ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ». реферат материаловедение. Защита металлов от коррозии

• Название: Защита металлов от коррозии
• Анкор: ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ
• Дата: 30.05.2022
• Размер: 106.18 Kb.
• Имя файла: реферат материаловедение.docx
• Тип: Реферат; #557887

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уфимский машиностроительный колледж

Кафедра ТМ-5

РЕФЕРАТ

По специальности «15.02.08 Технолог машиностроения»

На тему: «ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ»

Выполнила: Бикмурзина

Дарья Павловна

Руководитель: Акимова

Инна Евгеньевна

Уфа 2022

Содержание

Введение 2

1 Основные понятия коррозии металлов 3

1.1Понятие коррозии 3

1.2Классификация коррозийных процессов 4

1.3 Показатель скорости коррозии 5

2 Методы защиты от коррозии металлов и сплавов 7

2.1 Защитные покрытия 8

2.1.1 Металлические покрытия 8

2.2 Неметаллические покрытия 9

2.2.1 Неорганические покрытия 9

2.2.2 Фосфатирование 9

2.2.3 Пассивирование 10

2.2.2 Органические покрытия 10

2.2 Обработка коррозионной среды 11

2.2.1 Снижение агрессивности коррозионной среды 11

2.2.2 Ингибиторная защита 11

2.3 Электрохимическая защита 12

2.4 Разработка и производство новых конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости 13

2.5 Переход в ряде конструкций от металлических к химически стойким неметаллическим материалам 14

2.6 Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей 14

Заключение 16

Использованные источники 17

Введение

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX веков. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Начало практического использования человеком железа относят к IX веку до нашей эры. Именно в этот период человечество перешло из бронзового века в век железный.

Термин коррозия происходит от латинского слова «corrodere», что означает «разъедать, разрушать. Коррозия металлов - самопроизвольный процесс разрушения металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства [5].

Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов. Поэтому данная тема особенно актуальна в современном развивающемся мире.

В данной работе были рассмотрены теоретическое обоснование электрохимической коррозии металлов и методы их защиты.

Для этого были поставлены следующие задачи: дать общую характеристику и классифицировать процессы коррозии, изучить методы защиты металлов от коррозии.

1 Основные понятия коррозии металлов

1. Понятие коррозии

Термин коррозия происходит от латинского "corrosio", что означает разъедать, разрушать. Этот термин характеризует как процесс разрушения, так и результат.

Таким образом, под коррозией понимают повреждение металла в результате протекающей на его поверхности химической реакции с компонентами среды. В отличие от механического износа коррозия представляет собой химический процесс, в результате которого атомы металла из металлического состояния переходят в химические соединения.

Среда, в которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется коррозионной или агрессивной средой [2].

В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой. Физико-химическая сущность изменений, которые претерпевает металл при коррозии является окисление металла.

Любой коррозионный процесс является многостадийным:

1) необходим подвод коррозионной среды или отдельных ее компонентов к поверхности металла;

2) взаимодействие среды с металлом;

3) полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла (в объем жидкости, если среда жидкая).

Известно, что большинство металлов (кроме Ag, Pt, Cu, Au) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и др., называемые обычно руды металлов.

Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется более меньшей внутренней энергией. Это заметно при получении металлов из руд и их коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том, что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии.

Коррозионный процесс является самопроизвольным, следовательно G=G-G (G и G относятся к начальному и конечному состоянию соответственно). Если G>G то G<0, т.е. коррозионный процесс возможен; G>0 коррозионный процесс невозможен; G=0 система металл-продукт находится в равновесии. То есть можно сказать, что первопричиной коррозии металла является термодинамическая неустойчивость металлов в заданной среде.

2. Классификация коррозийных процессов

Рассмотрим классификацию коррозийных процессов.

Коррозионные процессы классифицируют по следующим признакам [4]:

- по механизму процесса;

- по характеру коррозионного разрушения;

- по условиям протекания процесса.

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металла.

Химическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисляется металл и восстанавливается окислительные компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Так протекает окисление большинства металлов в газовых средах, содержащих окислитель (например, окисление в воздухе при повышении температуры) [3].

Электрохимическая коррозия – это взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты среды происходит не водном акте, и их скорости зависят от электродного потенциала металла. По такому процессу протекают, например, взаимодействие металла с кислотами: эта суммарная реакция состоит из двух актов.

По характеру коррозионного разрушения выделяют общую и местную.

Общая или сплошная коррозия при которой коррозирует вся поверхность металла. Она соответственно делится на равномерную (1а), не равномерную (1б) и избирательную (1в), при которой коррозионный процесс распространяется преимущественно по какой-либо структурной составляющей сплава.

Местная коррозия при которой коррозируют определенные участки металла:

а) коррозия язвами – коррозионные разрушения в виде отдельных средних и больших пятен (коррозия латуни в морской воде);

б) межкристаллическая коррозия при ней процесс коррозии распространяется по границе металл-сплав (алюминий сплавляется с хромоникелем) и другие виды коррозии.

По условиям протекания процесса коррозия подразделяют на следующие виды:

а) газовая коррозия – это коррозия в газовой среде при высоких температурах. (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.);

б) атмосферная коррозия – это коррозия металла в естественной атмосфере или атмосфере цеха (ржавление кровли, коррозия обшивки самолета).

в) жидкостная коррозия – это коррозия в жидких средах: как в растворах электролитов, так и в растворах не электролитов.

г) подземная коррозия – это коррозия металла в почве

д) структурная коррозия – коррозия из-за структурной неоднородности металла.

е) микробиологическая коррозия – результат действия бактерий

ж) коррозия внешним током – воздействие внешнего источника тока (анодное или катодное заземление)

з) коррозия блуждающими токами – прохождение тока по непредусмотренным путям по проекту.

и) контактная коррозия – сопряжение разнородных электрохимических металлов в электропроводящей среде.

к) коррозия под напряжением – одновременное воздействие коррозионной среды и механического напряжения.

1.3 Показатель скорости коррозии

Для установления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдения за изменением во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение свойства металла.

Чаще всего в коррозионной практике используют следующие показатели.

1) Показатель изменения массы – изменение массы образца в результате коррозии отнесенный к единице поверхности металла S и к единице времени (например, г/м ч) в зависимости от условий коррозии различают [8]:

а) отрицательный показатель изменения массы

К^-_m=m / S,

где m – убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии.

б) положительный показатель изменения массы

К⁺_m=m / S,

где m – увеличение массы металла за время вследствие роста пленки продуктов коррозии.

Если состав продуктов коррозии известен, то можно сделать пересчет от К к К и наоборот

К^-_m=К⁺_m(n_okA Me / n Me A_ok),

где А и М – атомная и молекулярная масса Ме и окислителя соответственно; n и n валентность металла и окислителя в окислительной среде.

2) Объемный показатель коррозии

К - объем поглощенного или выделившегося в процессе газа V отнесенный к единице поверхности металла и единице времени (например, см/см ч):

К= объ.V/ S,

объем газа обычно приводят к нормальным условиям.

Применительно к электрохимической коррозии когда процесс катодной деполяризации осуществляется за счет разряда ионов водорода, например, по схеме 2Н + 2е = Н, или ионизация молекул кислорода О + 4е +2НО = 4ОН; вводятся соответственно кислородный
(К ) и водородный (К ) показатель соответственно.

Водородный показатель коррозии - это объем выделившегося Н в процессе коррозии, отнесенный к Su .

Кислородный показатель коррозии - это объем поглощенного в процессе О, отнесенный к Su .

3) Показатель сопротивления.

Изменение электрического сопротивления образца металла за определенное время испытаний также может быть использован в качестве показания коррозии (К).

К_R = (R/R_o)100% за время t,

где R_o  и  R электрическое сопротивление образца соответственно до и после коррозии.

У этого способа есть некоторый недостаток толщина металла во все время испытаний должна быть одинаковой и по этой причине чаще всего определяют удельное сопротивление, т.е. изменение электрического сопротивления на единицу площади образца (см, мм) при длине равной единице. Этот метод имеет ограничения применения (для листового металла не более 3мм). Наиболее точные данные получают для проволочных образцов. Этот метод не пригоден для сварных соединений.

4) Механический показатель коррозии.

Изменение какого-либо свойства металла за время коррозии. Сравнительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается:

К_o= (_в/_во) 100% за время t,

где _o изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течении времени; _во предел прочности до коррозии.

5) Глубинный показатель коррозии.

К - глубина разрушения металла П в единицу времени (например, мм/год)

К_П= п/

Глубина коррозионного разрушения П может быть средней или максимальной. Глубинный показатель коррозии можно использовать для характеристики как равномерной., так и неравномерной коррозии (в том числе и местной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металла с различными плотностями. Переход от массового, токового и объемного к глубинному возможен при равномерной коррозии.

2 Методы защиты от коррозии металлов и сплавов

Основным условием противокоррозийной защиты металлов и сплавов является уменьшение скорости коррозии. Уменьшить скорость коррозии можно, используя различные методы защиты металлических конструкций от коррозии. Основными из них являются:

1. 
   Защитные покрытия;
   
2. 
   Обработка коррозионной среды с целью снижения коррозионной активности (в особенности при постоянных объемах коррозионных сред);
   
3. 
   Электрохимическая защита;
   
4. 
   Разработка и производство новых конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости;
   
5. 
   Переход в ряде конструкций от металлических к химически стойким материалам (пластические высокомолекулярные материалы, стекло, керамика и др.);
   
6. 
   Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей.
   

2.1 Защитные покрытия

Защитное покрытие должно быть сплошным, равномерно распределенным по всей поверхности, непроницаемым для окружающей среды, иметь высокую адгезию (прочность сцепления) к металлу, быть твердым и износостойким [10]. Коэффициент теплового расширения должен быть близким к коэффициенту теплового расширения металла защищаемого изделия.

2.1.1 Металлические покрытия

Нанесение защитных металлических покрытий – один из самых распространенных методов борьбы с коррозией. Эти покрытия не только защищают от коррозии, но и придают их поверхности ряд ценных физико-механических свойств: твердость, износоустойчивость, электропроводность, паяемость, отражательную способность, обеспечивают изделиям декоративную отделку и т.д.

По способу защитного действия металлические покрытия делят на катодные и анодные.

Катодные покрытия имеют более положительный, а анодные - более электроотрицательный электродные потенциалы по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены. Так, например, медь, никель, серебро, золото, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, а цинк и кадмий по отношению к этой же стали – анодными покрытиями.

Необходимо отметить, что вид покрытия зависит не только от природы металлов, но и от состава коррозионной среды. Олово по отношению к железу в растворах неорганических кислот и солей играет роль катодного покрытия, а в ряде органических кислот (пищевых консервах) служит анодом. В обычных условиях катодные покрытия защищают металл изделия механически, изолируя его от окружающей среды. Основное требование к катодным покрытиям – беспористость. В противном случае при погружении изделия в электролит или при конденсации на его поверхности тонкой пленки влаги обнаженные (в порах или трещинах) участки основного металла становятся анодами, а поверхность покрытия катодом. В местах несплошностей начнется коррозия основного металла, которая может распространяться под покрытие (рисунок 1).



Рисунок 1 – Схема коррозии железа с пористым катодным (а) и анодным (б) покрытием

Анодные покрытия защищают металл изделия не только механически, но главным образом электрохимически. В образовавшемся гальваническом элементе металл покрытия становится анодом и подвергается коррозии, а обнаженные (в порах) участки основного металла выполняют роль катодов и не разрушаются, пока сохраняется электрический контакт покрытия с защищаемым металлом и через систему проходит достаточный ток (рис.1 б). Поэтому степень пористости анодных покрытий в отличие от катодных не играет существенной роли.

Основной метод нанесения защитных металлических покрытий – гальванический. Применяют также термодиффузионный и механотермический методы, металлизацию распылением и погружением в расплав.

2.2 Неметаллические покрытия

2.2.1 Неорганические покрытия

Большинство металлов окисляется кислородом воздyxa с образованием поверхностных оксидных пленок. Однако эти пленки в силу незначительной толщины не обеспечивают надежной защиты от коррозии. Особенно слабы в этом отношении естественные пленки на железе.

Между тем в результате определенной химической или электрохимической обработки можно создать на поверхности металла искусственные пленки, которые обладали бы значительно более высокой коррозионной стойкостью, чем основной металл, и защищали бы его от разрушения.

Существуют различные методы получения таких неметаллических пленок, отличающихся химическим составом. Наиболее распространены оксидные и фосфатные пленки, хотя по защитным свойствам они уступают металлическим покрытиям. Процесс изготовления оксидных покрытий на металле получил название оксидирования, а фосфатных – фосфатирования.

2.2.2 Фосфатирование

Технология процесса фосфатирования проста. Фосфатирование применяют для черных и цветных металлов, и оно состоит в обработке металлических деталей (например, стальных) в горячем растворе фосфорно-кислых солей некоторых металлов, главным образом марганца, железа, цинка. При этом на поверхности изделия образуется пористая пленка, состоящая из труднорастворимых фосфатов этих металлов. Благодаря большой пористости пленка хорошо удерживает масло, краску и служит отличным грунтом под лакокрасочное покрытие. Сама фосфатная пленка не обладает высокими антикоррозионными свойствами и используется в качестве защитной в сочетании с лакокрасочными покрытиями или после пропитки ее маслом. В этом случае она надежно защищает сталь от коррозии. Иногда применяют обработку фосфатированного изделия в 7-9% растворе бихромата натрия, который заполняет поры и пассивирует нефосфатированные участки поверхности металла.

Обычно фосфатирование проводят при температуре 96-98° С погружением стальных изделий в раствор, содержащий 20-35 г/л препарата «Мажеф». В его состав входят фосфаты марганца и железа – Мn(Н₂РО₄)₂, МпНРO₄, Fe(H₂PO₄)₂. Используют также раствор на основе дигидрофосфата цинка Zn(H₂P0₄)₂. Продолжительность фосфатирования 0,5 ч.

2.2.3 Пассивирование

Для защиты от коррозии применяют метод пассивирования – обработка металла в растворах хроматов или нитратов.

Для пассивирования оцинкованных изделий применяют раствор: 8-10 мл/л H₂SO₄ и Na₂Cr₂07·2H₂0 – 200 г/л. Время обработки 5-30 с. От времени обработки зависит окраска пленки. При выдержке 5 с цвет пленки радужный с зеленоватым оттенком, а масса пленки составляет 0,9-1,2 г/м². При дальнейшем увеличении времени цвет меняется от желтого до коричневого.

Для пассивирования алюминия используют раствор бихромата калия (200 г/л) и 2 мл/л НF.

Пассивация меди в хроматных растворах дает особенно хорошие результаты при защите изделий, соприкасающихся с парами SO₂ и растворами нейтральных солей. Стальные детали можно обрабатывать в 60-90% растворе нитрита натрия. В результате они не ржавеют в течение двух лет.

2.2.2 Органические покрытия

Лакокрасочные покрытия. Защита металлов лакокрасочными покрытиями – наиболее старый и один из самых распространенных способов защиты от коррозии.

Основными достоинствами лакокрасочных покрытий являются:

-сравнительная дешевизна;

- относительная простота нанесения;

- легкость восстановления разрушенного покрытия;

- сочетаемость с другими способами защиты, например, протекторной защитой, фосфатными и оксидными покрытиями;

- возможность получения покрытий любого цвета, обладающих наряду с защитными свойствами красивым внешним видом.

При соответствующем подборе материалов и способа нанесения эти покрытия обеспечивают достаточно надежную защиту металлических конструкций от коррозии в атмосфере и ряде коррозионных сред (окраска речных и морских судов, водонапорных баков и др.)

Эффективность применения лакокрасочных покрытий целесообразна при условии долговечности эксплуатации не более 10 лет и скорости коррозии металла до 0,05 мм/год. Если требуется повышение долговечности или скорость коррозии металла составляет 0,5-1,0 мм/год, то следует применять комбинированные покрытия. Например, цинковые плюс лакокрасочное покрытие. Такое покрытие позволяет увеличить срок защиты до 30 лет.

Защитные действия лакокрасочного покрытия заключаются в создании на поверхности металлического изделия сплошной пленки, которая препятствует агрессивному воздействию окружающей среды и предохраняет металл от разрушения. Компонентами лакокрасочных материалов служат пленкообразующие вещества, растворители, пластификаторы, пигменты, наполнители, катализаторы (сиккативы).

2.2 Обработка коррозионной среды

В промышленных условиях эксплуатации в ряде случаев уменьшение потерь от коррозии может быть достигнуто при помощи изменения состава агрессивной среды. Используют два приема:

1) удаление из агрессивной среды веществ, вызывающих коррозию металлов;

2)введение в агрессивную среду специальных веществ, которые вызывают значительное снижение скорости коррозионного процесса. Такие вещества называются замедлителями или ингибиторами коррозии.

2.2.1 Снижение агрессивности коррозионной среды

Значительное изменение состава коррозионной среды может быть достигнуто одним из перечисленных способов:

а) удалением кислорода при помощи деаэрации раствора, насыщения его азотом или добавления в него поглотителей кислорода;

б) удалением кислот путем нейтрализации раствора гашеной известью или едким натром;

в) удалением солей из воды, идущей на питание паровых котлов, путем обработки ее ионообменными смолами;

г) вакуумированием.

В случае металлов, пассивирующихся в данной среде, присутствие в ней кислорода или других окислителей способствует процессу пассивации и ведет к торможению коррозии. Во всех остальных случаях окислители стимулируют коррозию металлов.

2.2.2 Ингибиторная защита

Ингибиторами коррозии (ИК) называют химические соединения, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента [9]. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. Содержание ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим.

Защиту ингибиторами применяют в системах с постоянным или мало обновляемым объемом коррозионной среды, например, в резервуарах, цистернах, паровых котлах, системах охлаждения, некоторых химических аппаратах, травильных ваннах для снятия окалины, а также при хранении и транспортировке металлических изделий.

Ингибиторы подразделяются:

а) по механизму своего действия – на катодные, анодные и смешанные;

б) по химической природе – на неорганические, органические и летучие;

в) по сфере своего влияния – в кислой, щелочной и нейтральной среде.

Действие ингибиторов обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами, всегда тоньше наносимых покрытий.

Ингибиторы могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.

2.3 Электрохимическая защита

Скорость электрохимической коррозии можно значительно уменьшить, если металлическую конструкцию подвергнуть поляризации. Этот метод получил название электрохимической защиты, В зависимости от вида поляризации различают катодную и анодную защиту.

На рисунке 2 приведена схема, поясняющая снижение скорости растворения металла при различных способах его электрохимической защиты.



Рисунок 2 – Способы снижения скорости растворения металлов при электрохимической защите

Электрохимическую защиту применяют в том случае, если потенциал свободной коррозии φ_кор конструкционного материала располагается в области активного растворения φ₁ или перепассивации φ₂, то есть материал растворяется с высокой скоростью.

При катодной защите снижение скорости растворения металла происходит вследствие смещения потенциала в область значений, отрицательнее φ_кор. Например, если потенциал свободной коррозии φ₁ металла располагается в области активного растворения (скорость растворения i₁), то сдвиг потенциала в отрицательную сторону до значения φ₃ приводит к снижению скорости растворения до величины i₃, оказывающейся ниже i₁. Аналогичное снижение скорости растворения металла происходит и в случае, когда потенциал свободной коррозии φ₂ металла располагается в области перепассивации. При смещении потенциала в отрицательную сторону до величины φ₄ скорость растворения снижается до i₄. Различие заключается в том, что в первом случае снижение скорости растворения металла достигнуто без изменения характера его растворения — металл остался в активном состоянии. Во втором случае скорость растворения снизилась вследствие перехода металла из активного в пассивное состояние.

При анодной защите потенциал защищаемой конструкции смещают в область положительнее φ_кор. При этом происходит переход металла из активного в пассивное состояние. Так, если потенциал свободной коррозии φ₁ металла располагается в активной области соответствующая ему скорость растворения равна i₁, то при его смещении в положительную сторону до значения φ₄ скорость растворения снижается до величины i₄.

Кислородная защита является разновидностью электрохимической защиты, при которой смещение потенциала защищаемой металлоконструкции в положительную сторону осуществляется путем насыщения коррозионной среды кислородом. В результате этого скорость катодного процесса настолько возрастает, что становится возможным перевод стали из активного в пассивное состояние.

2.4 Разработка и производство новых конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости

Улучшение антикоррозионных свойств самих металлических материалов осуществляется:

1) устранением из металлов и сплавов примесей, ускоряющих коррозионные процессы;

2) легированием.

Чистые металлы и сплавы, то есть металлические конструкционные материалы, практически беспримесные, строго отвечают заданному поведению. Поскольку в них нет отклонений от стехиометрии в составе и структуре, то нет отклонений и в поведении.

Для наиболее ответственных конструкций и аппаратов налажен промышленный выпуск металлов и сплавов, обладающих высокой чистотой и применяемых в ракетостроении, ядерной технике и т.д.

Примеси в металлах и сплавах образуют дефекты в кристаллах. Из-за дефектов запас энергии реальных кристаллов выше, чем идеальных, что обуславливает более реакционную способность первых.

В условиях газовой коррозии примеси влияют не только на жаропрочность, но и жаростойкость. Технические стали делятся на стали обыкновенного качества и качественные. Качественные стали имеют узкие пределы по содержанию примесей (серы, фосфора, неметаллических включений и др.) по количеству и макро- и микроструктуры. Например, наличие в стали серы приводит к тому, что при 1000 – 1200 ºС в местах ее скопления возникают надрывы и трещины. Растворенный в стали или меди водород делает металл более хрупким. Фосфор, образуя фосфиды железа (легкоплавкие эвтектики), оказывает вредное влияние на свойства стали.

При электрохимической коррозии металлов и сплавов наличие примесей приводит к образованию микрогальванических элементов с основным металлом и увеличению скорости коррозии. При значительном накоплении примесей может протекать и контактная коррозия. Поэтому повышение чистоты конструкционных материалов ведет к снижению коррозионных потерь.

Легирование металлов и сплавов повышает их коррозионную стойкость. Сильно повышается коррозионная стойкость железа при введении более 12% хрома, марганца в магниевые сплавы, никеля в железные сплавы, меди в никелевые сплавы и т.д.

Для жаростойких сплавов на основе железа основными легирующими компонентами являются хром, кремний и алюминий.

2.5 Переход в ряде конструкций от металлических к химически стойким неметаллическим материалам

Дополнительным резервом для организации противокоррозионной защиты являются неметаллические материалы. Из стекла, керамики, ситаллов, винипласта, фаолита, графита и других неметаллических материалов могут быть изготовлены отдельные аппараты или детали к ним. Их отличительной особенностью является высокая коррозионная стойкость во многих агрессивных средах.

2.6 Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей

При проектировании химического производства, как правило, уделяют основное внимание анализу характера агрессивной среды и условиям протекания процесса. Руководствуясь этими данными, выбирают материал, обладающий достаточным химическим сопротивлением. Однако конструкционный материал, наиболее стойкий в данной коррозионной среде, далеко не во всех случаях позволяет предотвращать опасность быстрого коррозионного разрушения. Поэтому столь же пристального внимания заслуживает рациональное конструирование отдельных узлов и аппаратов. Неудачное конструирование во многих случаях может явиться причиной образования застойных зон, зазоров, концентрации напряжений и других явлений, способствующих возникновению и протеканию коррозии.

При конструировании оборудования следует обращать внимание на характер обработки поверхности металла, контакт соединительных элементов из различных материалов, режим распределения потоков теплоносителя, наличие щелей и зазоров, возможность образования застойных зон.

Гладкая поверхность металла имеет меньше дефектов в виде царапин, неровностей и т.д. На шероховатой поверхности легче скапливаются грязь, пыль и другие вещества. Это особенно характерно для производства удобрений, солей. Металлическое оборудование и конструкции с шероховатой поверхностью в этом случае покрываются различными веществами.

Если в конструируемом аппарате есть детали, выполненные из различных металлических материалов, то возникает опасность появления контактной коррозии. В этом случае еще на стадии проектирования обязательно должны быть приняты меры по предотвращению или ослаблению этого явления. Обычно применяют один из двух возможных приемов.

Контактирующие детали из разнородных металлов изготавливают с различной величиной поверхности. При этом деталь с наименьшей поверхностью должна быть выполнена из более благородного металла (втулки вентилей, поршневые кольца насосов и т.д.).

При проектировании аппаратов следует предусмотреть равномерное распределение теплового потока, исключить возможность локального перегрева. Во многих промышленных аппаратах, в которых протекают высокотемпературные процессы, такие меры предусмотрены. Например, в производстве аммиака между катализаторной коробкой, в которой осуществляется реакция при температуре 350-420 ºС, и корпусом аппарата предусмотрен канал, внутри которого циркулируется холодный газ. Таким конструктивным приемом предохраняют стенки аппарата от перегрева.

Если в химическом процессе используют реакторы с рубашкой, то внутри реактора должна быть установлена мешалка для обеспечения равномерного перемещения жидкости мимо теплопередающей поверхности.

Змеевики, кипятильники и другое оборудование для нагрева технологических сред должны быть погружены в жидкость.

Для теплообменного оборудования наиболее распространенными являются локальные виды коррозии, такие, как питтинговая, щелевая, межкристаллитная.

При проектировании конструкций должны быть обозначены места и способы сварки. При сварке металлов в зоне шва и околошовной зоне создаются большие растягивающие напряжения. В зонах, расположенных вдоль шва, где металл нагревается выше критических температур, меняется структура металла. Это может привести к растрескиванию металла.

При конструировании сварных узлов и деталей следует предусмотреть ряд мер: избегать скопления швов, исключить точечную сварку, при которой особенно велика концентрация напряжений, применять местный отжиг и т.д.

Заключение

Ежегодно от 5 до 20% выплавляемого количества черных металлов разрушается в результате коррозии. Однако, как бы велики не были прямые потери от коррозии, они не могут дать правильного представления о фактических убытках, причиняемых этим процессом. Даже небольшое разрушение металла при коррозии какого-либо химического аппарата может вывести его из строя, вызвать нарушение технологического режима, остановку процесса, потерю времени, материалов. Эти потери значительно превосходят убытки, связанные со стоимостью разрушенного металла. Так, например, относительно невысокая стоимость разрушенного участка подземного свинцового кабеля не идет ни в какое сравнение с затратами на работы по обнаружению места повреждения, по удалению почвы и по его ремонту. Ущерб, причиняемый коррозией металлов, трудно переоценить. Естественно поэтому, что изучение коррозии и разработка методов защиты металлов от нее представляют несомненный теоретический интерес и имеют большое народнохозяйственное значение.

В ходе данной работы была дана общая характеристика и классификация процессов коррозии, изучены методы защиты металлов от коррозии.

Использованные источники

1. 
   Дамаскин Б.Б. Электрохимия , «Химия», «КолосС», 2006.
   
2. 
   Кинетика химических и электрохимических процессов. Электропроводность . Методическое пособие под науч. ред. Введенского А.В., Воронеж, 2003.
   
3. 
   Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы / В. М. Никифоров. – М.: Высшая школа, 1980. – 450 с.
   
4. 
   Герасимов Я. И. Курс физической химии / Я. И. Герасимов, В. П. Древинг, Е. Н. Еремин и др. – М.: Химия, 1973. – 624 с.
   
5. 
   Исаев Н. И. Теория коррозийных процессов / Н. И. Исаев. – М.: Металлургия, 1997. – 368 с.
   
6. 
   Cеменова И.В. Коррозия и защита от коррозии / И. В. Семеновой. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 232 с.
   
7. 
   Вячеславов П. М. Металлические покрытия, нанесенные химическим способом / П. М. Вячеславов. – Л.: Машиностроение, 1985. – 103 с.
   
8. 
   Строкан Б. В. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии / Б. В. Строкан. –Л.: Химия, 1987. – 280 с.
   
9. 
   Иванов Е.С. Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах Е.С. Ивано. – М.: Металлургия, 1986. – 175 с.
   
10. 
    Френкель Г.Я. Протекторная защита от коррозии металлического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений / Г.Я. Френкель. – М.: Гидропроект, 1993. – 186 с.
    
11. 
    Шлугер М. А. Коррозия и защита металлов / М. А. Шлугер, Ф. Ф. Ажогин, Е. А. Ефимов. – М.: Металлургия, 1981. – 215 с.
    
12. 
    Розенфельд И. Л. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями / И. Л. Розенфельд, Ф. И. Рубинштейн, К. А. Жигалова. – М.: Химия, 1987. – 222 с.
    
13. 
    Люблинский Е. Я. Электрохимическая защита от коррозии / Е. Я. Люблинский. – М.: Металлургия, 1987. – 96 с.