41. Сущность процесса коррозии

Коррозия металлов чаще всего сводится к их окислению и превращению в оксиды. Гидратированный оксид железа Fе₂O₃·H₂О и является тем, что люди называют ржавчиной. Это рыхлый порошок светло-коричневого цвета. Многие металлы при коррозии покрываются плотной, хорошо скрепленной с металлами оксидной пленкой, которая не позволяет кислороду воздуха и воде проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от дальнейшего окисления. 

По своей сущности коррозию делят на химическую и электрохимическую. Ржавление железа или покрытие патиной бронзы — химическая коррозия. Если эти процессы происходят на открытом воздухе в комнатных и особенно в природных условиях, то такую коррозию часто называют атмосферной. В промышленном производстве металлы нередко нагреваются до высоких температур и в таких условиях химическая коррозия ускоряется. Многие знают, что при прокатке раскаленных кусков металла образуется окалина. Это типичный продукт химической коррозии. Окалина получается и при простой разливке на воздухе расплавленного металла в изложницы.

Коррозия металлов бывает сплошной и местной. Сплошная коррозия не представляет особой опасности для конструкций и аппаратов особенно в тех случаях, когда потери металлов не превышают технически обоснованных норм. Ее последствия могут быть сравнительно легко учтены. Значительно опаснее местная коррозия, хотя потери металла здесь могут быть и небольшими. Один из наиболее опасных видов местной коррозии – это точечная. Она заключается в образовании сквозных поражений, т.е. в образовании точечных полостей – так называемых питтингов. Местной коррозии благоприятствуют морская вода, растворы солей, в частности галогенидных (хлорид натрия, магния и др.). Опасность местной коррозии состоит в том, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает надежность конструкций, сооружений, аппаратов.

42. Причины возникновения коррозии в машиностроении

1. Резкие перемены температуры.

2. Соприкосновение разнородных металлов.

3. Соприкосновение металлических изделий с ватой, бумагой, тканями и т. п. материалами, легко впитывающими влагу.

4. Нахождение в помещении кислот, щелочей, солей или вы-деление паров этих веществ.

5. Нахождение металлических изделий в сырых помещениях или помещениях с неисправными паропроводами.

6. Прикосновение к полированным и шлифованным поверхностям потными и грязными руками (пот содержит кислоты и соли).

7. Применение несоответствующих охлаждающих жидкостей при механической обработке.

8. Непосредственное соприкосновение непредохраненных обработанных поверхностей деталей с водой, снегом, кислотами, щелочами и их растворами.

Для автомобиля в основном характерна электрохимическая коррозия, так как условия ее возникновения создаются постоянно:

— при дожде, снегопаде, изменениях температуры на наружных и внутренних поверхностях кузова образуется водяная пленка (конденсат). При ее загрязнении кислотами и щелочами, содержащимися в воздухе, или солью, высыпаемой зимой на дороги, получается электролит;

— в металле после штамповки и сварки появляются участки с измененной структурой. Неоднородность, а также микровключения шлаков и мелкие дефекты (раковинки) провоцируют возникновение гальванических пар, то есть электрохимической коррозии в стальных деталях кузова.

Она особенно интенсивна при относительной влажности воздуха более 60% (в средней полосе России практически круглый год) и в больших городах с загрязненной атмосферой.

По характеру распространения коррозия бывает сплошной и местной.

Сплошная появляется на всем кузове, начинаясь на нижней поверхности днища, изнутри крыльев, во внутренних полостях дверей и силовых элементов (порогов, поперечин, усилителей). Внутри салона она обычно возникает под ковриками.

Местная бывает в местах соединения металлических листов сваркой и завальцовкой (кромки капота и крышки багажника, периметр дверей). Местная коррозия опаснее сплошной, так как протекает быстрее, ведет к сквозным повреждениям деталей и, как следствие, к потере прочности и жесткости кузова.

43. Классификация коррозионных процессов. По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металла. Химическая коррозия - это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисляется металл и восстанавливается окислительные компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Так протекает окисление большинства металлов в газовых средах содержащих окислитель (например, окисление в воздухе при повышении температуры) Mg+ O -> MgO 4Al + 3O -> 2AlO Электрохимическая коррозия - это взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты среды происходит не водном акте, и их скорости зависят от электродного потенциала металла. По такому процессу протекают, например, взаимодействие металла с кислотами: Zn + 2HCl -> Zn +2Cl +H эта суммарная реакция состоит из двух актов: Zn -> Zn + 2e 2H + 2e -> H По характеру коррозионного разрушения. Общая или сплошная коррозия при которой корродирует вся поверхность металла. Она соответственно делится на: равномерную, не равномерную избирательную, при которой коррозионный процесс распространяется преимущественно по какой-либо структурной составляющей сплава. Местная коррозия при которой корродируют определенные участки металла: а) коррозия язвами - коррозионные разрушения в виде отдельных средних и больших пятен (коррозия латуни в морской воде) б) межкристаллическая коррозия при ней процесс коррозии распространяется по границе металл-сплав (алюминий сплавляется с хромоникелем). и другие виды коррозии.

44. Электрохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия - самый распространенный вид коррозии. Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций в атмосфере - это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии. К электрохимической коррозии относятся такие виды местных разрушений, как питтинги, межкристаллитная коррозия, щелевая. Кроме того процессы электрохимической коррозии происходят в грунте, атмосфере, море.

45. Водородная деполяризация. Водородная деполяризация термодинамически возможна в тех случаях, когда равновесный потенциал металла отрицательнее равновесного потенциала водородного электрода в данных условиях. Процесс водородной деполяризации проходит в несколько стадий: диффузия гидратиро-ванных ионов водорода к катоду; дегидратация, адсорбция и разряд ионов; рекомбинация ионов в молекулу и удаление молекул от поверхности катода. Процесс водородной деполяризации проходит в несколько стадий: диффузия гидратированных ионов водорода к катоду, дегидратация, адсорбция и разряд ионов, рекомбинация ионов в молекулу и удаление молекул от поверхности катода. При водородной деполяризации скорость коррозии металла пропорциональна площади катодных участков и зависит также от перенапряжения водорода на металле. В процессе коррозии структурная гетерогенность поверхностных слоев металла может быть нарушена, если анодная составляющая находится в-незначительном количестве, в виде включений. При водородной деполяризации а поверхности металла почти всегда имеются пузырьки водорода, в которых давление очень близко к атмосферному.

46. Катодная и анодная защита. Катодная защита — это электрохимическая защита от коррозии, основанная на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь[1][2]. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий. Сдвиг потенциала защищаемого металлического объекта осуществляется с помощью внешнего источника постоянного тока (станции катодной защиты) или же соединением с протекторным анодом, изготовленным из металла, более электроотрицательного относительно объекта. При этом поверхность защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех её участках протекает только катодный процесс. Обусловливающий коррозию анодный процесс перенесён на вспомогательные электроды. Отсюда названия — жертвенный анод, жертвенный электрод. Если, однако, сдвиг потенциала в отрицательную сторону превысит определённое значение, возможна так называемая перезащита, связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и другими явлениями, что может привести к деградации защитного (изоляционного) покрытия и протеканию процесса стресс-коррозии катодно защищаемого объекта. Анодную защиту применяют при эксплуатации оборудования в хорошо электропроводных средах и изготовленного из легко пассивирующихся материалов — углеродистых, низколегированных нержавеющих сталей, титана, высоколегированных сплавов на основе железа. Анодная защита перспективна в случае оборудования, изготовленного из разнородных пассивирующихся материалов, например, нержавеющих сталей различного состава, сварных соединений. При анодной защите потенциал активно растворяющегося металла смещают в положительную сторону до достижения устойчивого пассивного состояния (рис. 10.1). В результате происходит не только существенное (в тысячи раз) снижение скорости коррозии металла, но и предотвращается попадание продуктов его растворения в производимый продукт. Смещение потенциала в положительную сторону можно осуществлять от внешнего источника тока, введением окислителей в раствор или введением в сплав элементов, способствующих повышению эффективности протекающего на поверхности металла катодного процесса.

47. Возникновения коррозионных гальванических пар. Металлы в виду своего разнородного характера не всегда подходят для непосредственного контакта друг с другом тем более, если они находятся в агрессивных средах. Нередко они образуют весьма сильную гальваническую пару, что приводит к быстрому образованию коррозии в местах их непосредственного соприкосновения. Слово «коррозия» заимствованно от латинского слова «corrodere», что означает – пожирать, изгладывать. Наиболее известная форма коррозии, это физико-химической реакция окружающей среды со сталью, которая приводит к появлению ржавчины. Аналогичные процессы проистекают и с другими материалами. Коррозия может быть химической и электрохимической в зависимости от вида процесса разрушения. Химическая коррозия, как правило, вызвана воздействием на сталь сухих газов и жидкостей без электролитных свойств и не сопровождается возникновениями электрических токов. При таком виде коррозии происходит равномерное воздействие на всю поверхность металла, в результате чего появляются окислы в виде рыхлых образований. Химическая коррозия представляет менее опасный вид разрушающих воздействий, в отличие от электрохимической коррозии. Коррозия, при которой происходит возникновение электрического тока, в среде жидкого электролита называется – электрохимическая коррозия. Все металлы и сплавы обладают электрическим потенциалом, из-за наличия в составе сплавов тех или иных веществ их потенциал не однороден. Если взять два материала с разными потенциалами и соединить их между собой, то они образовывают гальваническую пару. Поместив такую связку в электролит, между ними начинается активный электрообмен, что приводит к ускоренному разрушению более активного материала.

48. Кислородная деполяризация. При наличии в растворе газообразного кислорода и не возможностью протекания процесса коррозии с водородной деполяризацией основную роль деполяризатора исполняет кислород. коррозионные процессы, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролите кислородом, называют процессами коррозии металлов с кислородной деполяризацией. Это наиболее распространенный тип коррозии металла в воде, в нейтральных и даже в слабокислых солевых растворах, в морской воде, в земле, в атмосфере воздуха. Общая схема кислородной деполяризации сводится к восстановлению молекулярного кислорода до иона гидроокисла: O + 4e +2HO -> 4OH Термодинамические возможности кислородной деполяризации. Протекание процесса коррозии металла с кислородной деполяризацией согласно уравнения возможно при условии: где ( ) - обратимый потенциал кислородного электрода, равный: где ( ) - стандартный потенциал кислородного электрода, т.е. (обратимый) потенциал кислородного электрода при 25 С. a =1 P =101 Па (1 атм) Из последнего уравнения следует, что ( ) зависит от рН среды (а ) и парциального давления кислорода. Значение обратимых потенциалов кислородного электрода при различных рН среды и Р P (атм) V ,B, при рН среды рН=0 рН=7 рН=14 0,21 +1,218 +0,805 +0,381 1 +1,229 +0,815 +0,400 Коррозия металла с кислородной деполяризацией в большинстве практических случаев происходит в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление кислорода в которой Р=0,21 атм. Следовательно, при определении термодинамической возможности протекания коррозионного процесса с кислородной деполяризацией следует производить учитывая реальное парциальное давление кислорода в воздухе (см. табл.). Т.к. значения (V ) очень положительны, то условия соблюдаются в очень многих случаях.