Файл: Учебное пособие Коррозия и защита оборудования от коррозии 2013 г. Закирова Е. В. Преподаватель спецдисциплин.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 1369
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В зависимости от вида контроля электрохимической коррозии затруднение доступа кислорода может вызывать увеличение или уменьшение скорости коррозии металла в зазоре. Если скорость коррозии контролируется анодным процессом, то торможение доступа кислорода вызывает увеличение скорости коррозии металла в зазоре. Если же скорость коррозии контролируется катодным процессом, затруднение доступа кислорода вызывает уменьшение скорости коррозии металла в зазоре.Особенно чувствительны к щелевой коррозии металлы и сплавы, пассивное состояние которых связано с наличием в электролите растворенного кислорода и других пассиваторов. Затруднение доступа этих веществ в зазорприводит к снижению их концентрации ниже критического значения, в результате чего металл переходит из пассивного в активное состояние и происходит щелевая коррозия.Нержавеющие стали в условиях, когда в зазоре, вследствие затруднения доступа окислителя, они находятся в активном состоянии, подвергаются интенсивной щелевой коррозии. Снижение рН раствора до 3,5 - 4,0 способствует усилению щелевой коррозии.5 ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯМногие металлические конструкции подвергаются коррозионному разрушению при воздействии на них сухих газов (воздуха, продуктов горения топлива при высоких температурах и др.), а также жидких неэлектролитов (нефть, бензин, жидкая сера, бром и др.). В этом случае протекает гетерогенная химическая реакция газообразной или жидкой среды с металлом, при которой окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Это химическая коррозия.Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия – это коррозия металлов в газах при высоких температурах.Газовая коррозия имеет место при высокотемпературной обработке металлов(ковка, штамповка, прокатка, термообработка и др.), при эксплуатации многих металлических изделий (газовые турбины, химические аппараты, двигатели внутреннего сгорания и др.).Эксплуатируемые при высоких температурах металлические изделия должны сохранять высокие механические свойства: длительную прочность исопротивление текучести (жаропрочность), а также сопротивляться коррозионному воздействию (жаростойкость).5.1 Газовая коррозияПри газовой коррозии происходит непосредственное взаимодействие атомов металла и кислорода с образованием пленки оксида данного металла. Молекулы кислорода,
Скорость газовой коррозии в значительной степени меняется в зависимости от внутренних и внешних факторов. К внутренним факторам относятся природа металла, состав сплава, его структура, обработка поверхности, наличие напряжений. Состав сплава влияет на скорость газовой коррозии сталей. Значительное повышение устойчивости к газовой коррозии происходит при легировании сталей хромом, алюминием, кремнием, что связано с образованием на поверхности оксидных пленок с высокими защитными свойствами. Высокой жаростойкостью обладают сплавы никеля с хромом – нихромы, содержащие 80% никеля и 20% хрома. Углерод не вызывает заметных изменений в скорости коррозии. Структура сплава в незначительной степени влияет на скорость газовой коррозии. Так, например, хромоникелевая сталь 12Х18Н9Т имеет более высокую жаростойкость, чем сталь Х18Н5Т с более высоким содержанием хрома. Это связано с тем, что на сталях Х18Н5Т образуются менее совершенные пленки, чем на 12Х18Н9Т.Характер обработки поверхности металла влияет на скорость газовой коррозии лишь в начальной стадии окисления: гладкие поверхности имеют несколько меньшую скорость газовой коррозии.К внешним факторам относятся температура, состав газовой среды, скорость движения газа, условия нагревания и т.д. С повышением температуры скорость окисления металлов значительновозрастает. Металлы при высоких температурах могут взаимодействовать с кислородом, парами воды, оксидом углерода (IV), оксидом серы (IV).Защитные свойства образующихся пленок различны, что влияет на скорость окисления металлов в указанных средах. Значительное увеличение скорости окисления металлов наблюдается при повышении концентрации кислорода в атмосфере инертных газов, содержащих небольшие примеси кислорода. Скорость движения газа заметно влияет на скорость коррозии в начальной стадии окисления. Однако при очень больших скоростях движения газовой среды возникает опасность эрозионного разрушения оксидных пленок, что может сильно увеличить скорость коррозии.Наличие резких колебаний температуры в процессе нагревания может привести к разрушению защитных оксидных пленок. Коэффициент термического расширения оксида, как правило, значительно ниже, чем для чистого металла. Вследствие этого резкие колебания температуры способствуют возникновению добавочных внутренних напряжений и механическому разрушению оксидной защитной пленки.
5.2 Химическая коррозия в неэлектролитахК неэлектролитам относят многие жидкие органические вещества (бензол, хлороформ и др.), жидкое топливо (нефть, керосин, бензин и др.), смазочные масла, а также жидкий бром, расплавленную серу и т.д. В основном коррозия металлов в неэлектролитах протекает по химическому механизму. Данный процесс состоит из нескольких стадий, каждая из которых определяет скорость коррозии: 1) диффузия окислителя к поверхности металла; 2) хемосорбция окислителя; 3) химическая реакция; 4) десорбпродуктов коррозии с поверхности металла; 5) диффузия продуктов коррозии в объем неэлектролита.В некоторых случаях на металлической поверхности из продуктов коррозии образуется защитная пленка, что приводит к торможению коррозионного процесса. Температура в значительной степени влияет на скорость процессов химической коррозии металлов в неэлектролитах. Но влияние температуры на скорость процесса в некоторых случаях осложняется изменением растворимости окислителя и пленки продуктов коррозии металла в неэлектролите при изменении температуры.Углеводороды и органические растворители, входящие в состав жидкого топлива, не коррозионноактивны по отношению к металлам, но различные примеси, которые присутствуют в достаточном количестве, вступают металлами в химическое взаимодействие и разрушают их. Нефти высокую коррозионную активность придают растворенные в ней сернистые соединения: сероводород взаимодействует с Cu, Ag, Pb, Fe с образованием соответствующих сульфидов, меркаптаны (органические соединения), которые разрушают Pb, Cu, Ag, Co, Ni, а также элементарную серу, которая очень агрессивна по отношению к Ag и Cu.Бензин прямой гонки при отсутствии воды практически не действует на технически важные металлы, а крекинг-бензин и сырые фенолы при взаимодействии со многими металлами (Fe, Pb, Mg, Cu, Zn) осмоляются, их кислотность повышается, что вызывает коррозию металлов.Наличие воды в неэлектролитах значительно активирует коррозионное действие примесей и вызывает интенсивное протекание электрохимической коррозии металлов, т.е. меняется механизм коррозионного процесса.Для защиты от химической коррозии металлов в неэлектролитах подбирают устойчивые в данной среде металлы и сплавы (например, в крекинг-бензинах устойчивы алюминий и его сплавы), наносят защитные покрытия (например, сталь в сероводородной среде покрывают алюминием).
6 КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫКОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИВ процессе эксплуатации химического оборудования металлы подвергаются коррозионному разрушению, что приводит к его преждевременному выходу из строя. На скорость коррозии оказывают существенное влияние материал, из которого изготовлено оборудование, его конструкционные особенности, природа агрессивной среды и условия эксплуатации. Для повышения долговечности и надежности вновь проектируемых аппаратов и изделий необходимо правильно выбрать материал для изготовления узлов и деталей и наиболее эфективную защиту от коррозии.Коррозию металлов можно замедлить изменением их стационарных потенциалов, пассивированием, нанесением защитных покрытий, снижением концентрации окислителя в коррозионной среде, изоляцией поверхности металла от окислителя и т. д. При разработке методов защиты от коррозии используют различные способы снижения скорости коррозии, которые выбираются в зависимости от характера коррозии и условий ее протекания. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью, а также экономической целесообразностью. Методы защиты металлов от коррозии различаются по механизму защитного действия и по способу применения защиты.По механизму защитного действия методы защиты металлов от электрохимической коррозии можно разделить на следующие:- методы, тормозящие преимущественно катодный процесс (применение катодных ингибиторов, уменьшение концентрации катодных деполяризаторов в растворе, применение электрохимической катодной защиты, снижение катодных включений в сплаве);- методы, тормозящие преимущественно анодный процесс (применение анодных ингибиторов или пассиваторов, легирование сплава с целью повышения пассивности, применение анодной электрохимической защиты);- методы, увеличивающие омическое сопротивление системы (применение изоляционных прокладок между катодными и анодными участками системы);- методы, снижающие термодинамическую нестабильность коррозионной системы (покрытие активного металла сплошным слоем термодинамически-устойчивого металла, легирование термодинамически- нестабильного металла значительным количеством стабильного компонента, полная изоляция металла от коррозионной среды);
достигшие поверхности металла, адсорбируются на ней. Различают два типа адсорбции:
− физическую;
− химическую, или хемосорбцию.
Обычно кислород хемосорбируется на поверхности металла с высоким тепловым эффектом, близким к тепловому эффекту образования оксида. Поэтому адсорбцию кислорода можно рассматривать как химическое взаимодействие, приводящее к образованию зародышей новой фазы – оксида металла. Следовательно, адсорбция кислорода является начальной стадией окисления металла.
Процесс окисления протекает следующим образом. Вначале на чистой поверхности металла происходит физическая адсорбция кислорода, которая приводит к ослаблению связей между атомами в молекуле кислорода. Молекулы диссоциируют, и атомы кислорода оттягивают электроны от атомов металла. Наступает стадия химической адсорбции, когда смещение электронов к кислороду с образованием О2− равносильно образованию зародышей оксида. Таким образом, при взаимодействии кислорода с металлом образуется оксидная пленка.
Образование оксида может происходить на поверхности металла, на поверхности или внутри оксидной пленки.
При этом поверхность металла является анодом и на ней протекает реакция ионизации атомов металла. Положительные ионы металла и освободившиеся электроны перемещаются в пленке раздельно (рис. 5.1).
Рис. 5.1 Схема процесса химического окисления металла
Электроны перемещаются со значительно большей скоростью, диффузия ионов металла протекает по дефектным местам кристаллической решетки или по ее междоузлиям. На скорость перемещения электронов и ионов оказывают влияние удельная электропроводность оксидной пленки и размеры ионов металла, атомов и ионов кислорода.
Адсорбировавшиеся из газовой фазы молекулы кислорода диссоциируют на внешней поверхности оксида. Атомы кислорода диффундируют внутрь оксидной пленки, где, принимая электроны, превращаются в ионы О2− . Ионы кислорода продолжают диффундировать вглубь навстречу ионам металла. Таким образом, внешняя поверхность пленки, на которой кислород принимает электроны, является катодом. Следовательно, встречная диффузия ионов металла и кислорода протекает в электрическом поле.
В одних случаях пленки могут расти до заметных толщин, в других они будут чрезвычайно тонкими, порядка нескольких молекулярных слоев.
Скорость газовой коррозии в значительной степени меняется в зависимости от внутренних и внешних факторов. К внутренним факторам относятся природа металла, состав сплава, его структура, обработка поверхности, наличие напряжений. Состав сплава влияет на скорость газовой коррозии сталей. Значительное повышение устойчивости к газовой коррозии происходит при легировании сталей хромом, алюминием, кремнием, что связано с образованием на поверхности оксидных пленок с высокими защитными свойствами. Высокой жаростойкостью обладают сплавы никеля с хромом – нихромы, содержащие 80% никеля и 20% хрома. Углерод не вызывает заметных изменений в скорости коррозии. Структура сплава в незначительной степени влияет на скорость газовой коррозии. Так, например, хромоникелевая сталь 12Х18Н9Т имеет более высокую жаростойкость, чем сталь Х18Н5Т с более высоким содержанием хрома. Это связано с тем, что на сталях Х18Н5Т образуются менее совершенные пленки, чем на 12Х18Н9Т.Характер обработки поверхности металла влияет на скорость газовой коррозии лишь в начальной стадии окисления: гладкие поверхности имеют несколько меньшую скорость газовой коррозии.К внешним факторам относятся температура, состав газовой среды, скорость движения газа, условия нагревания и т.д. С повышением температуры скорость окисления металлов значительновозрастает. Металлы при высоких температурах могут взаимодействовать с кислородом, парами воды, оксидом углерода (IV), оксидом серы (IV).Защитные свойства образующихся пленок различны, что влияет на скорость окисления металлов в указанных средах. Значительное увеличение скорости окисления металлов наблюдается при повышении концентрации кислорода в атмосфере инертных газов, содержащих небольшие примеси кислорода. Скорость движения газа заметно влияет на скорость коррозии в начальной стадии окисления. Однако при очень больших скоростях движения газовой среды возникает опасность эрозионного разрушения оксидных пленок, что может сильно увеличить скорость коррозии.Наличие резких колебаний температуры в процессе нагревания может привести к разрушению защитных оксидных пленок. Коэффициент термического расширения оксида, как правило, значительно ниже, чем для чистого металла. Вследствие этого резкие колебания температуры способствуют возникновению добавочных внутренних напряжений и механическому разрушению оксидной защитной пленки.
5.2 Химическая коррозия в неэлектролитахК неэлектролитам относят многие жидкие органические вещества (бензол, хлороформ и др.), жидкое топливо (нефть, керосин, бензин и др.), смазочные масла, а также жидкий бром, расплавленную серу и т.д. В основном коррозия металлов в неэлектролитах протекает по химическому механизму. Данный процесс состоит из нескольких стадий, каждая из которых определяет скорость коррозии: 1) диффузия окислителя к поверхности металла; 2) хемосорбция окислителя; 3) химическая реакция; 4) десорбпродуктов коррозии с поверхности металла; 5) диффузия продуктов коррозии в объем неэлектролита.В некоторых случаях на металлической поверхности из продуктов коррозии образуется защитная пленка, что приводит к торможению коррозионного процесса. Температура в значительной степени влияет на скорость процессов химической коррозии металлов в неэлектролитах. Но влияние температуры на скорость процесса в некоторых случаях осложняется изменением растворимости окислителя и пленки продуктов коррозии металла в неэлектролите при изменении температуры.Углеводороды и органические растворители, входящие в состав жидкого топлива, не коррозионноактивны по отношению к металлам, но различные примеси, которые присутствуют в достаточном количестве, вступают металлами в химическое взаимодействие и разрушают их. Нефти высокую коррозионную активность придают растворенные в ней сернистые соединения: сероводород взаимодействует с Cu, Ag, Pb, Fe с образованием соответствующих сульфидов, меркаптаны (органические соединения), которые разрушают Pb, Cu, Ag, Co, Ni, а также элементарную серу, которая очень агрессивна по отношению к Ag и Cu.Бензин прямой гонки при отсутствии воды практически не действует на технически важные металлы, а крекинг-бензин и сырые фенолы при взаимодействии со многими металлами (Fe, Pb, Mg, Cu, Zn) осмоляются, их кислотность повышается, что вызывает коррозию металлов.Наличие воды в неэлектролитах значительно активирует коррозионное действие примесей и вызывает интенсивное протекание электрохимической коррозии металлов, т.е. меняется механизм коррозионного процесса.Для защиты от химической коррозии металлов в неэлектролитах подбирают устойчивые в данной среде металлы и сплавы (например, в крекинг-бензинах устойчивы алюминий и его сплавы), наносят защитные покрытия (например, сталь в сероводородной среде покрывают алюминием).
6 КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫКОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИВ процессе эксплуатации химического оборудования металлы подвергаются коррозионному разрушению, что приводит к его преждевременному выходу из строя. На скорость коррозии оказывают существенное влияние материал, из которого изготовлено оборудование, его конструкционные особенности, природа агрессивной среды и условия эксплуатации. Для повышения долговечности и надежности вновь проектируемых аппаратов и изделий необходимо правильно выбрать материал для изготовления узлов и деталей и наиболее эфективную защиту от коррозии.Коррозию металлов можно замедлить изменением их стационарных потенциалов, пассивированием, нанесением защитных покрытий, снижением концентрации окислителя в коррозионной среде, изоляцией поверхности металла от окислителя и т. д. При разработке методов защиты от коррозии используют различные способы снижения скорости коррозии, которые выбираются в зависимости от характера коррозии и условий ее протекания. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью, а также экономической целесообразностью. Методы защиты металлов от коррозии различаются по механизму защитного действия и по способу применения защиты.По механизму защитного действия методы защиты металлов от электрохимической коррозии можно разделить на следующие:- методы, тормозящие преимущественно катодный процесс (применение катодных ингибиторов, уменьшение концентрации катодных деполяризаторов в растворе, применение электрохимической катодной защиты, снижение катодных включений в сплаве);- методы, тормозящие преимущественно анодный процесс (применение анодных ингибиторов или пассиваторов, легирование сплава с целью повышения пассивности, применение анодной электрохимической защиты);- методы, увеличивающие омическое сопротивление системы (применение изоляционных прокладок между катодными и анодными участками системы);- методы, снижающие термодинамическую нестабильность коррозионной системы (покрытие активного металла сплошным слоем термодинамически-устойчивого металла, легирование термодинамически- нестабильного металла значительным количеством стабильного компонента, полная изоляция металла от коррозионной среды);