Файл: Гальванические элементы.pptx

Виды коррозионных повреждений: При взаимодействии всей поверхности материала с окружающей средой наблюдается сплошная коррозия, при взаимодействии части поверхности — местная коррозия.

• Равномерная (сплошная) – распространяющаяся по всей поверхности Ме.
• Местная – разрушаются отдельные участки поверхности Ме:

- коррозия пятнами, когда поверхностные размеры пятна значительно превышают глубину проникновения коррозионного дефекта (например, коррозия латуни в морской воде);

- язвенная коррозия, когда размеры коррозионного повреждения на поверхности соизмеримы с глубиной повреждения (коррозия углеродистых сталей в грунте).

- точечная или питтинговая коррозия - когда глубина коррозионного дефекта значительно больше его поверхностных размеров (например коррозия аустенитной хромоникелевой стали в морской воде). Мало заметна глазу. Ме как будто проткнут тонкой иглой (поверхность железных крыш).- межкристаллитная – распространяется вдоль границ кристаллов. (например, коррозия в некоторых средах нержавеющих хромоникелевых сталей после нагревов в диапазоне температур 550…700 °С.) Внешне Ме не изменяется, но резко уменьшается его механическая прочность. - транскристаллитная – распространяется по телу зерна. На металл действует коррозионная среда и механические нагрузки или внутренние напряжения. Типы коррозионных процессов по механизму протеканияХимическая коррозия – разрушение Ме окислением его в окружающей среде без возникновения электрического тока в системе. Газовая – протекает в среде сухих газов (О2, SO2, SO3, HCl, H2S и др.)Жидкостная – протекает в жидких неэлектролитах (все органические жидкости, нефть, нефтепродукты).  Электрохимическая коррозия – возникает при взаимодействии Ме с влажным воздухом или раствором электролита и обуславливается появлением электрического тока. Электрокоррозия – под действием блуждающих токов. Она приводит к разрушению подземных металлических сооружений.Атмосферная – На поверхности любого Ме, находящегося в атмосфере, образуется тонкая пленка воды. В ней растворяются находящиеся в атмосфере газы (CO2, SO2, NO2, O2, NH3), образуя растворы кислот, щелочей, солей. Например, выхлопные газы, выходя из выхлопной трубы в случае повышенной влажности могут образовывать кислоты и, при наличии царапин на корпусе машины, будет протекать электрохимическая коррозия.

---

SO3 + H2O = H2SO4;SO2 + H2O = H2SO3. Аэрационная – если к Ме-ой поверхности не одинаковый доступ кислорода.Почвенная – определяется физическими и химическими свойствами почвы и ее видами. В химическом отношении повышенной агрессивностью обладают кислые почвы (торфяные, болотистые); менее активны в коррозионном отношении сухие почвы (песчаные, супесчаные); задерживают коррозию глинистые почвы, имеющие щелочную реакцию (участок трубы по глинистой почве менее корродирует, чем по песчаной почве).Морская – морская вода – сильный электролит, т.к. в ней растворено большое количество солей (растворен Cl-, I-), поэтому активная коррозия.Биологическая – сопутствует морской, разрушение Ме под влиянием продуктов жизнедеятельности бактерий, микроорганизмов, живущих в воде. Существуют железные бактерии, продукты жизнедеятельности которых разрушают железо. Ме переходят в ионную форму и ей питаются организмы.Ме0 → Ме+В растворах электролитов - Ме-ы, применяемые в технике всегда содержат примеси других Ме, поэтому при соприкосновении с электролитом образуется непрерывно работающий ГЭ, в котором более активный Ме подвергается разрушению.Схема коррозионного гальванического элемента: (А) Ме(А) ǀ среда ǀ Ме(К) (К)(-) А (основной Ме) - окисляется, разрушается, корродирует сам Ме.  Ме0 – nē = Меn+;  (+) К (менее активный Ме) - восстановление деполяризатора.Деполяризатор – элемент, который принимает ē от прокорродировавшего Ме-а.рН < 7 - Коррозия в кислой среде Деполяризатор – ионы Н+ из кислот2Н+ + 2ē = Н20.Продукт коррозии – соль, образованная ионом прокорродировавшего Ме и кислотным остатком. Например, А(-) Zn │ HCl │ Cu К(+)А: Zn0 – 2ē = Zn2+К: 2Н+ + 2ē = Н20Zn2+ + 2 Cl- = ZnCl2 – продукт коррозии.рН ≥ 7 - Коррозия в нейтральной и щелочной среде Деполяризатор – растворенный О2.2Н2O + O2 + 4ē = 4 OH-.Продукт коррозии – основание, образованное ионом прокорродировавшего Ме и гидроксогруппой. Например, А(-) Fe │ H2O, O2, NaCl │ Cu К(+)А: Fe0 – 2ē = Fe2+К: 2Н2O + O2 + 4ē = 4 OH-Fe2+ + 2 OH- = Fe(OH)2 4 Fe(OH)2 + 2Н2O + O2 = 4 Fe(OH)3 – продукт коррозииДалее в результате частичной дегидратации Fe(OH)3 переходит в оксигидроксид FeO(OH). Возможна дальнейшая дегидратация до Fe2O3. Чем больше разность потенциалов между Ме-анодом и Ме-катодом, тем сильнее идет электрохимическая коррозия.

---

Факторы, влияющие на протекание коррозии:

• Состав раствора электролита – ионы, содержащиеся в коррозионной среде делятся на 2 группы:

- Активаторы – ионы, ускоряющие коррозию:

- Ингибиторы – замедлители коррозии:

2. Концентрация раствора электролита: чем выше С, тем больше W.

3. рН среды.

Все металлы по скорости их коррозии в различных средах можно разделить на 5 групп.

1) Металлы, устойчивые в кислой и щелочной среде. Скорость их коррозии не зависит от pH: Ag, Pt, Au.

• Металлы, нестойкие в кислых средах, недостаточно стойкие в нейтральных и стойкие в сильнощелочной среде: Mg, Mn, Fe.

3) Металлы, неустойчивые в кислой и устойчивые в нейтральной и щелочной средах: Ni, Co, Cd.4) Металлы, устойчивые в кислой и нейтральной средах и неустойчивые в щелочной. Их пленки гидроксидов имеют кислотный характер и растворяются в щелочах: Ta, Mo, W.

• Металлы, стойкие в нейтральны средах. Их пленки гидроксидов имеют амфотерный характер и растворяются в кислой и щелочной средах:

Al, Zn, Sn, Pb.

4.Температура: чем выше Т, тем больше W.

• Концентрация растворенного О2 в воде.

6. Давление влияет, если процесс коррозии идет с участием кислорода (чем выше Р, тем больше W).

7. Повышение влажности усиливает коррозию.

8. Перемешивание раствора электролита увеличивает W

9. Излучения ускоряют коррозию (радиоактивные, рентгеновские, ультрафиолетовые).

10. «Блуждающие» токи ускоряют коррозию.

Методы защиты Ме от коррозииI.Закладываются в процессе проектирования:1) Создание коррозионностойких сплавов2) Рациональный выбор конструкционного материала, замена Ме на неМе материалы.3) Рациональный выбор конструкции (обтекаемая форма, поэтому влажность не задерживается).II.Используемые в процессе изготовления машин и конструкций (в заводских условиях) – покрытия (Ме, неМе, химические).III.Используемые в процессе эксплуатации Ме-ой конструкции.II группа – покрытия:Катодное или анодное - зависит от активности Ме, покрываемого изделие.Способы нанесения Ме покрытий:1) Горячий – окунание Ме детали в расплавленный Ме; распыление расплавленного Ме.2) Гальванический – осаждение слоя Ме из его солей под действием электрического тока (электролиз).3) Термодиффузия – покрытие образующееся из газообразной или твердой фазы.

---

Покрывается: Al (алитирование), Si (силицирование), Cr (хромирование). Ме изделие помещают в герметично закрытую камеру, под вакуумом тот Ме, который будет покрывать изделие вводится в виде мелкораздробленного порошка в камеру. Т камеры повышается до Т плавления Ме-а изделия. При нагревании расширяются связи между атомами изделия и туда проникает Ме покрытия.Металлические покрытия: -защищают изделия от коррозии, -придают им ценные физико-химические свойства:- твердость;- износоустойчивость;- электропроводимость;- паяемость;- декоративная отделка.б) неМе покрытия- покрытия лаками, красками, эмалями, полимерными пленкамиОксидирование – утолщение имеющихся оксидных пленок Подвергаются: из черных Ме – Fe и его сплавы (воронение);из цветных Ме – Al и его сплавы.Для утолщения оксидных пленок Ме изделие кипятят в растворах сильных окислителей.При оксидировании: - черных Ме (Fe) используется смесь NaOH Т = 145 ºСNaNO2 tкипячения = 30…90 минNaNO3 - цветных Ме (Al) используется смесь NaOH Т = 90 ºСNa2CO3 tкипячения = 5…10 минNa2CrO4 Оксидные пленки состоят из двух слоев:- внешний – пористый;- внутренний – плотный (барьерный).Рост пленки происходит не со стороны электролита, а от поверхности Ме. После утолщения пленки обрабатывают горячими растворами хроматов и бихроматов (Na2CrO4, Na2Cr2O7) для смыкания пор.Фосфатирование  – обработка стальных изделий в горячем растворе фосфорнокислых солей Mn, Zn, Fe. Это фосфаты одно (Ме+(Н2РО4)2) и двух (Ме+2НРО4) замещенные.После обработки в этих растворах образуются нерастворимые фосфаты этих Ме-в Ме3(РО4)2 ↓ (трехзамещенный).Внешние пленки имеют серый цвети они пористые.Фосфатирование используется как подложка (основа) для дальнейшего нанесения лако-красочного покрытия. Азотирование  – образование на поверхности Ме защитной нитридной пленки. Обработку проводят в атмосфере азота (N2) или аммиака (NH3).III группа – Меры, используемые в процессе эксплуатации а) Методы обработки окружающей среды 1) Обескислороживание (деаэрация) – удаление из жидкой окружающей среды О2 (растворенного) путем введения восстановителя, который связывает этот кислород.

---

Восстановитель: а) Na2SO3; Na2SO3 + O2 = Na2SO4.б) пропускают раствор электролита над порошком Fe.2) Введение в жидкий электролит замедлителей коррозии ИнгибиторыПассиваторыЗамедлители вводят в небольшом количестве (10…15 г/л). Торможение коррозионного процесса происходит за счет образования на поверхности Ме защитных пленок, которые являются труднорастворимыми веществами и образуются в результате взаимодействия этих веществ с поверхностью Ме.3) Ингибированные смазки – представляют собой смесь: нефтяные масла + воск + вазелин + ингибиторы коррозии.Они защищают Ме-ое изделие от атмосферной коррозии. Смазки наносятся или непосредственно на Ме поверхность, или ими пропитывается упаковочный материал.Катодная защита- заключается в том, что защищаемая конструкция находится в среде электролита и присоединяется к катоду внешнего источника тока и сама становится катодом. В эту же среду помещают Ме, являющийся анодом, т.к. он подключается к аноду внешнего источника тока. В качестве Анода можно использовать любой Ме, не зависимо от его активности.Анодная защита Отличается от катодной тем, что для ее защиты используется специальные Ме – протектор (Al, Zn, Mg).В этом случае изделие непосредственно соединяется с протектором (протектор более активен, чем Ме изделия).Электродренаж - Защита Ме-х изделий, находящихся в почве от блуждающих токов.

---