- •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
Защита металлов от электрохимической коррозии
Коррозионно-стойкие сплавы. При эксплуатации металлических конструкций в жестких условиях (например, при работе в агрессивных растворах, при повышенных температурах и давлениях), в условиях, когда недопустимо загрязнение продуктами коррозии рабочих сред (например, в пищевой промышленности), наиболее эффективен метод повышения коррозионной устойчивости непосредственно самого конструкционного материала за счет его легирования другими металлами. Все это вызвало большое возрастание производства специально легированных сталей и различных других сплавов.
Коррозионно-стойкие сплавы классифицируют по трем признакам: по составу, по характеру устойчивости и структуре. По составу различают сплавы на основе железа, медные, никелевые сплавы, легкие сплавы на основе алюминия, магния и титана, сплавы благородных и редких металлов и некоторые другие. Основными легирующими компонентами химически стойких сплавов на железной основе являются хром, кремний, никель. Так, например, нержавеющая сталь для пружин, шарикоподшипников, режущего и измерительного инструмента изготовляется на основе хрома 4X13 (ЭЖ-4); для оборудования химических заводов, соприкасающегося с горячей азотной кислотой и нитрозными газами, — хромоникелевая сталь Х17Н2 (ЭИ268). Основной конструкционный материал для химической промышленности, а также для деталей машин и приборов других производств, работающих в сильно агрессивных условиях, хромоникелевая сталь IX18H9T и некоторые другие стали.
Обработка внешней среды. Сущность этого метода заключается в удалении некоторых реагентов, присутствующих в окружающей среде и вызывающих коррозию, или же в добавлении специальных веществ, замедляющих коррозионные процессы. Такие вещества называются замедлителями (ингибиторами). Так как электрохимическая коррозия является результатом двух взаимно связанных процессов — анодного и катодного, то добавленные вещества могут замедлить процесс коррозии, действуя на анодные или катодные реакции, а также одновременно на обе. В качестве замедлителей, например, используют нитрит натрия (анодный замедлитель), сульфит натрия (катодный замедлитель), дихромат и хромат калия (смешанный замедлитель). Нитрит натрия применяют как для кратковременной межоперационной защиты стальных деталей, так и для более длительной защиты при хранении и транспортировке. Его используют в качестве замедлителей коррозии стали в охлаждающе-смазывающих жидкостях, в воде паровозных котлов. Хроматы и дихроматы применяют для защиты от коррозии в воде или растворах солей. Они замедляют коррозию практически всех важных металлов (Fe, A1, Си, Zn).
Кислотные замедлители коррозии чаще всего применяют при удалении с поверхности стали окалины или ржавчины в растворах кислот. Назначение кислотных замедлителей коррозии заключается в том, чтобы предохранить основной металл от растворения, значительно снизить водородную хрупкость, а также расход кислоты при травлении. При травлении в серной кислоте применяют присадку ЧМ, катапин. В растворы НС1 при травлении добавляют ПБ-5.
В последнее время широкое распространение получили так называемые летучие или парофазные ингибиторы, позволяющие защищать от коррозии стальные детали, а также детали из других металлов. Такими соединениями являются летучие вещества, большей частью органические аминосоединения. Ими, например, пропитывают оберточную бумагу, в которую заворачивают стальные иглы, измерительный инструмент и т. п., а также используют для защиты деталей при транспортировке и хранении. В СССР в качестве ингибиторов для черных металлов применяются карбонат и бензоат моноэтаноламина. В растворах с высокой электропроводностью (например, в морской воде) применяется электрохимическая защита от коррозии. Этот способ защиты осуществляется присоединением к конструкции металла, имеющего более отрицательный потенциал (протектора), или с помощью тока, приложенного извне. Например, для защиты стали в контакте с металлической конструкцией укрепляют цинковую пластинку. Для защиты приложенным извне током необходимо иметь источник постоянного тока и дополнительный электрод, который служит анодом. Защищаемое изделие присоединяется к минусу источника тока и поляризуется катодно, а дополнительный электрод, присоединенный к плюсу, поляризуется анодно. Защита протекторами и внешним током применяется для предохранения от коррозии корпусов судов, подземных металлических сооружений — трубопроводов, газопроводов, резервуаров и т. п.
Наибольшее распространение в промышленности для защиты от коррозии, а также для придания декоративных и специальных свойств изделиям получили покрытия: металлические, неметаллические (органического и неорганического происхождения), а также покрытия, полученные в результате химической и электрохимической обработки металлов.
Металлические покрытия (кроме защиты от коррозии и придания изделиям декоративных свойств) наносятся на поверхность для повышения ее износостойкости (хромирование), повышения электропроводности и снижения переходного сопротивления (серебрение), придания специальных магнитных свойств (сплав железо — никель и др.) и т. п.
Все металлические покрытия по их полярности относительно защищаемого металла подразделяются на катодные, электродный потенциал которых в данных условиях положительнее потенциала защищаемого металла (Аи, Ag, Си, Ni и другие на углеродистой стали), и анодные, электродный потенциал которых в данных условиях отрицательнее потенциала защищаемого металла (Zn и в ряде случаев Cd на обычной стали). Катодные покрытия в обычных условиях защищают основной металл механически, изолируя его от внешней среды. При нарушении их сплошности коррозия из-за образующихся активных гальванических пар может резко усилиться. Анодные покрытия в обычных условиях защищают металл не только механически, но и путем электрохимической защиты, так как при нарушении их сплошности (поры, трещины и т. п.) обнажившийся металл будет играть роль катода и не будет растворяться.
Металлические покрытия наносят следующими способами: а) погружением в расплавленный металл; б) механически (плакированием); в) электроосаждением (гальванические покрытия); г) химическим восстановлением; д) осаждением в вакууме; е) с помощью напыления; ж) термодиффузией.
Погружение в расплавленный металл — это старейший и наиболее простой способ нанесения на ленту, проволоку, листы и т. п. цинка, олова, свинца, алюминия. При этом способе покрываемую поверхность очищают от загрязнений, пропускают через слой флюса для удаления влаги и следов оксидов и погружают на короткое время в расплавленный металл, по извлечении из которого на покрываемой поверхности удерживается тонкий слой металлопокрытия. Этот способ приводит к значительному расходу цветных металлов и затрудняет регулирование толщины осаждаемого покрытия. Поэтому в настоящее время он вытесняется другими более эффективными способами, в частности электроосаждением. Механотермический метод (плакирование) применяют для изготовления биметаллических листов и ленты. Так плакируют сталь медью или латунью, дюралюминий — чистым алюминием, углеродистую сталь — нержавеющей сталью.
Метод электроосаждения, или гальванический метод, изобретен в 1837 г. русским академиком Б. С. Якоби. В настоящее время он является самым распространенным методом получения металлических покрытий. Покрываемые детали после тщательной подготовки, заключающейся в необходимых случаях в шлифовке и полировке поверхности (например, при нанесении защитно-декоративных покрытий) и в удалении различных загрязнений, погружают на специальных подвесках в электролит, содержащий ионы наносимого металла и другие компоненты, и подключают к катодной штанге электролизера. Анодами в электролизере обычно служат пластины из осаждаемого металла. В ряде случаев, например при хромировании, применяют нерастворимые аноды. С помощью этого метода осаждают различные металлы (Zn, Cd — для защиты от коррозии, Sn — для улучшения паяемости, Сг — для повышения износостойкости, Ag — для повышения электропроводности, Аи — для предохранения электроконтактов от окисления и в декоративных целях, трехслойное защитно-декоративное покрытие Си — Ni — Сг и др.). Осаждаются также и различные сплавы: Ni — Fe, Ni — Fe — Co, Ni — Fe — Mo — для придания магнитных свойств, Sn — Bi — для улучшения паяемости, Аи — Си — для декоративных целей и т. п. В качестве электролитов применяют самые разнообразные составы: кислые, щелочные (цианистые и нецианистые) и др.
В последнее время широкое применение в промышленности нашли электролиты для меднения, никелирования и нанесения других покрытий, содержащие специальные блескообразующие и выравнивающие добавки, позволяющие в процессе электролиза получать блестящие покрытия, не требующие полировки и обладающие повышенной чистотой обработки поверхности, а также комбинированные многослойные покрытия, обладающие повышенной коррозионной стойкостью (биникель, триникель, никель «СИЛ» с последующим хромированием). Метод электроосаждения металлов имеет целый ряд преимуществ перед другими методами: легкая управляемость процессом (регулирование толщины и свойств покрытий путем изменения состава электролиза и режима электролиза, а также применения ультразвука, магнитных полей и пр.); высокая чистота и относительная равномерность покрытия; высокая адгезия покрытий с покрываемым металлом и др.
В настоящее время широкое распространение получил метод химического восстановления некоторых металлов (меди и никеля) без тока с применением специальных восстановителей. Химическое меднение применяют чаще всего при осаждении меди на диэлектрики, например при изготовлении печатного монтажа, химическое никелирование — для осаждения никеля на профилированные детали. Термообработка значительно повышает твердость химически осажденного никеля, которая значительно превышает твердость обычного никеля, осажденного электролитическим путем.
Защитные пленки на металлах могут быть получены в результате химической или электрохимической обработки их поверхности в специальных растворах. В качестве примера можно привести оксидирование и фосфати-рование стали и оксидирование алюминия. Оксидирование обычно применяется для защиты стальных изделий от коррозии в легких эксплуатационных условиях. Фос-фатирование стали применяется, главным образом, для создания хорошего подслоя для последующего нанесения лакокрасочных покрытий. При этом повышается их адгезия и коррозионная стойкость. Процесс фосфатирования можно вести в 3%-ном растворе препарата «Мажеф» при температуре 98 °С в течение 30 — 60 мин. Оксидирование алюминия и его сплавов осуществляется чаще всего электролитическим путем в результате анодной обработки в растворах серной кислоты (20 %-ной). Оксидные пленки на алюминии обладают специфической микропористостью, в результате чего легко окрашиваются в различные цвета в растворах анилиновых красителей.
Оксидные пленки, полученные в специальных электролитах и при особых режимах (пониженная температура, повышенное напряжение), используются для повышения износостойкости деталей из алюминия и его сплавов и придания им изоляционных свойств. В последнее время получают значительное распространение композиционные покрытия (гетерогенные), выделяемые из электролитов суспензий и содержащие неметаллические включения. Они превосходят обычные покрытия по твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и т. п. Неметаллические покрытия. Этот вид покрытий включает в себя органические и неорганические покрытия. Простейшими видами органических покрытий являются смазки (различные минеральные масла, вазелин, растворы парафинов, битумов и др.), применяющиеся для временной защиты металлов от коррозии в виде высоковязких композиций — консистентных смазок.
Лакокрасочные покрытия — наиболее распространенный способ защиты металлов от коррозии в атмосфере и некоторых других коррозионных условиях (окраска речных и морских судов, водонапорных баков и др.). Краски представляют собой суспензии минеральных веществ: красителей (оксиды свинца, цинка, железа, сажи, алюминиевого порошка и др.) в пленкообразователе (олифе, масляно-смоляной смеси) с добавками наполнителей, придающих пленке повышенную прочность (слюда, графит, тальк и др.), и сиккативов (органических солей свинца, кобальта или марганца), ускоряющих образование твердой масляной пленки в результате окисления при воздушной сушке.
Лаки являются коллоидными растворами высыхающих масел, смол или эфиров целлюлозы в летучих органических растворителях (бензине, бензоле, ацетоне, этилацетате, скипидаре и др.). Лакокрасочные покрытия наносятся на очищенную поверхность изделий кистью, напылением, погружением в окрасочную массу, электроосаждением. Наиболее экономичным является напыление в электростатическом поле высокого напряжения и электроосаждения. Лакокрасочные покрытия наносят обычно в несколько слоев по предварительно нанесенным специальным грунтам.
К органическим покрытиям относятся также покрытия смолами, которые наносят жидкими в нагретом и растворенном состоянии. Так наносят, например, эпоксидные и кремнийорганические смолы, обеспечивающие защиту в агрессивных условиях эксплуатации, фенолформальдегидные, асфальтобитумные смолы и др. Покрытие смолами осуществляется также с помощью газопламенного напыления (полиэтилен, фторопласт), а также с помощью футеровки листовым материалом (фаолит, винипласт и др.). Гуммирование осуществляется футеровкой аппаратуры резиной и эбонитом, обладающими высокой стойкостью в ряде агрессивных сред.
К неорганическим покрытиям относятся: цементные и бетонные покрытия, применяемые в ряде случаев для защиты от коррозии металлических конструкций (трубопроводов, резервуаров); силикатные эмали, довольно широко применяемые в быту, кислотоупорные плитки, применяемые для футеровки различных емкостей и аппаратов, главным образом, в химической промышленности.