Охарактеризувати корозійну ерозію металів

 

 

Міністерство освіти і науки України

Хмельницький національний університет

 

 

 

 

                                                                                                  Кафедра хімії

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат з дисципліни Корозія та захист металів

на тему:

Охарактеризувати корозійну ерозію металів.

Пояснити механізм корозійного процесу, фактори сповільнення корозійного процесу, запропонувати ефективні методи захисту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав ст. гр. МБ-11-4  Рижук С.

 

Перевірила: Байдич Л. Е.

 

 

 

 

Хмельницький 2014

 Вступ 
Поняття корозії  
Термін корозія походить від латинського слова corrodere, що означає роз'їдати, руйнувати.  
Корозія –цемимовільний процес руйнування матеріалів і виробів з них під хімічним впливом навколишнього середовища.  
Корозія металів - руйнування металів внаслідок фізико-хімічного впливу зовнішнього середовища, при якому метал переходить в окислене (іонне) стан і втрачає властиві йому властивості.  
У тих випадках, коли окислення металу необхідно для здійснення будь-якого технологічного процесу, термін "корозія" вживати не слід. Наприклад, не можна говорити про корозію розчинної анода в гальванічній ванні, оскільки анод повинен окислятся, посилаючи свої іони в розчин, щоб протікав потрібний процес. Не можна також говорити про корозії алюмінію при здійсненні алюмотерміческого процесу. Але фізико-хімічна сутність змін, що відбуваються з металом у всіх подібних випадках, однакова: метал окислюється.

 

 

Явище механічної ерозії металів було відомо в техніці як руйнування поверхонь деталей машин і механізмів під дією багатократно повторюваних ударів струменя рідини, або газових потоків, які викликають місцеві пошкод-ження. Руйнування металів під дією електричних зарядів також відносять до ерозії.

Ерозію поділяють на газову, кавітаційну, абразивну і електричну. Кожен вид ерозії має підвиди.

Ерозійна дія високо швидкісного потоку рідини, газу або пари в чистому вигляді складається з тертя суцільного потоку і його ударів по поверхні. В результаті тертя відбувається розхитування і вимивання окремих об'ємів матеріалу. Швидкість зношування в цьому випадку мала. Динамічна дія потоку або струменя є порівняно більшою. В залежності від властивостей матеріалу можливі виривання окремих об'ємів або групи зерен з несприятливою орієнтацією у відношенні прикладених сил. Рідина веде себе подібно клину, розсуваючи бокові стінки мікротріщин подібно клину.

Ерозія в початковий період на гладкій поверхні розвивається повільно, але після появи вражених місць посилюється. Швидкість ерозійного зношування залежить від властивостей твердих частин, їх концентрації, швидкості руху в потоці і ступеня агресивності води.

Ерозійному зношуванню підлягають стальні і чавунні поршневі кільця авіаційних двигунів, золотники гідравлічних агрегатів, підшипники гребних валів, що піддаються впливу води, поверхневі шари насосів, гідравлічних турбін, трубопроводів і їх арматури, центрифуг і т.п.

Ерозія металів, поступове пошарове руйнування поверхні металевих матеріалів під впливом механічного дій або електричних розрядів (електроерозія). Е. м. виникає при терті поверхонь, зносі, кавітації, а також при дії на поверхню сильних потоків — струменів (газових, рідинних), особливо при високих температурах. Ерозійному руйнуванню піддаються, зокрема, деякі деталі реактивних двигунів, ядерних реакторів, парових турбін і казанів. Підвищення ерозійної стійкості деталей забезпечується вдосконаленням технології процесу і конструкції агрегату, а також вибором матеріалу і його термічної обробки. Створені конструкційні матеріали, що забезпечують тривалу роботу деталей в умовах ерозійного зношування (наприклад, деякі сплави на основі Nb або Мо).

 

1.7.2Ерозія

Ерозія – поверхневе руйнування деталей машин під дією динамічних потоків рідин, газів, твердих частинок чи електророзрядів.

Ерозію ділять на такі види:

1) за механізмом  руйнування:

1.1 механохімічна;

1.2 мікроударна;

1.3 термічна;

1.4 електрична;

2) за умовами  протікання:

2.1 гідро;

2.2 газова;

2.3 абляція;

2.4 абразивна;

2.5 кавітаційна;

2.6 електрична.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Загальні положення. Класифікація. Види.

Виготовлені людиною металічні, залізобетонні, дерев’яні, пластмасові конструкції, захисні матеріали не вічні, вони виходять із ладу не тільки завдяки “моральному зношуванню”, але і прямому руйнуванню конструкційних матеріалів із плином часу.

Найбільш важливі види руйнування конструкційних матеріалів:

1. Механічне руйнування. Це, наприклад, поломка валу машини, розрив троса, розтріскування напруженого елемента ферми. Таке руйнування виводить із ладу цінну конструкцію, але частіше всього дозволяє регенерувати сам конструкційний матеріал, наприклад, сталь зламаного валу може бути знову переплавлена в мартенівській печі.
2. Ерозія матеріалу, тобто поступове руйнування матеріалу шляхом механічного зношування, наприклад, стирання коліс паровозу й рейок, стирання підшипників або поршневих кілець, руйнування лопаток насосів і т.п.
3. Корозія матеріалу. Це поступове фізико-хімічне руйнування його під дією оточуючого середовища, частіше всього рідкого або газоподібного.

Якщо стирання чавунного підшипника,—приклад ерозії, то іржавіння його—приклад корозії. Але явища корозії й ерозії не завжди чітко можна розділити. Дуже часто ці два види руйнування протікають одночасно (прикладом може служити руйнування рамних мішалок у розчинювачах). Ерозія дуже часто посилює корозію, оскільки продукти корозії іноді можуть екранувати, захищати метал від подальшого руйнування, або зменшити швидкість корозії, а ерозія стирає ці продукти і “голий” метал далі іржавіє. Дослідження чорних металів у розчинювачах проведені лабораторією захисту від корозії інституту Галургії показали, що швидкість “чистої” корозії складає 0,5 мм/рік, а сумісно корозії й ерозії—2,5 мм/рік.

На відміну від механічного руйнування, явища ерозії й корозії зв’язані з розпиленням і окисленням руйнуючого металу і частіше всього з його безповоротною втратою. Любий конструкційний матеріал, в залежності від умов, може піддаватися корозійному або ерозійному руйнуванню. Можна, наприклад, говорити про корозію металу, бетону, ерозію й корозію скла, будівельного каменю і т.п.

Характерними прикладами корозійного руйнування є, наприклад, іржавіння металічної конструкції в атмосфері, корозія обшивки корабля в морській воді, корозія чавунного трубопроводу у землі, роз’їдання хімічних апаратів кислотами, основами, солями й іншими активними елементами, прогар клапана машини і т.п. Немає, очевидно, ні однієї області промисловості, вільної від необхідності захисту металів від корозії.

Строк служби металічних конструкцій дуже різноманітний. При проектуванні, як правило, приймають строк експлуатації мостів, будівель і інших крупних металоконструкцій порядку багатьох десятків, а іноді і сотні років. Однак ряд конструкцій служать набагато менше. Так, в деяких хімічних виробництвах окремі апарати і їх деталі працюють тільки декілька місяців, а іноді і декілька тижнів. Але можна вказати і на приклади надзвичайної довговічності металу. Наприклад, знаменита залізна колона у м. Делі (Індія) існує вже біля 2,5 тисяч років і на ній не помічено ніяких ознак корозії (це зв’язують з тим, що вона виготовлена із дуже чистого металу, що там дуже чиста атмосфера, що вона дуже масивна і не встигає за ніч охолонути і на ній не конденсується волога і ті.).

В окремих випадках уже незначні корозійні втрати можуть вивести конструкцію з ладу. Складний прилад може відмовити в роботі при дуже незначній корозії внутрішнього механізму. Металічне дзеркало прожектора в значній мірі втрачає відбиваючу здатність після дуже незначної корозії (потьм’яніння).

По мірі розвитку техніки й появи нових галузей промисловості вимоги до корозійної стійкості металів підвищуються, а завдання боротьби з корозією ускладнюються. Наприклад, будівництво сучасних більш досконалих реактивних двигунів для авіації висунуло з особливою гостротою проблему створення нових, більш стійких до корозії у газових середовищах при високих температурах металічних матеріалів. Розвиток ракетної техніки, у значній мірі, визначається стійкістю металічних матеріалів в агресивних середовищах із сильно окислювальними властивостями.

Успіхи в області вивчення механізму корозії й захисту від неї часто розкривають нові можливості для розвитку важливих хімічних виробництв. Так, розвиток могутньої азотної промисловості став можливим тільки після відкриття й впровадження у виробництво нержавіючих сталей, із яких, в основному, виготовляють основні апарати і ємності.

Дефіцитність кольорових металів і сплавів привели до пошуку нових матеріалів. Так, нержавіючі сталі типу Х18Н10Т з 10% Ni у складі в зв’язку з дефіцитністю нікелю стали замінювати на сталі типу Х21Н6Т з 6% Ni.

Відсутність достатньо корозійностійких металічних конструкційних матеріалів у середовищах соляної, сірчаної, фосфорної й плавикової кислот гальмують впровадження ряду нових технологічних процесів. Наприклад, хімічний процес зацукрування целюлози в 35%-ній соляній кислоті не міг бути практично реалізований із-за трудності підбору металічних матеріалів, стійких у НCl високої концентрації при підвищених температурах і тисках. Застосування в авіації найбільш легких конструкційних сплавів на основі магнію у вигляді листів до цих пір лімітується недостатньою їх, корозійною стійкістю й відсутністю доступних і надійних засобів захисту. Розвиток ядерної енергетики висунуло перед корозіоністами ряд нових питань вивчення процесів корозії і протикорозійного захисту металів у специфічних умовах експлуатації.

2.Масштаби корозії й збитки, які вони приносять.

Приблизно третина металу, що виробляється, вибуває з технічного вжитку по причині корозії. Можна рахувати, що біля 2/3 прокородованого металу переплавляється й повертається у виробництва, а решта, це біля 10% безповоротно втрачається (розпиляється) внаслідок корозії. Тобто кожна 10 домна працює на вітер.

Однак основна шкода від корозії пов’язана частіше всього не тільки з втратою металу, а, в набагато більшій мірі, з пошкодженням металічних конструкцій, які, як правило, мають більшу цінність ніж метал, із якого вони зроблені. Якщо для залізнодорожних рейок вартість металічного матеріалу перевищує вартість виготовлення, то для хімічних реакторів, компресорів, випарних апаратів вартість виготовлення набагато перевищує вартість металу. Величезні затрати на всякого роду захисні заходи, наприклад, на лакофарбові та металічні покриття, на одержання більш дорогих корозійно -стійких сплавів і т.п., слід цілком розглядати як збитки від корозії. Не менші втрати й збільшення витрат металу пов’язано з відмовою від роботи і випадкових аварій конструкцій по причині корозії, затрат на ремонт і переборку прокородованого обладнання, погіршення якості продукції із-за попадання в неї продуктів корозії, ускладнення технології, а також, внаслідок завищених припусків на корозію при проектуванні багатьох конструкцій. Підвищені припуски, зв’язані не тільки зі збільшенням витрати металу, але і з конструктивними погіршеннями. Для трубопроводу, наприклад, підвищена товщина стінок, крім збільшення витрат металу й ваги приводить до зменшення корисного перерізу і, значить, пониженої пропускної здатності магістралі.

3.Класифікація корозії.

По механізму протікання корозійного процесу слід розрізняти два типи корозії:

• Хімічна корозія;
• Електрохімічна корозія.

Хімічна корозія підкоряється основним законам чисто хімічної кінетики гетерогенних реакцій і відноситься до випадків корозії, які не супроводжуються виникненням електричного струму (наприклад, корозія в неелектролітах або сухих газах). При хімічній корозії руйнування металічної поверхні відбувається без розділення на окремі ділянки; крім того продукти корозії утворюються безпосередньо на тих ділянках поверхні металу, де відбувається його руйнування.

Електрохімічна корозія підкоряється законам електрохімічної кінетики і відноситься до випадків корозії з можливістю протікання електричного струму (наприклад, корозія металів в електролітах). Характерною особливістю електрохімічної корозії є одночасне протікання двох процесів—окислювального (розчинення металу на одній ділянці) і відновлювального (виділення катіону з розчину, відновлення, наприклад, кисню на іншій ділянці). Перший процес називається анодним, другий—катодним. Відповідно ділянка поверхні, на якій розчиняється метал, називається анодом, а ділянка поверхні на якій розряджаються катіони електроліту—катодом. Наприклад, в результаті розчинення цинку в сульфатній кислоті утворюються катіони цинку і виділяється водень; при дії води на залізо відновлюється кисень і утворюються гідроксильні іони.

Протікання окислювального і відновлюваного процесів при електрохімічній корозії можливе тільки при умові неоднорідності металу або навколишнього середовища. Метали і сплави, які використовуються для виготовлення обладнання, неоднорідні, навколишнє середовище також часто неоднорідне, тому створюються умови для протікання процесів електрохімічної корозії.

По умовах протікання корозійного процесу розрізняють наступні види корозії:

1. Газова корозія—це корозія металів при повній відсутності конденсації вологи на поверхні. Як правило, цей термін відноситься до корозії металів при підвищених температурах.
2. Корозія в неелектролітах відноситься до випадку дії на метал агресивних органічних речовин, які не мають помітної електропровідності (наприклад, корозія заліза в сірчистій нафті при підвищених температурах).

Частіше всього корозія цих двох видів протікає з хімічним механізмом, всі ж перераховані нижче види корозії, як правило, відбуваються з електро-хімічним механізмом.