Електрохімічна корозія металу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

електрохімічний корозія металізація напилення

1. Електрохімічна корозія

2. Металізація поверхні

Список використаної літератури

1. Електрохімічна корозія

Електрохімічна корозія є найпоширенішим типом корозії металів. По електрохімічному механізмі корродирують метали в контакті з розчинами електролітів (морська вода, розчини кислот, лугів, солей) . У звичайних атмосферних умовах й у землі метали корродирують також по електрохімічному механізмі , тому що на їхній поверхні є краплі вологи з розчиненими компонентами повітря й землі.

Електрохімічна корозія є гетерогенним і многостадийним процесом. Її причиною є термодинамічна нестійкість металів у даному корозійному середовищі.

Навчання про електрохімічну корозію порушує головне питання - питання про швидкості корозії й тих факторів, які впливають на неї. З електрохімічної точки зору корозія металу це не просто процес окислювання металу, тому що цей перехід повинен супроводжуватися сопряжено відбудовним процесом, що йде. У результаті іонізації звільняються електрони й роль другого відбудовного процесу складається в їхній асиміляції підходящим окислювачем (Д), що утворить стійку сполуку Іонізація й процес асиміляції електронів яким або елементом середовища (звичайно Н іони або ПРО )являє собою електрохімічний процес.

Потенціал.

У відмінності хімічного, електрохімічні процеси контролюються (залежать) не тільки від концентрації реагуючих речовин, але й, головним чином, залежать від потенціалу поверхні металу.

На границі роздягнула двох різнорідних фаз відбувається перехід заряджених часток - іонів або електронів з однієї фази в іншу, отже, виникає різниця електричних потенціалів, розподілу впорядкованих електричних зарядів, тобто утворення подвійного електричного шару.

Виникнення межфазового стрибка потенціалу можна основними причинами; але розглянемо тільки ті, які приводять до корозії металів, а точніше перехід катіонів металу з електроліту на метал (електродний потенціал) адсорбція аніонів електроліту на металі (адсорбційний потенціал) виникнення іонно-адсорбційного потенціалу за рахунок одночасної адсорбції поляризуемого атома кисню й переходу катіонів з металу в електроліт.

По відомих причинах, абсолютне значення межфазовой різниці потенціалів виміряти не можна, цю величину можна виміряти щодо іншої величини й за крапку відліку приймається стандартний водневий потенціал. Наявність на межфазовой границі метал-розчин електроліту подвійного електричного шару впливає на процес, а , зокрема, на швидкість корозії металів. При зміні концентрації (щільності) позитивних або негативних часток у розчині або металі може змінитися швидкість процесу розчинення металу. Саме їхніх цих міркувань електродний потенціал є однієї з найважливіших характеристик, що визначають швидкість корозії металу.

Термодинаміка електрохімічної корозії металів.

Прагненням металів переходити з металевого стану в іонне для різних металів по-різному. Імовірність такого переходу залежить також від природи корозійного середовища . Таку ймовірність можна виразити зменшенням вільної енергії при протіканні реакції переходу в заданому середовищі за певних умов.

Але прямого зв'язку між термодинамічним рядом і корозією металів немає. Це порозумівається тим, що термодинамічні дані отримані для ідеально чистої поверхні металу, у той час як у реальних умовах корродирующий метал покритий шаром (плівкою) продуктів взаємодії металу із середовищем. Для розрахунків зміни вільної енергії реакції при електрохімічній корозії металу використають величини електродних потенціалів.

Отже, для електрохімічного розчинення металу необхідна присутність у розчині окислювача (деполяризатора, який би здійснював катодну реакцію асиміляції електронів), оборотний окислительно - відбудовний потенціал якого положительнее оборотного потенціалу металу в даних умовах.

Катодні процеси при електрохімічній корозії можуть здійснюватися різними речовинами.

Іонами молекулами оксидами й гідрооксидами (як правило малорастворимими продуктами корозії, утвореними на поверхні металів)

органічними сполуками де R радикал або молекула

У корозійній практиці як окислювачі-деполяризатори, що здійснюють корозію, виступають іони водню й молекули розчиненого в електроліті кисню. При збільшенні активності іонів металу (підвищення концентрації іонів металу в розчині), потенціал анода зростає, що приводить до гальмування розчинення металу. Зниження активності металу, навпроти, сприяє розчиненню металу.

Схема процесу електрохімічної корозії металів.

З певним спрощенням процес електрохімічної корозії може бути представлений у вигляді схеми.

анодний процес - іонізація атомів металу з утворенням іонів (гидратированних) у розчині й нескомпенсованих електронах у металі.

процес переносу електронів у металі від зон анодної реакції й ділянками, на яких термодинамічно й кінетично можливий катодних процес

процес підведення окислювача-деполяризатора до катодних зон

катодний процес-асиміляція надлишкових електронів деполяризатором, для якого цих зонах забезпечені термодинамічні умови процесу відновлення за схемою:

Цю схему можна представити як роботу короткозамкненого гальванічного елемента. Але це тільки схема, тому що зони анодних і катодних процесів міняються в часі. У ході корозійного процесу змінюються не тільки властивості металевої поверхні, але й контактуючого розчину (зміна концентрації окремих його компонентів). При зменшенні, наприклад, концентрації деполяризатора, у катодної зони може виявитися, що катодна реакція деполяризації термодинамічно неможлива.

Гомогенні й гетерогенні шляхи електрохімічної корозії.

Причину корозії металів у розчинах, не утримуючих однойменних іонів, пояснює теорія необоротних потенціалів. Ця теорія розглядає поверхню металів як однорідну, гомогенну. Основною і єдиною причиною розчинення (корозії) таких металів є термодинамічна можливість протікання анодного й катодного актів. Швидкість розчинення (корозії) буде визначатися кінетичними факторами. Але гомогенну поверхню металів можна розглядати як граничний випадок, що може бути реалізований, наприклад, у рідких металах. (ртуть й амальгами металів). Для твердих металів таке допущення буде помилковим, хоча б тому що різні р\атоми сплаву (і чистого металу) займають різне положення в кристалічній решітці. Найбільш сильне відхилення від гомогенної конструкції буде спостерігатися при наявності в металі сторонніх включень, интерметаллидов, границь зерен і т.д. У цьому випадку, зрозуміло, поверхня є гетерогенною.

Установлено, що навіть при наявності на поверхні металу неоднородностей у цілому поверхня залишається эквипотенциальной. У такий спосіб неоднорідність поверхонь сплаву не може бути основною причиною загальної корозії металу. Найбільш істотної в подібних випадках є іонізація розчинення анодної складової поблизу катодної складової, це можливо, якщо на поверхні металевої конструкції виникають гальванічні елементи. Розглянемо деякі з них:

неоднорідність металевої фази, обумовлена неоднорідністю сплаву, а також у результаті мікро й макровключень.

неоднорідність поверхні металу в наслідок наявності границь блоків і зерен кристалів, вихід дислокацій на поверхню, анізотропність кристалів.

неоднорідність захисних плівок на поверхні за рахунок мікро й макропор плівки,

неоднорідність захисних плівок на поверхні за рахунок нерівномірного утворення на поверхні вторинних продуктів корозії

Ми розглянули два крайніх механізми саморозчинення металів: рівномірне розчинення ідеально гомогенної поверхні й розчинення (в основному локальне) мікроелементів при просторовому поділі катодних й анодних зон (процесів). У загальному випадку, необхідно вважатися з можливістю протікання на анодних ділянках поряд з основними анодними процесами катодних процесів, на катодні ж ділянках можуть протікати зі зниженою швидкістю анодні процеси розчинення. Можна зробити висновок, що немає підстав протиставляти "гомогенний" й "гетерогенний" шляхи протікання корозійних процесів. Вірніше буде їх розглядати як фактори, що взаємно доповнюють один одного. Основною же причиною корозії металів залишається як і раніше термодинамічна ймовірність протікання в даних умовах на металі анодних процесів іонізації металу й сполученого з ним катодного процесу деполяризації.

Анодні процеси при електрохімічній корозії металів.

Термодинамічні основи.

Для протікання корозійного процесу істотним є стан форма сполуки , у якому перебуває катіон металу в розчині. Іонізація металу з наступним переходом у розчин простих компонентів металу представляє лише один з можливих напрямків анодних процесів.Форма їхнього конкретного стану багато в чому визначається як природою металу й контактуючої з ним середовищем , так і напрямком і величиною поляризующего струму (або електродного потенціалу). Переходячи в розчин, корродирующий метал вступає у зв'язок або з розчинником, або з компонентами розчину. При цьому можуть утворюватися прості й комплексні сполуки з різною розчинністю й з різною адгезією до поверхні металу. При високих позитивних значеннях потенціалу на аноді можливий процес окислювання води з виділенням кисню. Залежно від того, які процеси або їхні сполучення протікають на аноді, вони можуть значною мірою (а іноді й повністю) контролювати сумарний процес корозії. Можливість протікання того або іншого процесу повністю визначається величиною електродного потенціалу й, отже, визначається чисто термодинамічними факторами.

2. Металізація поверхні

Металізамція -- метод модифікації властивостей поверхні виробів шляхом нанесення на його поверхню шар металу . Металізації піддаються як неметалічні поверхні (скло, бетон, пластмаса) так і металеві. В останньому випадку металізацією наноситься інший матеріал, наприклад, твердіший або корозійно-стійкий (хромування,цинкування, алітування). Часто «металізацією» називають напилення металу газотермічними методами.

Нанесення розплавленого металу на поверхню деталі шляхом напилення називається металізацією. Процес металізації полягає в тому, що розплавлений в спеціальному приладі-металізатора метал підхоплюється струменем повітря або газу і найдрібнішими частинками переноситься на попередньо підготовлену поверхню деталі. Розплавлені частки металу в процесі розпилення набувають кулясту форму і покриваються тонкою плівкою оксидів. Ступінь окислювання залежить від хімічного складу металу, температури плавлення, навколишнього середовища, розмірів частинок і часу перебування їх в польоті.

Завдяки відносно великій швидкості руху і незначного часу польоту (тисячні частки секунди) частина розпорошується металу не встигає пройти фазу кристалізації і досягає поверхні деталі в рідкому стані. Плівка оксидів в момент удару частинок об поверхню деталі розривається, і метал розхлюпується по поверхні.

Частинки металу, встигли в процесі польоту пройти кристалізацію, від удару деформуються, розплющуються і заповнюють нерівності поверхні, що покривається, утворюючи луската будова шару. Внутрішні теплота і кінетична енергія частинок, що переходить в момент удару в тепло, підвищують їх пластичність і покращують зчіплюваність з основним металом деталі.

Металізація отримала широке застосування в ремонтній практиці у всіх галузях промисловості, так як дає можливість наносити шар покриття до 8 мм на будь-який метал і інші різні матеріали (дерево, різі, пластмаса).

Особлива увага приділяється підготовці деталі до металізації, так як від підготовчих операцій багато в чому залежить міцність зчеплення металлізованного шару з основною деталлю.

На погано зчіплюються метали і на деталі, де небажана механічна обробка, наноситься молібден, який добре поєднується з усіма металами і полірованими поверхнями.

Металізація поверхонь деталей

Рис. 1. Металізація: а - підготовка поверхонь; б - схема металліеаціонной установки: 1 - барабани з електродним дротом; 2 - тягнуть ролики; 3 сопло; 4-струмінь розпорошеного металу; 5 -деталь; 6 - прийомні трубки; 7 -направоляющіе; в - електродний дріт; 9 - компресор; 10 - повітряний редуктор; 11 - масловіддільник; 12 - електрощит; 13 - трансформатор; 14 - редуктор з манометром

Підготовка до металізації

Підготовка деталей до металізації полягає в попередньої механічної обробки металлізуе- екпортувати поверхонь з метою виправлення геометричної форми і забезпечення максимально допустимої товщини покриття, а також для запобігання руйнуванню (відколу, відшаровування) металлізованного шару при ударі в торець.

На краю деталей наплавляют зварюванням або залишають иа них при механічній обробці буртики (рис. 1, а). На поверхні деталі прорізають канавки, кромки яких перед металізацією злегка закочують.

В цьому випадку відбувається додаткове механічне кріплення металлізованного шару.

Основний же підготовчою операцією перед металізацією є нанесення «рваною» різьблення (для круглих деталей) або грубої обробки з великим профілем шорсткості - для плоских деталей. Проникаючи в западини грубої поверхні, металлізуемий метал забезпечує більшу зчіплюваність з ремонтованої деталлю.

Процес металізації

Робота метализаційні апарату відбувається так (рис. 1, б). Дріт-електрод з котушок 1 подається тяговими роликами 2 через напрямні трубки 7 у прийомні трубки 6, до яких підведено електричний струм. Через сопло 3 подається стиснене повітря з тиском 5-6 кгс / см2 від компресора 9. Метал електродів, розплавлений електродугою, що виникає в зоні контакту електродів, повітря посилає на поверхню ремонтованої деталі 5. Процес горіння дуги і подачі дроту в установці підтримується автоматично. При необхідності через метализаційні головку можна одночасно подавати 2-3 дроту з різних металів і отримувати таким чином напилений шар різного складу.

Список використаної літератури

1. П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич.Діагностика матеріалів і середовищ. Енергетичні характеристики поверхневих шарів. -- Львів: ФМІ ім. Г. В. Карпенка НАН України, вид-во «СПОДОМ». -- 2005. -- 292 с

2. В.П.Мовчан, М.М.Бережний. Основи металургії. Дніпропетровськ: Пороги. 2001. 336 с.

3. В. І. Алімов, З. А. Дурягіна. Корозія та захист металів від корозії. Донецьк-Львів: ТОВ "Східний видавничий дім". -- 2012. -- 328 с.

Размещено на Allbest.ru