ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 2

ХИМИЧЕСКАЯ  КОРРОЗИЯ 3

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ 

катодная  защита……………………………………………………...   анодная защита.использование  пассивности в  практике 3АЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ 10

ЗАЩИТА  МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ ВНЕШНИМ ПОТЕНЦИАЛОМ 15

список  литературы 16

 

    

ВВЕДЕНИЕ

   Получение металлов из их природных соединений всегда сопровождается значительной затратой энергии. Исключение составляют только металлы, встречающиеся в природе в свободном виде: золото, серебро, платина, ртуть. Энергия, затраченная на получение металлов, накапливается в них как свободная энергия Гиббса и делает их химически активными веществами, переходящими в результате взаимодействия с окружающей средой в состояние положительно заряженных ионов:

   Ме⁰ – ne ® Ме ⁿ⁺ ( G <0).

   коррозия

Самопроизвольное  окисление металлов, вредное для промышленной практики (уменьшающее долговечность изделий), называется коррозией. Среда, в которой металл подвергается коррозии, называется коррозионной, или агрессивной. При этом образуются продукты коррозии: химические соединения, содержащие металл в окисленной форме. Коррозионные процессы  протекают необратимо.

   Медленное выделение тепловой энергии почти  без повышения температуры или  электрической энергии с ничтожно малыми разностями потенциалов не дает возможности использовать выделяющуюся энергию — происходит рассеивание энергии (рост тепловой части энтропии). Продукты коррозии, как правило, рассеиваются в процессе эксплуатации металлических конструкций, что ведет к росту энтропии (концентрационная часть энтропии). Необратимые коррозионные процессы наносят большой вред народному хозяйству.

   Коррозия  является естественным процессом, обусловленным  термодинамической нестойкостью металлов в условиях службы.  Поэтому, изучение коррозии и разработка методов защиты металлов от нее представляют несомненный теоретический интерес и имеют большое народнохозяйственное значение. Большой вред приносит коррозия в машиностроении, так как из-за коррозионного разрушения какой-нибудь одной детали может выйти из строя машина, стоящая нередко десятки и сотни тысяч рублей. Коррозия снижает точность показаний приборов и стабильность их работы во времени. Незначительная коррозия электрического контакта приводит к отказу при его включении. Меры борьбы с коррозионными процессами являются актуальной задачей современной техники.

   Виды  коррозионных разрушений. Изменение поверхности металла в результате коррозионных процессов может быть различным в зависимости от свойств металла и коррозионной среды. На их развитие очень сильно влияет механическая напряженность металла.

   Наиболее  опасной является местная коррозия, которая при малой общей коррозии в отдельных местах может создать резкую концентрацию механических напряжений, в свою очередь содействующих дальнейшему разрушрнию металла.

   Выявляемые  микроскопическим исследованием коррозионные разрушения все опасны и особенно интеркристаллитная коррозия, ослабляющая связь между металлическими зернми, и транскристаллитняя коррозия, возникающая под действием, механических напряжений и приводящая к развитию трещин. Наименее опасна селективная коррозия — результат травления стали при сохранении  карбидных зерен (цементит, мартенсит) или потеря цинка из латуней.

   Типы коррозионных процессов. Часто одни и те же типы коррозионных разрушений металла могут быть вызваны разными процессами коррозии. Коррозионные процессы бывает трудно отнести только к какому-либо определенному типу, так как они нередко происходят одновременно (атмосферная коррозия). По природе гетерогенных процессов взаимодействия окружающей среды с металлами эти процессы можно разделить на два основных типа.

   Химическая  коррозия, развивающаяся в отсутствие электролитов. Она протекает главным  образом при температурах, исключающих  возможность образования насыщенного пара воды, — высокотемпературная или газовая коррозия. Этот же вид коррозии может возникать и в неводных органических средах (галогенозамещенные, тиосоединения ).

   Электрохимическая коррозия, идущая в электролитной  среде под действием внутренних микро- или макрогальванических  пар или внешней разности потенциалов.

   Оба типа коррозионных процессов определяются термодинамически изменением свободной  энергии Гиббса:

   

G⁰ = – RT ln K = – e⁰nF

   Для исследования процессов электрохимической коррозии необходимо рассматривать выражение DG⁰, содержащее разность потенциалов и величину заряда, перенесенного растворяющимся веществом, т. е. электрическую работу.

   Кроме термодинамической вероятности  процесса необходимо рассматривать  кинетику процесса, так как она определяет долговечность и надежность машин и конструкций, работающих в коррозионных средах.

   Существенно влияет на коррозионные процессы уровень  внешних или внутренних (остаточных) напряжений и их распределение в металле изделия. На коррозию сталей и других металлов, особенно в контакте с грунтом (землей), могут влиять продукты жизнедеятельности микроорганизмов, значительно ускоряющие процессы коррозии.

 

ХИМИЧЕСКАЯ  КОРРОЗИЯ

   Химической  коррозии подвержены детали и узлы машин, работающих при высоких температурах, — двигатели поршневого и турбинного типа, ракетные двигатели . Химическое сродство большинства металлов к кислороду при высоких температурах почти неограниченно, так как оксиды всех технически важных металлов способны растворяться в металлах и уходить из равновесной системы.

В этих условиях окисление всегда возможно, но наряду с растворением оксида появляется и оксидный слой на поверхности металла, который может тормозить процесс окисления.

   Скорость  окисления металла зависит от скорости собственно химической реакции и скорости диффузии окислителя через пленку, а поэтому защитное действие пленки тем выше, чем лучше ее сплошность и ниже диффузионная способность. Сплошность пленки, образующейся на поверхности металла, можно оценить по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла (фактор Пиллинга—Бэдвордса).

Коэффициент a (фактор Пиллинга — Бэдвордса) у разных металлов имеет разные значения

. Значение коэффициента a для некоторых металлов

     

   Металлы, у которых a<1, не могут создавать сплошные оксидные слои, и через несплошности в слое (трещины) кислород свободно проникает к поверхности металла.

   Сплошные  и устойчивые оксидные слои образуются при a = 1,2—1,6, но при больших значениях a пленки получаются несплошные, легко отделяющиеся от поверхности металла (железная окалина) в результате возникающих внутренних напряжений.

   Фактор  Пиллинга — Бэдвордса дает очень приближенную оценку, так как состав оксидных слоев имеет большую широту области гомогенности, что отражается и на плотности оксида. Так, например, для хрома a = 2,02 (по чистым фазам), но пленка оксида, образующегося на нем, весьма устойчива к действию окружающей среды. Толщина оксидной пленки на поверхности металла меняется в зависимости от времени. При низких температурах толщина пленки изменяется по логарифмическому закону и асимптотически приближается к некоторой постоянной величине.

При больших  температурах четко выявляется параболический закон роста, т. е. затухание диффузии с ростом толщины слоя. В этом случае лимитирующим процессом является уже диффузия, но не скорость химической реакции, а условия диффузии можно определить соотношением

   d grad C = const  (4)

   где d — толщина оксидного слоя; grad C — градиент концентрации кислорода по толщине пленки. После соответствующих преобразований уравнения диффузии и его интегрирования получаем закон роста пленки:

  (5)

   где D_T — коэффициент диффузии; P = d grad C; M — молекулярная масса оксида; r — плотность оксида.

   Строение  оксидных пленок очень сложно и зависит  от характера образующихся между  металлом и кислородом соединений и  процессов диффузии. Процессы диффузии в оксидных слоях могут происходить за счет перемещения ионов кислорода O^2- от газовой фазы по направлению к металлу или ионов Ме⁺ в противоположном направлении. Ионы перемещаются по вакансиям в кристаллических решетках оксидов.

   Если  в толще образовавшейся пленки преимущественно  движутся ионы O^2-, то это приводит к утолщению пленки за счет уменьшения толщины металла, т. е. общая толщина коррелирующего образца практически не изменяется.

   Наоборот, если преимущественно перемещаются ионы Ме⁺, то пленка растет в направлении газовой фазы (O²) и размер корродирующего образца растет.

   Может быть и промежуточный случай — одновременного движения ионов O^2- и Ме⁺, что вызывает рост пленки в обоих направлениях. Диффузия ионов создает неравномерное электрическое поле вблизи поверхности металла

   Оксидные, нитридные и другие пленки на металлах обычно приобретают свойства полупроводимости. 

 

   

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ.

   Раньше  электрохимическую коррозию называли гальванической коррозией, так как  разрушение металла происходит под действием возникающих гальванических пар.

    Возникновения коррозионных гальванических пар.

   1. Контакт с электролитом двух разных металлов в случае сочетания в одном узле или детали металлов различной активности в данной среде, или в случае применения сплава эвтектического типа из двух металлов разной активности.

   2. Контакт металла и его соединения, обладающего металлообразными или полупроводниковыми свойствами. В любом случае свободный металл имеет отрицательный электрический заряд, а соединение — положительный заряд, так как в нем часть электронов проводимости связана. Это также справедливо и для интер-металлидов.

   3. Различные концентрации электролитов или воздуха, растворенного в жидком электролите.

   4. Различный уровень механических напряжений в одной и той же детали.

   Механизм  электрохимической коррозии, определяемый разностью потенциалов пассивных (катодных) и активных (анодных) участков, сводится к работе гальванического элемента, однако результат коррозионных разрушений может быть различен.

   На  механизм низкотемпературной коррозии влияет много различных причин: переменная температура и влажность воздуха, переменный состав газовой и электролитной среды и даже бактериальная флора, например при почвенной коррозии, так как некоторые виды бактерий способствуют окислению железа. Развитие коррозии в результате контакта разных металлов можно иллюстрировать схемой, представленной на рисунке. Наибольшее коррозионное разрушение наблюдается рядом с контактом, так как здесь сопротивление наименьшее и, следовательно, наибольшая плотность тока.

   

     Разрушение в месте контакта  разных металлов

   Если  возникновение разности потенциалов  вызвано применением эвтектических  сплавов, состоящих из металлов различной  активности, то не всегда можно руководствоваться данными по стандартным потенциалам растворения, так как активность изменяется в зависимости от состава электролита и рН среды.