Оглавление.

1. Введение. Цели и задачи курса защиты металлов от коррозии 4

1.1 Определение термина “коррозия металлов” и значение защиты металлов 4

1.2 Задачи и научные основы курса 6

1.3 Классификация коррозионных процессов. Термины и определения 7

1.4 Основные показатели коррозии и методы оценки коррозионной стойкости 13

1.5 Стандартизация в коррозии 19

2 Основы химической коррозии металлов и сплавов 21

2.1 Термодинамика газовой коррозии 23

2.2 Пленки на металлах, их защитные свойства 29

2.3 Классификация оксидных пленок 30

2.4 Условие сплошности 31

2.5 Диффузия в оксидных пленках. Схема роста защитных пленок 33

2.6 Кинетические законы окисления 36

2.7 Линейный закон окисления металлов 36

2.8 Схема роста сплошных защитных пленок 39

2.9 Параболический и степенной законы окисления 40

2.10 Ионно-электронная модель высокотемпературного окисления 43

2.11 Логарифмический закон окисления 45

2.12 Разрушение защитных пленок 48

2.13 Влияние внешних факторов на газовую коррозию 51

2.13.1 Влияние температуры 51

2.13.2 Влияние давления 53

2.13.3 Влияние состава газовой среды 54

2.14 Окисление сплавов 56

2.15 Газовая коррозия железа, стали и чугуна 58

2.16 Внутренние факторы газовой коррозии железа и сталей 61

2.17 Обезуглероживание сталей и чугуна , рост чугунов 63

2.18 Газовая коррозия меди и медных сплавов 67

3 Защита от газовой коррозии 68

3.1 Жаростойкое легирование 69

3.1.1. Жаростойкие сплавы 72

3.2 Защитные покрытия 78

3.3 Защитные атмосферы 87

3.4 Прочие методы защиты от газовой коррозии 93

4. Основы электрохимической коррозии металлических материалов 97

4.1. Примеры и механизм электрохимической коррозии 97

4.2. Электродные потенциалы, причины их возникновения, двойной электрический слой 98

4.2.1 Обратимые потенциалы металлов, уравнение Нернста 102

4.2.2 Необратимые потенциалы металлов, электроды сравнения 109

4.3 Термодинамика электрохимической коррозии металлов, диаграммы Пурбэ 111

4.4 Схема электрохимической коррозии 114

4.5. Катодные процессы при электрохимической коррозии металлов 117

4.6. Поляризация электродных процессов 118

4.7. Процессы с кислородной деполяризацией 124

4.8. Защита металлов от коррозии в нейтральных электролитах 131

4.9. Водородная деполяризация 132

4.10. Особенности процессов с водородной деполяризацией 136

4.11. Расчет электрохимической коррозии 138

4.12. Графические методы расчета коррозионного процесса 141

4.13. Контролирующий фактор коррозии 143

4.14. Сопротивления стадий ионизации и диффузии 144

4.15. Практические случаи контроля коррозионных процессов 146

4.16. Пассивность металлов 148

4.17. Атмосферная коррозия 152

4.18. Морская коррозия 155

4.19. Биокоррозия 156

4.20. Локальные виды коррозии 158

5. Защита от электрохимической коррозии металлических материалов 165

5.1 Принципы коррозионностойкого легирования 166

5.1.1. Легирование легкопассивирующимися компонентами 167

5.1.2. Катодное легирование 171

5.1.3. Легирование с целью придания сплаву особых свойств 172

5.2. Обработка коррозионной среды 172

5.2.1.Уменьшение содержания деполяризатора 172

5.2.2.Введение ингибиторов 175

5.3. Защитные покрытия 176

5.4. Электрохимическая защита 181

5.5. Защита от коррозии при проектировании оборудования 184

Литература 186

Приложения 188

1. Введение. Цели и задачи курса защиты металлов от коррозии

Металлы и сплавы являются одними из основных конструкционных материалов ещё со времен «бронзового века». В последние 40-50 лет все шире применяются пластмассы, полимерные материалы, керамики, бетоны и т.д. Тем не менее, металлические материалы останутся в обозримом будущем основными материалами, применяемыми в самых различных отраслях промышленности. Это обусловлено совокупностью уникальных свойств металлов: высокой прочностью и пластичностью, тепло- и электропроводностью, свариваемостью, способностью к обработке давлением и штамповке, литью, возможностью многократного повторного использования. Важной особенностью большинства практически используемых металлических материалов является экологическая безвредность (в т.ч. продуктов коррозии) для человека и окружающей среды.

1.1 Определение термина “коррозия металлов” и значение защиты металлов

Производство и эксплуатация металлических изделий происходят в конкретных средах, где присутствуют вещества, которые, взаимодействуя с металлом, приводят к снижению его работоспособности, ухудшению функциональных свойств и постепенному разрушению вследствие превращения в продукты коррозии.

Коррозия металлов - разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.^*

Согласно международному определению ISO 8044:1999, коррозия – физико-химическое взаимодействие между металлом и средой, в результате которого изменяются свойства металла и часто происходит ухудшение функциональных характеристик металла, среды или включающей их технической системы.

Коррозия - самопроизвольный процесс, в отличие от целенаправленного растворения металлов при получении солей, электрохимическом осаждении или растворении металлов, работе гальванических элементов и т.д.

Взаимодействие неметаллических материалов с окружающей средой также приводит со временем к снижению эксплуатационных свойств и их разрушению (“коррозии”), которое называется старением полимерных материалов вследствие деструкции, деполимеризации, сорбции, десорбции и т.д.).

Коррозия металлических материалов наносит существенный ущерб промышленности, вследствие потери функциональных свойств металлоконструкций и нередко приводит к катастрофическим разрушениям. В настоящее время общий металлофонд Земли, состоящий из металлоконструкций, машин, оборудования и т.д., составляет около 6,5 млрд. т, что составляет примерно 30% от всего объема произведенного человечеством металла. Остальное исчезло из обращения вследствие коррозии. Общемировое производство стали в 2009 г. составило ~95 млн.т (в т.ч. в Китае ~45 млн.т). В Российской Федерации в период 2007 - 2009 г.г. выпускалось проката черных металлов ~ 5,2 – 4,5 млн. т, нержавеющих сталей ~ 80 тыс.т.

Общие потери от коррозии составляют примерно 10 – 12 % ежегодно выплавляемого металла, т.е. каждая 8-я домна “работает” на коррозию. В денежном эквиваленте потери оцениваются от 1,2 % (Япония) до 4,5 - 6 % (США, Европа) валового национального продукта. За счет рационального применения противокоррозионных мер потери от коррозии могут быть уменьшены на 10 - 30 %.

Основоположником коррозии как науки считается Эванс Ю.Р. (Evans U.R. 1889 – 1980). В нашей стране исследования по химическому сопротивлению материалов были начаты еще М.В. Ломоносовым. В современном виде отечественная коррозия сформировалась благодаря работам Акимова Г.В., Кистяковского В.А., Изгарышева Н.А., Томашова Н.Д., Фрумкина А.Н., Сухотина А.М., Розенфельда Н.Л., Жука Н.П., Колотыркина Я.М. и др. Среди зарубежных ученых большой вклад внесли работы Улига Г.Г., Спеллера Ф., Шрайера Л.Л., Хора Ф., Кешэ К., Пурбэ М., Окамото Г. и др.