Коррозия металлов и защита от коррозии

Цель работы

1. Ознакомиться с явлениями коррозии металлов и их сплавов.

2. Исследовать процесс коррозии материала лесосушильной камеры в растворе

уксусной кислоты и измерить электродный потенциал взятого металла.

3. Написать схему работы коррозионных гальванических элементов.

4. Ознакомиться с методами защиты металлов и их сплавов от коррозии.

5. Исследовать процесс оксидирования стали. Сделать вывод об изменении ЭДС коррозионного элемента и написать его схему.

6. Исследовать влияние ингибитора на скорость коррозии цинка в соляной кислоте.

7. Рассчитать ингибиторный эффект и степень защиты от коррозии

металлической поверхности.

 

Теоретическая часть

 

Для получения металлов из их природных соединений требуется большая затрата энергии (за исключением химически стойких металлов: золота, платины, серебра, ртути). Энергия, затраченная на получение металлов, накапливается в них как свободная энергия Гиббса и делает их химически активными веществами, переходящими в результате взаимодействия с окружающей средой в состояние положительно заряженных ионов.

Например, в металлургическом процессе происходит восстановление ионов до атомарного состояния

 

.

 

В процессе использования металлов, при котором необходимым условием является контакт металла с окружающей средой, происходит окисление металлов, т.е. происходят коррозионные процессы, связанные с разрушением

 

.

 

Коррозионные процессы протекают необратимо, самопроизвольно (DG<0), сопровождаются выделением энергии (DH<0), энтропия при этих процессах растет (DS>0).

Коррозия наносит большой ущерб всем отраслям промышленности, которые связаны с использованием металлов, сплавов или изделий из них. Наибольшие потери от коррозии металлических изделий имеет топливно-энергетический комплекс – 29 %, сельское и лесное хозяйство – 20 %, химическая и нефтехимическая промышленность – 15 %, металлообработка – 52 %, прочие отрасли – 30 %.

Имеются два механизма коррозии: химическая и электрохимическая. Химическая коррозия протекает в отсутствие электролитов при температурах, исключающих возможность образования насыщенного пара воды. К ней относятся высокотемпературная (или газовая) коррозия и коррозия в неэлектролитах. Примером газовой коррозии является окисление металлических поверхностей кислородом воздуха при высоких температурах. Например, химической коррозии подвержены детали и узлы машин, работающие при высоких температурах – двигатели поршневого и турбинного типов, ракетные двигатели. Коррозия в органических жидкостях также относится к химической коррозии. Химическая коррозия - это взаимодействие окислителя с металлической поверхностью, не приводящее к образованию гальванических пар, генерирующих электрический ток.

Электрохимическая коррозия протекает в электролите и характеризуется действием макро- и микрогальванических пар, в результате которого между анодными и катодными участками протекает электрический ток. Примером электрохимической коррозии является коррозия в растворах кислот, щелочей, солей, атмосферная коррозия, коррозия в речной и морской воде. Примером электрохимической коррозии также является разрушение кузова автомобиля, металлических поверхностей машин и механизмов, работающих в атмосферных условиях, а также коррозия внутренних поверхностей сушильных камер при сушке древесины.

Скорость коррозии (w) может измеряться толщиной слоя растворенного металла (Dh) за единицу времени (t) по формуле

. (1)

 

w выражают в мм/час, мм/год. Это глубинный показатель коррозии.

Кроме этого, скорость коррозии (V_к) может быть выражена как изменение массы металла D m за определенное время (t) на определенной площади поверхности (S) по формуле

. (2)

 

V_к выражают в г/м²×ч. Это весовой показатель коррозии.

Влажность атмосферы и рН имеют большое значение для коррозионных процессов. Например, при увеличении влажности понижается рН среды в сушильных камерах, как показано в табл. 1. Водородный показатель является одним из факторов, влияющих на коррозию металлов. При понижении рН скорость соответственно увеличивается.

 

Таблица 1

 

Величина pH в сушильных камерах в зависимости от породы деревьев,

начальной влажности древесины (W_нач, %) и режима сушки

 

Wнач ., %	Режим	Порода
Сосна, ель	Береза
	Мягкий Нормальный Высокотемпературный	4,1 3,9 3,4	3,7 3,3 3,5
	Мягкий Нормальный Высокотемпературный	3,9 4,2 3,8	4,1 3,8 3,4

 

 

В табл. 2 приведена десятибалльная шкала коррозионной стойкости по ГОСТ 5272-68.

Устойчивость различных типов сталей и сплавов представлена в табл. 3.

 

 

Таблица 2