Атмосферна корозія металів та методи захисту

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

           НАЦІОНАЛЬНИЙ  АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут міського господарства

Факультет екологічної безпеки

Кафедра хімії і хімічної технології

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

(ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА)

З дисципліни«Корозія металів»

Тема: «Атмосферна корозія металів та методи захисту»

 

 

 

 

 

 

 

Завдання видав:___________________    (д.х.н., проф. Ледовських В.М.

                                     (підпис керівника)               /ПІБ керівника/

                              “_______”__________2009 р.

 

Завдання прийняв до виконання:

Студент Іваніцький В.Ю.                                        _______________

                                                                                 (підпис студента)

    Дата видачі  завдання : 16.02.09

    Дата захисту: 14.05.09

Перевірив керівник д.х.н., проф. Ледовських В.М.

Курсова робота захищена з оцінкою:__________________________

Київ 2009

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

           НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

Інститут міського господарства

Факультет екологічної  безпеки

Кафедра  хімії  і хімічної  технології

 

Завдання

на виконання  курсової роботи

студента Іваніцького Віктора Юрійовича

Тема курсової роботи: «Атмосферна корозія металів та методи захисту».

1. Термін виконання  курсової роботи: з 16.02.09р. до 14.05.09р.

2. Зміст роботи: Дослідити атмосферну корозію та методи захисту.

3. Рекомендована література:

1. Жук Н.П. Курс корозии и защиты металлов. - М.: Металлургия, 1976.-472c.

2. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.: Изд. АНСССР, 1959.-599с.

3. Плудек В.Р. Защита от коррозии на стадии проектирования. - М.: Мир, 1980.- 438с.

4. Курсову прийняв  д.х.н. проф. Ледовських В.М.

5. Курсова захищена  з оцінкою:

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснювальна записка  до курсової роботи: “ Атмосферна корозія та методи захисту.” : 21 с., 8 рис., 5 табл., 29 літературних джерел.

 

 

АТМОСФЕРНА КОРОЗІЯ, ВОДНЕВА ДЕПОЛЯРИЗАЦІЯ, ФАКТОРИ АТМОСФЕРНОЇ КОРОЗІЇ , ГЕОГРАФІЧНІ ФАКТОРИ, КАТОДНІ ВКЛЮЧЕННЯ, ТЕМПЕРАТУРА.     

У курсовій роботі детально розглянута атмосферна корозія та причини її виникнення і механізм. Також розлянуто методи  захисту від атмосферної корозії. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

Зміст

1. Класифікація і механізм атмосферної корозії металів . .. ... . .. ... . .. . . .. 5
2. Конденсація вологи на поверхні металу . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. .  . . .. . . . . . . . . .7
3. Особливості атмосферної корозії металів її контролюючий процес . . . . ..  10
4. Фактори атмосферної корозії . . . .. . . . . . .. . .. . .. . . .. . . . . . . .. . . ..  .. . . . . . . .. . . 11

4.1. Географічний фактор . . .. .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . ..  14

4.2.  Катодні включення . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . …. . . .. . . . . . . . .. . . . . . . ..15

4.3. Температура .. . .. .. . . . . .. . . . . .. .  .  . .. . . . . . . . . . .. . . . ..  .. . . . . . ..  .16

5. Методи захисту від атмосферної корозії . . .  . . .. . . .. . .. . .. . . .. . . . . . . . .   .. . ..  17

  Висновок . . ..   . .. . ..  .. . .. . . . .. . .. . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . . . .. . . ..  . . . .. . . .. . . . . . . 18

Список  використаної літератури . .. . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .  . . .. . . . . . . . . . . . .19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Атмосферна корзія металів

Атмосферна  корозія металів є найпоширенішим видом корозії. Приблизно 80% металевих конструкцій експлуатуються в атмосферних умовах: машини і різне металеве обладнання промислових підприємств, сільськогосподарські машини, стальні мости, каркаси і металеві крівлі будівель, різні види транспорту та ін.

1.1. Класифікація і механізм атмосферої корозії металів

Основним  чинником, що визначає механізм і швидкість  атмосферної корозії є ступінь зволоженості поверхні металів. По ступеню зволоженості  поверхні металів які піддаються корозії розрізняють наступні типи:

          1. мокру атмосферну корозію — корозію за наявності на поверхні металу видимої плівки вологи. Атмосферна корозія цього типу спостерігається при відносній вологості повітря близько 100%, коли є краплина конденсація вологи на поверхні металу, а також при безпосередньому попаданні вологи на метал (дощ, обливання конструкції водою і т. д.);

         2. вологу атмосферну корозію — корозію за наявності на поверхні металу як найтоншої, невидимої плівки вологи, яка утворюється в результаті капілярної, адсорбційної або хімічній конденсації при відносній вологості повітря нижче 100%;

  3. суху атмосферну корозію — корозію при повній відсутності плівки вологи на поверхні металу.

Ділення це условне, оскільки в практичних умовах можливі взаємні переходи одного типу корозії в іншій. На мал.1 приведена якісна залежність швидкості атмосферної корозії металів від товщини шару вологи но поверхні  металу.

 

 

^40

_I§>20

_I

Рис.1. Характер залежності швдкості атмосферної корозії металів від товщини шару волги h на поверхні метала: І – область сухої атмосферної корозії (h=10*100А); ІІ – область вологої атмосферної корозії (h=10*1000А); ІІІ – область мокрої атмосферної корозії (h=1 мкм*1 мм);ІV – корозія при повному зануренні в електроліт (h > 1 мм)

Рис.2. Кінетика зростання окисних плівок на різних металах в кисні або сухому повітрю  при кімнатній температурі

 

По механізму протікання процесу атмосферна корозія підрозділяється на електрохімічну (мокру і вологу атмосферну корозію) і хімічну (суху).

Механізм сухої атмосферної корозії металів аналогічний хімічному процесу освіти і зростання на металах плівок продуктів корозії. Процес сухої атмосферної корозії металів спочатку протікає швидко, але з великим гальмуванням під час так, що через деякий час, близько декількох або десятків хвилин, встановлюється практично постійна і дуже незначна швидкість (Рис.2.), що обумовлене невисокими температурами атмосферного повітря. Так утворюються на металах в кисні або сухому повітрі тонкі окисні плівки і поверхня металів темніє. Якщо в повітрі містяться інші гази, наприклад сірчані сполуки, захисні властивості плівки продуктів корозії, що утворюються, можуть знизитися, а швидкість корозії у зв'язку з цим декілька зрости. Проте, як правило, суха атмосферна корозія не приводить до значного корозійного руйнуванню металевих конструкцій.

Мокра атмосферна корозія металів по своєму механізму наближається до електрохімічної корозії при повному зануренні металу в електроліт, відрізняючись від неї меншою важкістю дифузії кисню тонкими шарами електроліту в присутності енергійного самоперемішування електроліту в цих тонких шарах конвекцією. Цей вид атмосферної корозії металів протікає, по даним І. Л. Розенфельда, з переважним катодним контролем при основній ролі дифузії кисню.

 

 

2. Конденсація вологи на поверхні металу

Видима плівка вологи на поверхні металу, що приводить 
до протікання мокрої атмосферної корозії, виникає в результаті безпосереднього попадання електроліту на поверхню металу (дощ, обливання конструкції водою або іншим електролітом) або фізичній краплинній конденсації вологи, яка відбувається при відносній вологості повітря, близькій до 100%.

Рис.3. Вплив форми поверхні рідини на тиск насичених парів:

а – ввігнутий меніск; б – прямий меніск; в  -випуклий меніск

 

Плівка вологи на поверхні металу, в результаті взаємодії якої з металом відбувається волога атмосферна корозія, виникає при відносній вологості атмосферного повітря нижче 100%. Причинами появи плівки вологи  є  наступні   три процеси:

1. Капілярна конденсація вологи обумовлена залежністю тиску пари, що насичує простір, від форми поверхні і ступеня кривизни меніска рідини, над яким встановлені рівноважні тиски парів.

Рис.4. Можливі центри капілярної конденсації вологи при атмосферної корозії метала: 

1 – мікротріщини на поверхні  метала; 2 – тверді частки н  аповерхні метала; 3 – пори в  плівці подуктів корозії; 4 – зазори  між деталями конструкції

 

Як показано на рис.4. рівноважний тиск насичених парів найбільше над випуклим меніском, а найменше – над ввігнутим меніском, причому залежність останього від радіуса кривизни ввігнутого меніска r визначається за формолою Томсона:

p₁= p₀ exp (- 2σν_м/RTr),                                                                                              (1)

де p₁ і p₀ – тиски насичених парів над увігнутим і плоским меніском відповідно; а — поверхневий натяг рідини; ν_м  — молярний об'єм рідини;

R— газова стала; Т — абсолютна температура; r— радіус кривизни увігнутого меніска.

     Можливi центри капiлярної конденсації вологи при атмосфернії корозії метала: 1 — мікрощилини на поверхні метала; 2 — тверді частинки на поверхні метала; 3 — пори в плівці продуктів корозії; 4 — зазори між деталями конструкції,

 

Із зменшенням радіусу кривизни увігнутого меніска зменшується тиск насиченої водяної пари над цим меніском (табл.2).

 

Таблиця 2 
  Залежність тиску насиченого пару р₁ від

радіуса кривизни ввігнутого меніска  r

при 25 ⁰С

 

Відносна вологість, %

Рис.5. Залежність товщини адсорбційної плівки

із чистої тонко шліфованої поверхні заліза від  вілносноії

вологості атмосферного повітря

      Таким чином, наявність капілярів із стінками, що змочуються, приводить до конденсації водяної пари, не насиченої по відношенню до плоского меніска рідини.      Подібними капілярами на поверхні металу є: мікрощілі на поверхні металу, які осіли на на поверхні металу тверді частинки, пори в оксидній плівці або в продуктах корзії металів, зазори між деталями конструкцій (рис.4).

 

 

2. Адсорбційна конденсація вологи обумовлена проявом  адсорбційних сил на поверхні метала і здатна створювати   шар вологи завтовшки до декількох десятків молекулярних шарів (рис.5). Крім того, згідно рівнянню (1)_, потенціал меніска рівний 2σν_м/r, тобто оберненно пропорційний радіусу кривизни меніска, а, потенціал адсорбційних сил, як показують відповідні розрахунки,оберненно пропорційний кубу радіусу. Тому якщо в широких капілярах переважає капілярна конденсація вологи, то в тонких капілярах переважає ефект дії адсорбційного поля.

3. Хімічна конденсація вологи — продовження розвитку адсорбційної конденсації у вигляді хімічної взаємодії  продуктів корозії з водою з утворенням гідратованих сполук, яким відповідає знижений тиск насиченої водяної пари. Нижче приведені дані про тиск водяної пари (мм рт. ст.), що знаходиться в рівновазі з кристалогідратами СuSO₄ при 25° C:

Чиста Н₂O 23,8

Насичений розчин СuSO₄   . 23,1

СuSO₄*5Н₂O + СuSO₄*3Н₂O 7,4

СuSO₄*3Н₂O + СuSO₄*Н₂O 5,6

СuSO₄*Н₂O + СuSO₄ 0,8

Крім того, подальшу конденсацію вологи полегшує наявність на поверхні металу плівки розчину солі, якому також відповідає  знижений тиск  насиченої  водяної  пари  (табл.3).

Таблиця.3

Тиск водяної  пари над насиченими водними розчинами солей при 20⁰C

Нас0TH насичений розчин солі солі	Відносна волога %	Відноснарн2о мм.рт.ст. м	насичений розчин солі	Відносна волога %	Відноснарн2о мм.рт.ст.
ZnCl2 CaCl2 Zn(NO3)2 NH4 NO3 NaCl	10 35 42 67 78	0.23 0.82 0.98 1.56 1.62	Na2SO4 КCl ZnSO4 КNO3 К2SO4	1,89 2,00 81 86 91 93 99	1.89 2.00 2.12 2.17 2.31

 

3. ОСОБЛИВОСТІ  АТМОСФЕРНОЇ КОРОЗІЇ МЕТАЛІВ  І ЇЇ КОНТРОЛЮЮЧИЙ ПРОЦЕС

Особливості атмосферної корозії металів  пов'язані з малою товщиною шару електроліту на поверхні металу. Електролітом при цьому є як сама волога, так і зволожений шар продуктів корозії металу.

Для атмосферної  корозії металів характерна легкість доступа кисню до поверхні металу, яка обумовлена малою важкістю дифузії кисню тонкими шарами електроліту і наявністю енергійного самоперемішування електроліту в тонких шарах конвекції. Це приводить до того, що атмосферна корозія металів навіть під кислою тонкою плівкою, волога протікає переважно з кисневою деполяризацією. Разом з тим легкість доступу кисню до поверхні металу полегшує настання пасивного стану металу. Таким чином, із зменшенням товщини шару електроліту катодний процес атмосферної корозії металу полегшується, а анодному процесу важко.

При дуже малій  товщині плівки вологи (адсорбційних плівках) можливе гальмування катодної деполяризацією реакції і анодній реакції гідратації іонів через нестачу води для  їх здійснення.

Мала товщина  шару електроліту при атмосферній, корозії металів приводять до помітного збільшення омового опору електроліту при роботі корозійних мікропар.