Корр-ая стойкость железа и его сплавов в различных средах.
Кислые среды при рН<3 сплавы железа корр-ют с образ ионов Fe2+ т.е. растворимые прод корр. Окислителями выступают при этом ионы Н+ так и растворённый в корр среде О2, в окисляющих к-тах дополнительным окислителем выступают анионы таких к-т. В слабых р-рах к-т увеличение скор корр связано не только с ростом конц Н+, но и с улучшением диффузии О2 к пов-ти металла т.к. естественная диффузионно-барьерная оксидная плёнка в растворах таких к-т полностью снимается. В. сильных к-тах пленка раствор-ся при рН=3-4,а в более слабых к-тах при рН=5-. Корр железа в р-рах к-т во многом зав от вида аниона к-ты. В неочень концент к-тах наибольшая скорр растворения железа наблюд в азотной к-те за счёт появления дополнит окислителя аниона NOֿ3, при конц азотной к-ты выше 30% корр уменьш, а при 50% почти прекращается за счёт пассивирующего действия аниона NOֿ3 ,при конц HNO3 94-100% из-за перепассивации железо вновь сильно разруш. В серной к-те до 50-60% конц-ии скор корр возр, далее начинает падать за счёт уменьшения растворимости сульфата железа
. В олеуме при содерж свободного SO3 выше 25% стали не подверг корр. В соляной к-те невысоких конц-й железо и его сплавы корродируют со скор меньшей чем в азотн и серной к-тах за счёт ингибирующего действия адсорбирующихся ионов СГ но при высоких конц-ях соляной к-ты скор корр резко увелич. Коррозионное поведение сплавов железа в фосф к-те аналогично поведению его в серной к-те, в орг к-тахидёт сильная корр которая возраст при доступе О2 и с повышением темпер. Чистое железо корр-ет в к-тах медленнее, чем железо или сталь с большим содер азота, серы, и т.д примесей. Нейтральн среды В раств-х с 3<рН<11,5 в качестве продуктов корр получ-ся вначале Fe(OH)2, далее под действием растворённого в корр-ой среде О2 он частично окисляется в Fe(OH)3. Смесь двух гидроксидов- это ржавчина, онарыхлая и неплотная-увеличивает скор корр за счёт облегчения конденсации влаги на поверх-ти корродирующего металла.И только толстые слои ржавчины способны оказать тормозящее влияние на корр.Скор корр в нейтрал средах, где она контрол-ся диффузией кислорода удваивается при повыш темпер на каждые 30°С Низколегированные стали по корр-ой стойкости в нейтральных средах лишь незначительно превосходят углеродистые Щелочные среды с 1 1,5<рН<13 согласно диагр Пурбе также получ гидроксиды Fe(OH)2 и Fe(OH)3, но как показывает опыт в данных условиях получаются.
упорядоченными и хорошо защищ металл. Сталь и чугун стойки в разбав р-рах щелочей, но в
присутствии ионов СГ наблюдается питтинг В конц р-рах щелочей корр становится более опасной. Кипящие р-ры едкого натра опасны при конц >10% . В щел р-ах при высоких темп хар-но корр растрескивание напряженного металла- щелочная хрупкость.
Корр-ая стойкость нержав сталей к ним относят стали с содерж хрома более 12,5%. Согласно правилу Таммана такие стали облад повышен стойк в условиях Эл/хим корр. Помимо осн легирующ комп-та- хрома вводят также никель, марганец, молибден, медь и т.д. Легир-щие комп-ты могут существенно изменить структуру сталей т.к. изменяют область существования феррита и аустенита. Хромистые стали с 13% хрома в зав от кол-ва углерода могут быть ферритными, ферритно-мартенситными, мартенситными. При содерж никеля получ аустенитные стали (высокие механич св-ва и повышенная корр стойкость). Атмосферная корр Хромистые мартенситные стали сохраняют внешний вид внутри помещений (ножи). При эксплуатации на открытом воздухе мартенситные стали не прим если важен внешний вид изделия. Для отделки автомобил исп ферритные стали с 16-18% хрома или с 18-22% хрома т.к. они сохран красивый внешн вид. Устойчивы они за счёт смазки и воска попадающей на сталь при уходе за автомоб т.к. при испытаниях в промышленной атмосфере они покрываются ржавчиной и на них возник питтинги. Более высоколегированные стали сод хром и никель,молибден стоят в условиях атм корр хорошо и в тех случаях когда внешний вид значителен. Почвенная корр нерж стали не нашли широкого прим под землёй, наиболее агрессивны грунты слабоаэрированные с высоким содер хлоридов. Но даже в этих услов нерж стали показыв высокую стойкость по сравнению с другими материалами^ Хаар-р корр питтинговый, но после нескольких лет эксплуатации глубина питтингов не увелич или увелич незначит. Подводная корр Одним из осн факторов опред-щих корр активность воды по отношению к нержав сталям, является конц хлоридов. Важную роль играют также содержание О2 и рН. Корр протекает в питтинговой форме но если есть щели то внутри щелей она так интенсивна что больше напоминает общую корр.Мартенситные стали , содерж 13% хрома не предназначены для прим в морской воде.Лучше в ней стоят дисперсионно-твердеющие стали с содерж хрома-14%, никель-5,5%,медь-1,8%. И ферритные стали( хрома 17%), но в некоторых условиях эти стали всё-таки подверг корр и поэтому в морской воде широко не прим. Аустенитные стали не облад абсолютной стойкостью в нейтральн р-рах хлоридов, корр их возможна при очень интенсивном движении таких сред или в виде щелевой корр, кроме того корр может идти под наростами из биологических организмов. Холодная питьевая вода обычно менее опасна для нерж сталей, чем многие естеств среды. Важным моментом явл периодическая сушка изделий которая возобновляет пассивную плёнку на металле.Продолжительный контакт с гор водой может вызвать корр. Особенно если на материале образуется накипь под которой идёт концентрирование хлоридов. Концентрация хлоридов может происходить в щелях на теплопередающих поверхностях-питтингообразование а на аустенитных сталях при нал напряжений-корр-ое растрескивание.
Противокоррозионное легирование и рафинирование, основные легирующие элементы, виды нержавеющих сталей.
Очистка от примесей металлов, полученных в пирометаллургических процессах-электрорафинирование. Корр-ая стойкость нержав. сталей к ним относят стали с содерж. хрома более 12,5%. Согласно правилу Таммана ( корр стойкость сплава с ростом содержания легир. ком-та меняется не плавно а скачками) такие стали облад. повышен стойк. в условиях Эл/хим. корр . Помимо осн. легирующ. комп-та- хрома вводят также никель, марганец, молибден, медь (04Х23Н23МЗДЗ)и другие комп-ты. . Легир-щие комп-ты могут существенно изменить структуру сталей т.к. изменяют область существования феррита и аустенита Хромистые стали с 13% хрома в зав от кол-ва углерода могут быть ферритными( 08х13),ферритно-мартенситными( 10x13, 12x13), мартенситные(20х13, 30x13). В углеродных сталях мартенсит получ только при высоких скоростях охлаждения. В легиров мартенситных сталях мартенситная структура воз-ет при охлажд на воздухе даже при довольно больших сечениях.Для таких сталей необходима спец обр-ка для смягчения а не для упрочнения стали (отпуск мартенсита). При высоком сод хрома 16-22%(12X17,12Х17Т,20Х17)получ ферритные стал и, т.е стали не претерпевающие полиморфных превращений т.к. хром расширяет область существования феррита. Корр. стойкость таких сталей выше чем мартенситных, но ферритная структура снижает механич. св-ва и возможности обраб-ки материала. При достаточно высоком сод никеля ( 10Х17Н16МЗТ, 04Х23Н28М2Т) получаются аустенитные стали в них процессы образ феррита и мартенситаподавлены, аустенитная структура сохраняется при комнат тем-ре. Соотношение хрома и никеля 18-9 наиболее экономичная комбинация приводящая к аустенитной структуре, её плюсы это вые механ св-ва и повышен корр-ая стойкость. Большинство добавок ( добавки молибдена для повышения корр стойкости, увел-е кислотостойк. и хлоридостойкость в гор. тем-pax) вызывают необходимость дополнит легир-я никелем и хромом для сохранения аустенитной структуры. Атмосферная корр Хромистые мартенситные стали сохраняют внешний вид внутри помещений (ножи). При эксплуатации на открытом воздухе мартенситные стали не прим если важен внешний вид изделия. Для отделки автомобил. исп. ферритные стали с 16-18% хрома или с 18-22% хрома т.к. они сохран. красивый внешн. вид. Устойчивы они за счёт смазки и воска попадающей на сталь при уходе за автомоб. т.к. при испытаниях в промышленной атмосфере они покрываются ржавчиной и на них возник питтинги. Более высоколегированные стали сод хром и никель,молибден стоят в условиях атм. корр. хорошо и в тех случаях когда внешний вид значителен. Почвенная корр. нерж. стали не нашли широкого прим под землёй, наиболее агрессивны грунты слабоаэрированные с высоким содер хлоридов. Но даже в этих услов нерж стали показыв высокую стойкость по сравнению с другими материалами. Хар-ер коррозии питтинговый, но после нескольких лет эксплуатации глубина питтингов не увелич или увелич незначит. Подводная корр Одним из осн факторов опред-щих корр активность воды по отношению к нержав сталям, является конц хлоридов. Важную роль играют также содержание О2 и рН. Корр протекает в питтинговой форме но если есть щели то внутри щелей она так интенсивна что больше напоминает общую корр.мартенситные стали , содерж. 13% хрома не предназначены для прим в морской воде.Лучше в ней стоят дисперсионно-твердеющие стали с содерж хрома-14%,никель-5,5%,медь-1.8%. И ферритные стали( хрома 17%), но в некоторых условиях эти стали всё-таки подверг корр и поэтому в морской воде широко не прим Ускоренная корр сталей с 13% хрома в морской воде вызывается их контактом с латунью, медью или более стойкими нерж сталями. Аустенитные стали не облад. абсолютной стойкостью в нейтральн р-рах хлоридов, корр. их возможна при очень интенсивном движении таких сред или в виде щелевой корр., кроме того корр. может идти под наростами из биологических организмов. Холодная питьевая вода обычно менее опасна для нерж. сталей, чем многие естеств. среды. Важным моментом явл. периодическая сушка изделий которая возобновляет пассивную плёнку на металле. Продолжительный контакт с гор водой может вызвать корр. Особенно если на материале образуется накипь под которой идёт концентрирование хлоридов Концентрация хлоридов может происходить в щелях на теплопередающих поверхностях - питтингообразование а на аустенитных сталях при нал напряжений - корр-ое растрески-е.
Защитные органические покрытия: Лакокрксочные, битумные,полимерные. Области применения, механизм защитного действия, конструкция покрытий, особенности нанесения.
Дешов, доступн, эффективн метод защиты от корроз. Примен в атмосф корроз, подводн и в химич средах. ЛКП примен , когда нет механич воздейств, это возобновл метод защиты. ЛКП защита совмещ с декорат обраб Ме. ЛКПделятся на: Краска (делается на основе масел и растворит), эмаль, поршковая краска, грунтовка (хорошая адгезия), шпатлевка(для выравн поверхн). ЛКПделаются на основе ЛКМатериалов – это многокомпонентн композиц, одним из главн элемент явл – пленкообраз вещество олифа, ПФ(пентафелевая), ГФ(гефтафелевая) ЭП(эпоксидная) НЦ(нитроцелюлозная). Растворитель - обеспечив определенную констстенцию. Могут быть однокомпонентные(ацетон, уайт-спирит,) многокомпон (растворит 646,648,р-9). Пигменты – определяют декоративность (оксиды). Наполнители - тальк бариды (плотн твердость).
ЛКП защищает МЕ от корроз за счет изоляц Ме от окруж среды и хорош адгезии, которая затрудн образован новой фазы на границе Ме покрытие.
Бездефект покрытие может быть получено за счет многослойности ЛКП (эмаль 1-3 слоя, шпатл, грунт. ЛКМ Обозначаются: грунтовка-0, шпатл-00,атмосферостойкие вне помещ-1, атмосферост внутри помещ-2, конверсионн-3, водостойк-4, специальн-5, маслобензост-6, маслостойк-6/1, бензост-6/2, химическисиойк-7, химичстойк в кислот-7/2, химичестойк в щелоч-7/3, электроизоляц-9.
Битумн покр Дополняют ЛКП в услов подземн корроз, не имеют декор свойств, заменяются полимерными. БП на Ме должны облад адгезией и быть бездефектными. Хорош подготовка перед покр имеет важн значен. Первый слой: должна быть битумн грунтовка (расвор битума в бензине 1/3). Затем битумн мастика (горяч или холодн). Горяч использ в тепл время года и имеет следующ компон – наполнитель порошковый (удешевл мастику и предотвр растрескив) напр – песок, цемент, объемн наполн – отход произв, отх асбеста. Пропорц бит/наполн-80/20. . В холодн время года использ холодн маст состоящ из пластификатора – зеленое масло улучш тезнолог нанесен мастики в холодн время года, предотаращ растрескив. Вводится в колич 5-7%, до 30. Покрывн слой: бумага, полиэтил пленка, нормальн битумн покрыт.
Усиленное покрытие состоит из: бит грунт, бит маст, армирующ слой (стеклотк), слой бит мастики, покрывн слой - всего около 6мм.
Полимерн покрыт – Липкие ленты(полимерн) использ для защиты трубопров. Применяются – поливинилхлорид, полипропилен, фторопласт, резина. Перед использ лент трубы чистятся, наносится бит грунт (клей №88, №1040). Для защиты полим ленты использ защитн слой – пленка ПДБ.
Футеровка – часто использ поливинилхлоридная. Бывает – твердая (винипласт) и пластикат в виде жидкого пластизоля или либозоля. Смазки и масла – Изолируют Ме от окруж среды. Это временная защита от коррозии, весьма дешовый способ.
Коррозионная стойкость и защитная способность Гальванич покрытий
Примен всегда, когда необход защита от корроз и действ механич нагрузки. Могут быть катодн – в которых Ме покрыт более положит, чем Ме основа (катод покр защищ только механич, поскольку коррод МЕ основы) и анодн покрыт отрицательнее, чем основа, поэт защищ не только механич, но и электрохимич, по механизму протекторной защиты. Анодн покрыт более эффективны – это цинковые
ЕZn =-0,76 ; ЕFe=-0,44 кадмиевые (морск корроз), оловянн в услов отсутствия кислорода в органич кислотах. Все остальн катодн покр. 80% всех покр цинковые.
Покрытия сплавами. Потенц сплава станов более положит ЕZn - Sn =-0,51, сохран анодн характер защиты, но при наруш контактн пара работ менее активно и поэтому покр более надежно. Сплав серебро-сурьма меньше темнеет, износостойк. Трехкомпонентный состав использ в подшипн скольж - свин олово медь.
Многосл метал покрыт. Применяют для потенциальной защиты Ме от корроз. Медь-никель-хром в этом покрытии медь и никель наносят матовыми, потом полируют:
В системе Cr-Ni более отриц, Ni коррозионн очаг развивается по сфере. Как только очпг достиг Сu начин работать система Cr - Ni – Сu. В этой системе отриц медь очаг развив в слое меди. Как только корроз достиг железа-корроз очаг развив в слое железа. Пока очаг развив в слое меди прод не объемн (покр блестящ без деформаций), как только очаг достиг железа образ продукты объемн – покр отслаив. Это защитная корроз в глубь. Применяют триникель, силникель биникель.
Катодн защита заключ в смещении потенциала Ме корродирующей констр в отриц сторону за счет присоед его к отриц полюсу источн тока рис. 1.
На рис. 2 представл корроз диагр, поясняющ сущность катодн защиты.
Если железн констр корродир в грунте, при потенц Ест со скор Iкор= Iа= Iк. Если констр присоед к отриц полюсу источн тока и сместить ее потнц до знач Е1, то как видно из диагр скор анодн процесса на защищаем констр уменьшается, т.е. уменьш скор корроз. В случае, если потенц защищ констр сместить до потенциалов Ез<ЕМеравн, то корроз её полностью прекрат. При этом во внешн цепи рис.1 пойдет ток защиты Iз, а на поверхности защищаемой констр будут протек только катодн реакции: О2+Н2О+4е→4ОН- и 2Н2О+2е → Н2 +2ОН-. Велич тока Iз зависит прежде всего от агрессивн корроз среды и, кроме того, от знач потенц, которое будет навязано конструкц. При потенциал защиты более отрицат, чем ЕМеравн, Iз будет велик и на защищ констр будет выдел водород – это перезащита.
В качестве вспомог электрода пр катодн защите использ раствор аноды (желез лом, чуг трубы) и более часто нераствор аноды (графит трубы, свинец легированный серебр)
Ме - ne→Ме +ne ; 2Н2О-2е → О2+4Н+ - расвор анод
2Н2О-2е → О2+4Н+ - нераств анод
Аноды устанавл вертик, горизонт, смешано на разн глубину до 80м. Раст от констр до анода от наск сантиметр до 400м. При организ катодн защиты используются специальн полуавтом устр ПАСК, обеспечив автомат поддерж потенциала с точност до +10 мВ. Преимущ катодн защиты явл ее высок надежн и рентабильн. Недост-огранич примен, больш затраты на организ, расход электроэнерг и воздейств на соседн незащищ метал конструкц.
Протектор защита основана на особенност корроз двух Ме в конт. При конт полож М2 с более отриц М1 (рис. 1)
потенц М2 смещ в отриц сторону, корроз его уменьш или прекр. На поверхн защищ Ме протек только катодн реакции: О2+Н2О+4е→4ОН- и 2Н2О+2е → Н2 +2ОН- , а на протекторе локализ весь анодн процесс : Ме - 2e→Ме +2e и дополн протек те же катодн реакц. Скорость катодн реакц характериз велич самораствор протектора. Протекторн защиту назыв катодн. Отриц Ме способствующ смещен потенц защищ Ме до знач <ЕМеравн назыв протектором (зщитником). Принц схема рис. 2.
В качест протектора при защит стальн констр использ Zn , сплавы алюм и магн. Соотнош площадей прот и защищ Ме меняется в предел от 1/200 до 1/1000. КПД опред выраж: КПД= g Iз τ/ m 100% , где g – электрох эквивал, Iз- ток защиты, τ – время защиты, m – масса растворившегося протектора. Для предотвращ пассивации протектора он помещ в активатор ( смесь MgSO4 или Na2 SO4 с Са SO4 и глиной). К преимущ протект защ относят высокую ее эффективн и относит простоту устройства. К недост – огранич применен, расх протекторов.