Коррозии и защите металла

М.О. и Н. РК

РГП Карагандинский Государственный  Индустриальный

Университет. 

Кафедра: “ХТ и Э” 

Семестровая работа.

по  коррозии и защите металла 
 
 

Вариант №11 
 
 

Выполнил: ст.гр. М-07-1

Колончин А. В.           

Принял: доцент

Блинова Н.Н. 
 
 
 
 

Темиртау  2010г

 

   ВВЕДЕНИЕ

     Машины, аппараты и коммуникации на  химических предприятиях работают  в условиях воздействия сильноагрессивных  сред, и это нередко приводит  к их преждевременному износу  и возникновению аварийных ситуаций  вследствие коррозии или деструкции  конструкционных материалов.

     Ежегодно  около трети выплавляемого металла  теряется в результате коррозии, причем десятая часть его рассеивается  в виде продуктов коррозии. Ущерб,  наносимый коррозией, складывается  из прямых и косвенных потерь. К ним относятся: стоимость  прокорродировавшего оборудования, затраты на замену или ремонт машин и аппаратов, стоимость испорченных реагентов и продуктов химико-технологического процесса, выплаты пострадавшим в результате аварий, связанных с коррозионными разрушениями цехового оборудования и т.д. Полностью учесть экономические и моральные потери чрезвычайно трудно.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ  ПРОЦЕССОВ КОРРОЗИИ. 

     Коррозия  – это процесс самопроизвольного  разрушения металлов и сплавов  при их физико-химическом взаимодействии  с окружающей средой.

     Главной  причиной разрушения материалов  является их термодинамическая  неустойчивость в условиях эксплуатации  оборудования.

     Многочисленны  реальные среды, в которых работают  конструкционные материалы. Еще  более разнообразны условия работы  аппаратов и характер их разрушения. В связи с этим введена классификация  коррозионных и деструкционных процессов по механизму, условиям протекания и характеру разрушения материалов.

     По механизму разрушения материалов различают коррозионные процессы, протекающие по химическому или электрохимическому механизмам.

     Химическая  коррозия или деструкция –  это процесс самопроизвольного  разрушения материалов вследствие  химического взаимодействия их  с окружающей средой. При этом  продукт коррозии образуется  за счет реакции атомов металла  и молекул окислителя на данном  участке поверхности материала  и остается или удаляется с  нее в зависимости от природы  продукта коррозии. Например, химическая  коррозия наблюдается при контакте  металлов с сухими газами при  высокой температуре или с  жидкими неэлектролитами (например, расплавленная сера); химическая деструкция стекла – при воздействии на него растворов гидроксида натрия или фтороводорода.

     Электрохимическая коррозия протекает при контакте металлов с растворами или расплавами электролитов, причем разрушаются анодные участки поверхности металла, а на катодных – протекает процесс восстановления окислителя. Например, при коррозии углеродистой стали в кислой деаэрированной среде на анодных участках (кристаллиты железа) происходит окисление атомов железа, а на катодных (зерна углерода или карбида железа) – восстановление ионов гидроксония. Освобождающиеся в анодном процессе электроны внутри металла перемещаются к катодным участкам поверхности и ассимилируются ионами гидроксония с образованием газообразного водорода.

     По условиям  протекания выделяют следующие  виды коррозии: газовую – коррозия  металлов в сухих газах при  высокой температуре; в неэлектролитах – коррозия железа в расплавленной сере или в бензине; атмосферную; в растворах и расплавах электролитов; грунтовую; биокоррозию; контактную; щелевую и т.д. 
 

Взаимосвязь условий  протекания и механизмов коррозии

     Кроме  состава агрессивной среды большое  значение имеют и такие условия  работы оборудования, как наличие  постоянных, переменных и знакопеременных  механических напряжений; полного,  неполного и переменного погружения  в жидкость; перемешивания, кавитации,  трения и т.п.

     В реальных  условиях работы химического  оборудования чаще всего наблюдается  совместное воздействие многих  факторов.

     Следует  отметить, что электрохимический  механизм разрушения металлов  может наблюдаться и при газовой  коррозии в условиях возникновения  электрических разрядов.

     По характеру  разрушения материалов все процессы  коррозии делятся на сплошную  и местную (локальную) коррозии.

     Сплошная  коррозия протекает на всей  поверхности материала. Она может  быть равномерной и неравномерной.  При равномерной коррозии материал  разрушается на одинаковую глубину  в единицу времени по всей  поверхности. Неравномерная коррозия  характеризуется различной ско- ростью разрушения на отдельных участках поверхности материала.

     Локальная  коррозия подразделяется на пятнистую, язвенную, питтинговую, подповерхностную, сквозную, компонентно-избирательную, структурно-избирательную, транскристаллитную, межкристаллитную и т.п.

     Пятнистая  коррозия наблюдается на латуни  в виде отдельно расположенных  пятен. Язвенная коррозия при  разрушении малоуглеродистых сталей  характеризуется возникновением  раковин, заполненных продуктами  коррозии.

     Подповерхностная коррозия возникает в случаях, когда внутри металлических материалов имеются расслоения, ликвационная рыхлость и другие дефекты.

     Межкристаллитная  коррозия распространяется по  граням зерен кристаллов, а транскристаллитная  – через тело кристаллов.

     Большую опасность представляют питтинговая, подповерхностная, сквозная и межкристаллитная коррозии.

      Питтинговая коррозия начинается с точечного поражения диаметром от долей до двух миллиметров и может привести к под-поверхностным и сквозным разрушениям материала. При этом резко понижается механическая прочность металла. Межкристаллит-

ная коррозия распространяется по граням кристаллитов и при этом внешний вид изделий не изменяется, а физико-механические свойства значительно ухудшаются.

     Сплошная  и местная коррозия могут протекать  как по электрохимическому, так  и химическому механизмам в  зависимости от состава агрессивной  среды и условий протекания  процесса.

     Деструкция  неметаллических материалов протекает  при воздействии инфракрасного,  видимого, ультрафиолетового и радиационного  излучений; химических реагентов,  продуктов жизнедеятельности биологических  объектов и механических напряжений.

     При  термическом, фотохимическом, радиационном, химическом и биологическом воздействиях  на полимерные материалы наблюдается  отщепление функциональных групп  от полимерной цепи.

     Фотохимическое  и радиационное облучение приводит  к образованию пространственных  структур, повышающих прочность  материала и уменьшающих их  газопроницаемость.

     Разрыв  полимерных цепей на отдельные  звенья происходит под действием  радиации, химических реагентов,  продуктов жизнедеятельности микроорганизмов  и механических нагрузок.

     Приведенная  классификация коррозионных и  деструкционных процессов может быть положена в основу при создании системы автоматизированного выбора конструкционных материалов и метода защиты от коррозии.

        Качественные показатели коррозии  основаны на визуальной оценке  коррозионного разрушения при  сравнении контрольных образцов  материалов и подвергнутых воздействию  агрессивной среды. Также используется  индикаторный метод; фиксация  изменения окраски индикатора, введенного  в агрессивную среду.

      При  визуальной оценке коррозионных  разрушений применяют лупы, металлографические  микроскопы и бинокли (для облегчения  контроля коррозионного состояния  коммуникаций, проложенных на высоких  эстакадах).

      Более  точную информацию о коррозии  материалов дают количественные  показатели коррозии.

      Количественные  показатели коррозии основаны  на измерении физико-химических  и физико-механических свойств  образцов материала и агрессивной  среды до и после коррозионного  воздействия (изменение отражательной  способности материала, его прочности,  эластичности, удельного сопротивления  и т.п.).

      Дав  оценки скорости коррозии материалов, применяемых в химической промышленности  чаще всего, используются массовый  и глубинный показатели коррозии.

      Массовый  показатель коррозии Кm характеризует изменение массы образца в единицу времени с единицы поверхности (г / (м2⋅ч)):

                                                                      m − m1

                                                               Кт =          ,

                                                                        st

где m – масса образца металла до испытания, г; m1 – масса образца металла после коррозионного воздействия, г; S – поверхность образца металла, м2; t – время испытания, ч.

     Глубинный  показатель коррозии (П) характеризует  глубину коррозионного разрушения  в единицу времени (мм/год). Он положен в основу десятибалльной шкалы коррозионной стойкости металлов, а массовый – пятибалльной шкалы. Наиболее употребительной является десятибалльная шкала стойкости металлов.

     Глубинный  и массовый показатели коррозии  целесообразно применять для  оценки скорости равномерной  коррозии. В других случаях использование  их значений имеет меньшую  практическую ценность. 
 
 
 
 
 
 

Закон роста пористой оксидной пленки на металле

    Если образующаяся  оксидная пленка имеет большое  количество пор, то она не  препятствует доступу окислителя  к поверхности металла. В этом  случае самой медленной стадией  является стадия химической реакции  металла и окислителя, т.е. наблюдается  кинетический контроль процесса  роста оксидной пленки. В дифференциальной  форме скорость образования пористой  оксидной пленки описывается  уравнением

                                                       dh / dt = kcC,

где h – толщина оксидной пленки; t – время; kc – константа скорости реакции; С – концентрация окислителя.

     Для  получения зависимости толщины  оксидной пленки от времени  и концентрации окислителя необходимо  разделить переменные и взять  определенный интеграл (считая, что  в момент времени t = 0 толщина оксидной пленки равна нулю: h =0).  Полученное уравнение (h = kc Ct) описывает так называемый линейный закон роста оксидных пленок.

        Линейный закон роста оксидных  пленок наблюдается при окислении  в кислороде лития,натрия, калия, кальция, магния (при 773 К), тантала и молибдена (при 973 К).

     Пористые  пленки не обладают защитными  свойствами.  
 
 
 
 
 
 
 

Легирование. 

      Существуют  многочисленные способы защиты  металлов от коррозии. Выбор   того или иного способа   определяется конкретными условиями  работы и  хранения металлических  изделий. Применяются следующие  способы защиты: легирование сталей, нанесение металлических покрытий, электрохимическая  защита.

        Легирование наиболее надежно  защищает металл от коррозии, причем  наиболее эффективно в  условиях воздействия механических  напряжений и коррозийной среды.  Легирование позволяет предотвратить  и коррозийное  растрескивание  изделий.