- •Оглавление.
- •Раздел I введение в технологию
- •Глава 1
- •Основные понятия и определения
- •§ 1.1. Предмет и содержание курса технологии отраслей промышленности
- •§ 1.2. Связь технологии с экономикой
- •§ 1.3. Понятие о технологических процессах: принципы их классификации
- •§ 1.4. Материальные и энергетические (тепловые) балансы
- •§ 1.5. Понятие о себестоимости и качестве промышленной продукции
- •§ 1.6. Общие положения по технике безопасности и охране труда на промышленных предприятиях
- •Глава 2 сырье, вода и энергия в промышленности § 2.1. Сырье в промышленности
- •Минеральное сырье
- •Растительное и животное сырье
- •Обогащение сырья
- •Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов
- •§ 2.2. Вода в промышленности
- •Промышленная водоподготовка
- •Промышленные сточные воды и их очистка
- •§ 2.3. Роль энергии в технологических процессах
- •Рациональное использование энергии
- •Глава 3 научно-техническая революция и научно-технический прогресс в промышленности § 3.1. Сущность, значение и основные направления научно-технического прогресса
- •§ 3.2. Нтр и технология
- •§ 3.3. Химизация народного хозяйства - важное направление нтп
- •§ 3.4. Нтп в области промышленных материалов
- •§ 3.5. Нтп в области орудий труда. Механизация, автоматизация и роботизация производства
- •§ 3.6. Применение вычислительной техники и асу в технологии
- •§ 3.7. Экологические проблемы нтп
- •Раздел II
- •§ 4.2. Основные закономерности, определения и классификация химических процессов
- •§ 4.3. Понятие о скорости и равновесии химических процессов
- •§ 4.4. Выход продукции в химико-технологических процессах
- •§ 4.5. Общие принципы интенсификации химико-технологических процессов
- •Перспективы развития и совершенствования химико-технологических процессов
- •Глава 5. Высокотемпературные процессы § 5.1. Сущность и значение высокотемпературных процессов
- •Влияние температуры на процессы, идущие в кинетической области
- •Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области
- •Условия, ограничивающие применение высоких температур
- •Типовое оборудование
- •§ 5.2. Тенденции совершенствования высокотемпературных процессов
- •§ 5.3. Высокотемпературные процессы в металлургии
- •Высокотемпературные процессы черных металлов в производстве
- •§ 5.4. Высокотемпературные процессы в производстве строительных материалов
- •§ 5.5. Высокотемпературная переработка топлива
- •Термические процессы переработки нефти и нефтяных фракций
- •§ 5.6. Высокотемпературные процессы в химической промышленности
- •Глава 6 электрохимические процессы § 6.1. Значение и сущность электрохимических процессов
- •Основные закономерности электрохимических процессов
- •§ 6.2. Электролиз водных растворов Электрохимическое производство хлора и едкого натра (каустической соды)
- •Электролиз воды
- •Электрохимическое производство продуктов окисления
- •§ 6.3. Гидроэлектрометаллургия
- •§ 6.4. Электролиз расплавленных сред
- •Свойства расплавленных электролитов
- •Глава 7 каталитические процессы § 7.1. Роль каталитических процессов, основные закономерности и определения
- •§ 7.2. Применение каталитических процессов в промышленности
- •§ 7.3. Производство аммиака
- •§ 7.4. Каталитические процессы нефтепереработки
- •Глава 8 процессы, идущие под повышенным или пониженным давлением § 8.1. Роль давления в технологии
- •§ 8.2. Давление как фактор интенсификации газообразных процессов
- •§ 8.3. Роль давления в жидкофазных и твердофазных процессах
- •Глава 9 биохимические процессы § 9.1. Основные понятия и определения
- •§ 9.2. Применение биотехнологических процессов в промышленности
- •Глава 10 фотохимические процессы
- •Глава 11 радиационно-химические процессы
- •Глава 12 плазмохимические процессы § 12.1. Общие понятия и определения
- •§ 12.2. Виды плазмохимических процессов
- •Глава 13 общие сведения о физических процессах химической технологии § 13.1. Значение физических процессов и их классификация
- •§ 13.2. Виды физических процессов Физико-механические процессы
- •Массообменные процессы
- •Раздел III
- •§ 14.2. Кислоты, щелочи Неорганические кислоты
- •§ 14.3. Минеральные удобрения
- •§ 14.4. Полимеры Общие сведения о полимерах, их строении, свойствах и способах получения
- •Пластмассы, их свойства, значение и применение в народном хозяйстве
- •Химические волокна и их применение в народном хозяйстве
- •Каучуки и резина
- •§ 14.5. Нефтепродукты
- •Глава 15 строительные материалы § 15.1. Общие сведения
- •§ 15.2. Основные виды строительных материалов Природные (естественные) материалы, применяемые в строительстве
- •Керамические материалы
- •Огнеупорные материалы
- •Минеральные вяжущие
- •Бетон, железобетон и строительные растворы
- •Силикатные (автоклавные) материалы
- •Асбестоцементные материалы
- •Стекло и изделия на его основе
- •Теплоизоляционные материалы
- •Глава 16 металлы и сплавы § 16.1. Общие сведения
- •§ 16.2. Методы определения качества металла (сплава)
- •§ 16.3. Термическая и химико-термическая обработка
- •§ 16.4. Черные металлы и сплавы
- •Материалы со специальными свойствами (стали, сплавы)
- •Магнитные материалы
- •Инструментальные материалы
- •§ 16.5. Цветные металлы и их сплавы
- •§ 16.6. Коррозия металлов
- •Классификация коррозионных процессов
- •Электрохимическая коррозия металлов
- •§ 16.7. Защита металлов от коррозии Защита металлов от химической коррозии
- •Экономия на 1 т листа
- •Защита металлов от электрохимической коррозии
- •Технико-экономические показатели и выбор методов защиты
- •Раздел IV
- •Типы производств
- •Типизация технологических процессов
- •Технологичность конструкций изделий
- •Качество изделий
- •Понятие о точности обработки
- •Основные методы и средства контроля качества изделий
- •Шероховатость поверхности
- •Выбор заготовок
- •§ 17.2. Экономическая оценка технологического процесса
- •Глава 18
- •Литье в песчано-глинистые формы
- •Специальные способы литья
- •§ 18.2. Основы технологии производства заготовок методами пластической деформации
- •Формообразование заготовок, изделий из пластмасс и резины методами пластической деформации
- •Формообразование деталей методами порошковой металлургии
- •§ 18.3. Изготовление неразъемных соединений Понятие о неразъемных соединениях. Виды неразъемных соединений
- •Сущность процессов сварки материалов и их классификация
- •Сварка плавлением
- •Огневая резка материалов
- •Сварка давлением
- •Контроль качества сварных соединений
- •Клеевая технология
- •§ 18.4. Обработка конструкционных материалов резанием
- •Обработка на станках-автоматах и полуавтоматах
- •Чистовая обработка наружных поверхностей тел вращения
- •Обработка внутренних поверхностей тел вращения.
- •Обработка плоских поверхностей
- •Обработка фасонных поверхностей
- •Методы изготовления деталей зубчатых зацеплений
- •Обработка резанием неметаллических материалов
- •Обработка заготовок на агрегатных станках
- •§ 18.5. Электрофизические методы обработки
- •Применение ультразвука в промышленности
- •Плазменная обработка материалов
- •Лазерная обработка
- •Глава 19 основные технологические процессы электроники и микроэлектроники § 19.1. Технология изготовления интегральных микросхем
- •Фотолитография в микроэлектронике
- •Нанесение тонких пленок в вакууме
- •Осаждение из газовой фазы
- •§ 19.2. Технология изготовления печатных плат
- •Технологические процессы изготовления пп
- •Субстрактивные методы изготовления печатных плат
- •Технология изготовления многослойных печатных плат
- •Аддитивные методы изготовления печатных плат
- •Печатные платы с многопроводным монтажом
- •Глава 20 технология сборочных процессов § 20.1. Понятие о технологическом процессе сборки и его организационных формах
- •§ 20.2. Контроль и испытание готовых изделий
- •Глава 21 основы технологии строительного производства § 21.1. Роль капитального строительства в развитии народного хозяйства ссср
- •§ 21.2. Строительные работы
- •§ 21.3. Основные направления совершенствования строительства
- •Глава 22 оптимизация технологических процессов § 22.1. Общая постановка задач оптимизации технологических процессов
- •§ 22.2. Методы оптимизации технологических процессов
- •Регрессионный и корреляционный методы анализа при оптимизации технологических процессов
- •Методы планирования эксперимента для оптимизации технологических процессов
Электрохимическая коррозия металлов
Основное отличие электрохимического механизма коррозии металлов от чисто химического заключается в том, что взаимодействие среды с металлом разделяется на два в значительной степени самостоятельно протекающих процесса: анодный и катодный. В большинстве случаев для электрохимической коррозии характерна локализация анодного и катодного процессов на различных участках, что является вторым существенным отличием электрохимического механизма от чисто химического. Электрохимическая коррозия аналогична реакции в гальваническом элементе, работа которого кратко рассмотрена ниже.
Все металлы, погруженные в электролит, в большей или меньшей степени стремятся перейти в раствор с образованием соответствующих ионов. Водные растворы электролитов состоят из положительно заряженных (катионов) и отрицательно заряженных (анионов) частиц, окруженных оболочкой из молекул воды (гидратированных ионов). Молекулы воды имеют удлиненную форму, причем положительные и отрицательные заряды расположены в разных концах молекулы. Ион-атомы, находящиеся на поверхности металла, притягиваются диполями воды, и если силы притяжения больше, чем силы связи между ионами и электронами в металле, то некоторое количество ионов-атомов перейдет в раствор в виде гидратированных ионов-атомов. Эти ионы вследствие электростатического притяжения электронами, находящимися в металле, не могут удалиться от его поверхности. Образовавшийся двойной электрический слой состоит из электронов, находящихся в металле, и гидратированных ионов, находящихся в растворе. Двойной слой, образующийся на границе между металлом и электролитом, определяет электродный потенциал данного металла.
Для определения электродного потенциала металла измеряют разность потенциалов между двумя электродами, при этом в качестве одного из электродов обычно берется так называемый нормальный водородный электрод, потенциал которого условно принят за нуль. Величина скачка потенциала на поверхности металла при погружении его в электролит (потенциал металла) зависит не только от характера двойного слоя, образовавшегося при погружении металла в электролит, но и от процессов, установившихся на электроде.
Так, между металлом и раствором, содержащим одноименные ионы металла, постоянно происходит обмен ионами. Ион-атомы из металла переходят в раствор, а ионы металла из раствора приобретают электроны и осаждаются на металлической поверхности. Через некоторое время, когда скорости перехода ионов в раствор и осаждения атомов станут одинаковыми, устанавливается динамическое (подвижное) равновесие. Электродные потенциалы при этом являются равновесными. В случае если активная концентрация ионов металла в растворе составляет 1 грамм-ион на литр, то потенциал условно называется нормальным или стандартным. Ряд металлов, расположенных по убывающим (или возрастающим) значениям нормальных потенциалов, называется рядом напряжений. Условно металлы, стоящие в ряду напряжений выше водорода, называют электроотрицательными, а ниже — электроположительными. Потенциал, который возникает при погружении металла в электролит, не содержащий ионов данного металла, называется электродным потенциалом металла. Нормальные и электродные потенциалы некоторых металлов даны в табл. 16.1.
Таблица 16.1
Металл |
Ион
|
Нормальный потенциал, В |
Электродный потенциал, В | |
в 3%-ном NaCl |
в 3 %-ном NaCl + + 0,1% Н2О2 | |||
Mg |
Mg2 + |
-2,38 |
− |
− |
Al |
Al3 + |
-1,66 |
-0,63 |
-0,52 |
Mn |
Mn2+ |
-1,05 |
-0,91 |
− |
Zn |
Zn2 + |
-0,76 |
-0,83 |
— 0,77 |
Fe |
Fe2 + |
-0,44 |
-0,50 |
-0,50 |
Ni |
Ni2 + |
-0,23 |
-0,02 |
+ 0,05 |
Sn |
Sn2 + |
-0,14 |
-0,25 |
+ 0,10 |
Pb |
Pb2 + |
-0,12 |
-0,26 |
-0,24 |
H, |
2H + |
0,000 |
− |
− |
Сп |
Cu2 + |
+ 0,34 |
+ 0,05 |
+ 0,05 |
Cu |
Cu + |
+ 0,52 |
− |
− |
Ag |
Ag + |
+ 0,80 |
+ 0,20 |
+ 0 |
Au |
Au + |
+ 1,68 |
− |
− |
Au |
Au3 + |
+ 1,50 |
− |
− |
Если два различных металла в электролите привести в соприкосновение, то они образуют гальванический элемент, в котором металл с более отрицательным потенциалом будет анодом, а с более положительным — катодом.
В качестве примера возьмем железо и никель*, помещенные в раствор серной кислоты. Так как потенциал железа отрицательнее потенциала никеля, железо станет анодом этой гальванической пары и будет растворяться, посылая ионы в раствор, а освободившиеся при этом электроны будут перетекать по соприкасающимся металлам к поверхности' никеля, где будут нейтрализовать притягивающиеся к катоду ионы водорода. Образующиеся атомы водорода соединяются в молекулы и у катода выделяются пузырьки газообразного водорода, отрывающиеся от поверхности металла и удаляющиеся из раствора. Этот процесс может продолжаться до полного растворения железа. Коррозию металлов можно рассматривать как результат действия множества коррозионных микроэлементов, находящихся на поверхности металла в соприкосновении с электролитом. Эти микроэлементы возникают вследствие того, что технические металлы, как правило, содержат примеси и включения в виде различных других металлов, их сплавов и различных загрязнений, образующих анодные и катодные участки. Причиной их образования может быть и физическая неоднородность — различная механическая обработка (например, нагартовка) разных участков металлов, а также неравномерное обтекание кислородом (аэрация и др.). Разность потенциалов может возникать также между ребром и гранью одного и того же кристалла.
Известно, что разность потенциалов между замкнутыми электродами гальванического элемента во время прохождения тока меньше, чем его разность потенциалов в разомкнутом состоянии. Это уменьшение начальной разности потенциалов электродов гальванического элемента (и в частном случае, коррозионного элемента), возникающее при прохождении через него тока, называется поляризацией гальванического элемента. Анодная поляризация — смещение потенциала анода в положительную сторону при прохождении анодного тока. Катодная поляризация — смещение потенциала катода в отрицательную сторону при прохождении катодного тока.
Одной из основных причин изменения потенциалов электродов при протекании тока является изменение концентрации ионов у анода и катода по сравнению с концентрацией их во всем электролите. Поляризация тормозит работу коррозионного элемента и уменьшает скорость электрохимической коррозии. Если бы не было явлений поляризации, то процессы электрохимической коррозии шли бы с очень большими скоростями — в десятки или сотни раз больше тех, которые обычно наблюдаются. Электродные процессы, уменьшающие поляризацию на аноде и катоде, принято называть процессами деполяризации (соответственно анодной или катодной). Вещества, прибавление которых уменьшает процесс поляризации, называют деполяризаторами. Характер и скорость катодных реакций оказывает значительное, часто решающее влияние на большинство коррозионных процессов. При электрохимическом коррозионном процессе величина коррозионных потерь металла, согласно закону Фарадея, пропорциональна коррозионному току.