Реферат: Коррозия. Предотвращение коррозии, известные методы защиты в автостроении
Министерство Строительного комплекса
Московской области
Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
«Электростальский колледж»
Московской области
Домашняя контрольная работа
по дисциплине: «Материаловедение»
Вариант №3
Выполнил студент гр.11-10
Пономарёв Сергей Владимирович
Преподаватель
Гуров Борис Владимирович
г.о. Электросталь 2011 г.
Содержание
1.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Резина. Что это. Автошины, трубопроводы, прокладки и другие детали машин – из каких материалов изготавливают.2.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Коррозия. Предотвращение коррозии, известные методы защиты в автостроении.3.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Инструментальные стали. Маркировка. Содержание углерода.Расшифруйте состав стали – 30ХГСА.
Резина. Что это. Автошины, трубопроводы, прокладки и другие детали машин – из каких материалов изготавливают.
Рези́на (от лат. resina«смола») — эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука. По степени вулканизации резины разделяются на мягкие (1—3 % серы), полутвердые и твердые (30 % серы) (эбонит). Объемный вес — 1,2 т/м3.
/>
/>
Образование резины вулканизацией полиизопрена (натурального каучука) серой.
/>
Применение
Резина используется в производстве автомобильных шин и резино-технических изделий. Техническая резина — композиционный материал, который может содержать до 15—20 ингредиентов, выполняющих в резине разнообразные функции. Основное отличие резины от других полимерных материалов — способность к большим обратимым, так называемым высокоэластическим, деформациям в широком интервале температур, включающем комнатную и более низкие температуры. Необратимая, или пластическая, составляющая деформации резины намного меньше, чем у каучука, поскольку макромолекулы последнего соединены в резине поперечными химическими связями (так называемая вулканизационная сетка). Резина превосходит каучук по прочностным свойствам, тепло- и морозостойкости, устойчивости к действию агрессивных сред и др.
Классификация.
В зависимости от температурных и др. условий эксплуатации, в которых резина сохраняет высокоэластические свойства, различают следующие основные группы резин.
Резина общего назначения, эксплуатируемые при температурах от -50 до +150°С. Изготовляются на основе натурального, синтетических изопреновых, стереорегулярных бутадиеновых, бутадиен-стирольных, хлоропреновых каучуков и их разнообразных комбинаций. Теплостойкие резины, предназначенные для длительной эксплуатации при 150-200 °С. Основой таких резин служат этилен-пропиленовые и кремнийорганические каучуки, бутилкаучук. Для резин, эксплуатируемых при более высоких температурах (до 300 °С и выше), используют некоторые фторсодержащие каучуки, а также каучукоподобные полимеры типа полифосфонитрилхлорида. Морозостойкие резины, пригодные для длительной эксплуатации при температурах ниже -50°С (иногда до -150°С). Для их получения применяют каучуки с низкой температурой стеклования, например стереорегулярные бутадиеновые, кремнийорганические, некоторые фторсодержащие. Такие резины могут быть получены и из неморозостойких каучуков, например бутадиен — нитрильных, при введении в состав резиновой смеси некоторых пластификаторов (эфиров себациной кислоты и др.). Масло — и бензостойкие резины, длительно эксплуатируемые в контакте с нефтепродуктами, маслами и др. Их получают из бутадиен-нитрильных, полисульфидных, уретановых, хлоропреновых, винилпиридиновых, фторсодержащих, некоторых кремнийорганических каучуков. Резины, стойкие к действию различных агрессивных сред (кислото — и щёлочестойкие, озоностойкие, паростойкие и др.). Изготовляются на основе бутилкаучука, кремнийорганических, фторсодержащих, хлоропреновых, акрилатных каучуков, хлорсульфированного полиэтилена. Электропроводящие резины. Для их получения используют различные каучуки, наполненные большими количествами электропроводящей (ацетиленовой) сажи. Диэлектрические (кабельные) резины, характеризующиеся малыми диэлектрическими потерями и высокой электрической прочностью. Получают их из кремнийорганических, этилен-пропиленовых, изопреновых каучуков, наполненных светлыми минеральными наполнителями. Радиационностойкие резины (рентгенозащитные и др.). Основой их служат фторсодержащие, бутадиен-нитрильные, бутадиен-стирольные каучуки, наполненные окислами свинца или бария.
Помимо перечисленных резин, различают также вакуумные, вибро -, свето -, огне -, водостойкие, фрикционные резины, а также медицинские, пищевые и др.
Для получения прорезиненных тканей берут льняную или бумажную ткань и резиновый клей, представляющий резиновую смесь, растворенную в бензине или бензоле. Клей тщательно и равномерно размазывают и впрессовывают в ткань; после просушки и испарения растворителя получают прорезиненую ткань. Для изготовления прокладочного материала, способного выдерживать высокие температуры, применяют паронит, представляющий резиновую смесь, в которую введено асбестовое волокно. Такую смесь смешивают с бензином, пропускают через вальцы и вулканизируют в виде листов толщиной от 0,2 до 6 мм.
Для получения резиновых трубок и профилей сырую резину пропускают через шприц-машину, где сильно разогретая (до 100—110°) смесь продавливается через профилирующую головку. В результате получают профиль, который подвергают вулканизации.
Изготовление дюритовых рукавов происходит следующим образом: из каландрованной резины вырезают полосы и накладывают их на металлический дорн, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру рукава. Края полос смазывают резиновым клеем и прикатывают роликом, затем накладывают один или несколько парных слоев ткани и промазывают их резиновым клеем, а сверху накладывают слой резины. После этого собранный рукав подвергают вулканизации.
Автомобильные камеры изготовляют из резиновых труб, шприцованных или склеенных вдоль камеры. Существует два способа изготовления камер: формовый и дорновый. Дорновые камеры вулканизируют на металлических или изогнутых дорнах. Эти камеры имеют один или два поперечных стыка. После стыкования, камеры в месте стыка подвергают вулканизации. При формовом способе, камеры вулканизируют в индивидуальных вулканизаторах, снабженных автоматическим регулятором температуры. Чтобы избежать склеивания стенок, внутрь камеры вводят тальк.
Автомобильные покрышки собирают на специальных станках из нескольких слоев особой ткани (корд), покрытой резиновым слоем. Тканевый каркас, то есть скелет шины, тщательно прикатывают, а кромки слоев ткани заворачивают. Снаружи каркас покрывают в беговой части толстым слоем резины, называемым протектором, а на боковины накладывают более тонкий слой резины. Подготовленную таким образом шину подвергают вулканизации.
Коррозия. Предотвращение коррозии, известные методы защиты в автостроении.
Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 6Н2О + ЗО2 = 4Fe(OH)3. Гидратированный оксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной.
В повседневной жизни для сплавов железа (сталей) чаще используют термин «ржавление». Менее известны случаи коррозии полимеров. Применительно к ним существует понятие «старение», аналогичное термину «коррозия» для металлов. Например, старение резины из-за взаимодействия с кислородом воздуха или разрушение некоторых пластиков под воздействием атмосферных осадков, а также биологическая коррозия. Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.
/>/>
Классификация видов коррозии
По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения, коррозия может быть следующих видов:
газовая коррозия;атмосферная коррозия;коррозия в неэлектролитах;коррозия в электролитах;подземная коррозия;биокоррозия;коррозия под воздействием блуждающих токов.По условиям протекания коррозионного процесса различаются следующие виды:
контактная коррозия;щелевая коррозия;коррозия при неполном погружении;коррозия при полном погружении;коррозия при переменном погружении;коррозия при трении;межкристаллитная коррозия;коррозия под напряжением.По характеру разрушения:
сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность: равномерная;неравномерная;избирательная[1];локальная (местная) коррозия, охватывающая отдельные участки: пятнами;язвенная;точечная (или питтинг);сквозная;межкристаллитная (расслаивающая в деформированных заготовках и ножевая в сварных соединениях).Главная классификация производится по механизму протекания процесса. Различают два вида:
химическую коррозию;электрохимическую коррозию. Коррозия неметаллических материаловПо мере ужесточения условий эксплуатации (повышение температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) и неметаллические материалы подвержены действию среды. В связи с чем термин «коррозия» стал применяться и по отношению к этим материалам, например «коррозия бетонов и железобетонов», «коррозия пластмасс и резин». При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Но следует учитывать, что механизмы и кинетика процессов для неметаллов и металлов будут разными.
Коррозия металлов
/>/>
Образование гальванических пар с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. С другой стороны, образование такой пары приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов, — коррозии. Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.
Химическая коррозияХимическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с (коррозионно-активной) средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).
Электрохимическая коррозияРазрушение 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.
/>
Коррозионный элемент
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.
Водородная и кислородная коррозия
Если происходит восстановление ионов H3O+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией. Восстановление ионов происходит по следующей схеме:
2H3O+ + 2e− → 2H2O + H2
или
2H2O + 2e− → 2OH− + H2
Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией:
O2 + 2H2O + 4e− → 4OH−
Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна.
Борьба с коррозиейКоррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и разрешение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся стоимость разрушившейся конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокорродировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.
Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения. [2]. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка[3].
Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:
1.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Конструкционный2.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
Активный3.<span style=«font: 7pt „Times New Roman“;»>
ПассивныйДля предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.
Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.
В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).
/>
Кислородная коррозия оцинкованного железа
/>/>
Кислородная коррозия железа, покрытого оловом
Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги. Часто также применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и корродирует первым. Ионы Zn2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова корродировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создаётся коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.
Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее корродируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой плёнки называют пассивацией металла. У алюминия её усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная плёнка. Содержание хрома в нержавеющей стали — более 12 процентов.
Система холодного цинкованияСистема холодного цинкования предназначена для усиления антикоррозионных свойств комплексного многослойного покрытия. Система обеспечивает полную катодную (или гальваническую) защиту железных поверхностей от коррозии в различных агрессивных средах
Система холодной оцинковки бывает одно-, двух- или трехупаковочной и включает:
связующее — известны составы на хлоркаучуковой, этилсиликатной, полистирольной, эпоксидной, уретановой, алкидной (модифицированной) основе;антикоррозионный наполнитель — цинковый порошок («цинковая пыль»), с содержанием более 95 % металлического цинка, имеющего размер частиц менее 10 мкм и минимальную степень окисления.;отвердитель (в двух- и трех- упаковочных системах)Одноупаковочные системы холодного цинкования поставляютмся готовыми к применению и требуют лишь тщательного перемешивания состава перед нанесением. Двух- и трехупаковочные системы могут поставляться в нескольких упаковках и требуют дополнительных операций по приготовлению состава перед нанесением (смешивание связующего, наполнителя, отвердителя).
После приготовления (двух- и трёхупаковочные системы), нанесения состава на защищаемую поверхность металла кистью, валиком, методом пневматического или безвоздушного распыления и высыхания на поверхности металла образуется цинкнаполненное противокоррозионное покрытие — полимерно-цинковая плёнка, сохраняющая все свойств