- •Лекция 1.
- •Экономические аспекты борьбы с коррозией.
- •Классификация коррозионных процессов.
- •Показатели коррозионной стойкости металлов и сплавов.
- •– Отрицательный весовой показатель, используется, когда в процессе коррозии масса образца уменьшается. Образуются либо хорошо растворимые соединения металла, либо (не сказал что).
- •Атомы водорода в дефектах кристаллической решетки могут образовывать молекулу водорода h2, которая имеет гораздо большие размеры и выйти из кристаллической решетки уже не может.
- •Условие сплошности оксидных плёнок.
- •Логарифмический закон.
- •Механизмы диффузии ионов в кристаллической решётке оксидов.
- •Лекция 4.
- •Способы защиты металлов от газовой коррозии.
- •Оксид легирующего компонента должен обладать меньшей электропроводностью по сравнению с оксидами защищаемых металлов.
- •Активные катионы, перешедшие в раствор электролита.
- •Необратимые потенциалы металлы.
- •Термодинамика коррозионных процессов.
- •Диаграмма коррозионного процесса.
- •Особенности катодной реакции водородной деполяризации.
- •Коррозионные процессы с кислородной деполяризацией.
- •Лекция 8.
- •Влияние процесса водородной деполяризации на кислородную деполяризацию.
- •Особенности катодной реакции ионизации кислорода при коррозии металлов.
- •Способы защиты металлов от процессов коррозии с кислородной деполяризацией.
- •Плёночная теория.
- •Обобщённая анодная поляризационная кривая окисления металлов.
- •Лекция 11.
- •Отрицательный защитный эффект.
- •Практические выводы из теории катодной электрохимической защиты.
- •1. Защита от внешнего источника постоянного тока. Применяют для металлоконструкций из стальных, низко- и средне легированных сталей (3-10%), сплавов меди и титана и других.
- •2. Катодная защита с помощью протектора.
- •Коррозия под действием блуждающих токов. Дренажная защита.
- •Дренажная защита.
- •Анодная электрохимическая защита.
- •Способы перевода коррозионной системы в устойчивое пассивное состояние.
- •Воздействуя на характер анодного процесса металла.
- •Лекция 14.
- •Анодная электрохимическая защита от внешнего источника тока.
- •Защита металлов от коррозии с помощью ингибиторов.
- •Анодные ингибиторы.
- •Катодные ингибиторы.
Козырин Владимир Алексеевич
Литература: Н.Б. Жук, курс теории коррозии и защиты металлов, 2003 г.
Лекция 1.
Коррозия – это физико-химический самопроизвольный процесс любых взаимодействий металлов и сплавов с внешней средой, в результате которого изменяются любые функциональные свойства металла (как правило, идёт ухудшение физико-химических свойств поверхности), а также свойств внешней среды и всей технической системы в целом.
Основоположниками исследований коррозионных процессов были:
1740 – 1750 гг., Михаил Васильевич Ломоносов показывает то, что увеличение массы железа при нагревании его на воздухе является следствием химической реакции взаимодействия железа именно с компонентами воздуха, которые не были известны на тот момент.
Также им была показана более высокая химическая стойкость благородных металлов в растворах кислот. Им же было впервые описано явление пассивности железа в растворах азотной кислоты за счет образования пассивной пленки продукта.
1820 – 1830 гг., Холл и Дэви изучали процесс коррозии меди (медной обшивки судов). Ими был впервые предложен способ защиты меди с помощью цинковых протекторов.
Коррозия выделилась в самостоятельную науку в 1920-1922 гг., когда были созданы мировые научные школы. Наибольший вклад из российских, советских учёных внесли школы Акимова, Изгарышева, Фрумкина и Субботина.
Экономические аспекты борьбы с коррозией.
Прямые затраты на защиту металлов от коррозии:
-
Стоимость изготовления новых аппаратов, машин и т.д. взамен вышедших из строя в результате коррозионного разрушения.
-
Стоимость капитального и планового ремонтов машин для продления срока их эксплуатации в агрессивных средах.
-
Затраты на организацию мероприятий по защите металлоконструкций, эксплуатационные расходы.
-
Безвозвратные потери металлов в результате коррозии.
Примерно каждая двенадцатая домна в мире работает на восполнение безвозвратных потерь металлов.
Ещё большими являются косвенные потери от коррозии:
-
Экономические потери от недопоставленной продукции.
-
Ухудшение качества производимой продукции за счет коррозии оборудования.
-
Затраты на ликвидацию последствий аварий, вызванных процессами коррозии, и экологический ущерб.
-
Увеличение материалоёмкости металлоконструкций с учетом коррозионных потерь в период эксплуатации.
Таким образом, задачи данного курса:
-
Детальное исследование механизмов коррозионного разрушения металлов и сплавов с целью нахождения эффективного способа защиты.
-
Применение высокоэффективных мероприятий по защите металлоконструкций от коррозионного разрушения.
Классификация коррозионных процессов.
Из определения коррозии металлов следует, что это процесс различных видов взаимодействия между металлом и внешней средой, и по этому пункту классификации учитывают особенности протекания данного процесса.
-
По механизму реакции взаимодействия металла со средой:
-
Химическая коррозия: когда компоненты агрессивной среды вступают с металлом в чисто химические реакции, особенностью которых является то, что компоненты агрессивной среды и металла взаимодействуют в одной точке поверхности и процесс переноса электронов при этом происходит за один акт.
Кинетика данного процесса описывается закономерностями гетерогенных химических реакций.
-
Электрохимическая коррозия: данный процесс реализуется, когда на поверхности металла присутствует пленка электропроводящей жидкости и в системе протекает электрический ток, являющийся следствием работы множества гальвано-пар анод-катод, возникающих на поверхности металла.
На анодных участках протекают процессы окисления металла с оставлением электронов, которые по металлу будут переходить к катодным участкам и вступать в электрохимическую реакцию восстановления окислителя, присутствующего в агрессивной среде.
В данном случае анодные и катодные электрохимические реакции пространственно разделены, и передача электронов не происходит за один акт.
Анодная и катодная реакции протекают сопряженно, т.е. с одинаковой скоростью.
-
Микробиологическая коррозия: изменение свойств металла под воздействием микроорганизмов, их жизнедеятельности. (бактерии, грибы)
-
Радиационная коррозия: изменение физико-химических свойств под воздействием разного рода излучений.
-
По характеру компонентов агрессивной среды:
-
Химическая коррозия:
-
Атмосфера сухих газов - высокотемпературная газовая коррозия.
-
Растворы неэлектролитов.
-
-
Электрохимическая коррозия:
-
Атмосферная коррозия: на поверхности металла в воздушной атмосфере возникает плёнка из конденсатной влаги, проводящая электрический ток.
-
В кислотах, щелочах, солях – растворах электролитов.
-
Коррозия в морской воде.
-
Подпочвенная коррозия.
-
Электрокоррозия – коррозия под действием блуждающих токов.
-
И так далее.
-
-
Коррозия при действии внешних факторов:
-
Коррозия под напряжением – растрескивание при одновременном воздействии агрессивной среды и механической нагрузки (напряжения).
-
Коррозия при тернии.
-
Кавитационная коррозия – при одновременном действии на поверхность детали ударной нагрузки и самой агрессивной среды. (коррозия гребных винтов)
-
По геометрическим факторам разрушения поверхности или всей детали.
-
Сплошная равномерная - процесс разрушения протекает равномерно по всей поверхности.
-
Неравномерная коррозия:
-
Точечная (питтинг) – очень маленький радиус поражений, по сравнению с их глубиной. В пределе развивается интенсивно вглубь, вызывая сквозную коррозию. Наиболее опасный вид, т.к. практически не происходит визуального изменения характера поверхности и изменения веса, но значительно теряется механическая прочность.
-
Железо в морской воде.
-
В виде пятен – возникают большие по площади поражения поверхности небольшой глубины.
Латунь в морской воде.
-
Язвенная коррозия – площадь участков и их диаметр сопоставим с их глубиной.
-
Подповерхностная – развивается на металле под областью разрушения защитной пленки (покрытия металла). По мере накопления продуктов коррозии возникают значительные внутренние напряжения.
-
Избирательная коррозия сплавов.
-
Компонентно избирательная коррозия. Образуется, когда компоненты имеют либо различный тип кристаллических решеток, либо параметры решеток отличаются более чем на 13-15%. В данном случае сплав состоит из пространственно чередующихся отдельных зерен чистых компонентов.
При взаимодействии с агрессивной средой в первую очередь будет растворяться наиболее активный компонент
Получение скелетного серебра. Аналогично проходит обесцинкование латуни.
-
Структурно избирательная коррозия. Например, межкристаллитная коррозия высоколегированных сталей. 12Х18Н10 – нержавейка, 0.12% С, 18% Cr, 10% Ni.
Избирательные виды коррозии наиболее опасны, т.к. очень трудно контролировать степень поражения металлоконструкции по изменению внешнего вида или массы во времени.
Процесс очень быстро распространяется на большую глубину и значительно ухудшает механические свойства металлов.