4. Неіржавіючі стали

Матеріали, об'єднані терміном "неіржавіючі сталі", містить у собі сплави, основними складовими яких є залізо і не менше 10% С, як і в нізьколегірованих сталях існує різниця між сталями з малим, середнім і високим змістом вуглецю. Останні за своєю природою ближче до легованих чавунів. Їх застосовують головним чином там, де потрібна стійкість до окислення при високих температурах та опіру стиранню. Для підвищення стійкості до кислот до складу сталей почали вносити добавки молібдену - 2-3% і мідь, останніми роками титана і ніобію. Наявність цих добавок повисіла корозійну стійкість і розширила сфери застосування виробів з цих неіржавіючих сталей.

Стійкість неіржавіючих сталей зв'язана майже винятково з тим, що в найрізноманітніших зовнішніх умовах вони знаходяться в стані пасивності. Робоча гіпотеза прийнята багатьма спеціалістами, полягає у тому, що пасивна плівка є по суті оксидом. Загальний вид анодної поляризаційної кривої для неіржавіючих сталей у кислих розчинах показано на рис. (крива АВСДЕ). Якщо катодна крива цієї системи PQ перетинає анодну в єдиній крапці Р між В і З, то сталь знаходиться в пасивному стані і плівка, що утворилася, відновлюватиметься навіть після ушкоджень. У такий спосіб цей випадок взаємного розташування анодної і катодної кривих представляє умови, у яких сталь можна надійно використовувати. Якщо ж катодна крива Р^IQ^I перетинає анодну ще і на ділянці ДЕ, то пасивний стан нестійкий, і будь - яке ушкодження приводить до швидкого розчинення металу.

Кислоти, що встановлюють суміші кислот чи мають тенденцію зміщати катодні криві в область більш низьких потенціалів, тим самим сприяють корозії. Окисні розчини зміщують катодні криві до більш високих потенціалів і сприяють пасивності, якщо тільки катодні криві перетинають анодну криву на ділянці АВ. Це область перепасивації де плівка стає нестійкою через окислення.

ПИТАННЯ

1.Визначення і величина захисної дії інгібіторів.

2.Характеристики і умови застосування анодних інгібіторів.

3.Характеристики і умови застосування катодних інгібіторів.

4.Поняття про інгібітори травлення їх область застосування.

5.Характеристики і умови застосування інгібіторів атмосферної

корозії.

6.Склад і характеристики неіржавіючих сталей.

ЛІТЕРАТУРА

1. Л.И. Андропов. Коррозия и защита металлов. М. 1981 г., 270 с.

2. Е.С. Иванов Ингибиторы коррозии в кислых средах. М.

Металлургия, 1986 г 175 с.

ЛЕКЦІЯ №8

ЕКОЛОГІЧНО ЧИСТІ І РЕСУРСНОЗБЕРЕЖУЮЧІ ТЕХНОЛОГІЇ АНТИКОРОЗІЙНИХ ПОКРИТТІВ

Нанесення гальванічних покриттів ізносо -, корозійно ,-, ерозійно - і жаростійких антифрикційних, під паяння, декоративних виконується на гальванічних виробах використовується практично всіх промислових галузях народного господарства України.

Слідством гальванічного виробництва є шкідливі умови праці, забруднення навколишнього середовища викидами шкідливих відходів в повітряний і. водний басейни, а також велика кількість високотоксичних відходів (шлаків), які необхідно зберігати в спеціальних сховищах.

Об'єми покриттів, що наносяться щорічно в Україні 80-100 млн. м². Ухвалення Законів про охорону навколишнього середовища передбачає штрафні санкції до шкідливих виробництв, у тому числі і гальванічного виробництва, і вимагає створення альтернативних екологічно чистих; ресурсо- і енергозберігаючих технологій і устаткувань.

Цим вимогам повністю відповідають засновані на є методах вакуумно-плазмові технології і їх устаткування для нанесення покриттів, а також ультразвукові (УЗ) технології і устаткування для очищення і знежирення поверхні виробів перед нанесенням покриттів. Практично всі працюючі і новостворювані в Україні підприємства, що вимагають в технологічному процесі виробництва виробів і матеріалів нанесення різноманітних покритті, потребують нового устаткування і технологічних процесів, що не створюють небезпеку навколишньому середовищу і працюючому персоналу.

У основу використовуваної технології встановлений модифікований метод конденсації речовини на поверхні промислового ним бомбардуванням (КІБ), що дозволяє одержувати, покриття різного призначення з хорошою адгезією до основи, зокрема на вироби складної конфігурації (труби, отвори, щілини, різьблення і ін.)

Замість хімічного або електрохімічного методів очищення виробів використовується УЗ-технологія, що дає можливість ефективно знежирювати і очищати поверхні виробів будь-якої конфігурації

Суть технології полягає в модифікації технології конденсування іонічним бомбардуванням КIБ за рахунок застосування ряду нових технологічних прийомів, включаючи використовування високочастотного поля. Вперше в світовій практиці вакуумно - плазмових установок здійснюється варіант без закріплення виробів, що покриваються. Розроблена i створена серія установок "АНГА" з продуктивністю не меншою, ніж у існуючого устаткування гальванічного виробництва. Перша з цієї серії «АНГА-01» для нанесення покриттів насипом на вироби в поперечнику від 1 до 30 мм була освоєна Сумським ВО "Електрон". Спроектовані установки «АНГА-02», призначені для нанесення покриттів на вироби розмірами до 850x350 мм, а також на рулонні матеріали; «АНГА-03» - для нанесення покриттів на довгомірні трубчасті і профільні вироби і «АНГА-04» - для нанесення покриттів на вироби особливо невеликого розміру насипом. Спроектовані УЗ-лінії різних габаритів, функціональних можливостей і потужностей, з напівавтоматичним (типу каруселі) і повністю автоматичним (конвеєр) управлінням. Економічне призначення використовуваних технологій полягає в:

- зниженні енергоспоживання, в порівнянні з гальванічним виробництвом, в 3-5 разів;

- підвищенні продуктивності в 2-3 рази;

- зменшенні витрат дефіцитного матеріалу для покриттів, і металоємності устаткування - в 5 разів. Соціальне і екологічне значення нових технологій полягає в:

- усуненні забруднення навколишнього середовища на робочих ділянках, де наносяться покриття на вироби промисловості, і повній безвідходній технології виробництва;

- підвищенні безпеки умов праці обслуговуючого персоналу.

- рулонна харчова жерсть для виготовлення консервних кришок, консервних банок і корпусів металевих термосів;

- лопатки і диски газових, парових, енергетичних і авіаційних турбін, компресорів; робочі колеса насосів; елементи клапанів, регуляторів і ін. енергетичне устаткування;

- деталі і вузли автомобільних і тракторних двигунів {поршні, кільця, вкладиші, клапани і ін.);

- галантерейна і меблева фурнітура (оправи окулярів ї затемнені стекла, корпуси авторучок, корпуси і браслети годинника, біжутерія і ін.);

- фарфоровий і скляний посуд, ювелірні вироби;

- метизи, ріжучий інструмент;

- накладні декоративні елементи автомобілів, аудіо- і відеоапаратури і іншої побутової техніки.

Матеріалом покриттів можуть служити: метали, сполуки і сплави металів, діелектрики. На відміну від гальваніки, покриття можуть наноситься не тільки на метали, але і на пластмаси, фарфор, скло, мармур, напівкоштовне каміння, папір, шкіру і ін. Покриття можуть бути одношаровими і багатошаровими, багатокомпонентними і композиційними. Створені УЗ- технології підготовки поверхні виробів і екологічно чисті енерго- і ресурсозбережуючі вакуумно-плазмові технології нанесення покриттів і устаткування.

ЛЕКЦІЯ № 9

ГРУНТОВА КОРОЗІЯ

Для оцінки природних ґрунтів велике значення має зв’язаність, під якою розуміють взаємний зв'язок окремих частинок ґрунту. Зв’язаність ґрунту зростає у міру зменшення розміру окремих частинок. З природних ґрунтів найбільшою корозійною активністю володіють глинисті, солончакові, пилуваті i торф’янисті.

Не зважаючи, що штучні i насипні ґрунти зустрічаються дуже рідко, саме вони повинні розглядатися як особливо небезпечні з погляду корозії.

Склад і концентрація речовин, розчинених в ґрунті, визначають властивості ґрунтового електроліту. Значною мірою ступінь корозійної активності ґрунту визначається величиною рН, від якої залежить стійкість плівок, що виникають на поверхні металу.

Одним з показників корозійної активності ґрунту по відношенню до сталi є концентрація іонів Сl^- i SO₄^2-. Сумарний вміст їх в ґрунті більше 0,1%, як правило, указує на його підвищену корозійну активність, при цьому вміст іона Сl^- більш безумовно характеризує корозійну активність ґрунту, ніж зміст SO₄^2-. Це пояснюється тим, що при великому вмісті хлоридів важко змінюється процес утворення плівок. Для свинцевих оболонок кабелів небезпечна присутність в ґрунті органічних і азотних речовин, а для алюмінієвих конструкцій - розчинних хлористих солей.

Небезпека корозії залежить від насичення ґрунту водою Обчислення вологи (%) виробляється шляхом віднесення маси води в ґрунті, рівний втраті маси зразка в результаті його висушування, до маси мокрого ґрунту.

де q₁ - маса ґрунту, узятого для визначення вологи, кг;

q₂ - маса абсолютно сухого ґрунту, кг.

Вважається, що найсильніша корозія підземних споруд відбувається в ґрунті, що має волога 30%. Це обумовлено швидшою дифузією кисню в ґрунтах, не насичених водою , тобто в рихлих і пористих, тоді як при вологи > 30% кисень швидко розчиняється і швидкість дифузії його сповільнюється.

Процес корозії в ґрунті розвивається швидко при проникненні повітря в грунт, оскільки кисень повітря сприяє мiкробiологiчним процесам. Розміри частинок ґрунту впливають на його повiтропроникнiстъ. Пiщанi ґрунти унаслідок високої повiтропроникностi володіють звичайно окислювальними властивостями, а глинисті - відновними. В результаті нерівномірного проникнення повітря до підземної споруди по його довжині виникають гальванiчнi пари. Катодними ділянками цих пар, як правило, будуть добре aepуємі ділянки, а анодними - мало aepуємі.

Мiкроорганiзми змінюють хімічний склад середовища, що оточує підземну споруду, і активізують електрохімічні реакції, прискорюючи розвиток корозії. У ґрунтових умовах спостерігається корозія аероба, викликана дiяльнiстю бактерій аеробів, що живуть i розмножуються за відсутності вільного кисню за рахунок енергії розщеплювання різних хімічних сполук.

На швидкість корозії підземних споруд робить вплив температура ґрунту. В результаті добового i річного нагріву i охолоджування ґрунту виникає відмінність в температурі окремих частин підземної споруди, це веде до деякої рiзницi потенцiалiв між його суміжними ділянками і до протікання між ними корозійного струму.

Питомий опір ґрунту обумовлюється вмістом в ньому вологи i coлей. Крім того, воно залежить від величини i складу частинок ґрунту. Певну роль питомий опір ґрунту виконує у разі виникнення макрокорозiйних пар. Проте, повна характеристика корозійного процесу не завжди може бути дана на основі аналізу питомого опору ґрунту. Так, корозія сталевих або свинцевих конструкцій в піщаних ґрунтах, що володіють високим питомим опором, повинна бути малою, а в солончакових ґрунтах (низького питомого опору) - великою, Проте свинець в солончакових ґрунтах унаслідок утворення на його поверхні досить стійкої плівки з солей корозує слабкіше, ніж в піщаних.

Таким чином, інтенсивність корозії підземних споруд залежить від всіх розглянутих вище чинників, які можуть виявлятися. як окремо, так і в сукупності.

Лабораторна робота

При визначенні питомого опору ґрунту користуються симетричною чотириелектродною установкою (рис. 1), розміщеною в одну лінію, яка для проектованої споруди повинна співпадати з віссю траси, а для укладеного в землю - проходити паралельно останньому на відстані 2-4 м.

В якості установки можуть бути використані: вимірник заземлення МС-08, польовий потенціометр ЕП-ПМЕ, вимірник питомого опору IKC-1, ІKC-50.

У разі вимірювання питомого опору ґрунту приладом МС-08 відстані між електродами приймаються однаковими i рівними.

Рисунок 1 – Четырехэлектродная симметричная установка

А, В - токовые электроды;

М, N - потенциальные электроды;

Г - источник тока.

Удельное сопротивление грунта (Ом м) определяется по формуле:

где ;

- разность потенциалов, измеренная между приемными

электродами МN, в;

І - величина тока, протекающего через цепь питающих электродов АВ,

Разнос электродов АВ должен отвечать условию 2h АВ 4h

где h – глубина прокладки подземного сооружения

Наприклад величина, корозiйнiй активності ґрунтів по відношенню до сталевих підземних споруд залежно від питомого електричного опору буде:

Питомий опір, Ом м

більше 100 - низька

від 20 до 100 - середня

від 10 до 20 - підвищена

від 5 до 10 - висока

до 5 - дуже висока.

Метод визначення вмісту хлоріонів полягає в титруванні хлор - іонів розчином азотнокислого срібла у присутності хромату калія. Перша крапля надмірного нітрату срібла утворює осад хромату срібла , що офарблює розчин в червоно-бурий колір

NaCI + АgNО₃ = AgCl + NаNО₃

К₂С₂О₄ + АgNО₃ = Ag₂CrО₄ +2 КNО₃

Вміст хлор - iонiв обчислюють по формулі:

у ґрунті: , %

у воді: , мiлiграм/л

де V - об'єм азотнокислого срібла для титрування проби, мл

N - нормальність розчину азотнокислого срібла;

V₁ - об’їм витяжки для титрування, мл

g - навішування ґрунту узяте для приготування водної витяжки, г

а - об’їм (загальний ) витяжки, мл

0,03555 - мiлiграм еквівалент хлориона, 35,5 – еквівалент

ЛІТЕРАТУРА

1. Защита подземных металлических сооружений от коррозии. М.:

Стройиздат, 1990, 303с.

2. Защита от коррозии, старения, биоповреждений машин,

оборудования и сооружений. Справочник под ред.

А.А.Герасименко. – М. Металлургия, 1987. т.1, 128с.

ЛЕКЦІЯ №10

ОСОБЛИВОСТІ ВЗАЄМОДІЇ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦІЙ ІЗ СЕРЕДОВИЩЕМ

Залізобетон — комплексний матеріал, в конструкціях з який сталева арматура сприймає звичайно розтягують напруги, а бетон - стискаючі. У традиційних конструкціях бетон виконує роль захисту арматури від корозії і високих температур при можливій пожежі.

Таким чином, в залізобетонній конструкції з навколишнім середовищем безпосередньо стикається бетон. Очевидно, що в агресивних умовах конструкція може бути довговічною, якщо бетон є досить стійкими довгостроково зберігає здатність захищати арматуру.

Відомо, що тонкий наліт іржі, часто наявний на арматурі при бетонуванні, неможливо знайти, якщо і розкрити її, видаливши захисний шар бетону через декілька днів після нормального чи твердіння пропарювання виробу. Іржа зникає, розчиняється в бетоні і звичайно не з'являється знов, незважаючи на те, що бетон, будучи капілярно-пористим гідрофільним тілом, містить вологу і пропускає кисень - речовину, необхідні для електрохімічної корозії стали.

Поява і розвиток корозії арматури через більш менш тривалий час після виготовлення залізобетонної конструкції свідчить про втрату бетоном захисної здатності під впливом навколишнього середовища, "зовнішніх" факторів. Такими факторами можуть бути фізичні, хімічні і фізико-хімічні процеси.

До числа фізичних відносяться такі зовнішні дії, як механічні відколи бетону, ерозійний знос, періодичне нагрівання і охолоджування, заморожування і відтавання, що приводить до руйнування бетону в захисному шарі і оголенню арматури, яка потім корродирує при безпосередньому зіткненні із середовищем.

Хімічні і фізико-хімічні впливи середовища на конструкцію проявляються подвійно: або вони безпосередньо руйнують бетон захисного шару з подальшими оголенням і корозією арматури, або, не руйнуючи бетон безпосередньо, настільки змінюють його рідку фазу, що корозія арматури починається усередині бетону. При цьому її корозія часто йде значно швидше, ніж кородує відкриття сталева конструкція в тих же умовах дії середовища. Це пояснюється тим, що при періодичному зволоженні в захисному шарі бетону і під ним на поверхні арматури плівки вологи, необхідні для електрохімічної корозії стали, зберігаються довше, ніж на поверхні сталевої конструкції.

Продукти корозії, що утворюються, займають в 2-2,5 разу більший обсяг, ніж шар прокородованого металу, і тому тиснуть на навколишній бетон. У бетоні розвиваються розтягуючи напруги, що перевищують його міцність, в результаті утворюються тріщину в захисному шарі, орієнтовані уздовж кородирующих стрижнів. Утворення таких тріщин полегшує доступ агресивних агентів до арматури і прискорює, як правило, її корозію. Надалі, якщо не прийняти міри, розвиток корозії арматури приведе до відколювання захисного шару, при цьому порушиться зчеплення її з бетоном і різко впаде несуча здатність конструкції. Для елементів, що згинаються, втрата несучої здатності від порушення зчеплення арматури з бетоном, складає 30-35%.

Лужне середовище бетону, парова волога якого насичена гідратом окислу кальцію при рН=12-13, сприяє утворенню і збереженню плівок, що пасивують, на сталі, яка при цьому знаходиться в стані підвищеної корозійної стійкості.

При зменшенні рН бетону по тій або іншої причині до 11,8 і нижче пасивність сталі стає меншої, а потім взагалі порушується, оскільки умови вже не сприяють збереженню плівок, що пасивують.

Однією з двох основних причин порушення пасивного стану сталі в бетоні є його нейтралізація кислими газами, зокрема карбонізує. Суть її полягає в поглинанні бетоном з повітря вуглекислого, газу, який, з'єднуючись з гідратом окислу кальцію:

CO₂ + Ca(OH)₂  CaCO₃ + H₂O,

утворює вуглекислий кальцій. Насичений розчин СаСО₃ має рН = 9; зниження рН порової рідини порушує умови стійкості існування гидратірованних мінералів цементного каменя.

Міцність бетону при цьому звичайно не втрачається, хоча при окремих видах цементу відмічене її зниження, але бетон позбавляється здатності пасивувати сталь яка переходить в активний стан і починає корродировати, оскільки капілярно - пориста структура бетону містить воду і пропускає кисень.

Оскільки на Землі практично немає повітря, що не містить вуглекислого газу. (нормальний вміст СО₂ в атмосфері 0,03-0,04% карбонізує схильні практично всі наземні конструкції і частково підземні).

Іншою поширеною причиною корозії арматури в бетоні є хлориди. Їх відносять до речовин-активаторів сталі. При деякій невеликій концентрації вони здатні зруйнувати плівки, що пасивують, на поверхні сталі в лужному середовищу бетону. Ця дія пов'язана з підвищеною здібністю хлорид-іонів до адсорбції, внаслідок чого вони витісняють адсорбований кисень, відбувається пробій шару, що пасивує, і починається виразкова корозія сталі.

Для щільних цементних бетонів відсутність первинної дії, що пасивує, як показують дослідження, пов'язана звичайно з наявністю в рідкій фазі іонів-депассиваторів, таких як хлорид-іони, що потрапляють в бетонну суміш у вигляді добавок, у складі заповнювачів цементу з водою. Тому будівельні норми різних країн в тому або іншому ступені обмежують вміст хлоридів в перерахованих складових частинах бетонної суміші, особливо для конструкцій в напружуваній арматурою.

Тому разом з відомими обмеженнями при використовуванні попередньо-напружених конструкцій і підвищеними вимогами до захисного шару велике значення мають розробка і освоєння випуску високоміцних арматурних сталей, зокрема термічно зміцнених, підвищеної стійкості проти корозійного растріскуваня. Наприклад, застосування для виготовлення арматури нержавіючих високолегованих сталей типа X18H10.

Істотне підвищення корозійної стійкості сталевої арматури може бути досягнуте за допомогою металевих захисних покриттів. Найбільш перевіреними і придатними для арматури в багатьох видах бетону і конструкцій є цинкові покриття. Вони застосовуються наприклад, для захисту тканих і зварних сіток, якими армують тонкостінні, армоцементні конструкції, високоміцних арматурних канатів (стрижнів), що натягаються на бетон циліндрових елементів збірних силосних (сінажних) веж.

Найбільш надійним способом захисту залізобетонної, конструкції від дії кислих газів є пониження ступеня агресивності середовища, що досягається зменшенням їх концентрації вогкості атмосфери.

Ступінь агресивної дії газових середовищ на залізобетонні¹ конструкції визначається видом, концентрацією, вогкістю і температурою газів. Агресивність газів оцінюється в СНіП II - 28 - 73.

При звичній концентрації вуглекислого газу 600 мг/м (група газів А) і відносної вологості Б більше 75% середовище є слабоагресивним по віднесенні до залізобетонних конструкцій. У цих умовах після карбонізації захисного шару бетону можлива корозія арматури. При періодичному зволоженні бетону конденсатом або атмосферними опадами процес карбонізує сповільнюється, проте корозія арматури в бетоні, що карбонізує, розвиватиметься інтенсивніше. При відносній вологості повітря менше 75% бетон карбонізує швидше, проте сталева арматура в бетоні, що карбонізує, при такій вогкості кородує дуже повільно, а при вологості менше 60% процес корозії практично цілком припиняється. У зв'язку з цим середовища, що містять вуглекислий газ нормальної і підвищеної концентрації при вологості до 60%, є неагресивними.

Якщо в повітрі одночасно мають два і більш агресивних гази, то оцінка виробляється по найбільш агресивному.

Хлор концентрації 1,5 мг/м³ і хлористий водень концентрації 7,5 мг/м³ - відносяться до групи газів В. При вологості до 60% вони роблять слабкий агресивний вплив на залізобетонні конструкції. При вологості більше 75% в суміжних приміщеннях, де відсутнє, виділення тепла з технологічного устаткування і маються мокрі процеси, агресивність середовища при тій же концентрації газів підвищується сильно.

ПИТАННЯ

1. Залізобетон, його призначення.

2. Фактори, що впливають на корозію бетонів.

3. Сутність фізичного і хімічного факторів впливу на залізобетон.

4. Що таке карбонізація бетону?

5. Характеристика агресивності середовищ впливу на

залізобетонні конструкції.

ЛІТЕРАТУРА

1. С.Н. Алексеев и др. Коррозионностойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М.1976 г.