Виды защиты металла от коррозии

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«_______________ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

НЕФТЕГАЗОВЫЙ ИНСТИТУТ

ФИО

Нефтегазовое дело, 1 курс

Контрольная работа по информатике

Виды  защиты металла от коррозии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил:

 

 

 

город

2013г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1. Классификация коррозионных процессов 5

2. Виды защиты металла от коррозии 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 16

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Коррозия влияет на все  сферы жизни современного человека, сказывается на доходе, а также  покушается на безопасность. Ведь все  материалы, с которыми мы каждый день имеем дело, - водопроводы, дороги, мосты, автомобили, жилые здания, суда, подвергаются коррозионному процессу.

От эффективной и целенаправленной противокоррозионной защиты зависит  надежность электронного оборудования, ядерных электростанций, авиационной техники и остальных важных и технически сложных объектов.

Экономисты в разных странах  все время делают попытки оценить  урон, наносимый коррозией. Большую  часть затрат составляют собственно расходы на антикоррозионную защиту, убытки при отказе оборудования по причине коррозии, также стоимость  замены поврежденных узлов и, конечно, всевозможные аварии.

Эксперты оценивают общие  годовые затраты на борьбу с коррозией  в 3-5 % от  внутреннего валового продукта. По данным исследований международной ассоциации инженеров-коррозионистов (NACE) затраты Америки на борьбу с коррозией в 2012 году составили практически 1 триллион долларов, а в 2013 году, скорее всего, превысят эту отметку¹.  Ниже приведена диаграмма, отображающая годовые расходы различных стран на борьбу с коррозией:

Под коррозией принято понимать разрушение металлов и сплавов  по причине их химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой. Коррозия является окислительно-восстановительным процессом, так как металл при коррозии окисляется и происходит восстановление окислительного компонента среды. Аналогичные процессы протекают и в случаях разрушения неметаллических материалов².  Среда, в которой происходит разрушение сплавов, называется агрессивной или коррозионной. Разрушение, как правило, начинается с поверхности, а потом проникает вглубь металла. Почти все металлы (за исключением золота, серебра и платины) под действием влаги, газов, растворов кислот, влаги и щелочей претерпевают коррозионное разрушение.

 

1. Классификация коррозионных процессов

 

Коррозионные процессы классифицируют по механизму взаимодействия металлов с внешней средой; по виду коррозионной среды и условиям протекания процесса; по характеру коррозионных разрушений; по видам дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды.

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.³

Химическая коррозия – это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента среды протекают единовременно в одном акте. Продукты взаимодействия пространственно не разделены.

Электрохимическая коррозия – это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала. Внутри электрохимической коррозии обычно выделяют 2 процесса:

1. Катодный процесс – окислитель, который находится в растворе электролита, восстанавливается на участках с большим потенциалом в данной среде. Химически катодные участки не подвергаются изменениям.
2. Анодный процесс – металл окисляется на участках, где потенциал в данной среде меньше. Анодные участки подвергаются разрушениям.⁴

Более детальное изучение электрохимической  и химической видов коррозии демонстрирует, что существенного различия между  ними нет. В ряде случаев имеет место постепенный переход химического вида в электрохимический или сущность коррозии металлов в растворах электролитов может иметь двойственный характер.

По виду коррозионной среды и  условиям протекания различают несколько  видов коррозии.

Газовая коррозия – это химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило не более 0,1%) или при высоких температурах. В химической и нефтехимической промышленности такой вид коррозии встречается часто. Например, при получении серной кислоты на стадии окисления диоксида серы, при синтезе аммиака, получении азотной кислоты и хлористого водорода, в процессах синтеза органических спиртов, крекинга нефти и т.д.

Атмосферная коррозия – это коррозия металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа.

Подземная коррозия — это коррозия металлов в почвах и грунтах.

Биокоррозия – это коррозия, протекающая под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов.

Контактная коррозия – это вид коррозии, вызванный контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите.

Радиационная коррозия – это коррозия, обусловленная действием радиоактивного излучения.

Коррозия внешним током и коррозия блуждающим током. В первом случае – это коррозия металла, возникающая под воздействием тока от внешнего источника. Во втором случае – под воздействием блуждающего тока.

Коррозия под напряжением – коррозия, вызванная одновременным воздействием коррозионной среды и механических напряжений. Если это растягивающие напряжения, то может произойти растрескивание металла. Это очень опасный вид коррозии, особенно для конструкций, испытывающих механические нагрузки (оси, рессоры, автоклавы, паровые котлы, турбины и т.д.). Если металлические изделия подвергаются циклическим растягивающим напряжениям, то можно вызвать коррозионную усталость. Происходит понижение предела усталости металла. Такому виду коррозии подвержены рессоры автомобилей, канаты, валки прокатных станов.

Коррозионная кавитация – разрушение металла, обусловленное одновременным коррозионным и ударным воздействием внешней среды.

Фреттинг-коррозия – это коррозия, вызванная одновременно вибрацией и воздействием коррозионной среды. Устранить коррозию при трении или вибрации возможно правильным выбором конструкционного материала, снижением коэффициента трения, применением покрытий и т.д.

Коррозия называется сплошной, если она охватывает всю поверхность металла. Сплошная коррозия может быть равномерной, если процесс протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности металла, и неравномерной когда скорость процесса неодинакова на различных участках поверхности. Равномерная коррозия наблюдается, например, при коррозии железных труб на воздухе.

При избирательной коррозии разрушается одна структурная составляющая или один компонент сплава. В качестве примеров можно привести графитизацию чугуна или обесцинкование латуней.

Местная (локальная) коррозия охватывает отдельные участки поверхности металла. Местная коррозия может быть выражена в виде отдельных пятен, не сильно углубленных в толщу металла; язв - разрушений, имеющих вид раковины, сильно углубленной в толщу металла, или точек (питтингов), глубоко проникающих в металл. 
Первый вид наблюдается, например, при коррозии латуни в морской воде. Язвенная коррозия отмечена у сталей в грунте, а питтинговая – у аустенитной хромоникелевой стали в морской воде.

Подповерхностная коррозия начинается на поверхности, но затем распространяется в глубине металла. Продукты коррозии оказываются сосредоточенными в полостях металла. Этот вид коррозии вызывает вспучивание и расслоение металлических изделий.

Межкристаллитная коррозия характеризуется разрушением металла по границам зерен. Она особенно опасна тем, что внешний вид металла не меняется, но он быстро теряет прочность и пластичность и легко разрушается. Связано это с образованием между зернами рыхлых малопрочных продуктов коррозии. Этому виду разрушений особенно подвержены хромистые и хромоникелевые стали, никелевые и алюминиевые сплавы.

Щелевая коррозия вызывает разрушение металла под прокладками, в зазорах, резьбовых креплениях и т.д.⁵

Схематически, классификация коррозионных процессов выглядит следующим образом:

 

 

 

Классификация коррозионных процессов

По механизму процесса протекания коррозии

Химическая 

Электрохимическая

По виду коррозионной среды 

Газовая

Подземная

Атмосферная

По характеру коррозионных разрушений

Сплошная

Избирательная

Местная

Подповерхностная

Межкристаллитная

Щелевая

Биокоррозия

По условиям протекания процесса

Радиационная

Коррозионная  кавитация 

 

Контактная

 

Коррозия внешним током

 

Коррозия блуждающим током

 

Коррозия под напряжением

 

Фреттинг-коррозия 

 

 

2. Виды защиты металла от коррозии

 

Защиту от коррозии следует  начинать с правильного подбора  химического состава и структуры  металла. При конструировании необходимо избегать форм, способствующих задержке влаги. Для защиты металла от коррозии применяют различные способы.

 Легирование стали повышает ее антикоррозионные свойства. Например, совершенную стойкость к атмосферной коррозии показывают нержавеющие легированные стали, содержащие в большом количестве хром, который, образуя на поверхности оксидные пленки, приводит сталь в пассивное состояние. Существенно повышается (в 1,5...3 раза) коррозионная стойкость строительных сталей при введении в их состав меди (0,2...0,5 %). Повышенной стойкости нержавеющих сталей против коррозии способствуют также их однородность и небольшое содержание вредных примесей.

Защитные покрытия представляют собой пленки (металлические, оксидные, лакокрасочные и т.п.).

 Металлические покрытия  бывают двух типов – анодные и катодные. Для анодного покрытия используют металлы, обладающие более отрицательным электродным потенциалом, чем основной металл (например, цинк, хром). Для катодного покрытия выбирают металлы, имеющие меньшее отрицательное значение электродного потенциала, чем основной    металл   (медь,   олово, свинец, никель и др.). Металлические покрытия наносят горячим методом, гальваническим и металлизацией.

При горячем методе покрытия изделия погружают в ванну  с расплавленным защитным металлом, температура которого ниже, чем температура  плавления изделия (цинк, олово, свинец).

Гальванический метод защиты состоит в том, что на поверхности изделия путем электролитического осаждения из растворов солей создается тонкий слой защищаемого металла. Покрываемое изделие при этом служит катодом, а осаждаемый металл – анодом.

Металлизация – покрытие поверхности детали расплавленным металлом, распыленным сжатым воздухом. Преимуществом этого метода защиты металла является то, что покрывать расплавом можно уже собранные конструкции. Недостаток заключается в том, что получается шероховатая поверхность.

Металлические покрытия можно  наносить также посредством диффузии металла покрытия в основной металл – алитирование, силицирование, хромирование, а также способом плакирования, т.е. наложения на основной металл тонкого слоя защитного металла (биметалл) и зарепления его путем горячей прокатки (например, железо – медный сплав, дюралюминий – чистый алюминий).

Оксидирование – защита оксидными пленками. Для этого естественную оксидную пленку, всегда имеющуюся на металле, делают более прочной путем обработки сильным окислителем, например концентрированной азотной кислотой, растворами марганцевой или хромовой кислот и их солей. Частным случаем оксидирования является воронение стали. В этом случае на поверхности также создается оксидная пленка, но более сложными приемами, связанными с многократной термической обработкой при температуре ЗО0...40О°С в присутствии древесного угля.

 Фосфатирование состоит в получении на изделии поверхностной пленки из нерастворимых солей железа или марганца в результате погружения металла в горячие растворы кислых фосфатов железа или марганца.

Лакокрасочные покрытия основаны на механической защите металла пленкой из различных красок и лаков. Ванны, раковины, декоративные изделия для защиты от коррозии покрывают эмалью, т. е. наплавляют на металл при температуре 750...800°С различные комбинации силикатов.