Coroziune este distrugerea solide cauzate de procese chimice și electrochimice care se dezvoltă la suprafața corpului în timpul interacțiunii acestuia cu mediul extern. Coroziunea metalelor provoacă daune deosebite. Cel mai comun și mai familiar tip de coroziune pentru noi toți este ruginirea fierului. Termenul „coroziune” se aplică metalelor, betonului, unor materiale plastice și altor materiale. Coroziunea este un aspect fizic interacțiune chimică metal cu mediul înconjurător, ducând la distrugerea metalului.
Este dificil de luat în considerare pierderile indirecte mai mari din timpul de nefuncționare și productivitatea redusă a echipamentelor care au suferit coroziune, de la întreruperea cursului normal al proceselor tehnologice, de la accidente cauzate de scăderea rezistenței structurilor metalice etc. O evaluare precisă. a daunelor cauzate de coroziune a fierului și a oțelului este, desigur, imposibilă. Cu toate acestea, pe baza unor date disponibile cu privire la volumul mediu anual de înlocuire a acoperișurilor metalice ondulate, sârmelor, conductelor, mașinilor din oțel și a altor obiecte din fier și oțel supuse coroziunii, se poate concluziona că, din cauza protecției necorespunzătoare, costurile anuale de înlocuire pot crește în medie. până la 2% din volumul total de oțel utilizat.
Despre coroziunea metalelor
Conceptele de „coroziune” și „rugină” nu trebuie confundate. Dacă coroziunea este un proces, atunci rugina este unul dintre rezultatele sale. Acest cuvânt se aplică numai fierului, care face parte din oțel și fontă. În cele ce urmează, termenul „coroziune” va însemna coroziunea metalelor. Conform standardului internațional ISO 8044, coroziunea este înțeleasă ca o interacțiune fizico-chimică sau chimică între un metal (aliaj) și un mediu, care duce la o deteriorare a proprietăților funcționale ale metalului (aliajului), mediului sau tehnic. sistem care le include. Rugina este un strat de oxizi de fier parțial hidratați care se formează pe suprafața fierului și a unor aliaje ale acestuia ca urmare a coroziunii.
Pe lângă coroziune, structurile metalice (în special, clădirile) sunt supuse eroziunii - distrugerea suprafeței materialului sub influența stresului mecanic. Eroziunea este provocată de ploi, vânturi, praf de nisip și alți factori naturali.
Protectia ideala impotriva coroziunii este asigurata in proportie de 80% de pregatirea corecta a suprafetei pentru vopsire si doar 20% de calitatea vopselelor folosite si metoda de aplicare a acestora (ISO).
Proces de coroziune
Coroziunea metalelor se numește distrugerea lor spontană datorită interacțiunii chimice sau electrochimice cu mediul.
Mediul în care metalul corodează (corodează) se numește mediu corosiv sau agresiv. În cazul metalelor, vorbind despre coroziunea lor, ele înseamnă procesul nedorit de interacțiune a metalului cu mediul.
Etapele procesului de coroziune:
- alimentarea cu mediu coroziv a suprafeței metalice;
- interacțiunea mediului cu metalul;
- îndepărtarea completă sau parțială a produselor de pe suprafața metalică.
Clasificarea proceselor de coroziune
După natura distrugerii, următoarele tipuri coroziune:
Coroziunea chimică- acesta este un proces în care oxidarea metalului și reducerea componentei oxidante a mediului au loc într-un singur act.
Coroziunea chimică este posibilă în orice mediu corosiv, dar cel mai adesea se observă în cazurile în care mediul corosiv nu este un electrolit (coroziune gazoasă, coroziune în lichide organice neconductoare).
Coroziunea electrochimică- aceasta este distrugerea metalelor datorită interacțiunii lor electrochimice cu un mediu conducător electrolitic, în care ionizarea atomilor de metal și reducerea componentei oxidante a mediului nu au loc într-un singur act, iar ratele lor depind de valoarea potenţialul electrod al metalului. Acest tip de coroziune este cel mai frecvent. În coroziunea electrochimică, transformarea chimică a unei substanțe este însoțită de eliberare energie electrica sub formă de curent continuu.
Coroziunea biochimică- în cazul în care coroziunea metalului în apa de mare este sporită de murdărirea suprafeței de către organismele marine.
electrocoroziune- creșterea coroziunii sub acțiunea polarizării anodice cauzată de un câmp electric extern (de exemplu, în timpul producției lucrari de sudare plutitor, în prezența curenților vagabonzi în zona apei).
După tipul de mediu corosiv
Unele medii corozive și distrugerea cauzată de acestea sunt atât de caracteristice încât procesele de coroziune care apar în ele sunt clasificate și după denumirea acestor medii.
De regulă, produsele și structurile metalice sunt expuse la multe tipuri de coroziune - în aceste cazuri se vorbește despre acțiunea așa-numitei coroziuni mixte.
Coroziunea gazelor— coroziunea într-un mediu gazos la temperaturi ridicate.
coroziunea atmosferică- coroziunea metalului in conditii atmosferice la o umiditate suficienta pentru a forma o pelicula de electrolit pe suprafata metalului (mai ales in prezenta gazelor agresive sau aerosoli de acizi, saruri etc.). O caracteristică a coroziunii atmosferice este dependența puternică a ratei și mecanismului acesteia de grosimea stratului de umiditate de pe suprafața metalului sau de gradul de umiditate al produselor de coroziune formate.
Coroziunea lichidă- coroziunea în medii lichide.
coroziunea subterană— coroziunea metalului în sol și sol. trăsătură caracteristică coroziunea subterană este o mare diferență în rata de livrare a oxigenului la suprafața structurilor subterane din diferite soluri (de zeci de mii de ori).
În funcție de natura distrugerii, se distinge coroziunea
Solid- Acoperă întreaga suprafață a metalului
local- Acoperă zone individuale de coroziune
Uniformă- Curge aproximativ cu aceeași viteză pe toată suprafața
Spot (sâmbure)— Sub formă de puncte individuale cu un diametru de până la 2 mm
Ulcerativ– Sub formă de ulcere cu diametrul de 2 până la 50 mm
Pestriţ- Sub formă de pete cu un diametru mai mare de 50 mm și o adâncime de până la 2 mm
subterană- Provoacă delaminarea metalelor și umflarea straturilor
Underfilm- Scurgeri sub un strat protector de metal
intercristalină— Sub formă de distrugere a limitelor de cereale
Selectiv (selectiv)— Sub formă de dizolvare a componentelor individuale ale aliajului
crestat- Se dezvoltă în crăpături și goluri înguste
Materialul principal pentru studierea subiectului:
§ 13, p. 81.
Gabrielyan, O. S.
Chimie. Clasa a 9-a: Dropia, 2013.
Material suplimentar pe tema „Coroziunea metalelor”
Coroziune, rugina, rugina este distrugerea spontană a metalelor ca urmare a interacțiunii chimice sau fizico-chimice cu mediul. În cazul general, aceasta este distrugerea oricărui material, fie că este metal sau ceramică, lemn sau polimer. Cauza coroziunii este instabilitatea termodinamică a materialelor structurale la efectele substanțelor în contact cu acestea. Un exemplu este coroziunea cu oxigen a fierului în apă:
Hidroxidul de fier Fe(OH) 3 este ceea ce se numește rugină.
În viața de zi cu zi, pentru aliajele de fier (oțeluri), termenul de „rugină” este folosit mai des. Cazurile de coroziune a polimerilor sunt mai puțin cunoscute. În legătură cu acestea, există conceptul de „îmbătrânire”, similar termenului de „coroziune” pentru metale. De exemplu, îmbătrânirea cauciucului din cauza interacțiunii cu oxigenul atmosferic sau distrugerea unor materiale plastice sub influența precipitațiilor atmosferice, precum și coroziunea biologică. Viteza de coroziune, ca orice reacție chimică, este foarte dependentă de temperatură. O creștere a temperaturii cu 100 de grade poate crește rata de coroziune cu câteva ordine de mărime.
Clasificarea tipurilor de coroziune
Procesele de coroziune se caracterizează printr-o distribuție largă și o varietate de condiții și medii în care apar. Prin urmare, nu există încă o clasificare unică și cuprinzătoare a cazurilor de coroziune care apar.
În funcție de tipul de mediu agresiv în care are loc procesul de distrugere, coroziunea poate fi de următoarele tipuri:
coroziunea gazelor;
coroziunea atmosferică;
coroziunea în non-electroliți;
coroziunea electroliților;
coroziunea subterană;
biocoroziune;
coroziunea datorată curenților vagabonzi.
În funcție de condițiile procesului de coroziune, se disting următoarele tipuri:
coroziunea de contact;
coroziunea în crăpături;
coroziune la imersie incompletă;
coroziune la imersie completă;
coroziunea în timpul imersiunii variabile;
coroziune prin frecare;
coroziunea intergranulară;
coroziune prin tensiuni.
După natura distrugerii:
uniformă;
neuniformă;
electoral;
ulcerativ;
punct;
prin;
intergranulară (separare în semifabricate deformate și cuțit în îmbinări sudate).
coroziune continuă care acoperă întreaga suprafață:
coroziune locală (locală), acoperind zone individuale:
Clasificarea principală se face în funcție de mecanismul procesului. Există două tipuri:
coroziunea chimică;
coroziunea electrochimică.
Coroziunea materialelor nemetalice
Pe măsură ce condițiile de funcționare devin mai severe (creșterea temperaturii, solicitarea mecanică, agresivitatea mediului, etc.), materialele nemetalice sunt și ele expuse acțiunii mediului. În acest sens, termenul „coroziune” a început să fie aplicat acestor materiale, de exemplu, „coroziunea betonului și a betonului armat”, „coroziunea materialelor plastice și a cauciucului”. Aceasta se referă la distrugerea lor și la pierderea proprietăților operaționale ca urmare a interacțiunii chimice sau fizico-chimice cu mediul. Dar trebuie luat în considerare faptul că mecanismele și cinetica proceselor pentru nemetale și metale vor fi diferite.
Coroziunea metalelor
Rugina este cea mai comună formă de coroziune.
Coroziunea metalului.
Coroziunea metalelor este distrugerea metalelor din cauza interacțiunii lor chimice sau electrochimice cu un mediu coroziv. Pentru procesul de coroziune, trebuie folosit termenul „proces corosiv”, iar pentru rezultatul procesului, „distrugere corozivă”. Formarea perechilor galvanice este utilizată în mod util pentru a crea baterii și acumulatori. Pe de altă parte, formarea unei astfel de perechi duce la un proces nefavorabil, victima căruia este o serie de metale - coroziune. Coroziunea este înțeleasă ca distrugerea electrochimică sau chimică a unui material metalic care are loc la suprafață. Cel mai adesea, în timpul coroziunii, metalul este oxidat cu formarea de ioni metalici, care, la transformări ulterioare, dau diferiți produse de coroziune. Coroziunea poate fi cauzată atât de procese chimice, cât și de procese electrochimice. În consecință, există coroziune chimică și electrochimică a metalelor.
Tipuri de coroziune
Există 4 tipuri principale de coroziune: coroziune electrochimică, hidrogen, oxigen și coroziune chimică.
Coroziunea electrochimică
Distrugerea metalului sub influența celulelor galvanice care apar într-un mediu corosiv se numește coroziune electrochimică. A nu se confunda cu coroziunea electrochimică este coroziunea unui material omogen, cum ar fi ruginarea fierului sau altele asemenea.Coroziunea electrochimică (cea mai comună formă de coroziune) necesită întotdeauna prezența unui electrolit (condens, apă de ploaie etc.) cu cu care electrozii sunt în contact - fie elemente diferite ale structurii materialului, fie două materiale diferite de contact cu potențiale redox diferite. Dacă ionii de săruri, acizi sau altele asemenea sunt dizolvate în apă, conductivitatea sa electrică crește, iar viteza procesului crește.
element coroziv
Când două metale cu potențiale redox diferite intră în contact și sunt scufundate într-o soluție de electrolit, de exemplu, apa de ploaie cu dizolvare dioxid de carbon CO 2 , se formează o celulă galvanică, așa-numita celulă corozivă. Nu este altceva decât o celulă galvanică închisă. În ea, are loc o dizolvare lentă a unui material metalic cu un potențial redox mai mic; al doilea electrod dintr-o pereche, de regulă, nu se corodează. Acest tip de coroziune este caracteristic în special metalelor cu potențial negativ ridicat. Astfel, o cantitate foarte mică de impurități pe suprafața unui metal cu un potențial redox ridicat este deja suficientă pentru apariția unui element coroziv. Deosebit de periculoase sunt locurile în care intră în contact metale cu potențiale diferite, cum ar fi sudurile sau niturile.
Dacă electrodul de dizolvare este rezistent la coroziune, procesul de coroziune încetinește. Aceasta este baza, de exemplu, pentru protecția produselor din fier împotriva coroziunii prin galvanizare - zincul are un potențial mai negativ decât fierul, prin urmare, într-o astfel de pereche, fierul este redus și zincul trebuie să se corodeze. Cu toate acestea, din cauza formării unei pelicule de oxid pe suprafața de zinc, procesul de coroziune este foarte încetinit.
Un exemplu de coroziune electrochimică la scară largă este incidentul care a avut loc în decembrie 1967 cu transportatorul norvegian de minereu Anatina (ing. Anatina), pe drum din Cipru spre Osaka. Un taifun care zburase în Oceanul Pacific a dus la intrarea apei sărate în cale și formarea unui mare cuplu galvanic: concentrat de cupru cu coca de oțel a navei, care s-a înmuiat în curând, iar nava a dat un semnal de primejdie. Echipajul a fost salvat de o navă germană care a venit în ajutor, iar Anatina însăși abia a ajuns în port.
Coroziunea cu hidrogen și oxigen
Dacă există o reducere a ionilor H 3 O + sau a moleculelor de apă H 2 O, se vorbește despre coroziune cu hidrogen sau coroziune cu depolarizare cu hidrogen. Recuperarea ionilor are loc după următoarea schemă:
2H 3 O + + 2e − → 2H 2 O + H 2
2H2O + 2e - → 2OH - + H2
Dacă nu este eliberat hidrogen, ceea ce are loc adesea într-un mediu neutru sau puternic alcalin, are loc reducerea oxigenului și este denumită coroziune cu oxigen sau coroziune prin depolarizare a oxigenului:
O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH -
Un element coroziv se poate forma nu numai atunci când două metale diferite intră în contact. Un element coroziv se formează și în cazul unui singur metal, dacă, de exemplu, structura suprafeței este neomogenă.
Coroziunea chimică
Încălzitor de prosoape electrocoroziune
Coroziunea chimică - interacțiunea suprafeței metalice cu un mediu coroziv, care nu este însoțită de apariția electro procese chimice la limita fazei. În acest caz, interacțiunile oxidării metalelor și reducerii componentei oxidante a mediului corosiv au loc într-un singur act. De exemplu, formarea depunerilor atunci când materialele pe bază de fier sunt expuse la oxigen la temperatură ridicată:
În timpul coroziunii electrochimice, ionizarea atomilor de metal și reducerea componentei oxidante a mediului coroziv nu au loc într-un singur act, iar ratele acestora depind de potențialul electrod al metalului (de exemplu, ruginirea oțelului în apa de mare).
Tipuri de coroziune
Coroziunea gazelor
coroziunea atmosferică
Coroziune prin imersie parțială
Coroziune la linia de plutire
Coroziune la imersie completă
Coroziune sub imersie variabilă
coroziunea subterană
Biocoroziune
Coroziunea prin curent extern
Coroziunea curentului parazit
coroziunea de contact
Coroziunea prin frecare
Coroziunea prin frecare
coroziune continuă
coroziunea uniformă
Coroziune neuniformă
coroziunea localizată
Coroziunea subterană
Pitting
coroziunea petelor
prin coroziune
Coroziunea stratificată
Coroziunea filiformă
Coroziunea structurală
Coroziunea intergranulară
Coroziunea selectivă
Grafitizare fontă
Dezincificarea
coroziunea în crăpături
Coroziunea cuțitului
Ulcer de coroziune
fisurare prin coroziune prin tensiuni
coroziune prin tensiuni
Oboseala de coroziune
Limita de oboseală la coroziune
fragilitate la coroziune
Controlul coroziunii
Coroziunea are ca rezultat pierderi de miliarde de dolari în fiecare an, iar rezolvarea acestei probleme este o sarcină importantă. Principala pagubă cauzată de coroziune nu este pierderea metalului ca atare, ci costul enorm al produselor distruse de coroziune. De aceea, pierderile anuale de la acesta în țările industrializate sunt atât de mari. Pierderile reale din aceasta nu pot fi determinate prin evaluarea doar a pierderilor directe, care includ costul unei structuri prăbușite, costul înlocuirii echipamentului și costurile măsurilor de protecție împotriva coroziunii. Și mai multe daune sunt pierderile indirecte. Acestea sunt perioadele de nefuncționare a echipamentelor la înlocuirea pieselor și ansamblurilor corodate, scurgerile produselor, întreruperea proceselor tehnologice.
80% protecție perfectă la coroziune garantată pregătire corespunzătoare suprafețe, și doar cu 20% de calitatea vopselelor și lacurilor utilizate și a modului de aplicare a acestora. Cea mai productivă și eficientă metodă de pregătire a suprafeței înainte de protecția ulterioară a substratului este sablare abrazivă.
Există de obicei trei domenii ale metodelor de protecție împotriva coroziunii:
Structural
Activ
Pasiv
Pentru a preveni coroziunea, oțelurile inoxidabile, oțelurile Corten și metalele neferoase sunt utilizate ca materiale structurale. Atunci când proiectează o structură, ei încearcă să izoleze cât mai mult posibil de pătrunderea unui mediu corosiv, folosind adezivi, etanșanți, garnituri de cauciuc.
Metodele active de combatere a coroziunii vizează modificarea structurii stratului dublu electric. Se aplică un câmp electric constant folosind o sursă de curent constant, tensiunea este selectată pentru a crește potențialul electrodului metalului protejat. O altă metodă este folosirea unui anod de sacrificiu, un material mai activ care se va descompune, protejând obiectul protejat.
Ca protectie impotriva coroziunii se poate folosi aplicarea unui invelis care previne formarea unui element corosiv (metoda pasiva).
Coroziunea cu oxigen a fierului galvanizat
Coroziunea cu oxigen a fierului placat cu cositor
Vopsea, acoperirea polimerică și emailarea ar trebui, mai presus de toate, să împiedice accesul oxigenului și umidității. Adesea se aplică și o acoperire, de exemplu oțel cu alte metale precum zinc, staniu, crom, nichel. Stratul de zinc protejează oțelul chiar și atunci când stratul este parțial distrus. Zincul are un potențial mai negativ și se corodează mai întâi. Ionii de Zn 2+ sunt toxici. În fabricație conserve folosiți tablă acoperită cu un strat de tablă. Spre deosebire de tabla zincată, atunci când stratul de staniu este distrus, fierul începe să se corodeze, în plus, intens, deoarece staniul are un potențial mai pozitiv. O altă posibilitate de a proteja metalul împotriva coroziunii este utilizarea unui electrod de protecție cu un potențial negativ mare, de exemplu, din zinc sau magneziu. Pentru aceasta, este creat special un element de coroziune. Metalul protejat actioneaza ca un catod, iar acest tip de protectie se numeste protectie catodica. Electrodul solubil se numește, respectiv, anodul protecției sacrificiale. Această metodă este utilizată pentru a proteja împotriva coroziunii navele, podurile, centralele de cazane, țevile situate în subteran. Pentru a proteja carena navei, plăci de zinc sunt atașate de partea exterioară a carenei.
Dacă comparăm potențialele zincului și magneziului cu fierul, acestea au potențiale mai negative. Dar, cu toate acestea, se corodează mai lent datorită formării unei pelicule de oxid de protecție pe suprafață, care protejează metalul de coroziune ulterioară. Formarea unui astfel de film se numește pasivare metalică. În aluminiu, este întărit prin oxidare anodică (anodizare). Când o cantitate mică de crom este adăugată la oțel, pe suprafața metalului se formează o peliculă de oxid. Conținutul de crom în din oțel inoxidabil- mai mult de 12 la sută.
Pulverizare termică
Metodele de pulverizare termică sunt, de asemenea, utilizate pentru combaterea coroziunii. Cu ajutorul pulverizării termice se creează pe suprafața metalului un strat dintr-un alt metal/aliaj, care are o rezistență mai mare la coroziune (izolantă) sau invers mai puțin rezistent (bandă de rulare). Acest strat vă permite să opriți coroziunea metalului protejat. Esența metodei este următoarea: particulele unui amestec de metal, cum ar fi zincul, sunt aplicate pe suprafața produsului cu un jet de gaz la viteză mare, ca urmare a unui strat protector cu o grosime de zeci până la sute. de microni se formează. Pulverizarea termică este, de asemenea, utilizată pentru a prelungi durata de viață a echipamentelor uzate: de la restaurarea cremalierelor de direcție într-un service auto până la companiile petroliere
Acoperire cu zinc cu difuzie termică
Pentru operarea produselor metalice în medii agresive, este necesară o protecție mai stabilă anticorozivă a suprafeței produselor metalice. Stratul de zinc cu difuzie termică este anodic în raport cu metalele feroase și protejează electrochimic oțelul de coroziune. Are aderență (aderență) puternică la metalul de bază datorită difuzării reciproce a fierului și zincului în fazele intermetalice de suprafață, astfel încât nu există decojirea și ciobirea acoperirilor sub impact, stres mecanic și deformare a produselor prelucrate.
Zincarea prin difuzie, realizată dintr-o fază de vapori sau gazoasă la temperaturi ridicate (375-850 °C), sau folosind un vid (vid) - la o temperatură de 250 °C, este utilizată pentru a acoperi elementele de fixare, țevi, fitinguri și alte structurilor. Crește semnificativ rezistența oțelului, a produselor din fontă în medii care conțin hidrogen sulfurat (inclusiv împotriva fisurarii coroziunii cu hidrogen sulfurat), atmosfera industrială, apa de mare etc. Grosimea stratului de difuzie depinde de temperatură, timp, metoda de galvanizare și poate fi de 0,01 -1, 5 mm. Procesul modern de galvanizare prin difuzie face posibilă formarea unei acoperiri pe suprafețele filetate ale elementelor de fixare, fără a complica alcătuirea ulterioară a acestora. Microduritatea stratului de acoperire Hμ = 4000 - 5000 MPa. Acoperirea cu zinc prin difuzie crește semnificativ și rezistența la căldură a produselor din oțel și fontă, la temperaturi de până la 700 °C. Este posibil să se obțină învelișuri de zinc cu difuzie aliate utilizate pentru îmbunătățirea caracteristicilor de serviciu.
Placare cu cadmiu
Acoperirea pieselor de oțel cu cadmiu se realizează prin metode similare galvanizării, dar dă mai mult protectie puternica mai ales în apa de mare. Este folosit mult mai rar din cauza toxicității semnificative a cadmiului și a costului ridicat al acestuia.
Placare cu crom
Coroziunea afectează performanța conductelor.
Pierderile economice din coroziunea metalelor sunt enorme. În Statele Unite, conform ultimelor date NACE, daunele provocate de coroziune și costul combaterii acesteia s-au ridicat la 3,1% din PIB (276 miliarde de dolari). În Germania, acest prejudiciu s-a ridicat la 2,8% din PIB. Potrivit experților din diverse țări, aceste pierderi în țările industrializate variază între 2 și 4% din produsul național brut. În același timp, pierderile de metal, inclusiv masa structurilor metalice, produse, echipamente defecte, variază între 10 și 20% din producția anuală de oțel.
Prăbușirea Podului de Argint.
Rugina este una dintre cele mai frecvente cauze ale defectării podului. Deoarece rugina are un volum mult mai mare decât masa inițială a fierului, acumularea ei poate duce la potrivirea neuniformă a pieselor structurale între ele. Acest lucru a provocat distrugerea podului peste râul Mianus în 1983, când lagărele palanului s-au corodat în interior. Trei șoferi au murit într-o cădere în râu. Cercetările au arătat că scurgerea drumului a fost blocată și nu a fost curățată, iar ape uzate s-au infiltrat în digurile podului. Pe 15 decembrie 1967, Podul de Argint care leagă Point Pleasant, Virginia de Vest, și Kanauga, Ohio, s-a prăbușit brusc în râul Ohio. La momentul prăbușirii, de-a lungul podului se deplasau 37 de mașini, iar 31 dintre ele au căzut odată cu podul. Patruzeci și șase de persoane au murit și nouă au fost grav rănite. Pe lângă pierderi de vieți omenești și răni, principala rută de transport între Virginia de Vest și Ohio a fost distrusă. Prăbușirea a fost cauzată de coroziune.
Podul Kinzoo din Pennsylvania a fost distrus în 2003 de o tornadă, în primul rând din cauza corodării șuruburilor principale centrale, reducându-i foarte mult stabilitatea.
Teme pentru acasă
Aliaje
Atenţie!!!
Pentru a obține nota "3" este suficient să finalizați doar prima parte a lucrării, pentru a obține nota "4", este necesar să finalizați fără erori întreaga parte a lucrării pentru un "3" și, de asemenea, fără erori întreaga parte a lucrării pentru nota „4”. Pentru a obține un scor de „5” trebuie să finalizați toată lucrarea fără erori !!!
Clasa "3"
1. Care dintre metale ca substanță simplă este mai susceptibilă la coroziune
1) 1s 2 2s 2 2p 6 3s
2) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1
3) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2
4) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
2. Provoacă coroziune chimică
1) apă și oxigen
2) oxizi de carbon și sulf
3) soluții sărate
4) toți factorii de mai sus.
3. Când Ni și Fe vin în contact într-o soluție acidă
1) fierul se va dizolva
2) fierul va fi restaurat
3) Nichelul se va dizolva
4) oxigenul va fi eliberat
Evaluare „4”
4. Metodele de protecție împotriva coroziunii, în care în mediul de lucru sunt introduse substanțe care reduc agresivitatea mediului, se numesc
5. Metodă de protecție împotriva coroziunii în care tabla de fier este acoperită cu un strat de tablă
6. Corodează cel mai activ
1) fier chimic pur
2) fier acoperit cu un strat de tablă
3) fier tehnic
4) aliaj fier-titan
Evaluare „5”
7. Element de aliere care conferă oțelului rezistență la coroziune
8. Masa de cupru eliberată pe o placă plasată într-o soluție de clorură de cupru (II) dacă zincul cu o greutate de 13 g a intrat în reacție
8. Masa de cupru eliberată pe o placă de fier plasată într-o soluție de sulfat de cupru (II), dacă în reacție a intrat fier cu o greutate de 11,2 g.
Ph.D. V.B. Kosachev, A.P. Gulidov, NPK „Vector”, Moscova
Articolul oferă informații despre coroziunea metalelor, care pot fi utile pentru o gamă largă de lucrători inginerești și tehnici, asociați prin natura activității lor cu punerea în aplicare a măsurilor practice pentru a proteja echipamentele organizațiilor de furnizare de căldură împotriva coroziunii.
Coroziunea și semnificația ei socială
Orice proces de coroziune duce la modificări ale proprietăților materialelor structurale. Rezultatul procesului este un „efect de coroziune” care degradează caracteristicile funcționale ale metalului echipamentului, mediului și sisteme tehnice, privit ca un „efect de deteriorare” sau „daune de coroziune”.
Evident, pierderile economice asociate coroziunii metalelor sunt determinate nu atât de costul metalului corodat, cât de costul lucrărilor de reparații, pierderile datorate opririi temporare a funcționării sistemelor de inginerie, costul prevenirii accidentelor. , în unele cazuri absolut inacceptabil din punct de vedere al siguranța mediului. Estimările costurilor asociate coroziunii (după surse străine) conduc la concluzia că costul total anual al combaterii consecințelor coroziunii este de 1,5-2% din produsul național brut. Unele dintre aceste costuri sunt inevitabile; ar fi nerealist să se elimine complet toate daunele provocate de coroziune. Cu toate acestea, pierderile de coroziune pot fi reduse semnificativ prin cea mai bună utilizareîn practică a cunoștințelor acumulate despre procesele de coroziune și metodele de protecție împotriva coroziunii, pe care serviciile anticorozive le au în prezent.
Procese de coroziune
Conceptul de „coroziune a metalelor” include grup mare procese chimice care conduc la distrugerea metalului. Aceste procese diferă puternic între ele în manifestările externe, în condițiile și mediile în care se produc, precum și în proprietățile metalelor care reacţionează și a produselor de reacţie rezultate. Cu toate acestea, există toate motivele pentru a le combina, pentru că în ciuda diferențelor puternice, toate aceste procese au nu numai un rezultat comun - distrugerea metalului, ci și o singură esență chimică - oxidarea metalului.
Cauza coroziunii este instabilitatea termodinamică a metalelor, ca urmare a căreia majoritatea se găsesc în natură în stare oxidată (oxizi, sulfuri, silicați, aluminați, sulfați etc.). Astfel, coroziunea poate fi definită ca un proces spontan care are loc atunci când un metal interacționează cu mediul înconjurător, însoțit de o scădere a energiei libere Gibbs și de distrugerea metalului. Coroziunea are loc la interfața dintre două faze „metal – mediu”, adică este un proces eterogen în mai multe etape și constă din cel puțin trei etape principale care se repetă de mai multe ori:
1 alimentare cu substanțe de reacție (inclusiv un agent coroziv) către interfață;
2 reacția reală a interacțiunii metalului cu un mediu corosiv, al cărei rezultat este tranziția unei anumite cantități de metal într-o formă oxidată cu formarea de produse de coroziune și un agent coroziv într-o formă redusă;
3 îndepărtarea produselor de coroziune din zona de reacție.
Mecanisme ale proceselor de coroziune
După mecanismul procesului de oxidare a metalelor, se disting coroziunea chimică și electrochimică.
Coroziunea chimică . Acest tip de coroziune include astfel de procese de oxidare a metalelor și de reducere a unui agent coroziv, în care transferul electronilor metalici se realizează direct la atomii sau ionii agentului de oxidare (agent coroziv), care este cel mai adesea oxigenul atmosferic.
2Me + O 2 --> 2MeO (1)
În practica furnizării de căldură, cel mai comun și practic important tip de coroziune chimică este coroziunea gazoasă - coroziunea metalelor în gaze uscate (aer, produse de ardere a combustibilului) la temperaturi ridicate. Principalii factori care afectează viteza de coroziune a gazului sunt:
3 natura metalului (aliaj);
4 compoziția mediului gazos;
5 proprietăți mecanice produse de coroziune formate (filme de oxid);
6 temperatura.
Deci, pentru fier, componenta principală a oțelurilor carbon utilizate pentru fabricarea ecranelor spațiului cuptorului și partea convectivă a cazanelor de apă caldă, dependența vitezei de coroziune a gazului de temperatură este aproape exponențială, Fig. 1. Temperatura afectează compoziția peliculelor de oxid formate pe oțel și legile creșterii acestora, Tabel. 1. Proprietățile lor mecanice și, în consecință, de protecție depind de compoziția filmelor de oxid, deoarece o peliculă densă de oxid continuă poate proteja metalul de oxidarea ulterioară. Presiunea parțială a oxigenului afectează și viteza de coroziune a gazului. Când un număr de metale sunt oxidate la o temperatură constantă și suficient de ridicată cu o creștere a presiunii parțiale a oxigenului (Po 2), viteza de oxidare crește mai întâi brusc, apoi, la atingerea unui anumit critic(P o 2) - scade brusc și rămâne destul de scăzut într-o gamă largă de presiuni, Figura 2. Modul de încălzire are o mare influență asupra vitezei de oxidare a metalelor. Fluctuațiile de temperatură (încălzire și răcire variabile), chiar și la intervale mici, provoacă distrugerea peliculelor de oxid din cauza apariției unor tensiuni interne mari, în urma cărora rata de oxidare a metalului crește brusc.
Pentru a proteja împotriva coroziunii gazelor, se utilizează aliaje rezistente la căldură a oțelurilor, se creează atmosfere protectoare (reducătoare), sunt acoperite de protecție cu difuzie termică (pe bază de aluminiu, siliciu și crom) și pulverizate (pe bază de oxizi de aluminiu, magneziu, zirconiu). folosit.
coroziunea electrochimică. Acest tip de coroziune este cel mai frecvent și include acele cazuri în care procesele de oxidare a metalelor și de reducere a componentei oxidante se desfășoară separat într-un mediu electrolit lichid, adică. într-un mediu care conduce electricitate. Astfel de medii pot fi: apă naturală, solutii apoase săruri, acizi, alcalii, precum și aer, sol și structuri termoizolante care conțin electrolit (umiditate) într-o anumită cantitate. Astfel, procesul de coroziune electrochimică este o combinație a două reacții cuplate care au loc:
anodic (oxidare) Me → Me z+ + ze - (2),
și catodic (recuperare) D + ze - → (Dze -) (3),
unde D este un depolarizant (agent oxidant) care atașează electronii metalici la sine. Următoarele pot acționa ca un depolarizant: oxigenul dizolvat în electrolit, ionii de hidrogen (H +) și unele metale. Schema generala Procesul de coroziune electrochimică a metalului este prezentat în Figura 3, iar un caz particular de rugină a fierului este descris de reacția:
2Fe + 2H2O + O2 → 2Fe2+ + 4 OH - (4).
Apariția celulelor galvanice „catod – anod” pe oțelurile carbon (principal material structural conducte) în contact cu electroliții se produce în principal datorită diferențierii suprafeței oțelului în zone cu potențiale diferite ale electrodului (teoria elementelor locale de coroziune). Motivele diferențierii pot fi diferite:
7 eterogenitatea structurii metalice (în oțelurile carbon există faze - ferită și cementită, componente structurale - perlită, cementită și ferită, care au potențiale de electrod diferite);
8 prezența peliculelor de oxid, impurităților, incluziunilor nemetalice etc. pe suprafața oțelului;
9 distribuția neuniformă a oxidantului la interfața „metal-electrolit”, de exemplu, umiditate și aerare diferite în diferite părți ale suprafeței metalice;
10 distribuție neuniformă a temperaturii;
11 contact metalic diferit.
Date rezumate pentru N.D. Tomashov despre vaporii de coroziune galvanică (Tabelul 2), a căror formare este posibilă pe operarea conductelor rețelele de încălzire în prezența umidității sau a urmelor acesteia, ne permit să afirmăm că toate cazurile de ruginire a conductelor și a structurilor metalice ale rețelelor de încălzire apar ca urmare a coroziunii electrochimice.
Principalele tipuri de coroziune electrochimică
și natura deteriorării metalului prin coroziune
În funcție de condițiile procesului de coroziune electrochimică (tip de mediu coroziv), se disting coroziunea atmosferică, a solului, microbiologică și lichidă (acid, alcalin, sărat, marină și de apă dulce). În funcție de condițiile de funcționare, oricare dintre tipurile de coroziune de mai sus poate apărea atunci când sunt aplicați factori operaționali precum frecarea, cavitația, tensiunile în metal și surse externe de curent continuu și alternativ.
Tabelul 3 prezintă tipuri posibile coroziunea electrochimică a conductelor și echipamentelor capacitive ale întreprinderilor de furnizare de căldură, precum și factori operaționali nefavorabili care contribuie la creșterea ratei proceselor de coroziune. Figurile 5-9 arată cele mai tipice daune cauzate de coroziune asupra oțelurilor carbonice structurale tipuri variate coroziunea electrochimică.
Metode de protecție împotriva coroziunii electrochimice
Protecția împotriva coroziunii electrochimice este un set de măsuri care vizează prevenirea și inhibarea proceselor de coroziune, menținerea și menținerea operabilității echipamentelor și structurilor în perioada necesară de funcționare.
Metodele de protejare a structurilor metalice împotriva coroziunii se bazează pe acțiune țintită, care duce la o scădere totală sau parțială a activității factorilor care contribuie la dezvoltarea proceselor de coroziune. Metodele de protecție împotriva coroziunii pot fi împărțite condiționat în metode de influențare a metalului și metode de influențare a mediului, precum și metode combinate. Clasificarea metodelor este prezentată în Figura 10.
Printre metodele de influență asupra metalului, în practica de protecție a echipamentelor și conductelor organizațiilor de furnizare a căldurii cel mai răspândit au primit straturi de protecție și izolare cu acțiune permanentă (polimer, sticlă email, metal zinc și aluminiu). Impactul asupra unui mediu corosiv (apa) este utilizat pentru a proteja echipamentele capacitive și conductele de coroziunea internă prin inhibarea și dezaerarea acesteia.
Este posibil să se reducă semnificativ rata proceselor de coroziune în conducte prin aplicarea protecției electrochimice. Cu acest tip de protecție, potențialul electrochimic al conductei este deplasat în zona potențialului (de protecție) necesară (polarizarea structurii) prin conectarea acesteia la o sursă de curent externă - stația protectie catodica sau protector.
Trebuie remarcat faptul că opțiunea de protecție pentru un anumit obiect ar trebui selectată pe baza unei analize a condițiilor sale de funcționare. În același timp, cerințele pentru caracterizarea indicatorilor calitatea cerută lucru obiect, caracteristici tehnologice aplicarea metodei (metodelor) alese de protecţie şi efectul economic realizat în acelaşi timp.
Complicarea condițiilor de funcționare a echipamentelor și, în primul rând, a conductelor de căldură, apariția poluării specifice a aerului și a apei necesită îmbunătățirea constantă a metodelor de protecție împotriva coroziunii. Pe baza analizei informațiilor generalizate cu privire la deteriorarea coroziunii la diferite echipamente ale întreprinderilor de furnizare de căldură, se poate concluziona că principalele direcții de îmbunătățire a metodelor de protecție împotriva coroziunii în furnizarea de căldură sunt: introducerea de acoperiri anticorozive și hidroizolatoare pentru suprafețele exterioare ale conducte cu proprietăți îmbunătățite ale consumatorilor; aplicare pentru alimentarea cu apă caldă a conductelor cu sticlă-smalț și acoperiri interne polimerice; utilizarea opțiunilor de protecție combinată cu utilizarea în comun a instalațiilor de protecție electrochimică și a straturilor de protecție.
tabelul 1
Tabelul 3
| Nu. p \ p | Tipul de coroziune electrochimică | Metoda de așezare a conductelor (tip de echipament) |
Factori suplimentari de coroziune |
| 1. | coroziunea atmosferică | Suprafețele exterioare ale conductelor de așezare a solului și a canalelor (la nivelul de inundare și colmatare a canalului, neatingând structurile izolante). Suprafețele diferitelor structuri metalice și echipamente care nu sunt în contact cu apa și solul. | Tensiuni interne în metalul conductei și structurile metalice, impactul mecanic-șoc al unei căderi din tavan. Deteriorări caracteristice de coroziune: coroziune uniformă, în locurile unei picături este posibilă coroziunea prin pete. |
| 2. | Subteran coroziune |
Suprafețele exterioare ale conductelor de așezare fără canale (în caz de încălcare a integrității izolației), așezarea canalelor (inundarea periodică și colmarea canalului, însoțită de umezirea izolației termice). | Tensiuni interne în metal, coroziune prin curent extern continuu și alternativ, impact de cădere. Daune caracteristice de coroziune: coroziune neuniformă, coroziune prin pete, atunci când este expus la curenți vagabonzi, este posibilă deteriorarea peretelui conductei. |
| 3. | coroziunea subacvatică | Suprafețele exterioare ale conductelor de așezare a canalelor. (Inundarea permanentă a canalului în absența izolației termice pe conductă). Suprafețele interioare ale conductelor și echipamentelor de tratare chimică a apei (dezaeratoare, filtre etc.) |
Tensiuni interne în metal, coroziune prin curent extern continuu și alternativ. Dacă conducta nu este complet scufundată, este posibilă coroziunea de-a lungul liniei de plutire. Daune caracteristice coroziunii: coroziune neuniformă, atunci când este expus la curenți vagabonzi, prin deteriorarea peretelui conductei, sunt posibile leziuni ulcerative în zona liniei de plutire. Pe conductele de alimentare cu apă caldă este posibil procesul de coroziune microbiologică de către bacteriile de fier. Daune caracteristice de coroziune: coroziune pitting (pentru suprafețele interioare ale conductelor), coroziune pitting, coroziune neuniformă. |
COROZIUNEA METALELOR– interacțiune fizico-chimică sau chimică între un metal (aliaj) și un mediu, conducând la o deteriorare a proprietăților funcționale ale metalului (aliajului), mediului sau sistemului tehnic care le include.
Cuvântul coroziune provine din latinescul „corrodo” – „rosă” (latina târzie „corrosio” înseamnă „coroziune”).
Este cauzată coroziune reactie chimica metal cu substanțe ale mediului care curg la limita metalului și mediului. Cel mai adesea, aceasta este oxidarea unui metal, de exemplu, cu oxigenul atmosferic sau acizii conținuti în soluții cu care metalul intră în contact. Metalele situate în seria de tensiuni (seria de activitate) din stânga sunt deosebit de susceptibile la acest lucru. hidrogen, inclusiv fier.
Ca urmare a coroziunii, fierul rugineste. Acest proces este foarte complex și include mai multe etape. Poate fi descris prin ecuația generală:
4Fe + 6H 2 O (umiditate) + 3O 2 (aer) = 4Fe(OH) 3
Hidroxidul de fier (III) este foarte instabil, pierde rapid apă și se transformă în oxid de fier (III). Acest compus nu protejează suprafața fierului de oxidarea ulterioară. Drept urmare, obiectul de fier poate fi complet distrus.
Multe metale, inclusiv cele destul de active (de exemplu, aluminiul), în timpul coroziunii sunt acoperite cu o peliculă densă de oxid bine lipită cu metale, care nu permite agenților oxidanți să pătrundă în straturi mai adânci și, prin urmare, protejează metalul de coroziune. Când această peliculă este îndepărtată, metalul începe să interacționeze cu umiditatea și oxigen aer.
În condiții normale, aluminiul este rezistent la aer și apă, chiar și la fierbere, dar dacă se aplică mercur pe suprafața aluminiului, amalgamul rezultat distruge pelicula de oxid - o împinge de la suprafață, iar metalul se transformă rapid în fulgi albi de aluminiu. metahidroxid:
4Al + 2H 2 O + 3O 2 \u003d 4AlO (OH)
Aluminiul amalgamat reacţionează cu apa pentru a elibera hidrogen:
2Al + 4H 2 O \u003d 2AlO (OH) + 3H 2
Unele metale destul de puțin active sunt, de asemenea, supuse coroziunii. În aer umed, suprafața de cupru devine acoperită cu o acoperire verzuie (patină) ca urmare a formării unui amestec de săruri bazice.
Uneori, în timpul coroziunii metalelor, nu are loc oxidarea, ci reducerea unor elemente conținute în aliaje. De exemplu, la presiuni și temperaturi ridicate, carburile conținute în oțeluri sunt reduse cu hidrogen.
Distrugerea metalelor în prezența hidrogenului a fost descoperită la mijlocul secolului al XIX-lea. Inginerul francez Saint Clair Deville a studiat cauzele rupturilor neașteptate ale țevilor de arme. Cu ei analiza chimica a găsit hidrogen în metal. Deville a decis că saturația cu hidrogen a cauzat scăderea bruscă a rezistenței oțelului.
Hidrogenul a cauzat multe probleme proiectanților de echipamente pentru unul dintre cele mai importante procese chimice industriale - sinteza amoniacului. Primele dispozitive pentru această sinteză au servit doar zeci de ore și apoi s-au împrăștiat în părți mici. Doar adăugarea de titan, vanadiu sau molibden în oțel a ajutat la rezolvarea acestei probleme.
Coroziunea metalelor poate include și dizolvarea lor în metale lichide topite (sodiu, plumb, bismut), care sunt utilizate, în special, ca agenți de răcire în reactoarele nucleare.
Din punct de vedere al stoichiometriei, reacțiile care descriu coroziunea metalelor sunt destul de simple, dar din punct de vedere al mecanismului sunt procese complexe eterogene. Mecanismul de coroziune este determinat în primul rând de tipul de mediu agresiv.
Când un material metalic intră în contact cu un gaz reactiv, pe suprafața sa apare o peliculă de produse de reacție. Previne contactul suplimentar cu metalul și gazul. Dacă prin acest film are loc contradifuzia reactanților, atunci reacția continuă. Procesul este facilitat la temperaturi ridicate. În timpul coroziunii, pelicula produsului se îngroașă continuu, iar metalul este distrus. Pierderi mari din cauza coroziunii gazelor sunt suferite de metalurgie și alte industrii în care se utilizează temperaturi ridicate.
Cea mai comună coroziune în mediile electrolitice. În unele procese tehnologice metalele sunt în contact cu electroliții topiți. Cu toate acestea, coroziunea apare cel mai adesea în soluțiile de electroliți. Metalul nu trebuie să fie complet scufundat în lichid. Soluțiile de electroliți pot fi sub formă de peliculă subțire pe suprafața metalului. Ele impregnează adesea mediul care înconjoară metalul (sol, beton etc.).
În timpul construcției podului de metrou și a stației Leninskiye Gory din Moscova, un numar mare de clorură de sodiu pentru a preveni înghețarea betonului care nu s-a întărit încă. Stația a fost construită în cât mai repede posibil(în doar 15 luni) și deschis pe 12 ianuarie 1959. Cu toate acestea, prezența clorurii de sodiu în beton a făcut ca armătura de oțel să se defecteze. 60% din structurile din beton armat au fost supuse coroziunii, astfel că stația a fost închisă pentru reconstrucție , care durează aproape 10 ani. Abia pe 14 ianuarie 2002 a avut loc redeschiderea podului de metrou și a stației, care au primit denumirea de „Dealurile Vrăbiilor”.
Utilizarea sărurilor (de obicei clorură de sodiu sau de calciu) pentru a îndepărta zăpada și gheața de pe drumuri și trotuare duce, de asemenea, la degradarea accelerată a metalelor. Vehiculele și comunicațiile subterane sunt grav afectate. Se estimează că numai în SUA, utilizarea sărurilor pentru controlul zăpezii și gheții are ca rezultat pierderi de aproximativ 2 miliarde de dolari pe an din cauza coroziunii motorului și 0,5 miliarde de dolari în reparații suplimentare la drumuri, autostrăzi subterane și poduri.
În mediile electrolitice, coroziunea este cauzată nu numai de acțiunea oxigenului, apei sau acizilor asupra metalelor, ci și de procese electrochimice. Deja la începutul secolului al XIX-lea. coroziunea electrochimică a fost studiată de oamenii de știință englezi Humphrey Davy și Michael Faraday. Prima teorie a coroziunii electrochimice a fost prezentată în 1830 de omul de știință elvețian De la Rive. Ea a explicat apariția coroziunii în punctul de contact dintre două metale diferite.
Coroziunea electrochimică duce la distrugerea rapidă a metalelor mai active, care în diferite mecanisme și dispozitive vin în contact cu metale mai puțin active situate în dreapta în seria electrochimică de tensiuni. Utilizarea pieselor de cupru sau alamă în structurile din fier sau aluminiu care funcționează în apa de mare crește foarte mult coroziunea. Sunt cunoscute cazuri de distrugere și inundare a navelor, a căror placare cu fier a fost fixată cu nituri de cupru.
Separat, aluminiul și titanul sunt rezistente la impact. apa de mare, dar dacă sunt în contact într-un singur produs, de exemplu, într-o cutie pentru echipamente fotografice subacvatice, aluminiul este distrus foarte repede, iar cutia se scurge.
Procesele electrochimice pot avea loc și într-un metal omogen. Se activează dacă există diferențe în compoziția granulului de metal în volum și la limită, solicitări mecanice neomogene, microimpurități etc. În curs de dezvoltare teorie generală Mulți dintre compatrioții noștri au participat la coroziunea electrochimică a materialelor metalice, inclusiv Vladimir Aleksandrovich Kistyakovsky (1865–1952) și Alexander Naumovich Frumkin (1895–1976).
Unul dintre motivele apariției coroziunii electrochimice sunt curenții paraziți, care apar din cauza scurgerii unei părți din curentul din circuitele electrice în sol sau în soluții apoase, unde cad pe structuri metalice. În locurile în care curentul iese din aceste structuri, dizolvarea metalului începe din nou în sol sau apă. Astfel de zone de distrugere a metalelor sub acțiunea curenților vagabonzi sunt observate mai ales în zonele de transport electric la sol (linii de tramvai, transport feroviar asupra energiei electrice). Acești curenți pot atinge câțiva amperi, ceea ce duce la daune mari de coroziune. De exemplu, trecerea unui curent de 1 A timp de un an va determina dizolvarea a 9,1 kg de fier, 10,7 kg de zinc, 33,4 kg de plumb.
Coroziunea poate apărea și sub influența radiațiilor, precum și a produselor reziduale ale bacteriilor și ale altor organisme. Fenomenul de biocoroziune este asociat cu dezvoltarea bacteriilor pe suprafața structurilor metalice. Murdărirea părții subacvatice a navelor cu organisme marine mici afectează și procesele de coroziune.
Când este expus la metal Mediul externși solicitările mecanice, toate procesele de coroziune sunt activate, deoarece stabilitatea termică a metalului scade, peliculele de oxid de pe suprafața metalului sunt sparte și procese electrochimiceîn locurile în care apar fisuri şi neomogenităţi.
Coroziunea duce la pierderi uriașe iremediabile de metale; aproximativ 10% din fierul produs este complet distrus în fiecare an. Potrivit Institutului Chimie Fizica RAS, fiecare al șaselea furnal din Rusia funcționează în zadar - tot metalul topit se transformă în rugină. Distrugerea structurilor metalice, agricole și vehicule de transport, echipamentele industriale cauzează timpi de nefuncţionare, accidente, deteriorarea calităţii produsului. Luarea în considerare a posibilei coroziuni duce la creșterea costurilor cu metalul în fabricarea aparatelor presiune ridicata, cazane de abur, recipiente metalice pentru toxice si substanțe radioactive etc. Aceasta crește pierderile totale de coroziune. Trebuie cheltuiți mulți bani pentru protecția anticorozivă. Raportul dintre pierderile directe, pierderile indirecte și costurile protecției împotriva coroziunii este estimat ca (3–4):1:1. În țările industrializate, daunele cauzate de coroziune ajung la 4% din venitul național. În țara noastră, se ridică la miliarde de ruble pe an.
Problemele de coroziune sunt agravate constant din cauza creșterii continue a producției de metale și a înăspririi condițiilor de funcționare a acestora. Mediul în care sunt folosite structurile metalice devine din ce în ce mai agresiv, inclusiv din cauza poluării acestuia. Produse metalice utilizate în lucrări de inginerie în condiții de temperaturi și presiuni din ce în ce mai ridicate, fluxuri puternice de gaze și lichide. Prin urmare, problemele de protecție a materialelor metalice împotriva coroziunii devin din ce în ce mai relevante. Este imposibil să previi complet coroziunea metalelor, așa că singura modalitate de a o combate este să găsești modalități de a o încetini.
Problema protejării metalelor împotriva coroziunii a apărut aproape de la începutul utilizării lor. Oamenii au încercat să protejeze metalele de efect atmosferic cu ajutorul grăsimilor, uleiurilor, iar ulterior acoperite cu alte metale și, mai ales, cu cositor cu punct de topire scăzut. În scrierile istoricului grec antic Herodot (secolul al V-lea î.Hr.) și ale anticului om de știință roman Pliniu cel Bătrân (secolul I î.Hr.), există deja referiri la utilizarea staniului pentru a proteja fierul de rugină. În prezent, lupta împotriva coroziunii se desfășoară în mai multe direcții simultan - încearcă să schimbe mediul în care funcționează un produs metalic, să afecteze rezistența la coroziune a materialului în sine și să prevină contactul dintre metal și substanțele agresive. a mediului extern.
Coroziunea poate fi prevenită complet numai într-un mediu inert, de exemplu, într-o atmosferă de argon; cu toate acestea, este imposibil să se creeze un astfel de mediu în funcționarea structurilor și mecanismelor în marea majoritate a cazurilor. În practică, pentru a reduce activitatea corozivă a mediului, ei încearcă să îndepărteze componentele cele mai reactive din acesta, de exemplu, reduc aciditatea soluțiilor apoase și a solurilor cu care metalele pot intra în contact. Una dintre metodele de combatere a coroziunii fierului și aliajelor sale, cuprului, alamei, zincului și plumbului este îndepărtarea oxigenului și a dioxidului de carbon din soluțiile apoase. În industria energetică și în unele ramuri ale tehnologiei, apa este, de asemenea, eliberată de cloruri, care stimulează coroziunea locală. Pentru a reduce aciditatea solului, se efectuează văr.
Agresivitatea atmosferei depinde foarte mult de umiditate. Pentru orice metal există o umiditate relativă critică, sub care nu suferă coroziune atmosferică. Pentru fier, cupru, nichel, zinc, este de 50–70%. Uneori, pentru conservarea produselor cu valoare istorică, temperatura acestora este menținută artificial peste punctul de rouă. În spații închise (de exemplu, cutii de ambalare) umiditatea este redusă folosind silicagel sau alți adsorbanți. Agresivitatea atmosferei industriale este determinată în principal de produsele arderii combustibilului ( cm. POLUAREA MEDIULUI). Pierderile de coroziune sunt reduse prin prevenirea ploilor acide și eliminarea emisiilor de gaze nocive.
Distrugerea metalelor în medii apoase poate fi încetinită cu ajutorul inhibitorilor de coroziune, care se adaugă în cantități mici (de obicei mai puțin de 1%) la soluțiile apoase. Ele contribuie la pasivarea suprafeței metalice, adică la formarea unui film subțire și dens de oxizi sau alți compuși slab solubili, care împiedică distrugerea substanței de bază. În acest scop se folosesc unele săruri de sodiu (carbonat, silicat, borat) și alți compuși. Dacă lamele de ras sunt scufundate într-o soluție de cromat de potasiu, acestea durează mult mai mult. Deseori sunt folosiți inhibitori organici, care sunt mai eficienți decât cei anorganici.
O modalitate de a proteja împotriva coroziunii se bazează pe dezvoltarea de noi materiale cu rezistență mai mare la coroziune. Se caută în mod constant înlocuitori pentru metalele corozive. Materialele plastice, ceramica, sticla, cauciucul, azbestul și betonul sunt mai rezistente la influențele mediului, dar sunt inferioare în multe alte proprietăți metalelor, care încă servesc ca principale materiale structurale.
Metalele nobile sunt practic rezistente la coroziune, dar sunt prea scumpe pentru utilizare pe scară largă, deci sunt utilizate numai în părțile cele mai critice, de exemplu, pentru fabricarea contactelor electrice necorozive. Nichelul, aluminiul, cuprul, titanul și aliajele pe bază de acestea au o rezistență ridicată la coroziune. Producția lor crește destul de rapid, totuși, chiar și acum cel mai accesibil și utilizat metal rămâne fierul care ruginește rapid. A da rezistență la coroziune aliajele pe bază de fier folosesc adesea aliaje. Așa se obține oțelul inoxidabil care, pe lângă fier, conține crom și nichel. Cel mai comun oțel inoxidabil al timpului nostru, gradul 18–8 (18% crom și 8% nichel), a apărut în 1923. Este destul de rezistent la umiditate și oxigen. Primele tone de oțel inoxidabil din țara noastră au fost topite în 1924 la Zlatoust. Acum au fost dezvoltate multe tipuri de astfel de oțeluri, care, pe lângă crom și nichel, conțin mangan, molibden, wolfram și altele. elemente chimice. Aliarea la suprafață a aliajelor de fier ieftine cu zinc, aluminiu și crom este adesea folosită.
Pentru a rezista la coroziunea atmosferică, straturile subțiri sunt aplicate produselor din oțel din alte metale care sunt mai rezistente la umiditate și oxigenul atmosferic. Acoperirile cu crom și nichel sunt adesea folosite. Deoarece cromarea conțin adesea crăpături, acestea sunt de obicei aplicate peste plăci de nichel mai puțin decorative. Pentru a proteja conservele de coroziune în acizi organici cuprins în Produse alimentare, consumat cantitate semnificativă staniu. Pentru mult timp a acoperi ustensile de bucatarie folosit cadmiu, dar acum se știe că acest metal este periculos pentru sănătate, iar acoperirile cu cadmiu sunt folosite doar în tehnologie.
Pentru a încetini coroziunea, pe suprafața metalică se aplică lacuri și vopsele, uleiuri minerale și grăsimi. Structurile subterane sunt acoperite cu un strat gros de bitum sau polietilenă. Suprafețe interioare țevi din oțel iar rezervoarele sunt protejate cu acoperiri ieftine de ciment.
Pentru ca vopseaua să fie mai fiabilă, suprafața metalică este curățată temeinic de murdărie și produse de coroziune și supusă unui tratament special. Pentru produsele din oțel se folosesc așa-numitele convertoare de rugină, care conțin acid fosforic (H 3 PO 4) și sărurile acestuia. Ele dizolvă resturile de oxizi și formează o peliculă densă și durabilă de fosfați, care este capabilă să protejeze suprafața produsului pentru o perioadă de timp. Apoi metalul este acoperit cu un strat de grund, care ar trebui să se potrivească bine pe suprafață și să aibă proprietăți de protecție (de obicei se folosește plumb roșu sau cromat de zinc). Abia atunci se poate aplica lac sau vopsea.
Una dintre cele mai metode eficiente controlul coroziunii este protectie electrochimica. Pentru protecția platformelor de foraj, a bazelor metalice sudate, conducte subterane sunt conectate ca catod la o sursă de curent externă. Ca anod se folosesc electrozi inerți auxiliari.
O altă variantă de astfel de protecție este utilizată pentru structurile de oțel relativ mici sau acoperite suplimentar cu izolație. obiecte metalice(de exemplu, conducte). În acest caz, se folosește un protector - un anod dintr-un metal relativ activ (de obicei magneziu, zinc, aluminiu și aliajele acestora), care este distrus treptat, protejând obiectul principal. Un anod de magneziu protejează până la 8 km de conductă. Protecția benzii de rulare este larg răspândită; de exemplu, în SUA, aproximativ 11,5 mii de tone de aluminiu sunt cheltuite anual pentru producția de protectori.
Protecția unui metal de un alt metal, mai activ, situat la stânga în rândul de tensiune, este eficientă fără a impune o diferență de potențial. Un metal mai activ (de exemplu, zincul pe suprafața fierului) protejează un metal mai puțin activ de distrugere.
La metode electrochimice Controlul coroziunii poate fi atribuit și protecției împotriva distrugerii structurilor de către curenții vagabonzi. O modalitate de a elimina o astfel de coroziune este conectarea cu un conductor metalic a secțiunii structurii din care curge curentul parazit, cu șina de-a lungul căreia se deplasează tramvaiul sau trenul electric.
Elena Savinkina
