Корозія металів
На цьому принципі ґрунтується й електрозахист. Конструк-цію, яка перебуває в середовищі електроліту, також сполуча-ють з іншим металом (звичайно шматком заліза, рейкою тощо), але через зовнішнє джерело струму. При цьому конструкцію, яку захищають, під'єднують до катода, а метал— до анода джерела струму. Електрони відщеплюються від ано-да джерелом струму, анод (захисний метал) руйнується… Читати ще >
Корозія металів (реферат, курсова, диплом, контрольна)
Корозія металів
Під час експлуатації виробів з металів та їх сплавів дово-диться стикатися з явищем руйнування їх під дією навколишнього середовища. Руйнування металів і сплавів внаслідок взаємодії їх з навколишнім середовищем називається корозією.
Корозія металів завдає великої економічної шкоди, Внаслідок корозії виходять з ладу обладнання, машини,: механізми, руйнуються металеві конструкції. Особливо сильно піддається корозії обладнання, що контактує з агресивним середовищем, наприклад розчинами кислот, солей.
Корозійне руйнування може охоплювати всю поверхню ме-талу — суцільна (загальна) «корозія або окремі ділянки — місцева (локальна) корозія. Залежно від механізму процесу розрізняють хімічну й електрохімічну корозію.
Хімічна корозія — це руйнування металу внаслідок окиснення його окисниками, що містяться в корозійному середовищі.
Хімічна корозія відбувається без виникнення електрич-ного струму в системі. Такий вид корозії виникає під час кон-такту металів з неелектролітами або в газовому середовищі за високих температур (газова корозія).
Газова корозія трапляється досить часто. З нею ми стикаємося при корозії металів у печах, вихлопних трубах тощо. Найбезпечнішими для метал"" компонентами газового середовища є кисень О2, пара води H2O, оксид карбону (ІV) СО-2, оксид сульфуру (ІV) S02. Корозійне руйнування заліза і його сплавів на повітрі зумовлено окисненням його киснем:
4Fe+3O2 = 2Fe2O3
З підвищенням температури швидкість газової корозії зрос-тає. Найбільшої шкоди завдає електрохімічна корозія.
Електрохімічною корозією називається руйнування ме-талу під час контакту з електролітами з виникненням у системі електричного струму.
У цьому випадку поряд з хімічними процесами (відщеплен-ня електронів) відбуваються й електричні (перенесення елект-ронів від однієї ділянки до іншої). При цьому в результаті взаємодії металу з молекулами води з корозійного середови-ща на ньому відбуваються два процеси: окиснення металу Me (анодний процес):
Me — 2е- = Ме2+
і відновлення окисників — компонентів середовища (катодний процес). Як правило, окисниками виступають іони гідрогену Н+ (корозія з водневою деполяризацією) або розчинений у воді кисень О2 (корозія з кисневою деполяризацією). У пер-шому випадку під час катодного процесу виділяється водень:
а у другому — утворюються гідроксид-іони:
Ділянки поверхні металу, на яких відбуваються процеси окиснення і відновлення, називають відповідно анодними й катодними,
Розглянемо як приклад електрохімічної корозії реакції під час електрохімічної корозії заліза. Якщо корозія відбувається в розчині кислоти, то йдуть такі реакції:
Корозія заліза в нейтральному або лужному середовищі характеризується такими реакціями:
Гідроксид феруму (ІІ), що утворився, легко окиснюється киснем повітря:
Продукт корозії заліза — бура іржа — це суміш гідро-ксидів феруму (ІІ) і феруму (ІІІ), продуктів їх розкладу і взаємодії з вуглекислим газом та іншими речовинами з навко-лишнього середовища.
Електрохімічна корозія може бути посилена, якщо метал містить домішки інших речовин або неметалічні включення. Наприклад, залізо забруднене домішками міді. При цьому ви-никають гальванічні мікроелементи (пари), схему дії яких наведено на рис. 1.
Метал з більш негативним потенціалом руйнується — його іони переходять у розчин, а електрони переходять до менш активного металу, на якому відбувається відновлення іонів гідрогену (воднева деполяризація) або відновлення роз-чиненого у воді кисню (киснева деполяризація).
Рис. 1 Схема дії гальванічної пари
Отже, при електрохімічній корозії (як у випадку контакту різнорідних металів, так і в разі утворення мікрогальванічних елементів на поверхні одного металу) потік електронів направлений від більш активного металу до менш активного (провідника), і більш активний метал ко-родує. Швидкість корозії тим більша, чим далі розташовані один від одного в ряду стандартних електродних потенціалів ті, метали, з яких утворився гальванічний елемент (гальванічна пара).
На швидкість корозії впливає і характер розчину електроліту. Чим вища його кислотність (тобто менший pH), а також чим більший вміст в ньому окисників, тим швидше відбувається корозія. Значно зростає корозія при підвищенні температури.
Деякі метали при контакті з киснем повітря в агресивному середовищі переходять у пасивний стан, при якому різко уповільнюється корозія. Наприклад, концентрована нітратна кислота легко робить пасивним залізо, і воно практично не реагує з концентрованою нітратною кислотою. У таких випад-ках на поверхні металу утворюється щільна захисна оксидна плівка, яка перешкоджає контакту металу із середовищем.
Захисна плівка завжди є на поверхні алюмінію. Подібні плівки в сухому повітрі утворюються також на Be, Cr, Zn, Ta, Ni, Си та інших металах. Кисень є найпоширенішим пасиватором.
Пасивуванням пояснюється корозійна стійкість нержавіючих сталей та сплавів.
Захист від корозії
Корозія металів відбувається безперервно і завдає ве-личезних збитків. Підраховано, що прямі втрати заліза від корозії становлять близько 10% його щорічної виплавки. Внаслідок корозії металеві вироби втрачають свої цінні технічні властивості. Тому важливе значення мають методи за-хисту металів та сплавів від корозії. Вони досить різноманітні. Назвемо деякі з них.
Захисні поверхневі покриття металів. Вони бувають металічними (покриття цинком, оловом, свинцем, нікелем, хро-мом та іншими металами) і неметалічними (покриття лаком, фарбою, емаллю та іншими речовинами). Ці покриття ізолю-ють метал від зовнішнього середовища. Так, покрівельне залізо покривають цинком; з оцинкованого заліза виготовля-ють численні вироби побутового та промислового призначен-ня. Шар цинку запобігає корозії заліза, бо цинк, хоча й більш активний метал, ніж залізо (див. ряд стандартних електродних потенціалів металів, вкритий оксидною плівкою. В разі пошкодження захисного шару (подряпини, пробої дахів тощо) за наявності вологи виникає гальванічна пара Zn | Ре. Катодом (позитивним полюсом) є залізо, анодом (негативним полюсом) — цинк (рис. 12.6). Електрони переходять від цинку до заліза, де зв’язуються молекулами кисню (киснева деполя-ризація), цинк розчиняється, а залізо залишається захищеним доти, доки не зруйнується весь шар цинку, що потребує до-сить багато часу. Покриття залізних виробів нікелем, хромом, крім захисту від корозії, надає їм красивого зовніш-нього вигляду.
Створення сплавів з антикорозійними власти-востями.
Введенням до складу сталі близько 12% хрому добувають не-ржавіючу сталь, стійку проти корозії. Добавки нікелю, кобальту і міді по-силюють антикорозійні вла-стивості сталі,
Рис. 2 Корозійне руйнування цинку в загальному парі Zn | Fe
оскільки під-вищується схильність сплавів до пасивації. Створення сплавів з антикорозійними власти-востями — один з найважливіших напрямків боротьби проти корозійних втрат.
Протекторний захист і електрозахист. Протекторний за-хист застосовують у тому разі, коли захищається конструкція (підземний трубопровід, корпус судна), яка перебуває в середовищі електроліту (морська вода, підземні ґрунтові води та ін.). Суть такого захисту поля-гає в тому, що конструкцію сполучають з протектором — більш активним металом, ніж метал конструкції, яку захища-ють. Як протектор для захисту стальних виробів звичайно використовують магній, алю-міній, цинк та їх сплави. У про-цесі корозії протектор є анодом і руйнується, запобігаючи тим самим руйнуванню конструкції (рис. 3). У міру руйну-вання протекторів їх замінюють новими.
Рис. 3 Схема протекторного захисту
підземного трубопроводу
На цьому принципі ґрунтується й електрозахист. Конструк-цію, яка перебуває в середовищі електроліту, також сполуча-ють з іншим металом (звичайно шматком заліза, рейкою тощо), але через зовнішнє джерело струму. При цьому конструкцію, яку захищають, під'єднують до катода, а метал— до анода джерела струму. Електрони відщеплюються від ано-да джерелом струму, анод (захисний метал) руйнується, а на катоді відбувається відновлення окисника.
Електрозахист має перевагу над протекторним захистом: радіус дії першого близько 2 000 м, другого — близько 50 м.
Зміна складу середовища. Для уповільнення корозії ме-талевих виробів до електроліту вводять речовини (найчастіше органічні), які називають уповільнювачами корозії, або інгібіторами, їх застосовують у тих випадках, коли метал необхідно захищати від роз'їдання кислотами. Вчені створили ряд інгібіторів (препарати марок 4M, ПБ та інші), які при до-данні до кислоти в сотні разів сповільнюють розчинення (корозію) металів.
Останнім часом розроблено леткі (або атмосферні) інгі-бітори. Ними просочують папір, яким обгортають металеві ви-роби. Пара інгібіторів адсорбується на поверхні металу і утво-рює на ній захисну плівку.
Інгібітори широко застосовують при хімічному очищенні від накипу парових котлів, зніманні окалини з оброблених дета-лей, а також при зберіганні та перевезенні хлоридної кислоти у стальній тарі. До неорганічних інгібіторів належать нітрити, хромати, фосфати, силікати. Механізм дії інгібіторів є предме-том дослідження багатьох хіміків.