лабы / лабы 1 чела / лаб7 / Конспект для защиты 7-ой лабы
.docxПредварительные вопросы на защиту.
- Коррозия - Виды коррозии - Процессы на аноде и катоде при коррозии - Виды защиты от коррозии
Конспект
1.Коррозия металлов
Коррозия – окислительно-восстановительный процесс самопроизвольного разрушения металлов и металлических сплавов вследствие их взаимодействия с агрессивной окружающей средой.
Восстановителем является разрушающийся металл, а окислителем – вещества из окружающей агрессивной среды.
Коррозия металлов – нежелательный процесс, так как в результате коррозии металлы окисляются (переходят в окисленную (ионную) форму) и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы и конструкции. Коррозия металлов имеет место в большей или меньшей степени всюду, где эксплуатируются металлические изделия и конструкции, и наносит значительный ущерб в различных сферах деятельности человека (как в отраслях промышленности, так и в быту).
По механизму протекания различают два типа коррозии металлов: химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают без пространственного разделения процессов окисления и восстановления. Не возникает электрического тока между отдельными участками поверхности металла. При таком взаимодействии окислитель, отнимая у металла валентные электроны, одновременно образует с ним химическое соединение.
Основными, наиболее распространенными видами химической коррозии являются:
– газовая – протекает под воздействием сухих горячих газов (где невозможна конденсация влаги на поверхность металла), обуславливается возможностью взаимодействия при данной температуре металла с агрессивными компонентами коррозионной среды (кислородом, серой, галогенами и другими окислителями);
– жидкостная – протекает в безводной среде жидких неэлектролитов: фенол, хлороформ, жидкое топливо (бензин, керосин, нефть), смазочные масла.
Электрохимическая коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов в электролитически проводящих средах (в растворах или расплавах электролитов, на воздухе, в почве и т. п.).
При электрохимической коррозии окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды пространственно разделены и представляют собой различные стадии процесса окисления-восстановления, скорости которых зависят от электродных потенциалов.
Пространственное разделение процессов окисления и восстановления обусловлено возникновением разности потенциалов на электрохимически неоднородной (гетерогенной) поверхности металлов или при контакте разнородных металлов. Причинами электрохимической неоднородности поверхности металла могут служить наличие примесей в металле, структурная неоднородность металла, неоднородность внутренних напряжений в металле, различная обработка отдельных его участков, неодинаковые условия окружающей среды, в которых находятся различные участки поверхности металла (различный доступ воздуха к участкам, различная концентрация электролита, различная температура).
Процесс электрохимической коррозии можно описать образованием короткозамкнутого гальванического элемента: на активных участках поверхности (участках с более электроотрицательным потенциалом металла) протекает процесс окисления металла (анодный процесс), а на пассивных участках (потенциал которых положительнее) – процесс восстановления окислителя (катодный процесс).
2. Процессы на аноде и катоде.
Уравнение анодного процесса в общем виде можно представить следующим образом:
Me – nē = Men+
n – количество электронов, которые металл ОТДАЕТ в процессе окисления.
При любом механизме протекания коррозии одним из ключевых элементов этого процесса является стадия катодной деполяризации.
Наиболее распространенными деполяризаторами являются молекулы растворенного в воде кислорода (02), сами молекулы воды (Н20) и катионы водорода (1Г). Как правило, в коррозионной среде присутствуют все три деполяризатора. Какой из них будет определять протекание катодного процесса, зависит от соотношения их концентраций.
Соответственно, различают процессы с водородной и кислородной деполяризацией.
Водородная деполяризация. В процессах коррозии с водородной деполяризацией окисление металлов происходит под действием ионов водорода. Катодная реакция с водородной деполяризацией характерна для коррозии металлов в растворах кислот и для активных металлов в нейтральных средах.
Уравнения катодного процесса имеют вид:
2Н+ + 2ē = Н2 – в кислой среде;
2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН– – в нейтральной и щелочной среде.
Кислородная деполяризация. В процессах коррозии металлов с кислородной деполяризацией окисление металлов происходит под действием кислорода, растворенного в электролите. С кислородной деполяризацией корродируют металлы, находящиеся во влажной атмосфере, в воде, влажных грунтах. Это самый распространенный тип коррозии.
Уравнения катодного процесса имеют вид:
О2 + 4ē + 4Н+ = 2H2O – в кислой среде;
О2 + 4ē + 2H2O = 4ОН– – в нейтральной и щелочной среде.
3. Методы защиты металлов от коррозии
Для борьбы с коррозией применяют разнообразные методы, учитывающие как особенности самого металла, так и условия эксплуатации металлического изделия. Выбор того или иного способа защиты определяется его эффективностью и экономической целесообразностью.
Все используемые в практике меры по защите металлов от коррозии можно разделить на несколько групп.
1. Повышение коррозионной стойкости металлов и сплавов легированием. К числу мер борьбы с коррозией, основанных на повышении коррозионной стойкости металлов, можно отнести термообработку и коррозионностойкое легирование.
Термообработка способствует гомогенизации структуры металла, снятию внутренних напряжений, предотвращению выпадения карбидов по границам зерен, что повышает коррозионную стойкость металла.
Создание коррозионностойких сплавов достигается легированием – введением в их состав различных добавок (хрома, никеля, титана, молибдена, меди, кремния, алюминия, бериллия и др.), которые в большинстве случаев уменьшают анодную активность сплава за счет его пассивации в определенных коррозионных средах либо переводят местную коррозию металла в менее опасную сплошную коррозию.
2. Снижение агрессивности коррозионной среды. Понижение агрессивности среды путем ее соответствующей обработки широко используется для предотвращения коррозионных разрушений металлоконструкций.
В случае газовой коррозии металлов сводится к созданию атмосферы, исключающей термодинамическую возможность протекания химической реакции взаимодействия металлов с компонентами газовой среды.
В случае электрохимической коррозии обработка коррозионной среды сводится к уменьшению содержания в ней деполяризатора или введения в нее замедлителей (ингибиторов) коррозии металлов.
Уменьшение содержания деполяризатора достигается нейтрализацией кислых растворов, вызывающих коррозию с водородной деполяризацией, или удалением из раствора электролита кислорода, вызывающего коррозию с кислородной деполяризацией.
Принцип действия значительного числа ингибиторов заключается в адсорбции ингибитора на корродирующей поверхности и последующем торможении катодных или анодных процессов электрохимической коррозии.
3. Защита электрическим током (электрохимическая защита). Сущность электрохимической защиты заключается в том, что металлоконструкции подвергают внешней поляризации (катодной или анодной). В зависимости от вида поляризации различают катодную и анодную защиту.
Наиболее распространенным случаем электрохимической защиты является катодная защита: внешним током или протекторная.
Катодная защита внешним током заключается в том, что защищаемую металлическую конструкцию присоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, а к положительному полюсу – вспомогательный электрод, который работает как анод.
Протекторная защита металлических конструкций от коррозии заключается в том, что к защищаемой конструкции присоединяют металл, потенциал которого в данной коррозионной среде отрицательнее потенциала защищаемого металла. Образуется гальванический элемент, где защищаемая деталь становится катодом, а более отрицательный металл (протектор) – анодом.
Анодная защита внешним током используется для защиты от коррозии металлов и сплавов, склонных к пассивированию в коррозионных окислительных средах (титан и его сплавы, хром, никель, нержавеющие стали).
При анодной защите защищаемая конструкция присоединяется к положительному полюсу внешнего источника постоянного тока, а вспомогательный электрод – к отрицательному полюсу источника тока. В случае анодной поляризации потенциал защищаемого металла смещается в пассивную область, где ток коррозии очень мал. Пассивное состояние поддерживается небольшим по величине внешним анодным током.
4. Нанесение защитных покрытий. Самый распространенный метод защиты металлов от электрохимической коррозии – нанесение различных защитных металлических и неметаллических покрытий или превращение поверхностного слоя металла в инертное химическое соединение, стойкое к воздействию окружающей среды.
Неметаллические покрытия (лаки, краски, эмали и др.) являются самым распространенным видом защиты металлов от коррозии. Основная роль неметаллического покрытия как средства защиты металлов от коррозии сводится к изоляции металлической поверхности от внешней коррозионной среды.
Неорганические покрытия – пассивация металлов. Большинство металлов окисляются кислородом воздуха с образованием на поверхности оксидных пленок. При защите металлов от коррозии целесообразно улучшать самопроизвольно образующуюся на поверхности металла защитную оксидную пленку искусственным путем, создавая пленки, обладающие более высокой коррозионной стойкостью, чем основной металл.
Примерами технологических процессов образования защитных пленок на поверхности металла являются оксидирование алюминия и магния, оксидирование (воронение) стальных изделий – на поверхности металла образуются защитные оксидные пленки; фосфатирование стальных и железных изделий, слаболегированных чугунов, цинка, алюминия и его сплавов – образуются фосфатные пленки.
Металлические покрытия. По способу защиты основного металла металлические покрытия подразделяют на катодные и анодные:
катодные покрытия – это покрытия металлами, равновесные электродные потенциалы которых в данной коррозионной среде положительнее равновесного электродного потенциала защищаемого металла (для железа (а также углеродистых и низколегированных сталей) это покрытия из золота, серебра, меди, свинца, олова, никеля и хрома);
анодные покрытия – это покрытия, равновесные электродные потенциалы которых в данной коррозионной среде отрицательнее равновесного потенциала защищаемого металла (цинк и кадмий на железе (углеродистых и низколегированных сталей). Эти покрытия в обычных условиях защищают металл не только механически, но и электрохимически в результате протекторного действия.
5. Комбинированные методы защиты.
6. Рациональное конструирование.
(КРОВЯНАЯ СОЛЬ)
Аэрации – насыщение кислородом. Аэрацией называется процесс, при котором воздух тесно контактирует с водой