Ім'я файлу: Корозія металів і методи боротьби з нею.docx
Розширення: docx
Розмір: 179кб.
Дата: 12.12.2022
скачати
Розширення: docx
Розмір: 179кб.
Дата: 12.12.2022
скачати
Урок № 2
Тема: Корозія металів і методи боротьби з нею
Корозія – це руйнування металу під дією оточуючого середовища.
Практично всі метали в більшій чи меншій мірі руйнуються під дією оточуючого середовища, тобто підлягають корозії. Особливо руйнівними для металів є агресивні середовища. Це такі середовища, де є пари кислот, луги, агресивні гази тощо.
Одні метали під дією оточуючого середовища руйнуються швидко. Навіть на повітрі покриваються ржавчиною. Інші – більш стійкі, навіть в агресивних середовищах тривалий час не покриваються оксидною плівкою. Є такі метали, які, взаємодіючи з киснем повітря, швидко утворюють плівку, яка зберігає метал від корозії. Наприклад, алюміній на повітрі швидко окислюється з утворенням дуже стійкої плівки Аl2О3, яка запобігає його подальшому руйнуванню.
Корозія металів – це дуже шкідливе явище. Навіть при інтенсивній боротьбі з нею біля 10% металу щорічно руйнується. Витрати на боротьбу з корозією, на подолання її наслідків становлять величезні суми.
Для успішної боротьби з корозією треба знати її природу, механізм руйнування. За механізмом процесу руйнування металу розрізняють хімічну та електрохімічну корозію.
Хімічна корозія – процес руйнування металу під дією кисню повітря.
Електрохімічна корозія – процес руйнування металу в результаті прояву явища електролізу.
За характером руйнування розрізняють корозію суцільну, місцеву, вибіркову, під дією механічних напруг.
Найпоширенішою корозією є газова, яка спостерігається при роботі арматури нагрівних печей, у котлах і турбінах, у двигунах внутрішнього згорання тощо. Її швидкість протікання росте з підвищенням температури.
Особливий вид корозії – електрохімічна. Механізм її протікання подібний до роботи гальванічної пари. Як відомо, для протікання явища електролізу необхідно, щоб були наявні два метали з різним поверхневим електрохімічним потенціалом та електроліт.
Для оцінки корозіостійкості металів встановлюють значення їх потенціалів відносно водню, потенціал якого дорівнює нулю. Ряд хімічної активності металів (ряд Вольта) виглядає так:
Рис.
Якщо скласти гальванічні пари елементів (залізо-цинк, залізо-нікель, залізо-мідь, залізо-алюміній, залізо-олово), то в електролітах буде руйнуватись метал з більш низьким потенціалом (анод). Проте в техніці не так часто знаходяться в контакті різні метали. Виявляється, що аналогічна картина буде в багатофазних сплавах, в металах з неметалічними включеннями, з різними по рівню залишковими напруженостями тощо. Різні частини поверхні таких металів мають різний потенціал. Наприклад, в сталі ферит має потенціал інший, ніж перліт чи цементит. Тоді один з них буде катодом, а інший анодом.
Рис.
Електролітом в атмосферних умовах служить волога повітря. Вона конденсується на поверхні металу у вигляді мікрокраплин. У ній розчиняються різні забруднення з вмістом
солей, лугів, вугільного пилу, основи кислот тощо.
Якщо метал знаходиться в землі, чи воді, то електролітом є волога землі, вода, в якій за будь-яких умов знаходиться значна кількість іонів, носіїв струму.
Таким чином, для виникнення електрохімічної корозії завжди є умови. На відміну від хімічної вона руйнує метал не по поверхні, а в глибину (по границях зерен) металу, що є дуже небезпечним.
Електролітична корозія може ускладнюватись біокорозією. Мікроорганізми та продукти їх життєдіяльності підвищують концентрацію електроліту, що підсилює явище електролізу, а значить, підвищує інтенсивність корозії.
Особливо небезпечна електрохімічна корозія для металів які працюють у морській воді. Це дуже агресивне середовище.
Великої шкоди завдає корозія під дією блукаючих струмів. Особливо небезпечний постійний струм. Від електроустановок частина струму йде в ґрунт, потрапляє на трубопроводи та інші підземні металічні конструкції, анодні ділянки яких є виходом блукаючих струмів в ґрунт. На анодних ділянках якраз і відбувається інтенсивна корозія металоконструкцій. Така корозія проявляється біля колій трамваїв, електропотягів тощо. Підрахунки показують, що блукаючий струм силою в 1 А, за годину руйнує 9 кг заліза, 3 кг алюмінію, 34 кг свинцю, 2 кг цинку та міді. Радіус його дії може сягати десятків кілометрів. (рис. 33).
Рис.
Боротьбу з корозією ведуть так, щоб запобігти явищам, які її супроводжують.
Найбільш поширеним методом боротьби з корозією є ізолювання поверхні металу від впливу середовища.
На практиці найбільш поширеним методом ізолювання поверхні від оточуючого середовища є фарбування поверхні виробу.
Фарби, лаки на поверхні металу утворюють щільну плівку, яка запобігає як доступу повітря, так і вологи (електроліту). Тому фарбування запобігає як хімічній, так і електрохімічній корозії. Але фарбування повинно проводитись так, щоб фарба міцно з’єднувалась з металом. Якщо ж шар фарби відстане від металу то корозія може виникнути під ним. В щілину між металом і фарбою попадає повітря, вода, що приводить до корозії. Щілина між фарбою та металом мала, капілярна, тому вода в неї засмоктується і не випаровується. Для надійного фарбування треба добре зачистити і обезжирити поверхню металу, нанести шар ґрунту, потім проміжний і основний шар фарби (рис. 34).
Рис.
Запобігають корозії також утворенням на поверхні металу капронової, нейлонової, фторопластової, епоксидної, поліетиленової плівок, які мають високу стійкість, є електроізолюючими та міцно з’єднуються з металом. Їх наносять пензлем, зануренням, розпиленням, електростатичним методом, приклеюванням або приварюванням.
У відповідальних випадках, коли деталі працюють в агресивному середовищі, покриття повинне бути еластичним, водо- і газонепроникливим. Їх покривають гумою. Для цього
поверхню деталі покривають гумовим клеєм і листами сирої гуми. Потім вулканізують і роблять зачистку. Такий вид покриття застосовують для гальванічних ванн, цистерн, трубопроводів тощо.
Ефективним засобом боротьби з корозією є емалювання виробів. Поверхня металу покривається склоемалями (фарфоровидними, шарозатвердівними розплавленими стеклами спеціального складу).
Емалі мають високу твердість і протистоять стиранню, однак крихкі. Емалюють котли, посуд, художні та ювелірні вироби.
В окремих випадках поверхню одного з металів можна покрити тонким шаром іншого, більш корозієстійкого (рис. 35).
Рис.
Поширеним способом боротьби з корозією є створення на поверхні металу захисної плівки шляхом оксидування і фосфатування.
Оксидування чорних металів з утворенням чорної плівки називають воронінням. Проводять хімічне вороніння кип’ятінням виробу у водному розчині, який містить NaОН, Na2О і селітру. Утворена плівка пориста, тому, після вороніння виріб занурюють у мастило, яке проникає у пори і таким чином плівка тривалий час запобігає корозії поверхні виробу. Вороніння проводять для пружин, стволів зброї тощо.
Фосфатування – створення на поверхні металу (чавуну, сталі) твердих, крихких, пористих плівок нерозчинних фосфатів. Для підвищення корозіостійкості фосфатові поверхні фарбують, або занурюють у мастило. Пори плівки заповнюється фарбою або мастилом.
На практиці з метою боротьби з корозією широко застосовується металічне покриття гальванічним методом. За механізмом захисної дії воно може бути катодне й анодне.
Суть катодного методу полягає у виділенні на катоді металу аноду, який розчиняється. Наприклад, для нікелювання у ванну з розчином сірчанокислої нікелевої солі поміщають стальний виріб та нікелеву пластину, площа якої повинна бути близька за розмірами до площі виробу. Виріб приєднують до джерела струму, як катод, а нікелеву пластину – як анод. З часом на поверхні виробу утворюється вільний і міцно зв’язаний з основою шар нікелю, який тривалий час захищатиме виріб від корозії.
Аналогічно проводять хромування, міднення сталевих виробів тощо.
Широко і давно відомі методи гарячого покриття – лудіння та цинкування. Лудіння – покриття виробів тонким шаром олова. Цинкування – покриття поверхні виробів цинком. Лудять жерсть, мідний посуд тощо. Цинкують покрівельне залізо, труби тощо.
По відношенню до заліза олово є катодом, а цинк – анодом. Тому у цинкованих деталях при корозії руйнується цинкове покриття, а у лужених навпаки, руйнується виріб. У зв’язку з цим олов’яне покриття повинно бути високої якості – щільним, газонепроникливим.
Металічне покриття може бути нанесене методом дифузійної металізації при хіміко-термічній обробці металів.
У агресивних середовищах може бути використаний протекторний захист металу від корозії. Він заснований на розчинені металу протектора який служить як анод, а виріб – як катод. Застосовують протекторний захист в авіа- і суднобудуванні, в котлах, трубопроводах, нафтосховищах тощо. Частіше всього в якості протектора для захисту сталі та чавуну використовують цинк, магній, сплав цинку та алюмінію (рис. 36).
Рис.
Крім методу ізолювання поверхні виробу від оточуючого середовища при боротьбі з корозією використовується метод пасивації металу виробу. Для зменшення прояву корозії треба зменшити активність металу, яка залежить від зовнішнього потенціалу. Якщо якимось чином зменшити цей потенціал, то метал буде стійкішим проти корозії. Це можна зробити шляхом легування металів. Навіть незначна кількість нікелю, хрому чи вольфраму робить сталь корозіостійкою. Особливо стійкими проти корозії є сталі леговані сукупністю легуючих компонентів.
Пасивація поверхні труб, які знаходяться в землі, цистерн чи інших споруд можлива за рахунок анодної поляризації від зовнішнього джерела струму. Такий захист значно збільшує термін служби споруд.
Для захисту трубопроводів від корозії використовують катодний захист, при якому плюс джерела струму заземлюють (рис. 37).
Рис.
Струм через ґрунт і дефектні місця покриття труб потрапляє в трубу 1 і через провідник 2 відводиться на мінус джерела струму.
Пасивацію металу можна здійснити спеціальними інгібіторами (сповільнювачами), які не змінюють властивостей середовищ, а зменшують активність металу. Наприклад, сповільнює корозію сталі у воді 0,51% розчин уротропіну.
Механізм дії інгібіторів різний. Одні з них абсорбують на всій поверхні, інші вибірково, на окремих ділянках. У першому випадку захищається від корозії вся поверхня, в другому – порушується механізм мікрогальванічних пар. Вибірково діючі інгібітори поділяються на анодні та катодні. До анодних належать інгібітори з окислювальними властивостями (хромати, дихромати, нітриди тощо), які утворюють на поверхні металу пасивні дуже тонкі плівки. Катодні інгібітори гальмують корозію, скорочуючи число катодних ділянок, або поглинають кисень, який знаходиться в розчині.
Література
Алаи С. И. Технология конструкционных материалов. – М.: Просвещение, 1986. – 302 с.
Гуляев А. П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1980. – 456 с.
Дьогтев Г. Ф. Матеріалознавство. – К.: Вища школа, 1975. – 350 с.
Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.
Металловедение / Под ред. Б. Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1986. – 383 с.
Основы материаловедения / Под ред. И. И. Сидорина. – М.: Машиностроение, 1976. – 439 с.
Питання для самостійної роботи
У надрах землі корисних елементів біля 19%. Половина з них – алюміній. Чому ж він дорогий?
Як отримують кольорові метали високої чистоти?
Які особливості термічної обробки мають кольорові метали порівняно із залізовуглецевими сплавами?
Приведіть приклади застосування композиційних матеріалів у техніці.
У чому різниця між такими способами захисту металів від корозії, як дифузійною металізацією, гальванопластикою та анодуванням?
Порошкові матеріали мають багато потрібних для машинобудування властивостей. Чому ж їх виробюництво обмежене?