Коррозия металлов

Экономический ущерб от коррозии

 

Экономические потери от коррозии металлов огромны. В США по последним данным NACE [5] ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составили 3,1 % от ВВП (276 млрд. долларов). В Германии этот ущерб составил 2,8 % от ВВП. По оценкам специалистов различных стран эти потери в промышленно развитых странах составляют от 2 до 4 % валового национального продукта. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20 % годового производства стали.[6]

Ржавчина  является одной из наиболее распространенных причин аварий мостов. Так как ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходная масса железа, её наращивание может привести к неравномерному прилеганию друг к друга конструкционных деталей. Это стало причиной разрушения моста через реку Мианус в 1983 году, когда подшипники подъёмного механизма проржавели внутри. Три водителя погибли при падении в реку. Исследования показали, что сток дороги был перекрыт и не были почищен, а сточные воды проникли в опоры моста.[7] 15 декабря 1967 года Серебряный мост, соединяющий Поинт Плезант, штат Западная Виржиния, и Канауга, штат Огайо, неожиданно рухнул в реку Огайо. В момент обрушения 37 автомобилей двигались по мосту, и 31 из них упали вместе с мостом. Сорок шесть человек погибли, и девять серьезно пострадали. Помимо человеческих жертв и травм, был разрушен основной транспортный путь между Западной Виржинией и Огайо. Причиной обрушения стала коррозия. [8]

Коррозия металлов - проблема химии?

Металлы составляют одну из основ цивилизации  на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Начало практического использования человеком железа относят к IX веку до нашей эры. Именно в этот период человечество перешло из бронзового века в век железный.

В XXI веке высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов.

Необходимость осуществления мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят чрезвычайно большой ущерб. По имеющимся данным, около 10% ежегодной добычи металла расходуется на покрытие безвозвратных потерь вследствие коррозии и последующего распыления. Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, так как вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества. К потерям, которые терпит народное хозяйство от коррозии, должны быть отнесены также громадные затраты на всякого рода защитные антикоррозионные мероприятия, ущерб от ухудшения качества выпускаемой продукции, выход из строя оборудования, аварий в производстве и так далее.

Защита  от коррозии является одной из важнейших  проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства.

Коррозия  является физико-химическим процессом, защита же от коррозии металлов – проблема химии в чистом виде.

Целью представленной работы является дать общие сведения о коррозии металлов, её видах и типах, вывести основные методы защиты от коррозионных процессов. Недостаток работы в том, что в  ней не рассмотрены частные случаи коррозии и видов защиты от неё для отдельных металлов, анодный и катодный способы защиты Преимущество в том, что без этого тема раскрыта и даны широкие теоретические сведения о коррозии металлов.

СТРУКТУРА РАБОТЫ

 

1. Введение.
1. Понятие коррозии.

Происхождение термина. Определение коррозии. Употребление термина.

2. Характеристики и сущность коррозионных процессов.
1. Классификация коррозионных сред.

Определение агрессивной среды. Деление агрессивных  сред на неагрессивные, слабо-, средне- и сильноагрессивные. Выявление  степени агрессивности среды. Классификация степени агрессивности сред по отношению к металлическим конструкциям с учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов, представленная в виде таблицы.

2. Скорость коррозии.

Факторы, влияющие на скорость коррозии. Условия эксплуатации металлов, подверженных атмосферной коррозии.

3. Основы теории коррозии.

Стадии  коррозионного процесса. Ионное состояние  – выгодное для металла состояние. Вывод о первопричине коррозии.

1. Классификация коррозионных процессов.

• По типу разрушений.

Сплошная коррозия: сущность и последствия. Местная коррозия: сущность и опасность. Язвенная, точечная, щелевая, контактная, межкристаллическая местная коррозия, коррозионное растрескивание. Понятие питтингов.

• По механизму.
• Химическая коррозия.

Сущность  химической коррозии. Примеры. Катализаторы процесса. Механизм протекания. Газовая коррозия.

• Электрохимическая коррозия.

Сущность  электрохимической коррозии. Схема  процесса. Электрохимическая теория коррозии. Гальванический элемент. Деление  общей реакции взаимодействия металлов и среды на самостоятельные электродные процессы. Понятие и классификация деполяризации. Кислородная деполяризация: сущность, схема и стадии процесса, кинетически-диффузный контроль. Типы электрохимической коррозии. Коррозия в электролитах: классификация в зависимости от характера среды, от условий воздействия жидкой среды на металл. Почвенная коррозия: особенности, скорость, влияние на развитие биологических процессов в почве. Атмосферная коррозия: мокрая и влажная. Коррозия в условиях механических воздействий: коррозионное растрескивание, усталость, кавитация и эрозия.

3. Методы защиты от коррозии.

Проблема  защиты металлов от коррозионных процессов. Задачи химиков.

1. Легирование.

Сущность  легирования. Правило Таммана.

2. Защитные пленки.
3. Грунтовки и фосфатирование.
4. Электрохимическая защита.
5. Силикатные покрытия.
6. Цементные покрытия.
7. Покрытия металлами.

Основные  методы нанесения покрывающего слоя. Группы металлических покрытий.

8. Ингибиторы.

Понятие ингибиторов. Классификация. Эффективность. Примеры.

4. Применение противокоррозионных защитных покрытий
5. Заключение

 

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

1. Оцинкованное железо, по сравнению с луженым, более долговечно. Почему? Какие процессы происходят, если на поверхности оцинкованной емкости (ведра, бака) имеется царапина?

В повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с покрытиями железа цинком и оловом. Листовое железо, покрытое цинком, называют оцинкованным, а покрытое оловом (луженое) – белой жестью. Первое в больших количествах идет на кровли домов, а из второго изготавливают консервные банки. Уже из этого можно сделать вывод о том, что оцинкованное железо более долговечно, потому что кровли находятся в изменчивых метеорологических условиях и в более агрессивной среде, чем консервные банки. Но разберемся в этом вопросе шире. Для этого я предлагаю рассмотреть схему коррозии оцинкованного и луженого железа.

При нарушении  покрывающего слоя коррозия протекает  даже более интенсивно, чем без  покрытия. Трещины и царапины заполняются  влагой и образуются растворы. Цинк более электроотрицателен, чем железо, поэтому его ионы будут преимущественно переходить в раствор, а остающиеся электроны будут перетекать на более электроположительное железо, делая его катодом. К железу-катоду будут подходить ионы водорода и разряжаться, принимая электроны. Образующиеся атомы водорода объединяются в молекулу. Таким образом, потоки ионов будут разделены, а это облегчает протекание электрохимического процесса. Коррозии будет подвергаться цинковое покрытие, а железо на некоторое время будет защищено. Именно на этом основан протекторный метод защиты металлов от коррозии.

При наличии  дефектов на белой жести процесс  коррозии иной, чем для оцинкованного  железа. Олово электроположительнее железа, поэтому катодом становится не железо, а олово. Это значит, что растворению подвергается железо. В результате коррозии слой олова сохраняется, а под ним активно коррозирует железо.

2. Что такое ржавчина? Укажите ее состав, запишите уравнения химических реакций, происходящих при образовании ржавчины.

Ржавчиной называют гидратированный оксид железа. Представляет собой рыхлый порошок светло-коричневого цвета.

Коррозия  железа может быть описана упрощенным уравнением: 4Fe + 3O₂ + 2H₂O = 2 Fe₂O₃ ^. H₂O

 

22

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

1. Введение.
1. Понятие коррозии.
2. Характеристики и сущность коррозионных процессов.
1. Классификация коррозионных сред.
2. Скорость коррозии.
3. Основы теории коррозии.
4. Классификация коррозионных процессов:

• по типу разрушений;

• по механизму:
• химическая коррозия;
• электрохимическая коррозия.

3. Методы защиты от коррозии.

1. Легирование
2. Защитные пленки
3. Грунтовки и фосфатирование
4. Электрохимическая защита
5. Силикатные покрытия
6. Цементные покрытия
7. Покрытия металлами
8. Ингибиторы
4. Применение противокоррозионных защитных покрытий
5. Заключение
6. Список использованной литературы

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Понятие коррозии

Термин  коррозия происходит от латинского слова corrodere, что означает разъедать, разрушать.

Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.

Коррозия металлов – разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.

В тех  случаях, когда окисление металла  необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса, термин «коррозия» употреблять не следует. Например, нельзя говорить о коррозии растворимого анода в гальванической ванне, поскольку анод должен окислятся, посылая свои ионы в раствор, чтобы протекал нужный процесс. Нельзя также говорить о коррозии алюминия при осуществлении алюмотермического процесса. Но физико-химическая сущность изменений, происходящих с металлом во всех подобных случаях, одинакова: металл окисляется.

 

Характеристики  и сущность коррозионных процессов

 

Классификация коррозионных сред

Среда, в которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется коррозионной или агрессивной средой. По степени воздействия на металлы коррозионные среды целесообразно разделить на:

• неагрессивные;
• слабоагрессивные;
• среднеагрессивные;
• сильноагрессивные.

Для определения  степени агрессивности среды  при атмосферной коррозии необходимо учитывать условия эксплуатации металлических конструкций зданий и сооружений. Степень агрессивности  среды по отношению к конструкциям внутри отапливаемых и неотапливаемых зданий, зданий без стен и постоянно аэрируемых зданий определяется возможностью конденсации влаги, а также температурно-влажностным режимом и концентрацией газов и пыли внутри здания. Степень агрессивности среды по отношению к конструкциям на открытом воздухе, не защищенным от непосредственного попадания атмосферных осадков, определяется климатической зоной и концентрацией газов и пыли в воздухе. С учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов разработана классификация степени агрессивности сред по отношению к строительным металлическим конструкциям. С учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов разработана классификация степени агрессивности сред по отношению к строительным металлическим конструкциям, которые представлены в таблице:

Относительная влажность внутри помещений и	Степень агрессивности  среды в зависимости от условий  эксплуатации конструкций
характеристика		внутри зданиий
климатической зоны	на открытом воздухе	в условиях периодической конденсации влаги	без конденсации влаги
60 % сухая	слабая слабая средняя сильная	неагрессивная слабая средняя средняя	неагрессивная неагрессивная слабая средняя
61-75 % нормальная	слабая средняя средняя сильная	слабая средняя средняя сильная	неагрессивная слабая средняя средняя
более 75 % влажная	средняя средняя сильная сильная	слабая средняя сильная сильная	слабая средняя средняя средняя