Реферат. Коррозионные разрушения деталей машин
 Скачать 272.66 Kb.
|
Рис.1 Классификация коррозионных процессов 2. Механизм коррозионного разрушения материалов В зависимости от механизма процесса коррозионного разрушения материалов деталей различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая коррозия — процесс разрушения материала детали в результате химического воздействия окружающей среды. Процесс коррозионно-химического разрушения развивается как в газовоздушной, так и в жидкой среде. Примером химической коррозии в газовой среде может служить разрушение поршней, клапанов и других деталей двигателей внутреннего сгорания в результате взаимодействия металлов с кислородом, сероводородом, сернистым газом и т. п. Химический характер имеет и разрушение материалов, работающих в жидкой среде, не проводящей Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 7 Реферат электрический ток, но способной к химическому взаимодействию с металлом (например, в смазочных материалах). Интенсивность химического коррозионного разрушения зависит от химической активности среды, коррозионной стойкости материалов деталей, а также от температуры среды. С повышением температуры коррозионные процессы активизируются. Основным условием возникновения химической коррозии является отсутствие электропроводящей среды. Для реальных механизмов это условие редко соблюдается, так как на поверхности деталей присутствуют влага и электропроводящие загрязнения, поэтому такая коррозия в машинах наблюдается редко. Электрохимическая коррозия возникает в результате воздействия на материал детали электропроводящей среды — электролита. Электролитом может быть вода или водные растворы кислот и щелочей, образующиеся в результате взаимодействия воды с топливом, маслом или продуктами окисления. При электрохимической коррозии разрушение металла связано с возникновением и перетеканием электрического тока с одних участков поверхности на другие. Электрохимический механизм разрушения металлов является коррозией наиболее распространенного типа и наблюдается в той или иной степени практически во всех элементах машин. Большинство деталей машин в условиях эксплуатации взаимодействуют с раствором электролитов. В процессе работы при изменении температуры поверхностей деталей на них конденсируются из воздуха пленки воды. Газы, находящиеся в атмосфере, легко растворяются в воде, образуя такие кислоты, как серная, сернистая, азотная, азотистая и другие, а также щелочные соединения, являющиеся типичными электролитами. Все металлы термодинамически неустойчивы и стремятся вступить во взаимодействие с окружающей средой с образованием различных окисных соединений. Реакции окисления металлов сопровождаются перемещением Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 8 Реферат электронов и имеют электрохимический характер. Металлы обладают различной склонностью к электрохимической коррозии. Кроме того, в зависимости от свойств среды и соотношения материалов деталей сопряжений возможен анодный или катодный характер коррозионного разрушения. Например, в паре медь—сталь стальная деталь будет выступать в роли анода, а в паре сталь—цинк — в роли като да в процессе электрохимического взаимодействия материалов. Процессы, происходящие при электрохимической коррозии, можно представить следующим образом. Железо в анодной зоне теряет электроны. Электроны, перемещаясь в катодную зону, взаимодействуют с водой и кислородом, образуя гидроксильные ионы. В свою очередь, гидроксильные ионы вступают в реакцию с двухвалентными ионами железа, образовавшимися на аноде. В результате этой реакции образуется гидроокись двухвалентного железа. Под действием кисло рода воздуха гидроокись железа окисляется с образованием гидратированной окиси железа Fe203(H20)2, т. е. ржавчины. Для некоторых сплавов и, в частности, различных сталей характерна так называемая межкристаллитная коррозия. Из-за неоднородности сплава в его структуре встречаются участки, отличающиеся по свойствам. На границах кристаллов существуют неодинаковые электрические потенциалы. В результате этого отдельные кристаллитные зерна выступают в роли анодных, в то время как другие выполняют роль катодных участков. Возникают электрохимические процессы разрушения металла, которые приводят к точечному разъеданию анодных участков. Под действием коррозии на анодных участках раскрываются новые границы кристаллитных зерен, которые могут быть катодными по отношению к участкам, не подвергавшимся ранее коррозионному разрушению. Это ведет к распространению процесса на остальные не поврежденные участки материала. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 9 Реферат Таким образом, существуют два варианта процессов коррозион ного разрушения. При катодном характере разрушения нерастворимые продукты коррозии образуют защитную пленку на металле. Это ведет к снижению скорости протекания коррозионных процессов разрушения. При анодном характере процесс разрушения развивается прогрессивно с образованием рыхлых продуктов коррозии. Характер и интенсивность разрушения деталей в значительной степени зависят от свойств контактирующей с ними среды. Поэтому для определения коррозионного процесса очень важно знать характер среды, в которой он протекает. По характеру окружающей среды различают атмосферную, газовую, жидкостную, подземную и биокоррозию. Для большинства деталей машин наиболее характерной является атмосферная коррозия. Атмосферная коррозия — это процесс постепенного разрушения металлов под действием атмосферного воздуха, а также содержащихся в нем твердых частиц, влаги и газов. При атмосферной коррозии процесс разрушения поверхности металлов имеет электрохимический характер. Интенсивность разрушения зависит от состава атмосферного воздуха, вида и концентрации содержащихся в нем примесей. Твердые частицы примесей, растворяясь в конденсате воды на поверхности детали, образуют сильный электролит, активизирующий электрохимические процессы. Для большинства конструкционных сплавов, применяемых в машиностроении, наиболее опасными являются примеси серы, сернистого газа, серо водорода и хлора. Для медных сплавов, кроме того, коррозионно-активным реагентом является также аммиак. Угольная пыль, песок, соли окислов металлов повышают электропроводимость электролита, обеспечивают улучшение адсорбции молекул различных газов и влаги из воздуха, увеличивают конденсацию воды. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 10 Реферат Интенсивность коррозионного разрушения зависит также от температуры окружающего воздуха. При переходе от отрицательных к положительным температурам коррозионная активность среды повышается вследствие конденсации влаги на поверхности детали. Дальнейшее увеличение температуры воздуха, как правило, тормозит коррозию в результате снижения относительной влажности и подсыхания поверхности. Однако комбинированное воздействие высокой влажности и температуры, характерное, например, для тропической климатической зоны, вызывает резкую интенсификацию процессов разрушения поверхностей деталей вследствие электрохимической коррозии.  Рис. 2. Зависимость скорости υр разрушения металлической поверхности от толщины h пленки влаги на поверхности детали под действием атмосферной коррозии: І— сухой; ІІ— влажной; III— мокрой В зависимости от степени увлажнения поверхности различают сухую, влажную и мокрую атмосферную коррозию (рис. 8.1). Сухой называют атмосферную коррозию, протекающую под молекулярными слоями влаги, не превышающими по толщине 10-3 м (100 А). При сухой коррозии происходит химическое взаимодействие (окисление) металла со средой. В результате поверхностного окисления металла под воздействием кислорода или сероводорода, поступающих из воздуха, про исходит потускнение никелевых, цинковых, оловянных покрытий, латунных и бронзовых деталей, почернение медных покрытий. При сухой атмосферной коррозии на поверхности металлов в течение первых 2—3 ч образуются устойчивые пленки окислов, толщина которых стабилизируется на определенном для каждого металла уровне. На стальных и омедненных поверхностях слой окислов достигает (3—4) 10-9 м, а на Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 11 Реферат поверхностях деталей из алюминиевых сплавов и коррозионно-стойких сталей (1—2) 10-9 м. Сухая атмосферная коррозия вследствие слабой интенсивности процессов практически не оказывает влияния на долговечность деталей машин даже при содержании в воз духе небольших количеств агрессивных веществ. Атмосферную коррозию, протекающую под пленками влаги толщиной до 106 м, сконцентрировавшимися в результате повышенной относительной влажности воздуха (до 98 %) и перепада температур, называют влажной атмосферной коррозией. В условиях влажной атмосферной коррозии процесс взаимодействия материалов деталей сокружающей средой имеет электрохимический характер. Интенсивность коррозионного разрушения поверхностей резко возрастает с увеличением толщины пленки влаги. При определенной относительной влажности воздуха, называемой критической (50—70 %), на поверхностях деталей образуются сплошные пленки влаги минимальной толщины hK (см. рис. 8.1). В этот момент наблюдается резкое увеличение скорости коррозионного разрушения. Мокрой называют атмосферную коррозию, протекающую в условиях капельной конденсации воды или прямого попадания осадков на поверхность металла с образованием пленок влаги, толщина которых превышает 10-6 м. Условия, необходимые для мокрой атмосферной коррозии, возникают при относительной влажности воздуха выше 98 %, а также в сильно обводненной среде (в карьерах, в заболоченной местности, в поймах рек). Механизм разрушения металла при мокрой атмосферной коррозии имеет ярко выраженный электрохимический характер. Интенсивность разрушения поверхности металла при мокрой коррозии несколько ниже, чем при влажной. Это объясняется ослаблением раствора электролита и вследствие этого уменьшением коррозионной активности среды. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 12 Реферат В реальных условиях эксплуатации машин практически трудно разграничить перечисленные разновидности коррозии, так как влажность, температура и агрессивность среды изменяются в широких пре делах. Большое влияние на интенсивность атмосферной коррозии всех видов оказывают загрязнения, окислы металлов, продукты износа, а также продукты окисления смазочных материалов. Газовая коррозия происходит при отсутствии пленок влаги на поверхности металлов. Коррозия этого вида возникает, как правило, при высоких температурах в среде агрессивных газов (например, от работавших). Процесс разрушения поверхностей деталей при газовой коррозии проходит по химическому механизму. Газовая коррозия встречается в деталях двигателей внутреннего сгорания, газогенераторов, компрессоров. На скорость разрушения поверхности деталей при газовой коррозии определяющее влияние оказывают температура и состав газовой среды. При повышении температуры скорость коррозионного разрушения заметно увеличивается. Особенно большую активность при газовой коррозии проявляют такие компоненты воздушной среды, как окись углерода, окислы азота, хлористый водород, сернистые соединения. Жидкостная коррозия металлов протекает в жидкой среде: неэлектропроводящих маслах и топливах, не являющихся электролитами, или в кислотных, щелочных водных электролитических растворах. В неэлектропроводящей среде жидкостная коррозия представляет собой вариант химического взаимодействия металла с жид костью. Процесс взаимодействия сводится к химической реакции металла с коррозионно-активными компонентами жидкости, наиболее опасны из которых сера и сернистые соединения. Примером коррозии этого типа являются повреждения поверхности деталей двигателей внутреннего сгорания, работающих на топливе с высоким содержанием серы. Скорость коррозии прямо пропорциональна содержанию в топливе серы. При сгорании топлива образуется сернистый газ, который, смешиваясь Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 13 Реферат с парами воды, превращается в сернистую, а при воздействии кислорода воздуха — в серную кислоту. Эти кислоты являются сильными электролитами, поэтому процесс коррозионного разрушения принимает электрохимический характер. Сильными электролитами являются также органические кислоты, образующиеся в результате окисления углеводородов (смазочных материалов) под влиянием воздуха. Подземная коррозия — процесс разрушения металлических поверхностей под воздействием грунтовой влаги. Этот процесс имеет электрохимический характер. Наблюдается подземная корро зия в погруженных в грунт элементах металлических и бетонных сооружений, элементах металлоконструкций опор асфальто- и цементобетонных заводов. Биологическая коррозия (биокоррозия) — процесс разрушения поверхности металлов под влиянием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Микроорганизмы могут непосредственно разрушать материал детали, но чаще продукты их жизнедеятельности стимулируют процессы химической или электрохимической коррозии. Продукта ми жизнедеятельности микроорганизмов являются сера, сероводород, гидроокись железа, нитриды. Эти вещества являются коррозионно-активными реагентами и интенсифицируют разрушение металлов. Различают микроорганизмы нескольких видов, вызывающих биокоррозию металлов. К ним относятся бактерии, актиномицеты (плесень) и мицелиальные грибки. Наибольшую биокоррозию вызывают бактерии, поскольку они быстро размножаются и легко приспосабливаются к условиям окружающей среды. Существуют бактерии особого вида, так называемые железобак терии, питательной средой для которых являются железо и стальные сплавы. Эти бактерии усваивают железо в виде ионов. При переработке железа и кислорода в процессе жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности металла возникает нерастворимая пленка гидроокиси железа, прочно Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 14 Реферат связанная с основным металлом детали. Эта пленка имеет характерный буро-красный цвет и трудно отделяется от поверхности. Вследствие биокоррозии на металлической поверхности возни кают мелкие дефекты, имеющие вид раковин, заполненных шламом и тонкими отложениями ржавчины. Известны случаи разрушения от биокоррозии топливных насосов, топливных баков, резервуаров для хранения топлив и масел. Возникает биокоррозия чаще всего во влажной среде (при относительной влажности 75—95 %) при температуре воздуха от 10 до 35—40 °С. Биокоррозия обычно протекает совместно с атмосферной или подземной коррозией и интенсифицирует процесс разрушения металлических поверхностей. 3. Общие методы защиты от коррозии. Покрытия.Виды покрытий оптических деталей: покрытия могут быть однослойными и многослойными. Отражающие непрозрачные покрытия: внешние, задние; светоделительные покрытия, просветляющие покрытия, покрытия-фильтры, защитные прозрачные покрытия, токопроводящие покрытия (обогревающие и др.). Покрытия деталей оптико-механических приборов. Назначение покрытий. В зависимости от назначения применяются следующие виды покрытий: защитные для защиты изделий от коррозии; защитно-декоративные; специальные для повышения электропроводности, износостойкости, снижения коэффициента трения и др. При выборе покрытий необходимо учитывать условия эксплуатации изделий, материал детали и защитные свойства покрытий. Гальванические и химические покрытия. Гальванические покрытия характеризуются: хорошим сцеплением с основным металлом; сравнительно высокими защитными свойствами; высокими механическими свойствами; стойкостью по отношению к органическим растворителям. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 Реферат К недостаткам следует отнести появление хрупкости в основном металле за счет наводораживания его в процессе осаждения покрытий и неравномерность толщины покрытия на различных участках деталей. По роду защитного действия гальванические покрытия делятся на анодные и катодные. Анодные покрытия защищают металл электрохимически, и при наличии в них пор или оголенных участков происходит разрушение только самого покрытия; металл детали не разрушается. Химические (оксидные и фосфатные) покрытия характеризуются малой толщиной покрытия, равномерностью толщины покрытия и хорошим сцеплением с лакокрасочными покрытиями. Защитные и механические свойства этих покрытий невысокие. Обозначение покрытий. Группы букв и цифр, характеризующих свойства покрытий, разделяются точками и располагаются в следующей последовательности: способ нанесения, материал покрытия, толщина покрытий, степень блеска, вид дополнительной обработки. Способ нанесения покрытий обозначается: химический – Хим, анодизационный – Ан. Гальванический способ как наиболее распространенный в обозначении покрытия не указывается. В обозначениях многослойных покрытий указываются все металлы, образующие покрытие в порядке нанесения слоев. Толщина и равномерность толщины гальванического покрытия. Основное значение для защитных свойств гальванических покрытий имеет толщина осажденного слоя металла. повышение толщины покрытия соответственно увеличивает его коррозионную стойкость. После нанесения гальванических покрытий размеры деталей изменяются. Осаждение гальванических покрытий происходит с неизбежной неравномерностью слоя по толщине. Для простейших деталей типа «вал» неравномерность толщины слоя покрытия можно считать равной Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 16 Реферат минимальной толщине. Для улучшения равномерности толщины покрытия необходимо притуплять острые кромки деталей фасками или закруглять их. Нанесение покрытий на собранные узлы, литейные детали и детали сложной конфигурации. При нанесении гальванических и химических покрытий на узлы, имеющие клепаные, развальцованные, штифтовые и резьбовые соединения, а также на детали с точечной сваркой или со сложной конфигурацией трудно, а иногда практически невозможно произвести полную отмывку электролита. Аналогично, трудно отмыть электролит из пор литейных деталей и деталей, имеющих глухие отверстия и щели или глубокие отверстия малых диаметров. Наличие остатков электролита часто является причиной возникновения коррозии деталей и снижения качества покрытия. В связи с этим не следует производить отделку нескольких деталей в сборке, а в деталях, требующих нанесения гальванических или химических покрытий, нужно избегать глухих отверстий щелей, полостей. Не допускается также оксидирование узлов, изготовленных сваркой, деталей из точного стального литья и изготовленных из железного порошка. Хорошими покрытиями для отделки подобных деталей являются фосфатные, оксидо-фосфатные и никелевые однослойные покрытия. Нанесение покрытий нескольких видов на одну и ту же деталь в массовом и серийном производстве представляет значительные трудности и в ряде случаев невыполнимо. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 17 Реферат Заключение Долговечность деталей, работающих в различных эксплуатационных средах, во многом зависит от их коррозионной стойкости. Коррозионное разрушение деталей, как правило, начинается с поверхности. В связи с этим шероховатость поверхности оказывает существенное влияние на коррозионную стойкость деталей машин. С понижением параметра шероховатости коррозионная стойкость поверхности повышается. Вещества, вызывающие коррозию, осаждаются во впадинах и углублениях. Распространяясь в направлении основания выступов, они разрушают их, вследствие чего появляются новые очаги коррозии и разрушения. При наличии сил трения процесс коррозии существенно возрастает. Очевидно, чем меньше высота неровностей, тем медленнее будет протекать коррозия. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18 Реферат Список использованной литературы
|
МИНИСТЕРСТВО