ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Бийский технологический институт (филиал)
государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова»
Г.Г. Сакович
Химическая (газовая) коррозия металлов
Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы по курсу «Химическое сопротивление и защита от коррозии» для студентов специальностей 240706, 260601, 270109 всех форм обучения
Бийск
Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова
2010
УДК 620.197
Б 93
Рецензент: к.х.н. доцент кафедры ТГВПАХТ М.А. Ленский.
Работа подготовлена на кафедре общей химии и экспертизы товаров.
Сакович Г.Г. Химическая (газовая) коррозия металлов: Методические указания к лабораторной работе по курсу «Химическое сопротивление и защита от коррозии» для студентов специальностей 240706, 260601, 270109 всех форм обучения.
Г.Г. Сакович; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Из-во Алт. гос. техн. ут-та, 2010 - 43с.
В методических указаниях изложены основные теоретические понятия и представления о механизме протекания химической коррозии металлов на примере их взаимодействия с кислородом сухого воздуха. Рассмотрены факторы, влияющие на скорость коррозионного процесса. Приведено описание экспериментальной установки, мето-дика выполнения работы и обработка данных опытов.
Методические рекомендации содержат контрольные вопросы и задачи для закрепления теоретического материала и могут быть ис-пользованы студентами всех форм обучения, изучающих химическое сопротивление и защиту металлов от коррозии.
Рассмотрены и одобрены на заседании
кафедры общей химии и экспертизы товаров
Протокол № 04 от 03 2010 г.
|
© Г.Г. Сакович, 2010 © БТИ АлтГТУ, 2010 |
1 Теоретическая часть
1.1 Основные понятия о химической (газовой) коррозии
Химической коррозией называется самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате их химического взаимодействия со средой, не проводящей электрического тока. Химическая коррозия металлических материалов происходит в атмосфере сухих газов при высокой температуре (газовая коррозия), в жидких неэлектролитах (в органических жидкостях, их растворах, расплавах). Теория газовой химической коррозии излагается обычно на примере взаимодействия металлов с кислородом. При этом окисление металла и восстановление окислительного компонента окружающей среды протекает в одну стадию, в отличие от электрохимической коррозии, при которой окислительная и восстановительная реакции происходят отдельно, иногда разделены даже пространственно.
Причиной коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов или термодинамическая устойчивость их окисленных форм.
Первая теория в области окисления металлов была создана на ос-
новании работ М.В. Ломоносова (1756) и Лавуазье (1773), которые изу-
чали взаимодействие металла с воздухом, точнее, с его окисляющей составляющей ─ кислородом.
В 1886 г. Фарадеем впервые высказано предположение о том, что кислород способен при взаимодействии с металлами образовывать пленку из оксида металла. Такая оксидная пленка при некоторых ус-ловиях способна защитить поверхность металла от дальнейшего воз-действия на нее коррозионно-активной среды.
Поведение металлов при высоких температурах характеризуется жаростойкостью и жаропрочностью.
Жаростойкостью называют способность металла сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах.
Жаропрочностью называют способность металла сохранять при высоких температурах достаточно высокие механические свойства.
Металл может быть жаростоек, но не жаропрочен и наоборот. Так, алюминиевые сплавы жаростойки при 400─450 С, но не жаро-прочны. Быстрорежущая вольфрамовая сталь при 600─700 C жаро-прочна, но не жаростойка. Достаточно эффективное сочетание жаро-стойкости и жаропрочности достигается в сплавах Ni ─ Cr.
Химическая коррозия представляет собой гетерогенный процесс, протекающий многостадийно. Основными стадиями являются:
1. Доставка к поверхности металла коррозионно-активных частиц (ионов, молекул) за счет диффузии или конвекции. В соответствии с законом Фика─скорость диффузии (количество вещества, перене-сенное в единицу времени) определяется уравнением
(1)
где KD ─ коэффициент диффузии ( площадь/время );
S ─ площадь сечения, через которое протекает диффузия;
dC/dX ─ градиент концентрации.
Коэффициент диффузии возрастает с увеличением температуры.
2. Гетерогенная реакция на поверхности металла, протекающая во многих случаях многостадийно. Скорость реакции (количество вещества, реагирующего в единицу времени) определяется по урав-нению:
(2)
где K ─ константа скорости реакции;
С ─ концентрация частиц;
E ─ энергия активации;
R ─ универсальная газовая постоянная;
T ─ абсолютная температура;
exp( E / RT ) ─ член уравнения, характеризующий долю частиц, обладающих необходимой энергией активации, т.е. долю активных частиц.
Из уравнения (2) следует, что скорость реакции возрастает с уве-личением концентрации и температуры.
3. Скорость отвода продуктов коррозии от поверхности металла. Определяется также в соответствии с законом Фика.
Следует иметь в виду, что продукты коррозии во многих случаях играют решающую роль в торможении коррозионного процесса из-за образования на поверхности металла соответствующих пленок, тормозящих проникновение коррозионно-активных частиц.
Следовательно, реальная скорость коррозионного процесса зависит (при последовательных стадиях) от торможения протекания его отдельных стадий.
Торможение той или иной стадий определяется:
а) медленностью диффузии реагентов к поверхности металла или продуктов реакции в обратном направлении (диффузионный конт-роль);
б) медленностью химической реакции, связанной с величиной энергии активации реакции взаимодействия металла с окислителем (кинетический контроль);
в) медленностью обеих вышеперечисленных стадий (диффузи-онно-кинетический контроль).