Основи хімії (стр. 18 из 21)
Бувають такі типи корозії:
1. Рівномірна. 2. Плямиста.3. Міжкристалічна. 4.Пітінг. та ін.
Корозія буває двох видів:
1. Хімічна та 2. Електрохімічна.
Хімічна та електрохімічна корозії
В залежності від агресивності середовища розрізняють хімічну і електрохімічну корозію.
Хімічна корозія – це руйнування металу в середовищі неелектроліту в результаті
хімічної взаємодії.
Вона поділяється на газову і рідинну
Газова – відбувається у газах (повітря, і ін.)
Рідинна – проходить у рідинах, які не проводять електричний струм (нафта, керосин, бензин, масла і т.д.).
Електрохімічна корозія – це зруйнування металу в середовищі електроліту з виникненням у середині системи електричного струму.
До цієї корозії відносяться:
Атмосферна корозія.
Грунтова корозія.
Водна корозія.
Біокорозія.
Інші корозії.
Вона ще може бути гальванокорозією і електрокорозією Гальванокорозія ділиться на макро , мікро і сублімікрокорозію.
Макро – можна бачити просто так.
Мікро – під мікроскопом.
Субмікро – в ультрамікроскоп.
До електрокорозії відноситься корозія під дією блукаючих струмів.
Електрохімічна корозія має місце у розчинах кислот, лугів, солей, морській воді,
у вологому повітрі, якій містить розчинені гази. Це найбільш поширений вид корозії. Електрохімічне руйнування металів обумовлене появленню електричного струму в середині системи.
Метали, що застосовуються у техніці, містять домішки різних металів. Внаслідок зіткнення їх з агресивним середовищем утворюються гальванічні елементи, в яких більш активний метал безперервно руйнується, переходячи у розчин електроліту у вигляді катіонів. Тому електрохімічна корозія характеризується анодним окисленням металів.
Роботу вищезазначених гальванічних елементів можна пояснити на основі величин стандартних електродних потенціалів відповідних металів. Наприклад, під час контакту заліза з міддю виникає гальванічний елемент, в якому анодом є залізо, а катодом – мідь(мал.).
Схема корозії заліза з включенням міді.
Внаслідок роботи такого елементу мають місце такі окисно – відновні процеси:
На аноді 2Fe + 4ē → (окислення)
Атоми заліза віддають електрони і переходять у розчин у вигляді Fe
На катоді О + 2Н О + 4ē → 4ОН (відновлення)
Електрони, що переходять з аноду на катод, відновлюють кисень, розчинений у плівці води на поверхні катоду.
Вторинні процеси: →
→
Іони Fe сполучаються з іонами ОН утворюючи білу іржу, яка окислюється киснем повітря у присутності вологи до бурої іржи Fe(OH) . Склад іржи може змінюватися в залежності від умов її утворення. Частіш за все вона має склад Fe ·Н О або 4Fe(OH) . Крім того іржа містить Fe
Корозія, яка супроводжується відновленням кисню, має місце у воді, повітрі і ґрунті. Коли у середовищі присутня значна кількість іонів водню, то окислювачем є іони Н (корозія у кислому середовищі):
2Н +2ē → Н
Майже всі метали у техніці є неоднорідними і наявність у них різних домішок веде до виникнення на поверхні великої кількості мікрогальванічних пар. Роль електроліту виконує гігроскопічна волога, що утворює на поверхні металу плівки товщиною у декілька десятків молекулярних шарів.
Той компонент окисленого середовища, який здатний поглинати загублені металом електрони, називається деполяризатором.
Якщо деполяризаторами є катіони водню, то має місце воднева деполяризація, а якщо атоми кисню – киснева деполяризація.
Атмосферна корозія
Механізм цієї корозії заключається в слідуючому: На металі з допомогою пилу, грязі, вологи створюється рідинна плівка (електроліт). Метал починає руйнуватися, тобто ржавіти. Між різними включеннями і металом утворюється гальванічний елемент, де анодом служить метал, а катодом той самий пил. Розберемо корозію заліза.
А 2 4ē →
+ 4ē →
→
→
(мікрокорозія) (іржа)
На практиці найчастіше зустрічаються не чисті метали, а сплави або контакти двох металів.
У таких випадках утворюється гальванічна пара із двох металів (макрокорозія). Наприклад оцинковане залізо. Анодом буде
А 4ē →
+ 4ē →
→
У цьому випадку руйнується (розчиняється), а залізо охороняється від іржи. Грунтова корозія
Складною різновидністю корозії являється ґрунтова. Тут грають роль фізичні і хімічні властивості ґрунту, волога, рН ґрунту, повітропроникність, електродний потенціал металу, який знаходиться у контакті з ґрунтом і т. д.
Водна корозія
Водна корозія також залежить від активності металу з якого зроблена конструкція, рН води, її жорсткість, забрудненість і т. д.
Біокорозія
Біокорозія проходить за рахунок продуктів життєдіяльності мікроорганізмів, які можуть виробляти СО , Н , СН і т. д.
Корозія під дією блукаючих струмів.
Ця корозія виникає там де проходить електричний струм. Більш усього це під лініями великої напруги, під трамвайними коліями, трансформаторними будками і т. д.
Руйнування йде дуже швидко, коли струм постійний. Фактори, які впливають на корозію
На корозію впливають дуже багато факторів:
1. Активність метала. Поглянемо на таблицю напруг металів (див. „Гальванічні елементи”) і стане ясно з якого металу краще зробити конструкцію: з натрію – вона у вологому повітрі вибухне, з алюмінію – легка, а треба важку, з золота – дуже дорога, давайте з заліза і все буде добре.
2. Структура метала. Сплави з однорідною структурою більш стійкі чим з неоднорідною. Наприклад, бронза, латунь, сплави золота і срібла, золота і міді.
3. Механічна деформація. Наприклад, зігнута труба. Внутрішній шар труби стискається, зовнішній – розтягується. У цьому місці і почнеться корозія. Або давайте ударимо молотком по трубі, зробимо ум ятину і подивимося, що буде.
4. Поверхність метала. Полірований метал хуже піддається корозії, ніж шорсткий. Наприклад, колона, яка знаходиться недалеко від столиці Індії. Вона зроблена з чистого заліза і добре відшліфована руками рабів, майже не піддається корозії.
5. Роль середовища. Грає роль середовище у якому знаходиться предмет або конструкція (кислі дощі; грунт лужний, кислий; клімат сухий , вогкий і т.д.).
Методи захисту металів від корозії
Існують 3 метода захисту металів від корозії.
Неметалічний.
Металічний. Хімічний.
Неметалічний метод - заключається у тому, що метал можна захистить фарбами, лаками, змазуванням маслами, вазеліном, покривати бітумом, емалями, гумкою (гуміровання), цементом (торкретірування) і др..
Металічний метод – заключається у тому, що метал захищають металами. Для цього маємо декілька способів металічного захисту:
Гальванічний, який заключається у тому, що у гальванічній ванні, шляхом електролізу, роблять хромування, нікелювання, сріблення, золочення.
2. Гаряче покриття. Це, коли у розплавлений метал занурюють обезжирений метал. Наприклад, оцинковане залізо, луджене залізо.
3. Спосіб металізації заключається у тому, що на холодний предмет (конструкцію) при допомозі металізатора наносять розплавлений метал (частіше всього це алюміній, цинк, нікель, мідь). Наприклад, станина мікроскопа, і т.д.
4. Спосіб алітіровання, який заключається у тому, що на гарячу конструкцію за допомогою металізатора наносять розплавлений метал У цьому випадку одержуємо поверхневий сплав. Хімічний метод захисту можна провести 3–ма способами:
Оксидування (вороніння) відбувається при допомозі кисню (нагани, пістолети,
гвинтівки, ствол кулемета, пушки). При цьому розжарений метал поміщають у масло, де він поступово охолоджується.
2.. Пасивування (пасивація) проводять концентрованою азотною кислотою (Н Конструкцію поміщають в кислоту, видержують декілька годин. При цьому утворюється нітридна плівка. Можна це робити за допомогою або під тиском.
Фосфатування з допомогою ортофосфорної кислоти Н РО . Краще робити 50%
кислотою, добавляючи на кожні 100 мл по 5 г сульфату цинку. Утворюється фосфідна плівка. Цей метод застосовується і сьогодні у аерозолях проти корозії.
Другі методи захисту
Катодний і анодний захист.
Це металічний захист:
Анодний коли конструкцію покриваємо більш активним металом (оцинковане залізо).
Катодний коли конструкцію покриваємо менш активним металом (луджене залізо).
Існує протекторний спосіб захисту. Він заключається у тому, що через деяку відстань до конструкції прикріпляють більш активний метал (частіше або ). Це до нефтепроводу, газопроводу водопроводу (через 50 м), кораблів, підводних човнів (1 – 2 м).
Електрозахист заключається у тому, що від випрямляча до конструкції підключаємо негативний полюс ( ), а позитивний (+) заземляємо.
Захищають метал від корозії інгібіторами – це речовини, які зменшують корозію. До них відносяться: карбонати, фосфати і хромати.
Активатори корозії - збільшують корозію. Це флориди, хлориди, сульфати, нітрати. Зменшують корозію роблячи сплави, які важко піддаються корозії.
Лекція 14. Загальна характеристика металів
План.
Фізичні властивості металів. Одержання металів.
Хімічні властивості металів.
Значення металів для людини.