A lua legatura cu coroziunea metalelor
Cel mai frecvent tip de coroziune este o coroziune electrochimică care are loc la un contact metalic cu soluții apoase de electroliți - mare și apă râu, sol și umiditatea atmosferică etc. La interfața metal electrolit apare o diferență de potențial (potențial staționar), a cărui magnitudine depinde de viteza de oxidare metalic și reducerea oxidantului mediu coroziv.
Semnele distinctive ale coroziunii galvanice sunt:
· Fluxul în soluții de electrolit;
· Dependența vitezei de coroziune a potențialului de electrod al metalului în mediu coroziv;
· Aspectul unui curent electric;
Coroziunea galvanică are loc cel puțin trei etape.
1. Me oxidarea metalelor → Me n + + ne.
2. Refacerea mediului coroziv de oxidant depinde de natura mediului coroziv:
a) în medii neutre (mare, râu, apa de la robinet, condițiile atmosferice, sol), agentul de oxidare este oxigen O2. care este redus prin reacția
b) un oxidant în medii acide este H + ion:
c) în medii alcaline oxidant este apa:
g) în medii slab acid, în prezența oxigenului poate continua reacția
Prin urmare, coroziunea poate avea loc fie absorbția oxigenului (a, g) sau cu degajare de hidrogen (b, c).
3. Formarea produșilor de coroziune (oxizi cel mai frecvent și tijă-droksidov).
Produsele de coroziune pasivizare de multe ori de metal. Pasivizare - o coroziune de decelerare datorită formării de pe suprafața metalică a filmului protector al produselor de coroziune. Acestea sunt o barieră între metal și mediul înconjurător. Filmele au un efect protector, dacă acestea sunt compacte, au o bună aderență (aderență) la suprafața metalică și chimic stabilă în mediul dat.
Cel mai comun și important agent secvestrare - oxigen. Astfel, oxigenul afectează rata de coroziune în două direcții: pe de o parte accelerează coroziunea ca un oxidant puternic, celălalt - metalul pasiviza.
Cele mai sensibile la pasivare din titan, oțel inoxidabil și aluminiu.
În prezent, există două teorii coroziune electrochimica.
1. Elemente de Teoria mikrokorrozionnyh.
2. Teoria cinetică a reacțiilor cuplate.
Elemente de Teoria mikrokorrozionnyh. Conform acestei teorii pe suprafața aliajului și metalele tehnice în contact cu electrolitul se produce eterogenitate electrochimice (eterogenitate), adică O mulțime de diferite potențiale de electrod. Ca rezultat, întreaga suprafață este acoperită cu un metal scurt circuitat elemente mikrokorrozionnymi care funcționează pe principiul celulei electrochimice (Figura 2). Porțiuni cu care valoare de capacitate mai mică # 966; a este un anod. și ele curg reacția anodică - oxidarea metalului. Zonele cu potențial de mare valoare # 966; a este un catod. acestea apar corozive recuperare oxidant mediu. Electronii curge de la anod la catod porțiunile din metal și difuzia electrolit de ioni are loc.
Fig.2. Elemente de ocurență mikrokorrozionnyh
la coroziune electrochimica:
Cauzele eterogenitatea suprafeței metalului electrochimice poate fi:
· Prezența impurităților în metal (exemplul 1);
· Eterogenitatea structurală a aliajului (exemplul 2);
· Pelicula de oxid (Exemplul 3 Manipularea frauduloasă);
· Aerarea neomogen (vezi Exemplul 4);
· Tratarea suprafețelor metalice eterogeni;
· Neuaifbratitatea tensiunilor interne;
· Condiții neregulate fizice (diferențe de temperatură, lumină).
EXEMPLUL 1 Alama coroziune în apa de mare. eterogenitatea structurală alama (aliaje de cupru, conținând până la 45% zinc) conduce la dezincare adică oxidarea zincului, care este anodice în ceea ce privește componenta de cupru
(# 966; mV (Zn) <φ мв (Сu)). Возникает микрокоррозионный элемент:
A: Zn - 2e → Zn 2+.
Reacția generală (produs de coroziune):
Fier (aliaje de fier și mai mult de 2% carbon) supuse grafitizării, adică oxidarea fierului, prin care fierul este îmbogățit cu carbon.
Exemplu de coroziune oțel carbon 2 în condiții atmosferice. oțel carbon este un amestec de microparticule de compuși chimici de fier cu carbon Fe3 C (cementita) și amestecuri de fier cu carbon (perlit). În condiții atmosferice de pe suprafața oțelului, apa condensează pentru a forma un film subțire care se dizolvă diferiți oxizi și oxigen, adică electrolit format. Ca rezultat, contactul dintre cementita si perlita cu electrolit apar potențiale de electrod, în care # 966; (Fe) <φ(Fe3 C), что приводит к образованию микрокоррозионного элемента (рис.3):
-A: Fe - 2e → Fe 2+
produs coroziune fier primar Fe (OH) 2 este apoi oxidat pentru a forma un produs secundar - rugina Fe (OH) 3:
Figura 3. Apariție element de mikrokorrozionnogo
pe suprafața oțelului
Exemplul 3 coroziune de aluminiu în mediu alcalin. Suprafața este acoperită cu un film continuu de oxid de aluminiu metalic, care este parțial sub acțiunea unui solubil alcalin (Figura 4):
Ca rezultat, în film se formează pori, care va fi porțiunile anod și particulele de Al2 O3 - porțiunile catodice, ca # 966; (Al) <φ(Al2 O3 ). Возникает микрокоррозионный элемент
-A: Al - 3e → Al 3+
Deoarece hidroxidul de aluminiu are proprietăți amfotere, reacția are loc urmatoarea:
Figura 4. Elemente de ocurență mikrokorrozionnyh
pe suprafața de aluminiu
Exemplul 4. Coroziunea metalelor în condiții de aerare diferențială, adică în ceea ce privește alimentarea cu oxigen inegal la diferite porțiuni ale suprafeței metalului. O astfel de coroziune apare adesea fisuri, lacune, fisuri, în picături de umiditate, etc. Luați în considerare coroziunea oțelului care se produce sub picătură de apă de mare, situată pe suprafața metalică (Fig.5). Deoarece centrul scăderii concentrației de oxigen este mai mică decât la periferie, zonele aflate sub centrul picăturii va fi anod, și o picătură a perimetrului - catod.
Figura 5. Elemente de ocurență mikrokorrozionnyh
în condiții de aerare diferențială
Aceste exemple arată că, prin utilizarea elementelor de teoria mikrokorrozionnyh poate explica fluxul de metale și aliaje de inginerie coroziune, adică în cazurile în care există o eterogenitate electrochimica a suprafeței. Coroziunea metalelor chimic pure explică teoria cinetică a reacțiilor cuplate.
Teoria Kinetic presupune că metalele sunt instabile termodinamic în mediu și, prin urmare, coroziunea poate apărea în absența unei eterogenitate electrochimice. Când această oxidare de metal și de reducere a oxidantului poate avea loc într-un punct, alternativ în timp. Pentru o coroziune electrochimică trebuie să fie prezentă în potențialul oxidant mediu care este mai mare decât potențialul metalului: # 966; meth <φокисл. Например, цинк корродирует в кислой сре-
de, ca # 966; (Zn) <φ(H + ). Медь не корродирует в кислоте, так как φ(Cu)> # 966; (H +).
Astfel, teoria cinetică este o generalizare a teoriei coroziunii electrochimice.
4. Factorii care afectează rata de
coroziunea metalelor
Viteza de coroziune depinde de mai mulți factori, care sunt împărțite în interne și externe.
Factorii interni de coroziune. Tendința caracteristică a metalului la coroziune galvanica este potențialul său de echilibru standard al metalului din sistemul periodic al lui Mendeleev poziție, puritatea metalului sau a aliajului, cantitatea de cereale, tratarea termică sau mecanică a metalului, tendința de a pasiviza etc. Astfel, cea mai mică potențialul de echilibru, cu atât mai mare tendința de coroziune a metalului: (# 966; (Fe 2+ / Fe) = -0,44 B - fier corodează în multe medii; # 966; (Au + / Au) = +1,68 B - aur (metal nobil) nu este corodat).
Cu toate acestea, există un grup de foarte activ, dar metale rezistente la coroziune (Al, Ti, etc.). Rezistența lor din cauza de mare tendința de a pasiveze. Pe suprafața lor peliculele de oxid de protecție formate (pe aluminiu -. Al2 O3 pe titan - TiO2). Rezistența la coroziune a altor metale este crescută datorită pasivizare.
In metalul rezistenta la coroziune este influențată de puritatea metalului: prezența impurităților scade adesea. Cele mai multe aliaje sunt mai sensibile la coroziune decât metalele pure. Tratamentul atentă a suprafeței (polizare, șlefuire) crește stabilitatea metal, facilitează formarea filmelor mai perfecte și omogene. Pe o suprafață netedă condiții de condensare a vaporilor de apă mai puțin favorabilă decât rugoasă. Suprafața aspră mărește suprafața reală a metalului dificil de a forma un film protector.
Aceasta afectează rata de coroziune și prezența tensiunilor interne. Pe zonele tensionate distruse de folie protectoare și deteriorarea condițiilor de formare a acestora. O mare influență asupra vitezei de coroziune a aliajului, de asemenea, structura a structurii rețelei cristaline, etc.
Factori externi la coroziune. Factori de coroziune externi includ factori legați de compoziția mediului coroziv, pH-ul, temperatura, viteza mediului coroziv
etc.
1. Dependența vitezei de coroziune a concentrației de ioni de hidrogen (pH).
Toate metalele în funcție de natura vitezei de coroziune a pH-ului poate fi divizat în mai multe grupuri (Figura 6):
a) metalele nobile (Au, Pt, Ag), stabil în medii acide, neutre și alcaline;
b) metale, instabile în medii acide malostoykie în neutru și stabil în medii alcaline - Mg, Fe, Mn. Acest lucru se datorează proprietăților filmelor de oxid, care sunt ușor solubili în acizi și insolubile în alcalii;
c) metalic instabil în acid și în medii alcaline (metal amfoter) - Al, Zn, Pb, Sn, etc.;
g) metale instabile în medii acide, rezistente la medii neutre și alcaline (Ni, Co).
Figura 6. Dependența vitezelor de coroziune a metalelor
pH-ul mediului coroziv: - și metale prețioase;
b - Mg, Fe, Mn; in - metale amfoteri
2. Dependența vitezei de coroziune a compoziției mediului coroziv.
Mediul coroziv pot fi substanțe prezente care sporesc coroziune (numite promotori) și întârzierea l (inhibitori de coroziune).
Substanțe care accelerează coroziunea, distruge filmul protector de pe suprafața metalică. Cele mai agresive ioni activatori sunt Cl -. Br -. I - (acestea accelerează coroziunea aproape toate metalele). Acești ioni inlocuiesc oxigenul din pelicula de oxid, ceea ce face filmul insolubil. Aceasta conduce la formarea de pori în filme, care sunt porțiuni anod.
Întârzietori sunt substanțe, reducând semnificativ viteza de coroziune. Printre acestea se numără:
- substanțele care se formează pe suprafața metalică filmului pasiv de protecție: NaNO3. NaNO2. Cr2 O7 2-. O2, etc.:
- substanțe care formează film de sare greu solubilă cu ioni de metal coroda: SiO2 2-. CO3 2-. OH -, etc.:
Trebuie remarcat faptul că aceeași substanță poate inhiba coroziunea unor metale și spori alt coroziune. De exemplu, în soluții alcaline din oțel rezistent și metale amfoterice instabile. În soluții care conțin NH3 amoniac. oțel rezistent, iar cuprul este instabil.
3. Dependența vitezei de coroziune asupra concentrației de săruri dizolvate (Fig.7).
În prezența O2 comburant creșterea concentrației solutului (salinitate) duce la coroziune crescută (regiune o în Figura 7) datorită creșterii conductivității a mediului. Pe de altă parte, creșterea concentrației sărurilor reduce solubilitatea oxigenului, deci, la scăderea ratei de coroziune cu salinitate mare (partea b din figura 7).
Figura 7. Dependența vitezei de coroziune a salinității
mediu coroziv
4. Dependența vitezei de coroziune a temperaturii.
Temperatura are un efect semnificativ asupra ratei coroziunii electrochimice. Conform legilor cinetica chimică, creșterea temperaturii duce la o creștere a vitezei de coroziune. Această dependență este menținut la o concentrație constantă de oxigen în sistem, de exemplu, atunci când funcționează cazanul de abur (linia a din Figura 8).
În cazul în care oxigenul poate fi eliberat din soluție cu creșterea temperaturii (rezervor de apă deschisă), dependența vitezei de coroziune a temperaturii va avea un alt aspect - cu un maxim la t ≈ 80 ° C (curba b din Figura 8). Reducerea vitezei de coroziune cu creșterea în continuare a temperaturii va datorită unei scăderi a concentrației de oxigen.
Figura 8. Dependența vitezei de coroziune a temperaturii:
și - un sistem închis; b - un sistem deschis
5. Dependența vitezei de coroziune din mișcarea mediu coroziv.
De o importanță deosebită pentru acest factor are conducte atunci când se deplasează nave, etc. Mai mult decât atât, în apă proaspătă, în prezența dependenței de oxigen va avea un complicat (Fig.9, curba 1). Pe pot menționa câteva părți ale curbei. Plot A corespunde spori coroziunea prin creșterea ofertei de oxigen la suprafața metalică. Plot b - reducerea ratei de coroziune datorită formării unui film pasiv datorită concentrațiilor ridicate de oxigen furnizate pe suprafața metalică a unui flux continuu în mișcare. Plot - apă la viteze foarte mari există un eșec al filmului și creșterea coroziunii (rata de coroziune cu mai protectoare
10 m / s).
Figura 9. Dependența vitezei de coroziune a oțelului din circulație
medii corozive: 1 - coroziune în apă dulce;
2 - coroziune în apă de mare
In apa de mare potențialele staționare în creștere în rândul de metal Mg → Zn → Al → Cd → Fe → Pb → Sn → Ni → Cu → Ti → Au. Prin urmare, fiecare metal ulterior în contact cu cel anterior îmbunătățește coroziunea acestuia. Cu cât metalele îndepărtate unul de altul în rând a spus, cu atât mai mare rata de coroziune a contactului.
De exemplu, un potențial staționar de Duraluminiu (sistemul Al-Cu aliaj) în apa de mare este mai negativă decât cea din cupru, nichel, plumb, fier, dar mai pozitiv decât cea de cadmiu, aluminiu și zinc. Prin urmare, coroziune în apa de mare Duraluminiu sporită prin contactul său cu Cu, Ni, Pb, Fe. La contactul cu Cd, Al, Zn Duraluminiu coroziune scade.
Un alt exemplu este apariția elementului de contact periculoase makrokorrozionnogo pupa. Carena din oțel a navei este un anod și în contact cu el elice de bronz - catod:
Luați în considerare efectul asupra vitezei de coroziune a raportului dintre suprafața de contact a suprafețelor metalice în contact. Coroziunea de metal anod densitatea curentului este definită prin formula
în care - suprafața metalică (- catod - anod). Datorită faptului că densitatea curentului și viteza de dizolvare metal la direct proporțional cu coroziune, viteza de dizolvare a anodului de metal este mai mare, raportul mai mare. .
Prin urmare, atunci când contactul coroziune este deosebit de periculoasă o astfel de combinație de metale, în care anodul are o suprafață mică, iar catod - mare ( <<). В этом случае анод малой площади корродирует интенсивно.
Luați în considerare natura distribuției de corodare la elementul de contact la coroziune. Se pare că curentul de contact la coroziune este distribuit uniform pe metalele de împerechere. Cea mai mare densitate de curent poate fi de așteptat în apropierea poziției de contact (Figura 10 a), și invers, cu cât distanța dintre punctele de contact, mai puțin adâncimea de penetrare a daunelor de coroziune pe suprafața metalică a anodului.
Figura 10. Modelul de distribuție a daunelor de coroziune
cu coroziunea de contact
Un factor important în consolidarea coroziunii de contact este mișcarea mediului coroziv. De exemplu, coroziunea de contact densitatea de curent pentru anod a unui aliaj de aluminiu într-o viteză de mișcare de 10 m / s in apa de mare de aproximativ 10-15 de ori mai mare decât cantitatea de Ia in apa de mare calmă.
navele moderne au un număr mare de structuri realizate din metale diferite, care sunt menținute în contact unul cu celălalt, în apa de mare sau de atmosfera de mare:
· Suprastructura navei din aliaj de aluminiu și oțel coca unei nave;
· Foi Placare Carcasa din oțel inoxidabil și oțel carbon;
· Tuburi din cupru și aliaje de aluminiu precum și țevi din oțel și oțel galvanizat;
· Arborele cardanic este constituit din foi de bronz și oțel placare corpul navei, etc.
Pentru a dezvolta măsuri pentru a proteja structurile de coroziune de contact trebuie să fie ghidate de GOST 9.005-72. Metale, aliaje metalice si acoperire anorganic nemetalic. de contact admisibili și inadmisibilă cu metale și nemetale.
Cerința principală este următoarea:
· Selectarea Marci contactarea metalelor trebuie să fie rațional, adică, necesar să se ia în considerare potențialul lor staționare în mediu coroziv specific, zonele de suprafață ale pieselor și a altor factori;
· Între părți din metale diferite care trebuie administrate, acolo unde este posibil, izolante garnituri, mastic, masticuri;
· O piese de îmbinare de contact trebuie aplicat strat izolant armat.