Коррозия металлов и способы защиты от коррозии

Реферат

на тему:

"Коррозия металлов и способы  защиты от коррозии"

Коррозия металлов

При эксплуатации изделий из металлов и их сплавов дово-дится сталкиваться с явлением разрушения их под действием окружающей среды. Разрушение металлов и сплавов вследствие взаимодействия их с окружающей средой называется коррозией.

Коррозия металлов наносит большой экономический ущерб, вследствие коррозии выходят из строя оборудование, машины,: механизмы, разрушаются металлические конструкции. Особенно сильно подвержен коррозии оборудования, контактирующего с агрессивной средой, например растворами кислот, солей.

Коррозионное разрушение может охватывать всю поверхность ме-талую - сплошная (общая) "коррозия или отдельные участки - местная (локальная) коррозия. зависимости от механизма процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия - это разрушение металла вследствие окисления его окислителями, содержащиеся в коррозионной среде.

Химическая коррозия происходит без возникновения э-ного тока в системе. Такой вид коррозии возникает при кон-такта металлов с неэлектролитами или в газовой среде при высоких температурах (газовая коррозия).

Газовая коррозия случается довольно часто. С ней мы сталкиваемся при коррозии металлов в печах, выхлопных трубах и т.п.. Самыми безопасными для металл «» компонентами газовой среды является кислород О2, пары воды H2O, оксид углерода (IV) СО-2, оксид серы (IV) S02. Коррозионное разрушение железа и его сплавов на воздухе обусловлено окислением его кислородом

4Fe +3 O2 = 2Fe2O3

С повышением температуры скорость газовой коррозии зрос-тае. Наибольший вред наносит электрохимическая коррозия.

электрохимической коррозии называется разрушение ме-талую при контакте с электролитами с возникновением в системе электрического тока.

В этом случае наряду с химическими процессами (отщепленным-ния электронов) происходят и электрические (перенос электронов Рона от одного участка к другому). При этом в результате взаимодействия металла с молекулами воды из коррозионного средовый-ща на нем происходят два процесса: окисление металла Me (анодный процесс):

Me - 2е-= Ме2 +

и восстановление окислителей - компонентов среды (катодный процесс). Как правило, окислителями выступают ионы водорода Н + (коррозия с водородной деполяризацией) или растворенный в воде кислород О2 (коррозия с кислородной деполяризацией). В пер-первом случае при катодного процесса выделяется водород:

а во втором - образуются гидроксид-ионы:

Участки поверхности металла, на которых происходят процессы окисления и восстановления, называют соответственно анодными и катодными

Рассмотрим в качестве примера электрохимической коррозии реакции при электрохимической коррозии железа. Если коррозия происходит в растворе кислоты, то идут следующие реакции:

Коррозия железа в нейтральной или щелочной среде характеризуется следующими реакциями:

Гидроксид железа (II), образовавшийся легко окисляется кислородом воздуха:

Продукт коррозии железа - бурая ржавчина - это смесь гидро-ксидив железа (II) и железа (III), продуктов их разложения и взаимодействия с углекислым газом и другими веществами окружающей среды.

Электрохимическая коррозия может быть усилена, если металл содержит примеси других веществ или неметаллические включения. Например, железо загрязненный примесями меди. При этом вы-проникают гальванические микроэлементы (пара), схему действия которых приведены на рис. 1.

Металл с более отрицательным потенциалом разрушается - его ионы переходят в раствор, а электроны переходят к менее активного металла, на котором происходит восстановление ионов водорода (водородная деполяризация) или восстановление раз-совершаемого в воде кислорода (кислородная деполяризация).

Рис. 1 Схема действия гальванической пары

Итак, при электрохимической коррозии (как в случае контакта разнородных металлов, так и в случае образования микрогальваничних элементов на поверхности одного металла) поток электронов направлен от более активного металла к менее активному (проводника), и более активный металл ко-рода. Скорость коррозии тем больше, чем дальше расположены друг от друга в ряду стандартных электродных потенциалов те, металлы, из которых образовался гальванический элемент (гальваническая пара).

На скорость коррозии влияет и характер раствора электролита. Чем выше его кислотность (то есть меньше pH), а также чем больше содержание в нем окислителей, тем быстрее происходит коррозия. Значительно возрастает коррозия при повышении температуры.

Некоторые металлы при контакте с кислородом воздуха в агрессивной среде переходят в пассивное состояние, при котором резко замедляется коррозия. Например, концентрированная нитратная кислота легко делает пассивным железо, и оно практически не реагирует с концентрированной нитратной кислотой. В таких случа-ях на поверхности металла образуется плотная защитная оксидная пленка, которая препятствует контакту металла со средой.

Защитная пленка всегда на поверхности алюминия. Подобные пленки в сухом воздухе образуются также на Be, Cr, Zn, Ta, Ni, Си и других металлах. Кислород является самым распространенным пассиватором.

Пассивирование объясняется коррозионная стойкость нержавеющих сталей и сплавов.

Защита от коррозии

Коррозия металлов происходит непрерывно и наносит ве-личезних убытков. Подсчитано, что прямые потери железа от коррозии составляют около 10% его ежегодной выплавки. Вследствие коррозии металлические изделия теряют свои ценные технические свойства. Поэтому важное значение имеют методы за-щиты металлов и сплавов от коррозии. Они весьма разнообразны. Назовем некоторые из них.

Защитные поверхностные покрытия металлов. Они бывают металлическими (покрытие цинком, оловом, свинцом, никелем, хро-мом и другими металлами) и неметаллическими (покрытие лаком, краской, эмалью и другими веществами). Эти покрытия изолируется-ют металл от внешней среды. Так, кровельное железо покрывают цинком; из оцинкованного железа изготовляют-ют многочисленные изделия бытового и промышленного назначен-ния. Слой цинка предотвращает коррозию железа, потому цинк, хотя и более активный металл, чем железо (см. ряд стандартных электродных потенциалов металлов, покрытый оксидной пленкой. В случае повреждения защитного слоя (царапины, пробои крыш т.п.) при наличии влаги возникает гальваническая пара Zn | ре. Катодом (положительным полюсом) является железо, анодом (отрицательным полюсом) - цинк (рис. 12.6). Электроны переходят от цинка к железу, где связываются молекулами кислорода (кислородная Деполь-ризации), цинк растворяется, а железо остается защищенным, пока не разрушится весь слой цинка, что требует до-достаточно много времени. Покрытие железных изделий никелем, хромом,

кроме защиты от коррозии, придает им красивый внешнего вида.

Создание сплавов с антикоррозийными свойств.

Введением в состав стали около 12% хрома добывают не-ржавеющими сталь, стойкую против коррозии. Добавки никеля, кобальта и меди по-усиливают антикоррозионные вла-стивости стали

Рис. 2 Коррозионное разрушение цинка в общем паре Zn | Fe

поскольку во-вищуеться склонность сплавов к пассивации. Создание сплавов с антикоррозийными свойств - одно из важнейших направлений борьбы против коррозионных потерь.

Протекторный защиту и электрозащиту. Протекторный за-способности применяют в том случае, когда защищается конструкция (подземный трубопровод, корпус судна), которая находится в среде электролита (морская вода, подземные грунтовые воды и др..). Суть такой защиты поля-ит в том, что конструкцию соединяют с протектором - более активным металлом, чем металл конструкции, которую защищает-ют. Как протектор для защиты стальных изделий обычно используют магний, алю мини, цинк и их сплавы. В про-процессе коррозии протектор является анодом и разрушается, предотвращая тем самым разрушение конструкции (рис. 3). По мере разрушения-ния протекторов их заменяют новыми.

Рис. 3 Схема протекторной защиты

подземного трубопровода

На этом принципе основывается и электрозащиту. Конструк-цию, которая находится в среде электролита, также совместим-ют с другим металлом (обычно куском железа, рейкой т.п.), но через внешний источник тока. При этом конструкцию, которую защищают, подсоединяют к катоду, а металл-к аноду источника тока. Электроны отщепляются от ано-да источником тока, анод (защитный металл) разрушается, а на катоде происходит восстановление окислителя.

Электрозащита имеет преимущество над протекторным защитой: радиус действия первого около 2 000 м, второго - около 50 м.

Изменение состава среды. Для замедления коррозии ме-талевых изделий к электролита вводят вещества (чаще органические), которые называют замедлителями коррозии, или ингибиторами, их применяют в тех случаях, когда металл необходимо защищать от разъедания кислотами. Ученые создали ряд ингибиторов (препараты марок 4M, ПБ и др.), при к-данные к кислоте в сотни раз замедляют растворение (коррозию) металлов.

последнее время разработаны летучие (или атмосферные) Инге-биторы. Ими пропитывают бумагу, которой обертывают металлические вы-делай. Пара ингибиторов адсорбируется на поверхности металла и об-рюе на ней защитную пленку.

Ингибиторы широко применяют при химической очистке от накипи паровых котлов, снятии окалины с обработанных дета-лей, а также при хранении и перевозке соляной кислоты в стальной таре. К неорганическим ингибиторов относятся нитриты, хроматы, фосфаты, силикаты. Механизм действия ингибиторов является предме-том исследования многих ученых.