Коррозия металла

 

Введение

Коррозия стали и цветных металлов принципиально отличается от коррозионных процессов в неметаллических строительных материалах.
Большинство так называемых драгоценных металлов, особенно сталь, в большей степени подвержены коррозии, чем неметаллические материалы.
Средняя скорость коррозии основных металлов в условиях средне европейского климата представлена в табл. 2.1 Из таблицы видно, что наибольшие потери наблюдаются для обычных сталей.
Приведённые данные являются усредненными. Загрязнение, воздуха, особенно вблизи химических заводов, приводит к значительному ускорению процессов коррозии. В результате коррозии происходят необратимые изменения - уменьшение площади сечения и снижение прочности, а также часто изменение внешнего вида поверхности металла.

Химическая коррозия

Химическую коррозию стали вызывают сухие газы и жидкости, не имеющие характера электролитов, например органические соединения или растворы неорганических веществ в органических растворителях, Химическая коррозия не сопровождается возникновением электрического тока. Она основана на реакции между металлом и агрессивным реагентом. Этот вид коррозии протекает в основном равномерно по всей поверхности металла. В связи с этим химическая коррозия менее опасна, чем электрохимическая.

Продукты коррозии могут образовывать на поверхности металла плотный защитный слой, затормаживающий её дальнейшее развитие, или же пористый слой, не защищающий поверхность от разрушающего воздействия среды. В этом случае процесс коррозии продолжается до полного разрушения материала или период времени пока будет действовать агрессивная среда. Наиболее часто на практике встречается газовая коррозия стали, вызванная воздействием О2 , SO2 , H2S, CI, НС1,
NO3 ,CO2 ,CO и H2 .

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлов с жидкими электролитами, в основном растворами кислот, оснований и солей. Механизм процесса коррозии зависит от структуры металла, а так же от типа электролита. Сталь, как всякий металл, имеет кристаллическое строение, при котором атомы располагаются в соответствующем порядке, образуя характерную пространственную решетку.
Кристаллы железа имеют строение, значительно отличающиеся от идеальной схемы, так как имеются пустоты, не занятые атомами металла, трещины, включения примесей к газов .

Металлы обладают хорошей электропроводностью, что обусловлено наличием свободных электронов, движение которых создает электрический ток. Числу свободных электронов соответствует эквивалентное число ион-атомов, т.е. атомов, утративших один или более электрон. В случае возникновения на концах металлического стержня разности потенциалов электроны движутся от полюса с высшим потенциалом к противоположному полюсу. Металлы, обладающие электронной проводимостью, являются проводниками первого рода, а электролиты которые имеют ионную проводимость проводниками второго рода.

Каждый металл имеет так называемую термодинамическую устойчивость, т е. способность ион-атомов переходить в раствор электролита. При погружении какого-либо металла в чистую воду определенное число положительных ионов отрывается от металла и переходит в раствор, оставляя на поверхности металла соответствующее число электронов. В результате этого металл, погруженный в воду, имея избыток свободных электронов, получает отрицательный электрический заряд, а на границе раздела фаз образуется двойной электрический слой.

Положительные ионы (благодаря притяжению зарядов с противоположным знаком) удерживаются вблизи поверхности металла.
Возникает поле электрических сил, которое притягивает к металлу ионы, находящиеся в растворе. Однако накопление ионов металла приводит к затормаживанию его дальнейшего растворения. Через некоторое время при определенном потенциале наступает подвижное равновесие.

Если металл погружается не в чистую волу, а в раствор, могут быть следующие случаи:

1. Энергия гидратации раствора недостаточна для нарушения связи между ион-атомами и электронами, При этом на поверхности металла будут накапливаться катионы из раствора, а поверхность приобретает положительный заряд. На границе металл - раствор устанавливается равновесие, а процесс коррозии прекращается.

2. Возможен переход ион-атомов в раствор, так как энергия гидратации больше чем энергия связи в металла. При этом коррозионный процесс протекает беспрепятственно.

Металл, погруженный в электролит, является единичным электродом.
Однако абсолютная величина разности потенциалов поверхности металла и соприкасающегося с ним слоя раствора (а следовательно, и склонность металла, из которого выполнен электрод, к коррозии) не поддается измерению. Поэтому за электрод с условным нулевым потенциалом принимается водородный электрод, относительно которого определяются потенциалы всех металлов. Это так называемые нормальные потенциалы. Водородный электрод состоит из пластины, покрытой платиновой чернью, погруженной в раствор НС1 и омываемой водородом.

Нормальный потенциал может быть положительным или отрицательным. Он определяется при составлении элемента, одним электродом которого является водородный электрод, а другим - металл, погруженный в раствор соли этого металла при температуре 25' С и нормальном давлении. Величина потенциала зависит не только от типа металла, но и от концентрации раствора, температуры и давления. Все металлы в соответствии с их нормальными потенциалами, определенными по отношению к водородному электроду, образуют определенный ряд. Этот ряд позволяет определить разность потенциалов, которая возникает между двумя металлами, погруженными н абсолютно чистую, дистиллированную воду.

По положению металла в ряду потенциалов можно сделать вывод о том, что, например, железо при Контакте с медью будет подвергаться ускоренной коррозии. В присутствии же цинка коррозии будет подвергаться не железо, а цинк. Электролитом в этих случаях служить даже следы влаги.

Величина потенциалов, возникающих на электроде зависит не только от металла, из которого выполнен электрод, по в еще большей степени от процессов, имеющих место на электроде.

Как можно видеть, в зависимости от типа и содержания растворённых в воде солей изменению подвергаются не только нормальные потенциалы, но даже положение металла в ряду потенциалов.

Коррозия при действии вод, не содержащих кислород.

Коррозия стали в воде зависит от количества кислорода, имеющего доступ к поверхности металла.
[pic]

В воде, не содержащей кислорода, коррозия протекает следующим образом : ион-атомы железа переходят в раствор, в результате чего на аноде происходит потеря металла, а его поверхность приобретает отрицательный заряд: Fе, Fе2++2е. Электроды от анода движутся к катоду, В воде носителями тока являются водородные ионы Н+ и гидроокисные ионы ОН- , появляющиеся в результате диссоциации воды. Ионы железа, которые перешли в раствор, соединяются с гидроокисными анионами, образуя плохо растворимый гидрат закиси железа:

Водородные катионы соединяются с электронами, и на катоде выделяется атомарный водород Н++е=Н. 0н образует на поверхности металла защитный слой, уменьшающий скорость коррозии стали (так называемая водородная деполяризация).

В некоторых случаях атомарный водород соединяется в молекулы газа
Н+Н — Н2. Пузырьки водорода растут и отрываются от электрода, как только достигнут такой величины, чтобы преодолеть поверхностное натяжение. В этом случае эффект защитного слоя исчезает.

Если сталь соприкасается с раствором с рН>7, водород выделяется в атомарном виде, а следовательно, создаются условия, способствующие образованию защитного слоя. Из растворов же с рН



   Еще работы:


Вредители и болезни хвойных растений
Вредители и болезни хвойных растений Александрова М.С. Одним из важнейших факторов, отрицательно влияющих на состояние зеленых насаждений, являются вредители. Наносимые ими повреждения нарушают физиологические процессы, задерживают рост и развитие, приводят к снижению или...

Крокодилы
Крокодилы (Crocodilia) - отряд пресмыкающихся, прежде входивший в состав отряда ящериц. Ящерицеобразные пресмыкающиеся с окостенелыми кожными щитками на спине, коническими, сидящими в отдельных лунках, зубами, 4 короткими сильными конечностями, пальцы которых отчасти (именно 3...

Мухоловка-белошейка
БИОЛОГИЯ МУХОЛОВКИ - БЕЛОШЕЙКИ В ЛЕСОСТЕПНЫХ ДУБРАВАХ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ УКРАИНЫ Введение. Разработка научных основ рационального природопользования и охраны природы может быть успешной лишь при детальном изучении всех компонентов биогеоценозов. В жизни природных сообществ...

Титан
Магнитогорский лицей российской академии науккафедра химии и биологиирефераттема:«ТИТАН» Составил: Григоренко М.В.Проверила: Мещерова Е.В.Магнитогорск - 1998оглавлениеОбщая характеристика. История открытия...

Особенности свойств аморфного углеродного материала как носителя электродных катализаторов для топливных элементов
Особенности свойств аморфного углеродного материала как носителя электродных катализаторов для топливных элементов Ч. Н. Варнаков, А. П. Козлов, С. К. Сеит-Аблаева, А. И. Романенко, Н. Т. Васенин, В. Ф. Ануфриенко, 3. Р. Исмагилов, В. Н. Пармой Характеристика аморфного...

Слепая рыба
Слепая рыба. Слепая рыба (Anoptichthys jordani Hubba, Innes) относится к семейству Characoidea. Тело продолговатое, по форме напооминающее тетрагоноптеруса. Окраска розовая с блестящим оттенком. Плавники прозрачные. Глаз у этой рыбки нет. Для ориентировки служит боковая линия,...

Микро-, макро- и мегамиры.
Микро-, макро- и мегамиры. Материя - это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. В основе представлений о строении материального мира...

Биология в 21 веке
В биологии произошло несколько событий, которые позволили абсолютно по- новому подойти к исследованию сущности жизни. Самое главное – ученые научились читать генетическую информацию. Прочли гены уже многих бактерий, некоторых растений и простейших животных, практически прочитали геном ...

Проблема происхождения и эволюции человека
Содержание ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………… …3 1. Гипотезы возникновения жизни……………………………………………… 4 2. Проблема появления человека на Земле…………………………………….….8 3. Доказательство родства человека и животных…………………………….….10 4. Эволюция...

Рост и развитие
Оглавление. 1. Введение 2. Рост 3. Измерение роста 4. Типы роста 5. Первичный и вторичный рост растений 6. Регулирование роста и развития 7. Развитие 8. Личиночные стадии 9....

Горечавка желтая
Горечавка желтая С.А. Курганская Горечавка желтая (Gentiana lutea) – высокое красивое травянистое растение, с древнейших времен известное своими лекарственными свойствами. Относится горечавка к семейству горечавковых (Gentianaceae). Растение с...

Буферные системы организма человека
Буферные системы организма человека Введение Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и...

Белки
21 План: 1. Введение. 2. Исследование белков. 3. Классификация белков. 4. Состав и строение · пептидная связь ·...

Перспективы развития и применения нанотехнологий. углеродные нанотрубки – революция в сфере технологии наночастиц
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ. УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ – РЕВОЛЮЦИЯ В СФЕРЕ ТЕХНОЛОГИИ НАНОЧАСТИЦ Д.В.Маринин Углеродные каркасные структуры - это большие (а иногда и гигантские!) молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода. Можно даже говорить, что...

Семейство кошачьих
СЕМЕЙСТВО КОШАЧЬИХ Кошачьи – представители семейства млекопитающих, отряда хищных. Они чрезвычайно широко распространены во всем мире. Отсутствуют  кошачьи только в Австралии, Антарктиде и на Мадагаскаре. Они включают в себя 4 рода и 37 видов. Кошачьи – средние и крупные по величине...

Эмбриогенез
Эмбриогенез Период эмбрионального развития многоклеточного животного начинается с дробления зиготы и завершается рождением новой особи. Процесс деления заключается в серии последовательных метотических делений зиготы. Образующиеся в р-те нового деления зиготы две клетки и все...

Животные и звук
Животные и звук Светские беседы, деловые разговоры и серенады Г.Н. Тихонова  Всем известно, что многие насекомые могут издавать звуки: одни жужжат, другие скрипят, свистят и даже поют... На Востоке много сотен лет назад держали в специальных клеточках некоторые...

Металлы
1 Общая характеристика металлов. Металлы - это элементы, проявляющие в своих соединениях только положительные степени окисления, и в простых веществах которые имеют металлические связи. Металлическая кристаллическая...

Как помочь зверям, рыбам и лягушкам
Как помочь зверям, рыбам и лягушкам Небольшие животные, которые чаще всего попадаются нам под ноги - ящерицы, жабы, лягушки, ежи, ласки также ждут помощи юных любителей природы. Причем для этого не потребуется больших усилий, частo можно обойтись и без помощи взрослых. Кто из вас, ребята,...

Фотосинтетическая теория возникновения жизни
1 Автор - МИФТАХОВ Зубаер Мударисович,(биолог) ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ (Теория возникновения жизни, основанная на первоначальности...

Анютины глазки
Анютины глазки Бушкова Анна Среди ранних и красивоцветущих культурных растений анютины глазки занимают одно из первых мест в цветоводстве. Разнообразие их окрасок и сочетаний цветов просто невероятное: от чисто-белой до практически черной со всевозможными оттенками ...