Металл құрылымы және оның коррозиялық процеске әсері

Беттік қосылыстардың түзілу механизмі, олардың металға адгезиясы және қасиеттері коррозия процесіне әсер етеді.

Өз кезегінде бұл көрсеткіштер металдың құрылысы мен құрамы арқылы анықталады.Металдардың металдық шынылардан басқа көп бөлігі кристалдық құрылымға ие.Кристалдық торлардың түйіндерінде оң зарядталған иондар орналасқан, ал электрондар металда еркін орын ауыстырады.

Толық тордың барлық симметриялық қасиеттері тән кеңістіктік тордың ең кіші бөлігі элементар ұяшық деп аталады. Егер бұл ұяшық куб болатын болса, онда оған сәйкес келетін тор да куб түрінде болады. Қарапайым кубтық тор деп, атомдар мен иондар элементар ұяшығының тек төбелерінде ғана орналасатын торды айтамыз. Тордың мұндай типіне ас тұзы кристалдары ие.

Атом және иондар төбелерімен қатар центрінде орналасқан торлар көлемді орталықтандырылған деп аталады. Литий, натрий, калий, ванадий, хромда осындай кристалдық құрылымды байқауға болады.

Қырлы орталықтандырылған тор деп, материалды бөлшектер қырларының центрінде орналасқан торларды айтамыз. Мұндай кристалдық тор типіне алюминий, никель, мыс, қорғасын, күміс, алтын, платина ие.

Гексагональді ұяшықтың негізі алтыбұрыш болып табылады. Мұндай принцип бойынша бериллий, марганец, кадмий, титан және т.б. кристалданады.

Бірқатар жағдайларда кристаллографиялық құрылым металдар мен олардың құймаларының коррозияға тұрақтылығын анықтайды.

Реалды металл материалдар ереже бойынша, поликристалды заттар болып табылады. Идеалды кристалдарда кристалдық торда атомдар қатаң периодтылықпен орналасса, реалды кристалдарда кристалдық торларда ақаулар байқалады.

Қазіргі кезде металдық конструкциялық материалдардың ақауларын жіктеудің бірнеше әдістері бар:

• Морфологиялық белгілері бойынша – сыртқы, ішкі және т.б.

• Шығу тегі бойынша – термиялық, деформациялық, коррозиялық және т.б.

• Құрылымдық белгілері бойынша – сызаттар, кеуектер, артық фазалар, металдық емес қоспалар және т.б.

• Геометриялық өлшемдері бойынша – макро- (> 1 мм), микро- (~200- 1000 мкм) және субмикро -(~ 0,1-200 мкм) ақаулар;

• Геометриялық белгілері бойынша – нүктелік, сызықтық, екіөлшемді.

Кристалдық тордың ақаулары металдың бекітілген қасиеттерін өзгертеді, оның химиялық және электрохимиялық сипаттамаларына әсер етеді.

Қорытынды сұрақтары:

1. Металдардың газдық коррозиясы

2. Газдық коррозия процесінің жалпы сипаттамасы

3. Металл құрылымы және оның коррозиялық процеске әсері.

Коррозия кезінде жүретін көптеген реакциялар қайтымды болып саналады. Термодинамикалық заңдылықтар осы немесе басқа жағдайларда қосылыстың түзілуін анықтаудың мүмкіндігін береді.

Заттың жағдайын анықтау үшін термодинамикада мына түсініктер қолданылады: ішкі энергия (U), энтальпия (H), энтропия (S), изобаро-изотермиялық потенциал (G), химиялық потенциял (µ). Процесте ішкі энергия өзгеруі бөлінетін жылу мөлшерімен (Q) және істелген жұмыс (А) шамасымен байланысты:

Δ U = Q – А (2.2)

Тұрақты көлемде өтетін химиялық реакция жағдайында ішкі энергия реакцияның жылулық эффектісінің теріс белгісімен алынған мәніне тең. Тұрақты қысымдағы заттың энергиясы энтальпия (Н) болып саналады. Соңғысы ішкі энергиядан тұрақты қысымда орындалатын жұмыс көлемінен үлкен:

Н= U+ PV (2.3)

Тұрақты қысымда тек ұлғаю жұмысы ғана атқарылады:

A = P Δ V (2.4)

немесе

Δ Н = AU + P Δ V. (2.5)

(2.4) теңдеуді (2.5) салыстырып, біз мынаны көреміз

Δ Н_р = -Q (2.6)

Мұндағы Н_р — тұрақты қысымдағы энтальпия.

Тепе-теңдік тек молекулалардың энергияларының әртүрлігіне ғана байланысты емес, сонымен бастапқы заттар құрамы мен реакция өнімдерінің және реакция жүру мүмкіншіліктеріне де байланысты.

Жағдай болу ықтималдылығын көрсететін шаманы энтропия деп атайды, және ол былай белгіленеді ΔS. Өлшем бірлігі - Дж/(моль-град). Тұрақты қысымда өтетін химиялық реакцияларда, бір мезетте энтальпия мен бірге энтропияда өзгереді, ал процесс бағыты реакцияның жалпы қозғалыш күш азайған жаққа бағытталады. Қозғалыс күші деп бос энергия немесе изобаралық потенциалды атаймыз (Δ G). 1961 жылғы Халықаралық келісім бойынша изобаралық потенциал « Гиббстің бос энергисы» деп аталады. Оның өлшем бірлігі — Дж/моль. Изобаралық потенциал заттың құрамы болып табылады, сонымен қатар ол энтальпия мен энтропияны да өрнектейді. Термодинамиканың негізгі теңдеулері болып, осы мәндерді байланыстыратын теңдеуді айтады. Ол мынадай:

ΔG = ΔН – TΔS (2.7)

Изобаралық потенциал тепе-теңдік константамен жай теңдеумен өрнектеледі:

ΔG = -RT ln К (2.8)

Мысал ретінде металдың тотығуын қарастырайық:

Me + О₂ = МеО₂

Құрамында оттегісі бар газдық атмосферада изобара-изотермиялық потенциал үшін теңдеу мына түрде болады.

ΔG = -RTInК -RT In a_O2 (2.9)

Егер біз Гиббс энергиясын өзгерісін тепе-теңдік Ро₂ және парциалды Ро₂ қысымдарының мәндерімен өрнектейтін болсақ, онда мынаны аламыз:

Бұл теңдеу бізге тотығу процесінің реакцияның жүру бағытын бағалауға мүмкіндік береді. Егер , болса онда тотығу процесі жүруі мүмкін, бұл кезде ΔG< 0 . Ал керісінше болса онда тотығу процесі жүрмейді, онда бос энергия мәні ΔG > 0 .

Бұл принцип технологиялық операцияларда, соның ішінде металургияда жиі қолданылады. Парциалдық қысымды Po₂ төмендете отырып, газдық ортада жоғарғы температурада металды тотығудан сақтайды.