Реферат: Корозія металів

Корозія металів

 

Під час експлуатації виробів з металів та їх сплавів дово­дитьсястикатися з явищем  руйнування їх  під дією  навколишнього середовища.Руйнування металів і сплавів внаслідок взаємодії їх з навколишнім середовищемназивається корозією.

Корозія    металів    завдає    великої    економічної    шкоди,Внаслідок   корозії   виходять   з   ладу   обладнання,   машини, :  механізми,руйнуються металеві конструкції. Особливо сильно піддається корозії обладнання,що контактує з агресивним середовищем, наприклад розчинами кислот, солей.

Корозійне руйнування може охоплювати всю поверхню ме­талу  —   суцільна (загальна) "корозія або окремі ділянки — місцева(локальна)  корозія. Залежно від механізму процесу розрізняютьхімічну й електрохімічну корозію.

Хімічна корозія — це руйнування металу внаслідок окиснення його окисниками, щомістяться в корозійному середовищі.

Хімічна корозія відбувається без виникнення електрич­ного струму всистемі. Такий вид корозії виникає під час кон­такту металів з неелектролітамиабо в газовому середовищі за високих температур (газова корозія).

Газовакорозія трапляється досить часто. З нею ми стикаємося при корозії металів упечах, вихлопних трубах тощо. Найбезпечнішими для метал«» компонентами газовогосередовища є кисень О2, пара води H2O,оксид карбону(ІV) СО­2, оксид сульфуру(ІV) S02. Корозійне руйнування залізаі його сплавів на повітрі зумовлено окисненням його киснем:

4Fe+3O2 = 2Fe2O3

З підвищенням температури швидкість газової корозії зрос­тає.Найбільшої шкоди завдає електрохімічна корозія.

Електрохімічною корозією називається руйнування ме­талу під часконтакту з електролітами з виникненням у системі електричного струму.

Уцьому випадку поряд з хімічними процесами (відщеплен­ня електронів)відбуваються й електричні (перенесення елект­ронів від однієї ділянки доіншої). При цьому в результаті взаємодії металу з молекулами води з корозійногосередови­ща на ньому відбуваються два процеси: окиснення металу Me (анодний процес):

Me – 2е– = Ме2+

івідновлення окисників — компонентів середовища (катодний процес). Як правило, окисникамивиступають іони гідрогену Н+ (корозія з водневою деполяризацією) аборозчинений у воді кисень О2 (корозія з кисневою деполяризацією). Упер­шому випадку під час катодного процесу виділяється водень:

/>

а удругому — утворюються гідроксид-іони:

/>

Ділянкиповерхні металу, на яких відбуваються процеси окиснення і відновлення,називають відповідно анодними й катодними,

Розглянемояк приклад електрохімічної корозії реакції під час електрохімічної корозіїзаліза. Якщо корозія відбувається в розчині кислоти, то йдуть такі реакції:

/>

Корозіязаліза в нейтральному або лужному середовищі характеризується такими реакціями:

/>

Гідроксид  феруму(ІІ),   що   утворився,   легко  окиснюється киснем повітря:

/>

Продукт корозії заліза — бураіржа — це суміш гідро­ксидів феруму(ІІ) і феруму(ІІІ), продуктів їхрозкладу і взаємодії з вуглекислим газом та іншими речовинами з навко­лишньогосередовища.

Електрохімічна корозія може бути посилена, якщо метал міститьдомішки інших речовин або неметалічні включення. Наприклад, залізо забрудненедомішками міді. При цьому ви­никають гальванічні мікроелементи (пари), схемудії яких наведено на рис. 1.

/> <td/> />
          Металз більш негативним потенціалом руйнується — його іони переходять у розчин, а електрони переходять до меншактивного металу, на якому відбувається відновлення іонів гідрогену (водневадеполяризація) або відновлення роз­чиненого у воді кисню (кисневадеполяризація).

Рис. 1 Схема дії гальванічної пари

Отже, при електрохімічній корозії (як у випадку контактурізнорідних металів, так і в разі утворення мікрогальванічних елементів наповерхні одного металу) потік електронів направлений від більш активного металудо менш активного (провідника), і більш активний метал ко­родує. Швидкістькорозії тим більша, чим далі розташовані один від одного в ряду стандартнихелектродних потенціалів ті, метали, з яких утворився гальванічнийелемент(гальванічна пара).

На швидкість корозії впливає і характер розчину електроліту. Чимвища його кислотність (тобто менший pH), атакож чим більший вміст в ньому окисників, тим  швидше відбувається  корозія.Значно зростає корозія при підвищенні температури.

Деякі метали при контакті з киснем повітря в агресивномусередовищі переходять у пасивний стан, при якому різко уповільнюєтьсякорозія. Наприклад, концентрована нітратна кислота легко робить пасивнимзалізо, і воно практично не реагує з концентрованою нітратною кислотою. У такихвипад­ках на поверхні металу утворюється щільна захисна оксидна плівка, якаперешкоджає контакту металу із середовищем.

Захисна плівка завжди є на поверхні алюмінію. Подібні плівки в сухому повітрі утворюються також на Be, Cr, Zn,Ta, Ni, Си та інших металах. Кисень є найпоширенішим пасиватором.

Пасивуваннямпояснюється корозійна стійкість нержавіючих сталей та сплавів.

 

Захист від корозії

Корозіяметалів відбувається безперервно і завдає ве­личезних збитків. Підраховано, щопрямі втрати заліза від корозії становлять близько 10 %його щорічної виплавки. Внаслідок корозії металеві виробивтрачають свої цінні технічні властивості. Тому важливе значення мають методиза­хисту металів та сплавів від корозії. Вони досить різноманітні. Назвемодеякі з них.

Захисні поверхневі покриття металів. Вонибувають металічними (покриття цинком, оловом, свинцем, нікелем, хро­мом таіншими металами) і неметалічними (покриття лаком, фарбою, емаллю та іншимиречовинами). Ці покриття ізолю­ють метал від зовнішнього середовища. Так,покрівельне залізо покривають цинком; з оцинкованого заліза виготовля­ютьчисленні вироби побутового та промислового призначен­ня. Шар цинку запобігаєкорозії заліза, бо цинк, хоча й більш активний метал, ніж залізо (див. рядстандартних електродних потенціалів металів, вкритий оксидною плівкою. В разіпошкодження захисного шару (подряпини, пробої дахів тощо) за наявності вологивиникає гальванічна пара Zn |Ре. Катодом (позитивним полюсом) є залізо, анодом (негативним полюсом) — цинк (рис. 12.6). Електрони переходять від цинку дозаліза, де зв'язуються молекулами кисню (киснева деполя­ризація), цинкрозчиняється, а залізо залишається захищеним доти, доки не зруйнується весь шарцинку, що потребує до­сить багато часу. Покриття залізних виробів нікелем,хромом,

крімзахисту від корозії, надає їм красивого зовніш­нього вигляду.

          Створення сплавів з антикорозійними власти­востями.

Введенням до складу сталі близько 12 % хрому добувають не­ржавіючу сталь, стійку проти корозії. Добавкинікелю, кобальту і міді по­силюють антикорозійні вла­стивості сталі,

/> <td/> />
Рис. 2 Корозійне руйнування цинку взагальному парі Zn| Fe

оскількипід­вищується схильність сплавів до пасивації. Створення сплавів зантикорозійними власти­востями — один з найважливішихнапрямків боротьби проти корозійних втрат.

Протекторний захист і електрозахист. Протекторнийза­хист застосовують у тому разі, коли захищається конструкція (підземнийтрубопровід, корпус судна), яка перебуває в середовищі електроліту (морськавода, підземні ґрунтові води та ін.). Суть такого захисту поля­гає в тому, щоконструкцію сполучають з протектором — більшактивним металом, ніж метал конструкції, яку захища­ють. Як протектор длязахисту стальних виробів звичайно використовують магній, алю­міній, цинк та їхсплави. У про­цесі корозії протектор є анодом  і руйнується, запобігаючи тим самим руйнуванню конструкції (рис. 3). У міру руйну­вання протекторів їх замінюють новими.

/>

Рис. 3 Схема протекторного захисту

підземного трубопроводу

На цьому принципі ґрунтується й електрозахист. Конструк­цію, якаперебуває в середовищі електроліту, також сполуча­ють з іншим металом (звичайношматком заліза, рейкою тощо), але через зовнішнє джерело струму. При цьомуконструкцію, яку захищають, під’єднують до катода, а метал— до анода джереластруму. Електрони відщеплюються від ано­да джерелом струму, анод (захиснийметал) руйнується, а на катоді відбувається відновлення окисника.

Електрозахист має перевагу над протекторним захистом: радіус діїпершого близько 2 000 м, другого — близько 50 м.

Зміна складу середовища. Дляуповільнення корозії ме­талевих виробів до електроліту вводять речовини(найчастіше органічні), які називають уповільнювачами корозії, або інгібіторами,їх застосовують у тих випадках, коли метал необхідно захищати відроз'їдання кислотами. Вчені створили ряд інгібіторів (препарати марок 4M, ПБ та інші), які при до­данні до кислоти в сотні разівсповільнюють розчинення (корозію) металів.

Останнім часом розроблено леткі (або атмосферні) інгі­бітори. Нимипросочують папір, яким обгортають металеві ви­роби. Пара інгібіторівадсорбується на поверхні металу і утво­рює на ній захисну плівку.

Інгібіторишироко застосовують при хімічному очищенні від накипу парових котлів, зніманніокалини з оброблених дета­лей, а також при зберіганні та перевезенні хлоридноїкислоти у стальній тарі. До неорганічних інгібіторів належать нітрити, хромати,фосфати, силікати. Механізм дії інгібіторів є предме­том дослідження багатьоххіміків.