Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова»

Институт Строительства и архитектуры имени В.А. Шумилова

Кафедра «Строительные материалы, механизация и геотехника»

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Строительные материалы»

на тему «Коррозия металлов. Виды коррозии. Меры защиты от коррозии»

Выполнил

Студент гр. Б03-500-2 Н.М. Мезрин

Руководитель

к.т.н., доцент кафедры СММиГ А.Ф. Гордина

Ижевск 2018

Оглавление

Введение

• Понятие коррозии
• Классификация коррозионных процессов
• Методы защиты от коррозии
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Сложно представить, каким было бы существование человечества, если бы оно не использовало металл. Сегодня этот материал необходим везде - в строительстве, в машиностроении, в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве, в быту. Человека окружают сотни вещей, изготовленных из металла, большая часть которых используется им каждый день. Ножи, посуда, кованая мебель, автомобили, самолеты, оборудование и многое другое невозможно без использования металла.

Человечество начало использовать металл еще в глубокой древности. Долгое время его применение было очень примитивным и не имело широкой пользы. Однако, начиная с девятнадцатого столетия, производство и выплавка различных сплавов резко увеличились. Казалось, человечество нашло крепкий и надежный материал для себя. Но в мире нет ничего вечного -- эту нехитрую истину все знают давно.

Ничто не разрушается так быстро, как известные нам металлы -- чугун, железо, сталь. Разрушает их коррозия -- неумолимый бич любых твердых тел, а металлов в особенности. Коррозия неизбежно возникает при наличии электрохимических и просто химических процессов на поверхности вещества как следствие его взаимодействия с окружающей средой. И ее результаты сказываются самым печальным образом.

Ежегодно каждая десятая тонна выплавленного металла уничтожается коррозией. Но это также значит, что из всего произведенного сейчас железа через десять лет ничего не останется... Лишь только благодаря тому, что металлургические заводы продолжают выплавлять металл, мы постоянно располагаем им.

Но мало того, что металлы разрушаются просто под открытым небом, в воде или под землей. Современная технология, основанная на использовании крайне агрессивных веществ, высоких температур и давлений, еще более ускоряет этот процесс, разрушая не только черные, но и более дорогие цветные металлы.

Прямые убытки от коррозии достигают астрономических величин. Только в США они ежегодно составляют 5,5 миллиарда долларов. Но гораздо больший ущерб наносят косвенные потери, возникающие вследствие коррозионного повреждения оборудования. К ним относятся простои в связи с ремонтом, потери продукта в результате утечки, снижение производительности в результате засорения аппаратуры и понижения интенсивности процессов.

По всей поверхности земного шара разбросаны металлургические заводы, круглые сутки дымят домны, мартены, конвертеры, выплавляя главнейший металл современной цивилизации -- железо в различных его модификациях. Мировая выплавка стали уже приближается к миллиарду тонн в год. Но, условно говоря, каждый десятый завод работает впустую -- его продукцию поглощает вечно голодное чудовище -- коррозия, ржавчина.

Целью работы является изучение коррозионных процессов в металлах, их разновидностей и методы борьбы с коррозией.

Понятие коррозии

Коррозия - это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.

Коррозия металлов - разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.

Понятие «коррозия металлов» включает большую группу химических процессов, приводящих к разрушению металла. Эти процессы резко отличаются друг от друга по внешним проявлениям, по условиям и средам в которых они протекают, а также по свойствам реагирующих металлов и образующихся продуктов реакции. Однако для их объединения имеются все основания, т.к. несмотря на резкие отличия, все эти процессы имеют не только общий результат - разрушение металла, но и единую химическую сущность - окисление металла.

Причина коррозии - термодинамическая неустойчивость металлов, вследствие чего большинство из них встречаются в природе в окисленном состоянии (оксиды, сульфиды, силикаты, алюминаты, сульфаты и т.д.). Таким образом, коррозию можно определить как самопроизвольный процесс, протекающий при взаимодействии металла с окружающей средой, сопровождающийся уменьшением свободной энергии Гиббса и разрушением металла. Коррозия протекает на границе раздела двух фаз «металл - окружающая среда», т. е. является гетерогенным многостадийным процессом и состоит как минимум из трех основных многократно повторяющихся стадий:

1 подвода реагирующих веществ (в том числе коррозионного агента) к поверхности раздела фаз;

2 собственно реакции взаимодействия металла с коррозионной средой, итогом которой является переход некоторого количества металла в окисленную форму с образованием продуктов коррозии, а коррозионного агента в восстановленную форму;

3 отвод продуктов коррозии из реакционной зоны.

Классификация коррозионных процессов

По механизму протекания коррозионных процессов коррозию разделяют на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия происходит в средах, не являющихся проводниками электрического тока (сухие газы, органические жидкости -- нефтепродукты, спирты и др.), причем интенсивность коррозии возрастает с повышением температуры -- в результате на поверхности металлов образуется оксидная пленка.

Химической коррозии подвержены абсолютно все металлы -- и черные, и цветные. Активные цветные металлы (например -- алюминий) под воздействием коррозии покрываются оксидной пленкой, препятствующей глубокому окислению и защищающей металл. А такой мало активный металл, как медь, под воздействием влаги воздуха приобретает зеленоватый налет -- патину. Причем оксидная пленка защищает металл от коррозии не во всех случаях -- только если кристаллохимическая структура образовавшейся пленки сообразна строению металла, в противном случае -- пленка ничем не поможет.

Сплавы подвержены другому типу коррозии: некоторые элементы сплавов не окисляются, а восстанавливаются (например, в сочетании высокой температуры и давления в сталях происходит восстановление водородом карбидов), при этом сплавы полностью утрачивают необходимые характеристики.

Электрохимическая коррозия развивается во влажной атмосфере, морской и речной воде. При этом жидкость выполняет роль электролита. Но поскольку есть электролит, возникает коррозионный ток и происходит растворение металла вследствие электрохимического взаимодсйствия его с электролитом.

Схематически рассмотрим возникновение коррозионно тока. Поверхность любого металла электрохимически неоднородна, что приводит к образованию микрогальванического коррозионного элемента. Неоднородность поверхности металла может быть вызвана дефектными участками кристаллов, участками, где имеются группы мелко- и крупнокристаллической структуры, фазовые структурные неоднородности в сплавах и др. Вот почему, например, однофазные металлы более стойки против коррозии, чем многофазные. Отсюда следует, что выравнивание структуры металлов с помощью термообработки значительно увеличивает стойкость металлов против коррозии.

Схематический пример коррозионного гальванического элемента приведен на рис. 1.

Рис. 1 Коррозионный гальванический элемент

Здесь участок металла А является анодом, участок металла К - катодом. Реакция на аноде идет в направлении ионизации металла. В самом же металле возникает движение электронов. В электролите перемещаются образовавшиеся ионы. Таким образом цепь замкнута, возникает коррозионный ток. Металл анода растворяется. Поэтому электроположительные металлы являются более коррозионно-стойкими. Отсюда возникает основная задача борьбы с электрохимической коррозией - не допустить появление коррозионного тока.

Электрохимическая коррозия может протекать в атмосфере, поскольку в ней всегда содержится влага. Такой вид электрохимической коррозии называют атмосферной. Она наиболее характерна для авиационных конструкций. На металлических частях самоле вертолетов может конденсироваться тончайший слой влаги - 0,1...1,0 мкм.

Атмосферу земли делят на несколько климатических зон, в которых агрессивность по отношению к различным материалам неодинакова. В общем случае различают холодный, умеренный, тропический и влажный тропический климат. Наиболее сильную коррозию вызывает влажный тропический климат. Сильно загрязненная атмосфера многочисленными выбросами промышленных предприятий становится коррозионно-агрессивной средой, что опасно для авиационных конструкций.

Интенсивность электрохимической коррозии зависит от факторов. Продолжительность увлажнения поверхности вызывает рост интенсивности коррозионных процессов. Очевидно, что в сухих районах Азии опасность атмосферной коррозии будет значительно ниже, чем в районах Прибалтики, поскольку там влажность атмосферы в несколько раз ниже. Коррозионная агрессивность атмосферы также оказывает сущест­венное влияние на интенсивность коррозии. Она вызывается наличием загрязняющих коррозионно-агрессивных веществ: сернистого газа, хлоридов, аммиака, оксидов азота и др.

На интенсивность коррозии влияет температура. Чем она выше, тем скорость коррозии больше. Важное значение имеет состояние поверхности металла. При более грубой обработке скопление влаги увеличивается, создаются благоприятные условия для образования микрогальванических коррозионных элементов.

По условиям протекания коррозионных процессов выделяют несколько видов коррозии.

Фретинг-коррозия возникает при колебательном перемещении одной металлической поверхности относительно другой в условиях воздействия коррозионной среды. Колебания могут быть вызваны вибрациями конструкции, периодическим изгибом или скручиванием напряженных деталей. В таких условиях на поверхности контактирующей детали скапливаются продукты изнашивания в виде окислов. Поскольку окислы всегда имеют больший объем, чем основной материал, в подвижных соединениях может возникнуть заедание, а также (схватывание, когда частицы контактирующих материалов проникают в обе контактирующие поверхности, связывая их друг с другом, делая соединение при этом трудноразъемным.

Коррозия под напряжением - вид коррозионных поражений, про­текающих при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений. Для авиационных конструкций этот вид коррозии особенно опасен в связи с тем, что атмосфера как коррозионная среда всегда в наличии. Механическим же напряжениям подвергаются практически все детали самолетов, вертолетов и авиадвигателей, причем этот вид коррозии приводит с течением времени очень высокой интенсивности разрушения. При этом резко снижается предел выносливости пораженных коррозией деталей.

Биологическая коррозия возникает в том случае, когда в системе металл - окружающая среда существуют микроорганизмы. Продукты жизнедеятельности (кислоты, спирты) обладают значительной коррозионной агрессивностью. При этом следует иметь в виду, что микроорганизмы способны разрушать герметизирующие материалы, поскольку некоторые их компоненты служат питательной средой для них. Важно иметь в виду, что биологическая коррозия может развиваться и под слоем различных покрытий, т. е. носить скрытый характер. Таким образом, при обнаружении признаков разрушения герметизирующих или клеевых материалов необходимо их удалить и осмотреть металлическую поверхность - нет ли признаков коррозии.

По характеру разрушения металлов различают несколько видов коррозионных поражений (рис. 2): сплошная равномерная, сплошная неравномерная, неравномерная пятнами, язвенная, точечная, называемая часто питтинговой, расслаивающая, межкристаллитная или транскристаллитная.

Рис. 2 Виды коррозионных поражений

Первые три вида коррозионных поражений (рис. 2, а, б, в) срав­нительно легко обнаружить и удалить, поскольку они являются поверхностными.

Язвенная и точечная (рис. 2, г, д) коррозии бывают довольно глубокими, и часто с помощью зачистки их удалить невозможно. Для силовых деталей наличие таких повреждений совершенно недопустимо. Особенно это опасно для самолетных деталей, подверженный воздействию знакопеременных нагрузок, поскольку резко снижаетет предел выносливости. Вот почему так важно удалить коррозионные поражения на той стадии, когда они еще располагаются на поверхности.

Расслаивающая коррозия (рис. 2, е) начинается, кале правило с поверхности детали, уходит вглубь и там распространяется. Поскольку объем продуктов коррозии больше, чем объем основного металла, происходит вспучивание, которое является диагностическим признаком. Особенно это характерно для алюминиевых сплавов. Часто под слоем лакокрасочного покрытия накапливаются продукты коррозии (как правило, алюминиевый окисел Al2O3), происходит вспучивание поверхностной пленки. Если пленку удалить, то под ней обнаружится порошок беловато-серого цвета. В этом случае, как правило, имеет место расслаивающая коррозия и деталь или ее участок подлежит замене.

Самым опасным видом коррозионного поражения является внутренняя коррозия (рис. 2, ж), которая располагается либо по грани зерен, либо проходит по зерну. Первую называют межкристаллитной, так как она распространяется между зернами, по их границам, а вторую - транскристаллитной, так как она проходит по телу зерна.

Этот вид коррозии является весьма опасным, поскольку протекает внутри материала и деталь может разрушиться внезапно. Надежных способов выявления такого рода коррозионных поражений пока нет. Основной способ борьбы с внутренней коррозией - применение методов предотвращения ее возникновения.

Методы защиты от коррозии

коррозия металлический электрохимический защита

Широко применяются следующие методы защиты металлических конструкций от коррозии:

1. Защитные покрытия.

2. Антикоррозионное легирование металла.

3. Электрохимическая защита.

4. Обработка коррозионной среды.

5. Разработка и производство новых металлических конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости.

Выбор одного из методов защиты основывается не только на технических соображениях, но и на экономических расчетах. Наиболее дешевым и распространенным методом являются лакокрасочные покрытия.

Наличие пассивных пленок, образующихся в атмосфере на поверхности таких металлов, как алюминий, титан, хром, никель, значительно повышает их коррозионную стойкость. Защитная способность этих пленок зависит от плотности и электронной проводимости. Пассивные пленки наносят искусственно на такие металлы, как алюминий, железо (воронение железа), медь, магний. Такие искусственно созданные пленки имеют значительно большую толщину и обладают большей механической и противокоррозионной стойкостью. Широко используют жаростойкое легирование, т.е. введение в состав сплава компонентов, повышающих жаростойкость. Например, для повышения коррозионной стойкости стали в нее вводят легирующие элементы -- хром, никель, титан, вольфрам, присутствие которых обеспечивает возникновение на поверхности сплошных пассивных пленок.

Для защиты от коррозии используют металлические покрытия. По характеру защитного действия различают анодные и катодные покрытия. К анодным покрытиям относятся такие покрытия, в которых покрывающий металл обладает в данной среде более отрицательным электродным потенциалом (оцинкованное железо). К катодным относятся покрытия из менее активных металлов (луженое железо, никелевое покрытие железа). Пока слой, покрывающий основной металл, полностью изолирует его от воздействия окружающей среды, принципиального различия между этими двумя видами покрытий нет. При нарушении целостности покрытия создаются совершенно различные условия. В порах цинкового покрытия на железе при образовании микрогельваноэлемента цинк является анодом, а железо -- катодом. Цинк растворяется в электролите, а железо не будет разрушаться до тех пор, пока сохраняется цинковое покрытие. Никелевое покрытие на железе -- катодное. При образовании микрогальвоноэлемента железо выполняет роль анода и разрушается.

Для защиты от коррозии в коррозионную среду вводят небольшое количество добавок, или замедлителей коррозии (ингибиторов), которые в зависимости от среды разделяют на парофазные (или летучие) и жидкофазные. В качестве жидкофазных ингибиторов для нейтральных растворов применяют в основном неорганические ингибиторы анионного типа (нитриты, хроматы, фосфаты). Их тормозящее действие сводится к образованию или оксидных пленок, или пленок труднорастворимых соединений, в результате которого потенциал сдвигается в область более положительных значений. Ингибиторами кислотной коррозии, как правило, являются органические соединения, которые, абсорбируясь на поверхности металла, тормозят как анодный, так и катодный процесс.

В агрессивных средах (морская вода, почва) применяют электрохимический метод защиты. В промышленности часто применяют так называемую протекторную защиту. К стальной конструкции (корпус судна, трубопровод) присоединяют пластины цинка или цинка с алюминием. При этом образуется макрогальванический элемент, где роль анода выполняет цинк, а защищаемая конструкция становится катодом, коррозия конструкции вследствие сдвига потенциала уменьшается или вообще прекращается.

В других методах, называемых катодной защитой, аналогичный результат достигается присоединением защищаемого металла к отрицательному полюсу внешнего источника.

Сравнительно легкопассивирующие металлы, такие, как титан, никель, нержавеющая сталь, можно защитить от коррозии, присоединяя их к положительному полюсу генератора (так называемая анодная защита). Анодную плотность тока доводят до величины, которая приводит к полной пассивации, в результате чего металл перестает растворяться. Этот метод применяют для защиты конструкции от коррозии в сильно агрессивных средах.

Заключение

Необходимость осуществления мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят большой ущерб. По имеющимся данным, около 10% ежегодной добычи металла расходуется на покрытие безвозвратных потерь вследствие коррозии и последующего распыления. Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, так как вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества. К потерям, которые терпит народное хозяйство от коррозии, должны быть отнесены также огромные затраты на всякого рода защитные антикоррозионные мероприятия, ущерб от ухудшения качества выпускаемой продукции, выход из строя оборудования, аварий в производстве и так далее. Коррозия вызывает серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно влияет на здоровье и жизнь людей.

Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства. Коррозия является физико-химическим процессом, защита же от коррозии металлов - проблема химии в чистом виде.

Список использованной литературы

1. Микульский В.Г., Горчаков Г.И., Козлов В.В. Строительные материалы. М.: АСВ, 2000.

2. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия. Учебник. М.: «Высшая школа», 2001, 367 с.

3. Строительные материалы: Учебно-справочное пособие.- Под редакцией Г.А. Айрапетов.- Ростов-на-Дону: ФЕНИКС, 2004, 608 с.

4. Allbest [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://knowledge.allbest.ru/. Коррозия металлов. (03.11.2011)

5. Репетируем [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://referat.store/. Коррозия и методы защиты.

Размещено на Allbest.ru