защитавания метал се свързва с метал- протектор , който е с по –отрицателен потенциял от метала на съоръжението в дадена корозионна среда.

-катодна защита - защитаваното съоръжение се свързва с отрицателния полюс на външен източник на постоянен ток.

-анодна защита с външен източник на постоянен ток - защитаваното съоръжение са свързва с положителния полюс на източника и при подходящи стойности на тока   настъпва пасивиране на метала

5) рационално конструиране

Металните детайли и съоръжения подложени на корозия, трябва да се констроират така,че скоростта накорозия да бъде минимална.Този е един от най-важните методи за защита от корозия.

3.Методи за защита от газова корозия

-легиране за предаване на топлоустойчивост чрез въвеждане на :

1)Cr - до 12%, предава устойчивост до 750 градуса целзий; до 15% устойчивост до 1100 градуса целзий.

2)Al - до 3,5%, снижава 2 пъти скоростта на окиславането при 300 градуса целзий.

Легиращите добавки образуват на повърхността на метала собствен и оксиди на основния метал.

-нанасяне на топлоустойчив покрития

1)метални покрития-за черните метали са подходящи алуминиеви, хроови или силициеви покрития

2)неметални покрития- топлоустойчиви лакове и керамични материали на базата на .................

-използуване на защитна атмосфера за създаване на инертна атмосфера при пермообработка или заваряване се използуват азот, водород, въглеродни оксиди.

 

4.Методи за борба с елеитрохимичната корозия

-нанасяне на защитни покрития

1)метални покрития-в зависимост от механизма на защитното действие биват:

-анодни - защитават метала не само като го изолират от околната среда, а и по електрохимичен път;

-катодни - нямат по-електроотрицателен потенциал от защитавания метал; те изолират метала от корозионнат среда.

2)неметални неорганични покрития - окисни покрития(анодно оксидиране на Al);фосфатни покрития(антифрикционна тлърда смазка при пластична обработка на металите);силикатни покрития-емайлиране ( в реактивните двигатели)защитни композиции на основата на водно стъкло.

3)органични защитни покрития - филиообразуващи вещества; безири (за разреждане на бои със съдържание на  пигменти и пълнители); лакове (разтвори на високомолекулни филиообразуващи вещества в органични разтворители)

-обработка на корозионната среда

1)намаляване съдържанието на деполяризатора: при водородна или кислородна деполаризащия се провежда неутрализация; при кислородна деполяризация се отстранява кислорода, разтворен в електролита чрез внасяне на натриев сулфид , железен сулфид и др.

2)въвеждане на инхибитори - анодни инхибитори (пасивиране на анодните учстъци с хромати, бихромати,нитрити); катодни инхибитори- слързват химично кислорода ;киселинни инхибитори – на базата на  аминопроизводни;парофазни инхибитори- бутилбензоат за защита от атмосферна корозия при съхранение на металите в затворени обеми.

-електрохимична защита

1)катодна – за предпазване на подземни комуникации, морски съдове , химична апаратура и др.

2)протекторна - за защита на корази, електро съоръжениярподземни конструкции

3)анодна - за пасивиращи се в агресивна среда метали в атмосфера, несъдържаща хлор

-метод на рационалната конструкция - приложим е при конструирането на реактивните двигатели и двигателите на автобронетанковата техника.

За практиката е особено важно да се познават методите за защита от електрохимична корозия, от които най- широко приложение са намерили легирането на сплавите, нанавяне на защитни покрития и електрохимична защита.