Тема 3. Коррозия и защита металлов

Цели, задач:

На фактическом уровне получения знаний:

1. Определение процесса коррозии;

2. Виды коррозионных разрушений;

3. Типы коррозионных процессов. Термодинамические и кинетические характеристики этих процессов;

4. Коррозия химическая, её механизм и разновидности;

5. Коррозия электрохимическая, её виды;

6. Механизм электрохимической коррозии: Анодный и катодный процессы;

7. Скорость коррозионного разрушения и факторы её определяющие;

8. Защита металлов от коррозии.

На операционном уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. Определять виды коррозионных разрушений и типы коррозионных процессов;

2. Определять условия возможности и приводить уравнения коррозионного разрушения при химической коррозии;

3. Характеризовать виды и варианты коррозионных гальванопар при электрохимической коррозии;

4. Описывать уравнение реакций анодного и катодного процессов при электрохимической коррозии в разных средах;

5. Определять скорость коррозионного разрушения.

На аналитическом уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. Используя термодинамические функции, определять возможность процессов коррозии;

2. Определять анодную и катодную области при контактной коррозии на основании стандартных электродных потенциалов;

3. Описывать уравнения электродных реакций и приводить формулу электрохимической цепи;

4. Оперировать понятием скорости коррозии и оценивать размеры коррозионных разрушений.

Фактический материал:

I. Коррозия это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой, происходящий с выделением энергии и рассеиванием вещества.

II. Изменение поверхности металла может быть различным в зависимости от свойств металла, механической напряженности конструкции и условий протекания коррозионных процессов.

III. По природе гетерогенное окислительное разрушение металла под действием окружающей среды подразделяется на два основных типа:

1) химическая коррозия, развивающаяся в отсутствие электролитов, имеет 2 разновидности:

а) газовую коррозию;

б) коррозию в неводных органических средах.

2) электрохимическая коррозия, идущая в среде электролита, под действием внутренних микро или макрогальванических пар или внешней Э.Д.С.

Как химическая, так и электрохимическая коррозия термодинамически определяются изменением свободной энергии Гиббса.

Кроме термодинамической вероятности необходимо рассматривать и кинетику процесса, так как она определяет возможности эксплуатации конструкций в коррозионных средах.

IV. Химической коррозии подвержены конструкции, работающие при высоких температурах. В этих условиях химическое сродство к кислороду практически неограниченно, так как оксиды большинства металлов уходят из равновесной системы.

V. В процессе электрохимической коррозии разрушение металла происходит под действием возникающих гальванических пар в электропроводных средах. Этот вид коррозии имеет разновидности: атмосферная коррозия, коррозия в морской воде, коррозия в пресных водах, почвенная коррозия и т.д. Возможные варианты возникновения коррозионных гальванических пар:

1) контакт с электролитом двух разных по природе металлов;

2) контакт металла и его соединения, обладающего металлообразными или полупроводниковыми свойствами;

3) различные концентрации электролитов или кислорода в растворе электролита;

4) различный уровень механических напряжений в детали.

VI. Электрохимическая коррозия характеризуется локализацией анодных и катодных участков на микро- или макроуровнях. Анодная поляризация характерна для более активного металла или той части конструкции, где концентрация окислителя меньше.

На поверхности менее активного металла или на участках с большей концентрацией окислителя протекают катодные процессы, вид которых определяется характером среды.

VII. Скорость коррозионного разрушения измеряется в единицах массы (m) потерянного металла с единицы площади(S) в единицу времени (t) или толщиной слоя потерянного металла в единицу времени.

На скорость электрохимической коррозии влияет температура процесса и состав агрессивной среды.

VIII. Защита от коррозии конструкционных материалов в агрессивных средах основана на:

1) повышении коррозионной стойкости самого металла;

2) снижении агрессивности среды за счет ингибиторов коррозии;

3) предотвращении контакта материала со средой с помощью изолирующего покрытия;.

4) регулировании электродного потенциала защищаемого изделия в данной среде основано на зависимости скорости коррозионных процессов от электродного потенциала металла.

Выводы по теме:

1. Коррозия металлов – самопроизвольный процесс.

2. В зависимости от характера агрессивной окислительной среды различают два типа коррозионных процессов: а) химическая коррозия, б) электрохимическая коррозия.

3. Скорость химической коррозии зависит от природы металла, концентрации окислителя и температуры.

4. Электрохимическая коррозия сопровождается образованием гальванических пар и характеризуется локализацией анодных и катодных процессов.

5. Скорость коррозионного разрушения определяется изменением массы металла или толщиной слоя потерянного металла.

6.Защита металлов от коррозии проводится комплексными методами с использованием, как природы металлов, так и изменением характера агрессивной среды.

Вопросы для самопроверки:

1. Описать коррозионные процессы оцинкованного железа при его эксплуатации в атмосфере. Привести формулу электрохимической цепи.

2. Привести реакции, протекающие при нарушении целостности покрытия: а) для оцинкованного железа, б) для луженого железа, в сильнокислой среде.

3. Предложить металл, пригодный для использования в качестве протектора цинкового изделия при эксплуатации в нейтральной среде.

4. Что имеется в виду, когда говорят, что для предотвращения коррозии одного металла ему приносят в жертве другой металл?

5.Хромированная деталь автомобиля состоит из железа, покрытого тонким слоем никеля, который в свою очередь покрыт слоем хрома. Расположите эти металлы в ряд по способности к окислению. Какую роль играет никелевое покрытие? Для чего нужен слой хромового покрытия?

6. Определить скорость коррозионного разрушения конструкции в (мм /ч, мм /год) если толщина слоя сеталл потерянного за 1 год составила 2 мм.

7. Определить скорость коррозии металлической пластины длиной 1м и шириной 10 см, если потеря массы составила за 0,5 года 1 грамм.

Модуль 6. Специальные вопросы химии

Раздел 1. Высокомолекулярные соединения (8 часов)