Газовая коррозия металлов

Министерство образования  Российской Федерации

Старооскольский технологический институт (филиал)

Национального исследовательского технологического университета

«Московский Институт Стали  и Сплавов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

по дисциплине «Защита металлов от коррозии»

На тему: «Газовая коррозия металлов»

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                       Выполнила:

                                                                                                                       студентка группы

                                                                                                                       СТС-09-2зс

                                                                                                                       Разинкова Е.Г.

                                                                                                                       Проверил:

                                                                                                                     Тимофеев П.В.

                                                                           

 

 

 

 

 

 

Старый Оскол, 2012

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………………………...

1 Виды коррозии металлов………………………………………………………………..

1. Газовая коррозия металлов…………………………………………………...

Заключение………………………………………………………………………………………...

Библиографический список………………………………………………………………………

 

Введение

 

 

Металлы и сплавы могут  разрушаться под действием химического (химическая коррозия), электрохимического (электрохимическая коррозия) и механического (эрозия) воздействий внешней среды.

Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды  называют коррозионной стойкостью.

Коррозия металла или сплава происходит, как правило, на границе раздела фаз, т. е. на границе соприкосновения твердого вещества с газом или жидкостью.

Коррозионные процессы подразделяются на следующие виды: по механизму взаимодействия металла  со средой; по виду коррозионной среды; по виду коррозионных разрушений поверхности; по объему разрушенного металла; по характеру  дополнительных воздействий, которым  подвергается металл одновременно с  действием коррозионной среды.

По механизму взаимодействия металла со средой различают химическую и электрохимическую коррозию.

Коррозию, протекающую под  влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, относят к биологической коррозии, а протекающую под действием  радиоактивного излучения - к радиационной коррозии.

По виду коррозионной среды, участвующей в коррозионном разрушении металла или сплава, различают  коррозию в жидкостях-неэлектролитах, коррозию в растворах и расплавах электролитов, газовую, атмосферную, подземную (почвенную) коррозию, коррозию блуждающим током и др.

По характеру изменения  поверхности металла или сплава или по степени изменения их физико-механических свойств, в процессе коррозии независимо от свойств, среды коррозионные разрушения бывают нескольких видов.

 

1 Виды коррозии металлов

 

 

1 Если коррозия охватывает всю поверхность металла, то такой вид разрушения называется - сплошной коррозией. К сплошной коррозии относится разрушение металлов и сплавов под действием кислот, щелочей, атмосферы. Сплошная коррозия может быть равномерной, т. е. разрушение металла происходит с одинаковой скоростью по всей поверхности, и неравномерной, когда скорость коррозии на отдельных участках поверхности неодинакова. Примером равномерной коррозии может служить коррозия при взаимодействии меди с азотной, железа - с соляной, цинка - с серной кислотами, алюминия - с растворами щелочей. В этих случаях продукты коррозии не остаются на поверхности металла. Аналогично коррозируют железные трубы на открытом воздухе. Это легко увидеть, если удалить слой ржавчины; под ним обнаруживается шероховатая поверхность металла, равномерно распределенная по всей трубе. 
         2 Сплавы некоторых металлов подвержены - избирательной коррозии, когда один из элементов или одна из структур сплава разрушается, а остальные практически остаются без изменений. При соприкосновении латуни с серной кислотой происходит компонентно-избирательная коррозия - коррозия цинка, а сплав обогащается медью. Такое разрушение легко заметить, так как происходит покраснение поверхности изделия за счет увеличения концентрации меди в сплаве. При структурно-избирательной коррозии происходит преимущественно разрушение какой-либо одной структуры сплава, так, например, при соприкосновении стали с кислотами феррит разрушается, а карбид железа остается без изменений. Этому виду коррозии особенно подвержены чугуны. 
        3 При местной коррозии на поверхности металла обнаруживаются поражения в виде отдельных пятен, язв, точек. В зависимости от характера поражений местная коррозия бывает в виде пятен, т. е. поражений, не сильно углубленных в толщу металла; язв - поражений, сильно углубленных в толщу металла; точек, иногда еле заметных глазу, но глубоко проникающих в металл. Коррозия в виде язв и точек очень опасна для таких конструкций, где важно поддерживать условия герметичности и непроницаемости (емкости, аппараты, трубопроводы, применяемые в химической промышленности). 
        4 Подповерхностная коррозия начинается с поверхности металла в тех случаях, когда защитное покрытие (пленки, оксиды и т. п.) разрушено на отдельных участках. В этом случае разрушение идет преимущественно под покрытием, и продукты коррозии сосредотачиваются внутри металла. Подповерхностная коррозия часто вызывает вспучивание и расслоение металла. Определить ее возможно только под микроскопом. 
        5 Щелевая коррозия - разрушение металла под прокладками, в зазорах, резьбовых креплениях, в клепаных соединениях и т. п. Она чаще развивается на участке конструкции, находящейся в зазоре (щели). 
        6 Межкристаллитная коррозия - разрушение металла по границам кристаллитов (зерен) с потерей его механической прочности, внешний вид металла при этом не меняется, но он легко разрушается на отдельные кристаллики под механическим воздействием. Объясняется это образованием между зернами металла или сплава рыхлых, малопрочных продуктов коррозии. Этому виду коррозии подвержены хромистые и хромоникелевые стали, никелевые и алюминиевые сплавы. Чтобы избежать межкристаллитной коррозии, в последние годы широко используют нержавеющие стали с пониженным содержанием углерода или в их состав вводят карбидообразователи - титан, тантал, ниобий (в 5-8 - кратном количестве от содержания углерода). 
При одновременном воздействии на металл или сплав сильно агрессивных сред и механических растягивающих напряжений возможно коррозионное растрескивание, или транскристаллитная коррозия. В этом случае разрушение происходит не только по границам кристаллитов, но разделяется на части сам кристаллит металла. Это очень опасный вид коррозии, особенно для конструкций, несущих механические нагрузки (мосты, оси, тросы, рессоры, автоклавы, паровые котлы, двигатели внутреннего сгорания, водяные и паровые турбины и др.). 
          Коррозионное растрескивание зависит от конструкции аппаратуры, характера агрессивной среды, строения и структуры металла или сплава, температуры и т. д. Например, коррозионное растрескивание углеродистых сталей очень часто происходит в щелочных средах при высоких температурах; нержавеющих сталей - в растворах хлоридов, медного купороса, ортофосфорной кислоты; алюминиевых и магниевых сплавов - под действием морской воды; титана и его сплавов - под действием концентрированной азотной кислоты и растворов йода в метаноле.  
Следует отметить, что в зависимости от природы металла или сплава и свойств агрессивной среды существует критическое напряжение, выше которого коррозионное растрескивание наблюдается часто. 
По характеру дополнительных воздействий, которым подвергается металл, одновременно с воздействием агрессивной среды можно выделить коррозию под напряжением, коррозию при трении и кавитационную. 
          7 Коррозия под напряжением - это коррозия при одновременном воздействии коррозионной среды и постоянных или временных напряжений. Одновременное воздействие циклических растягивающих напряжений и коррозионной среды вызывает коррозионную усталость, т. е. Происходит преждевременное разрушение металла. Этот процесс можно представить следующим образом: сначала на поверхности изделия возникает местная коррозия в виде язв, которые начинают действовать в качестве концентратора напряжений, максимальное значение напряжения будет на дне язв, которое имеет более отрицательный потенциал, чем стенки, в результате чего разрушение металла будет идти вглубь, а язва будет переходить в трещину. Этому виду коррозии подвержены валы гребных винтов. Рессоры автомобилей, канаты, охлаждаемые валки прокатных станов и др. 
          8 Коррозия при трении - разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием коррозионной среды и трения. При колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды происходит коррозия истиранием, или фреттинг-коррозия. Устранить коррозию при трении или вибрации возможно правильным выбором конструкционного материала, снижением коэффициента трения, применением покрытий и т.д.

9 Газовая коррозия - это химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило не более 0,1%) или при высоких температурах. В химической и нефтехимической промышленности такой вид коррозии встречается часто. Например, при получении серной кислоты на стадии окисления диоксида серы, при синтезе аммиака, получении азотной кислоты и хлористого водорода, в процессах синтеза органических спиртов, крекинга нефти и т.д.  
        10 Атмосферная коррозия - это коррозия металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа.  
        11 Подземная коррозия - это коррозия металлов в почвах и грунтах.  
        12 Контактная коррозия - это вид коррозии, вызванный контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите.

 

 

 

1.1 Газовая коррозия металла

 

Химический состав и структура  металла влияют на коррозионную стойкость  в конкретных средах. Большее значение имеет стойкость защитных пленок в зависимости от характеристики среды. Так, в газовых средах стойкость этих пленок определяется диффузией ионов в кристаллической решетке окислов, а примеси в металлах и сплавах могут не только ухудшать их коррозионную стойкость (азот в коррозионностойких сталях в условиях коррозионного растрескивания), но и значительно повышать их устойчивость (лактаниды в жаростойких сталях, бериллий в сплавах меди и др.).

В случае окисления металлов и сплавов при высоких температурах в металлической фазе протекает  диффузия растворившихся в металле  компонентов, точечных дефектов в форме  вакансий и легирующих компонентов. Эти процессы могут проявляться  как каждый в отдельности, так  и в различных сочетаниях.

В основе внутреннего окисления  лежит формирование продукта реакции  внутри металлической фазы (твердые  растворы и др.), отличающегося по физико-химическим свойствам от исходного  металла. Внутреннее окисление происходит при условии растворимости окислителя в металле, причем подвижность растворенного  окислителя в металле должна быть больше, чем подвижность электроотрицательного  компонента сплава. При этом скорость диффузии окислителя растет параболически.

Зона внутреннего окисления  возникает в сплавах, имеющих  легирующую добавку. Так, в сплаве железо — никель окалина состоит из окислов  железа, и поверхность сплава более  инертна к коррозии, поэтому в  металлической фазе возникают два  противоположно направленных потока частиц разных металлов (Ni и Fe) и одновременно происходит диффузия кислорода в глубь сплава. Если сплав окисляется полностью внутри, т. е. без поверхностной окалины, то образуются две зоны: внутренняя, состоящая из основного металла без включения легирующего элемента, и внешняя, состоящая из основного металла и включений легирующего элемента и окислителя.

Внутреннее окисление  при отсутствии внешней пленки обычно происходит в сплавах на основе золота, серебра, никеля и др. При этом глубина  зоны окисления увеличивается пропорционально  квадратному корню из времени  и зависит от молярной доли легирующего  компонента в сплаве. Такое окисление  наблюдается при 850°С

Переход от внутреннего окисления  сплавов к внешнему для сплавов, в которых основной компонент не окисляется, происходит при повышенной концентрации менее благородного растворенного компонента до концентрации, достаточной для образования критического объема окисла в коррозионном очаге. Выпадающие при этом частицы окислов препятствуют дальнейшему проникновению кислорода внутрь металла, блокируя пути диффузии.

Внутреннее окисление  при образовании внешней пленки происходит в сплавах типа Cu — Be, Cu — Аl, Cu — Zn, Ni-Cr и др. При 800-1000°С внешняя пленка растет за счет диффузии к поверхности ионов более благородного металла. Например, образование слоя ВеО в сплаве Cu - Be препятствует диффузии катионов меди к внешней части пленки, но благодаря наличию пор окисление меди может происходить путем переноса кислорода в газовой фазе через поры.

В сплавах Ni — Cr частицы внутреннего окисла Cr₂O₃ выходят во внешнюю пленку. Дальнейшее взаимодействие окисла с поверхностной пленкой, состоящей из NiO, происходит за счет растворения ионов Cr³⁺ в решетке NiO и выпадения NiCr₂O₄ или путем реакции в твердой фазе с образованием того же соединения. Внутренние окислы обычно выпадают в форме сферических частиц или длинных параллельных пластинок, ориентированных перпендикулярно к внешней поверхности и распределенных в ней равномерно.

Для изучения механизма высокотемпературного окисления применяют изотопы, в  частности для цветных металлов ³⁵S. Исследуемый металл сначала окисляют в среде без радиоактивных изотопов. Через определенное время в окислительную среду вводят изотоп и окисляют до образования окалины определенной толщины. Если окислительный процесс происходит благодаря диффузии металла, направленной наружу, то радиоактивный изотоп обнаруживается только в тонких наружных слоях. Когда окисление направлено от металла (например, от меди под тонким слоем золота), изотоп обнаруживается в наружном и внутренних слоях окалины.

 

Заключение

 

 

Основными способами защиты сплавов от газовой коррозии металла  являются рациональный подбор состава  сплава, создание защитных поверхностных  слоев, предварительная обработка  сплавов в окисляющих средах в  условиях пониженных температур.

 

Библиографический список

 

 

1 Кеше Г. Коррозия металлов. М., 1984

2 Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М., 1985

3 Люблинский Е.Я. Что нужно знать о коррозии. Л., 1986

4 Фомин Г.С. Коррозия и защита от коррозии. Энциклопедия международных стандартов. М., 1994