Коррозия металлов и способы защиты от нее

Реферат на тему:

 Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозией называют разрушение металлов и сплавов под действием внешней среды. Интенсивность коррозии зависит от многих факторов: концентрации кислорода, присутствия в атмосфере паров воды, углекислого, сернистого газов, сероводорода, окислов азота. Скорость разрушения увеличивается с ростом количества в воде солей, а также при наличии разноименных металлов. Различают коррозию химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия — результат взаимодействия поверхностных слоев с газами или жидкостями, когда металл вступает в химическое взаимодействие с агрессивной средой. Образующиеся при этом соединения (окислы, соединения железа или другого металла с серой, фосфором, хлором и т.д.) обладают пониженной механической прочностью, и поверхность детали разрушается. Пример химической коррозии — разрушение гильз цилиндров, поршней и колец двигателей внутреннего сгорания под действием окислов, образующихся при сгорании серы топлива. В высокотемпературной зоне двигателя металл вступает в реакцию с сернистым газом, и на поверхности образуются непрочные пленки сульфида железа. При высоком содержании серы в топливе износ двигателя из-за коррозии значительно ускоряется.

Электрохимическая коррозия возникает только в присутствии воды. К ней относятся атмосферная коррозия (образование ржавчины при контакте металлов с влажным воздухом), разрушение металлов в почве, воде, при взаимодействии с парами кислот и щелочей и т.д. Водные растворы многих веществ и соединений являются электролитами. При их контакте с металлами появляются слабые электрические токи, достаточные, тем не менее, для того, чтобы атомы металла переходили в раствор электролита. Возникает электрохимическая коррозия, когда в воде растворено даже незначительное количество щелочей, кислот, солей, кислорода, водорода, углекислого газа. Она наблюдается, например, в системах водяного охлаждения двигателей. Жидкостная электрохимическая коррозия может возникать в двигателе, когда автомобиль или трактор работают с недогрузкой, особенно в холодное время года. В этом случае пары воды, образующиеся при сгорании водорода топлива, конденсируются, превращаются в жидкость, а окислы серы растворяются в ней и образуют разбавленные серную и сернистую кислоты.

По характеру разрушения различают коррозию поверхностную общую и местную. Первая охватывает всю или значительную часть поверхности, вторая представляет собой отдельные язвы, пятна, точки различной глубины. Местная коррозия более опасна, так как нередко отдельные участки поражаются на большую глубину, Появляется она обычно в тех местах, где были царапины, риски и другие механические повреждения. Возможна коррозия и в виде микротрещин которые распространяются в глубь металла. Если микротрещины расположены между кристаллами металла, то это межкристаллитная коррозия—наиболее опасный вид разрушения, поскольку внешне на поверхности заметить ее невозможно, в то время как прочность металла снижается очень сильно.

Из-за коррозии в мире ежегодно гибнет до 10—15% выплавленных металлов. Поэтому борьба с ней приобретает громадное хозяйственное значение и является источником экономии большого количества денежных средств и дефицитных металлов. Способы борьбы с коррозией можно разделить на две большие группы. К первой относятся легирование, химическое и металлическое покрытие, а ко второй—защита поверхности металла смазками и лакокрасочными материалами.

Легирование—это введение в состав сплава элементов, улучшающих свойства металла. В частности, коррозионную стойкость стали можно повысить, если ввести в нее небольшое количество (десятые доли процента) хрома или никеля. В сельскохозяйственном производстве и машиностроении довольно широко применяются нержавеющие стали и некоторые другие. Эти материалы устойчивы к действию атмосферной коррозии, паров многих кислот и щелочей. При одновременном введении хрома, никеля, титана появляется устойчивость к межкристаллитной коррозии, в том числе при высокой рабочей температуре. Несмотря на высокую антикоррозионную стойкость, использование нержавеющих сталей ограничено вследствие дефицитности легирующих добавок.

Значительное распространение в машиностроении нашло химическое покрытие металлов — создание на поверхности деталей защитных пленок. Для стали и чугуна используют оксидирование, для алюминия, магния и их сплавов—анодное оксидирование (анодирование), для медных и цинковых сплавов—хромирование. Сущность такой обработки заключается в погружении и выдержке нагретого металла в специальных растворах или составах. При этом металл на поверхности детали реагирует с определенным элементом (азотом, фосфором и т. д.), образуя прочные окисные пленки толщиной 1—5 мкм. Наиболее простой способ оксидирования—погружение нагретой до 600—650° С детали в минеральное масло. В этом случае образуется тонкий слой окислов железа сине-черного цвета (воронение).

Один из распространенных способов защиты металла от коррозии—фосфатирование — создание на зачищенной и обезжиренной поверхности пленки нерастворимых фосфатов металлов. Фосфатные покрытия стальных изделий после обработки маслами, лаками или красками надежно защищают металл от коррозии и служат хорошими грунтами для лакокрасочного покрытия. Для цинка, алюминия фосфатные пленки служат грунтом под краску, а для магния — надежным средством защиты от коррозии.

Защитная способность покрытия увеличивается нанесением водоотталкивающих (гидрофобных) пленок. Для этого фосфатированные изделия погружают на 7— 10 мин в 10 %-ный раствор кремнийорганической жидкости ГКЖ-84 в бензине Б-70, выдерживают на воздухе до испарения бензина и сушат 40—50 мин при 110—130°С. Такие пленки не смачиваются водой, а по антикоррозионной стойкости не уступают лакокрасочным покрытиям.

Металлические покрытия на поверхности изделия можно получить разными способами: погружением в расплавленный металл, гальванической обработкой, распылением, плакированием. При погружении деталей в расплавленный металл образуется защитная пленка, не только устойчивая к действию коррозионно-активных веществ, но и обладающая высокой механической прочностью. Таким способом покрывают изделия оловом (лужение), цинком (цинкование) и другими металлами и сплавами.

Гальваническое покрытие — осаждение слоя защитного металла на поверхности детали из раствора электролита, через который пропускают электрический ток. Это наиболее совершенный вид покрытия, обеспечивающий создание равномерной прочной защитной пленки (получение цинкованных, хромированных и других поверхностей).

Цинкование применяют для защиты от коррозии деталей машин, работающих вне помещения, а также в закрытых помещениях с умеренной влажностью, загрязненных газами и продуктами сгорания. Преимущество цинковых покрытий — сохранение защитных свойств при малой толщине, наличии пор и обнаженных участков: в первую очередь разрушается цинк, изделие коррозии не подвергается. Кадмирование (покрытие слоем кадмия толщиной 10—15 мкм, для тяжелых условий 20—25 мкм) позволяет обеспечить защиту стальных деталей в условиях контакта с кислыми растворами, щелочами, морской и горячей водой.

Распыление (электрометаллизация) заключается в нанесении на поверхность специальным аппаратом расплавленного защитного металла. На прокатных станах металлургических предприятий можно получать биметаллические материалы, например, черные металлы, покрытые тонким слоем нержавеющей стали или меди (плакирование). Эффективным способом защиты от коррозии является нанесение на поверхность металла газрпламенной наплавкой нескольких слоев полимеров и др.

Все перечисленные способы борьбы с коррозией осуществимы, главным образом, на машиностроительных заводах. Значительно реже некоторые из них применяют на специализированных ремонтных предприятиях. Основные способы предотвращения коррозионного разрушения, которые можно использовать при хранении техники, эксплуатации тракторов и автомобилей в колхозах и совхозах — это смазка и окраска поверхностей.

Для защиты неокрашенных поверхностей тракторов  и сельскохозяйственных машин при  хранении часто используют защитные пластичные смазки. Специальные защитные смазки для предохранения наружных поверхностей тракторов, комбайнов и сельскохозяйственных машин обеспечивают удовлетворительное антикоррозионное действие при температуре наружного воздуха от — 50 до +50° С. Смазки наносят нагретыми до 110—115° С пульверизатором или кистью на тщательно подготовленную поверхность. Толщина покрытия — около 0,5 мм. Иногда смазку наносят в несколько слоев, при этом температура каждого последующего слоя должна быть на 10—15° С ниже предыдущего. При хранении сельскохозяйственной техники нередко применяют растворы строительных битумов в бензине. Наиболее распространено покрытие новых деталей и запасных частей техническим вазелином слоем 1,0—1,5 мм. Запасные части на складах целесообразно хранить обернутыми в промасленную бумагу.

Перспективным при внутренней консервации двигателей, агрегатов трансмиссий, редукторов и других механизмов является использование рабоче-консервационных масел. Их готовят, добавляя 5% антикоррозионной присадки к товарном маслу. Для приготовления такой смеси необходимое количество присадки при перемешивании растворяют в нагретом до 60—70° С товарном масле, содержащем комплекс присадок. Готовый продукт заливают в консервируемый двигатель, агрегат и дают ему поработать примерно 5 мин. После этого машина готова к хранению. Образовавшаяся на поверхности защитная пленка обладает высокой прочностью, стойка к окислению, не допускает проникновения влаги к металлу, срок ее защитного действия — более 2 лет. В случае, необходимости агрегат может быть пущен в работу без расконсервации, по мере надобности добавляют рекомендованное для эксплуатации масло при консервации наружных поверхностей присадку АКОР-1 можно применять и в чистом виде. Она представляет собой густую (вязкость около 100 сСт при 100° С) маслянистую жидкость от темно-коричневого до черного цвета.

Предотвращение коррозии в системах водяного охлаждения автомобильных и тракторных двигателей достигается введением в охлаждающую воду специальных соединений, замедляющих разрушение. Эти вещества образуют на поверхности металла защитную пленку, которая препятствует окислению металла. Для практического применения можно рекомендовать добавление в воду средней жесткости 2,5—3,0 г/л тринатрийфосфата, около 1г/л нитрата натрия и др. Чем выше жесткость воды, тем больше нужно вводить этих веществ.

Наиболее распространенный способ защиты поверхностей — окраска, которая надежно предохраняет металл от атмосферной коррозии. Она обязательно проводится при ремонте машин.