Коррозия металлов и металлизация

Федеральное агентство  по образованию

ГОУ ВПО «Вологодский государственный

технический университет»

 

 

 

 

 

Кафедра

 

 

 

Контрольная работа №1

По защите от коррозии и старения машин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            Выполнил:

                                                          Студент группы:

                                                       Шифр:   

                                                       Домашний адрес: 

                                                           

                                                       Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Классификация коррозионных процессов по виду(геометрическому характеру) коррозионных разрушений на поверхности или в объеме металла.

 

Коррозия – физико-химический процесс взаимодействия металлов с окружающей средой, в результате которого происходит ухудшение их эксплуатационных характеристик.

 

Классификация коррозионных процессов

 

 

 

По механизму процесса                   По характеру коррозионного

                                                                                         разрушения

      По условиям  протекания 

                Коррозии

 

По характеру различают  следующие виды коррозии:

1)Сплошную или общую  коррозию, охватывающую всю поверхность металла, находящегося под воздействием данной коррозионной среды. Сплошная коррозия бывает:

а)равномерной, которая  протекает с одинаковой скоростью  по всей поверхности металла(например, коррозия углеродистой стали в растворах H2SO4

 

 

 

 

 

б)неравномерной, которая протекает с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла(например, коррозия углеродистой стали в морской воде)

 

 

 

 

 

в)избирательной, при  которой разрушается одна структурная  составляющая сплава(графитизация чугуна) или один  компонент сплава( обесцинкование латуней)

 

 

 

 

2) Местную коррозию, охватывающую  отдельные участки поверхности  металла. Местная коррозия бывает:

а)Пятнами – в виде отдельных пятен(например, коррозия латуни в морской воде)

 

 

 

 

 

б)язвами – коррозийное  разрушение, имеющее вид раковины(например, коррозия стали в грунте)

 

 

 

 

 

в)Точечной (питтинг) –  в виде отдельных точечных поражений (например, коррозия аустенитной хромоникелевой стали в морской стали)

 

 

 

 

 

г)Сквозной, которая вызывает разрушение металла насквозь (например, при точечной или язвенной коррозии листового металла)

 

 

 

 

 

д) Нитевидной, распространяющейся в виде нитей преимущественно под неметаллическими защитными покрытиями (например на углеродистой стали под пленкой лака)

 

 

 

 

 

 

е)Подповерхностной, начинающейся с поверхности, но преимущественно распространяющейся под поверхностью металла таким образом, что разрушение и продукты коррозии оказываются сосредоточены в некоторых областях внутри металла;подповерхностная коррозия часто вызывает спучивание металла и его расслоение(например, образование пузырей на поверхности недоброкачественного прокатного листового металла при коррозии или травлении)

 

 

 

 

 

 

ж) Межкристаллитной –  распространяется по границам кристаллов(зерен) металла(например, коррозия в некоторых  участках хромоникилевой стали Х18Н10 после ее замедленного охлаждения или нагрева при 500-850 градусах Цельсия); этот вид коррозии особо опасен тем, что не изменяется часть внешнего вида металлической конструкции, ведет к быстрой потере прочности и пластичности.

 

 

 

 

 

 

з)Ножевой – локализованная коррозия металла, имеющая вид надреза  ножом в зоне сплавления сварных  соединений в сильно агрессивных  средах(например, случаи коррозии сварных  швов хромоникелевой стали Х18Н10 с  повышенным содержанием углерода в  крепкой HNO3)

 

 

 

 

 

 

и)Коррозионным растрескиванием  – коррозия металла при одновременном  воздействии коррозионной среды  и внешних и внутренних напряжений растяжения с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин(например, коррозия некоторых деформированных сплавов магния с алюминием в атмосфере или воде при наличии растягивающих напряжений и так называемое сезонное растрескивание холодно деформируемых альфа и бета латуней, содержащих более 8-10 % цинка, при коррозии в атмосфере содержание NH3, SO2 и др.)

 

 

 

 

 

 

к)Коррозионной хрупкостью, приобретает металл в результате коррозии(например, водородное охрупчивание труб из высокопрочных сталей в условиях сероводородных нефтяных скважин); под хрупкостью следует понимать свойство металла разрушаться без заметного поглощения механической энергии в необратимой форме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Металлизация. Сущность метода получения металлизационных  покрытий. Технология, преимкщества  и недостатки металлизации.

 

Как известно существует несколько способов металлизации изделий, получивших широкое распространение. Отличаются они технологиями нанесения металлов.

 

Механический  способ металлизации

Самым распространенный способ металлизации как по применению, так и по времени применения. С  древних времен человек стремился облечь в различную металлическую оболочку изделия с целью придания им декоративных свойств, повышения прочности, износостойкости и др. Достаточно вспомнить щиты, колесницы, отделку храмов и дворцов, элементов одежды. Да и в настоящее время механический способ металлизации еще находит применение. Метал на осове крепится обволакиванием, огибанием, заклепыванием, склеиванием, горячим тиснением или заливкой (сваркой).

Существенным  недостатком механического способа  металлизации является неоправданно высокий расход металла. Среди примеров применения данного вида металлизации можно привести фольгированный текстолит, применяемый в электронной промышленности, изделия покрытые сусальным золотом или другим тонким металлом.

 

Физический  способ металлизации

Данная технология металлизация более сложная, чем  механическая. Причина в том, что  для реализации необходимо иметь  специальное оборудование. Металлическое  покрытие наносится методом окунания, намазывания, обрызгивания, взрывания, напыления или напаривания, окрашиванием. Сложность процесса состоит и в том, что необходимо иметь пластмассы, легко смачиваемые расплавами металлов, а также выдерживающими высокие температуры. Поэтому данный вид металлизации применяется в основном для нанесения металлов на металлы, керамику и стекло. Сейчас успешно применяется метод горячего нанесения металла. Металлы расплавляются в пламени газовой горелки, в электрической дуге или в потоке плазмы а затем сжатым воздухом или газом разбрызгивается на покрываемую поверхность. Учитывая размеры частиц металла, а также скорость нанесения, они только оплавляют поверхность и прилипают к ней. При данной технологии слои получаются достаточно толстыми и шероховатыми.

Наиболее широкое  распространение получил метод  напыления и напаривания в вакууме. Они так и называются, вакуумная металлизация. Технология вакуумной металлизации универсальна, безвредна для окружающей среды, но для ее реализации необходимо иметь сложное и дорогостоящее оборудование.

К физическому  способу металлизации можно отнести и металлизацию окрашиванием металлическими красками.

Химические  способы металлизации

Химические  способы металлизации удобно классифицировать по типу металлогенных реакций, лежащих  в их основе.

 

Как же получают металлические покрытия химическим методом? Существуют несколько способов химического осаждения металлических покрытий из водных растворов:

1) контактный;

2) контактно-химический;

3) метод химического  восстановления.

Контактный  способ основан на вытеснении ионов  металла из раствора более активным металлом. Примером может быть хорошо известная из школьного курса реакция меднения железного гвоздя, помещенного в раствор сульфата меди.

Контактно-химический способ осаждения металлов заключается  в создании гальванической пары между  металлом основы и более активным металлом. Так, при осаждении серебра на медную основу создают гальваническую пару с помощью более активного металла алюминия или магния. В этом случае более активный металл отдает свои электроны меди и на отрицательно заряженной медной поверхности ионы Ag+ восстанавливаются до металла. Рассмотренный процесс используют при нанесении серебряного покрытия на волноводные трубы и изделия сложной конфигурации из меди и ее сплавов.

Метод химического  восстановления (химическая металлизация) заключается в том, что металлические покрытия получают в результате восстановления ионов металла из водных растворов, содержащих восстановитель.

 

В основе метода лежит реакция взаимодействия ионов  металла с растворенным восстановителем  на поверхности металла. Окисление восстановителя и восстановление ионов металла протекают с заметной скоростью только на металлах, проявляющих автокаталитические свойства. Это означает, что металл, образовавшийся в результате химического восстановления из раствора, катализирует в дальнейшем реакцию окисления восстановителя. Таким свойством обладают никель, кобальт, железо, медь, серебро, золото, палладий, родий, рутений, платина, олово, свинец, индий. Если осаждаемый металл не проявляет автокаталитические свойства, то реакция восстановления ионов металла протекает во всем объеме раствора и приводит к образованию металлического порошка. Вот почему не любой металл можно получить в виде покрытия химическим восстановлением.

Для химического  осаждения металлов используют различные восстановители: гипофосфит, гидразин, формальдегид, борогидрид, боразины, гидразинборан, а также ионы металлов в низшей степени окисления (Fe2 +, Sn2 +, Ti3 +, Cr2 +, Co2 +). Выбор восстановителя определяется главным образом природой осаждаемого металла. Так, например, окисление формальдегида при комнатной температуре катализирует медная поверхность, поэтому формальдегид широко применяют в процессах химического меднения. Гипофосфит в качестве восстановителя используют для получения никелевых и кобальтовых покрытий, так как именно эти металлы обладают в достаточной степени автокаталитическими свойствами.

В настоящее  время разработаны способы получения  покрытий химическим восстановлением  более 20 различных металлов. Этим же методом получают покрытия бинарными и тройными сплавами: Ni-P, Ni-B, Ni-Co-P, Ni-Mo-B, Ni-Cr-P, Ni -Sn-P, Ni-Cu-B и др.

Химические  покрытия в зависимости от функциональных свойств осаждают на черные металлы  и сплавы, цветные металлы, а также  на неметаллические поверхности (пластмасса, керамика, фарфор, стекло). Перед нанесением химического покрытия поверхность образца должна быть подготовлена соответствующим образом. Характер предварительной обработки поверхности зависит от природы материала, на который осаждается химическое покрытие.

Как уже отмечалось, химическое восстановление металлов является автокаталитической реакцией, так как  металлическая пленка, образовавшаяся в начальный период, катализирует дальнейшую реакцию восстановления этого же металла. Но для начальной  стадии восстановления металла необходимо, чтобы покрываемая поверхность проявляла каталитические свойства по отношению к этой реакции. Такими свойствами обладают главным образом металлы d-элементов VIII группы и некоторые другие металлы.

Металлы медь, вольфрам, титан, а также неметаллические материалы не являются катализаторами реакции окисления восстановителя. Поэтому для придания каталитических свойств поверхности ее подвергают специальной обработке - активации.

Существуют  различные способы активации, сущность которых заключается в нанесении металла-катализатора на покрываемую поверхность. Наиболее распространенный способ активации включает две последовательные операции, получившие название "сенсибилизирование" и "активирование". Сенсибилизирование (повышение чувствительности) заключается в обработке поверхности раствором солей Sn2 +, Fe2 +, Ti3 +, Ge2 +. Самым эффективным способом сенсибилизирования является обработка поверхности в растворе SnCl2. Активирование состоит в обработке сенсибилизированной поверхности растворами соединений каталитически активных металлов: Pd, Pt, Ag, Au, Rh, Ru, Os, Ir. Наибольшее распространение получили растворы, содержащие соединения Pd(II).

В последнее  десятилетие широкое применение для активирования поверхности  находят так называемые совмещенные растворы, которые одновременно содержат PdCl2 и SnCl2 .

В результате процесса активации металлический палладий равномерно распределяется тончайшим  слоем по всей поверхности, и на такой  образец уже может быть нанесено химическое покрытие.

 

Растворы для получения химических покрытий в простейшем случае содержат соль металла и восстановитель. Однако такие растворы неустойчивы, и ионы металла восстанавливаются с образованием металлического осадка во всем объеме раствора. В начальный момент времени реакция взаимодействия ионов металла с восстановителем является некаталитической, но по мере образования частиц металла реакция принимает каталитический характер, и скорость ее возрастает с увеличением поверхности осадка.