Коррозия металлов


1 Коррозия неметаллических материалов
2 Электрохимическая коррозия
3 Борьба с коррозией
4 Система холодного цинкования
5 География транспорта и связи
По мере ужесточения условий эксплуатации (повышение температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) и неметаллические материалы подвержены действию среды. В связи с чем термин «коррозия» стал применяться и по отношению к этим материалам, например «коррозия бетонов и железобетонов», «коррозия пластмасс и резин». При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Но следует учитывать, что механизмы и кинетика процессов для неметаллов и металлов будут разными.
Коррозия металлов
Образование гальванических пар с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. С другой стороны, образование такой пары приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов, -- коррозии. Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.
Химическая коррозия
Химическая коррозия -- взаимодействие поверхности металла с (коррозионно-активной) средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:
4Fe + 3O2 > 2Fe2O3
При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).
Электрохимическая коррозия
Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т.п. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.), с которым соприкасаются электроды - либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т.п., электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается.

Дисциплина: Химия
Тип работы:  Материал
Бесплатно:  Антиплагиат
Объем: 23 страниц
В избранное:   
Цена этой работы: 500 теңге
Какие гарантий?

через бот бесплатно, обмен

Какую ошибку нашли?

Рақмет!






Тема: Коррозия металлов

Коррозия неметаллических материалов
По мере ужесточения условий эксплуатации (повышение температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) и неметаллические материалы подвержены действию среды. В связи с чем термин коррозия стал применяться и по отношению к этим материалам, например коррозия бетонов и железобетонов, коррозия пластмасс и резин. При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Но следует учитывать, что механизмы и кинетика процессов для неметаллов и металлов будут разными.
Коррозия металлов
Образование гальванических пар с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. С другой стороны, образование такой пары приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов, -- коррозии. Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.
Химическая коррозия
Химическая коррозия -- взаимодействие поверхности металла с (коррозионно-активной) средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:
4Fe + 3O2 2Fe2O3
При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).
Электрохимическая коррозия
Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т.п. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.), с которым соприкасаются электроды - либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т.п., электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается.
Коррозионный элемент
При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, например, дождевой воды с растворенным углекислым газом CO2, образуется гальванический элемент, так называемый коррозионный элемент. Он представляет собой не что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с более низким окислительно-восстановительным потенциалом; второй электрод в паре, как правило, не корродирует. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами. Так, совсем небольшого количества примеси на поверхности металла с большим редокспотенциалом уже достаточно для возникновения коррозионного элемента. Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например, сварочные швы или заклёпки.
Если растворяющийся электрод коррозионно-стоек, процесс коррозии замедляется. На этом основана, например, защита железных изделий от коррозии путём лужения или оцинковки - олово или цинк имеют более отрицательный потенциал, чем железо, поэтому в такой паре железо восстанавливается, а олово или цинк должны корродировать. Однако в связи с образованием на поверхности олова или цинка окисной плёнки процесс коррозии сильно замедляется.
Водородная и кислородная коррозия
Если происходит восстановление ионов H3O+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией. Восстановление ионов происходит по следующей схеме:
2H3O+ + 2e? 2H2O + H2
или
2H2O + 2e? 2OH? + H2
Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией:
O2 + 2H2O + 4e? 4OH?
Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна.
Борьба с коррозией
Коррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и разрешение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся стоимость разрушившейся конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокорродировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.
Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения. [2]. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка[3].
Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:
1. Конструкционный
2. Активный
3. Пассивный
Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы.
В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).
Кислородная коррозия оцинкованного железа
Кислородная коррозия железа, покрытого оловом
Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги. Часто также применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и корродирует первым. Ионы Zn2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова корродировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии -- применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создаётся коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.
Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее корродируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой плёнки называют пассивацией металла. У алюминия её усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная плёнка. Содержание хрома в нержавеющей стали -- более 12 процентов.
Система холодного цинкования
Система холодного цинкования предназначена для усиления антикоррозионных свойств комплексного многослойного покрытия. Система обеспечивает полную катодную (или гальваническую) защиту железных поверхностей от коррозии в различных агрессивных средах
Система холодной оцинковки бывает одно-, двух- или трехупаковочной и включает:
· связующее -- известны составы на хлоркаучуковой, этилсиликатной, полистирольной, эпоксидной, уретановой, алкидной (модифицированной) основе;
· антикоррозионный наполнитель -- цинковый порошок (цинковая пыль), с содержанием более 95 % металлического цинка, имеющего размер частиц менее 10 мкм и минимальную степень окисления.;
· отвердитель (в двух- и трех- упаковочных системах)
Одноупаковочные системы холодного цинкования поставляютмся готовыми к применению и требуют лишь тщательного перемешивания состава перед нанесением. Двух- и трехупаковочные системы могут поставляться в нескольких упаковках и требуют дополнительных операций по приготовлению состава перед нанесением (смешивание связующего, наполнителя, отвердителя).
После приготовления (двух- и трёхупаковочные системы), нанесения состава на защищаемую поверхность металла кистью, валиком, методом пневматического или безвоздушного распыления и высыхания на поверхности металла образуется цинкнаполненное противокоррозионное покрытие -- полимерно-цинковая плёнка, сохраняющая все свойства полимерного покрытия, которое использовалось в качестве связующего, и одновременно обладающая всеми защитными достоинствами обычного цинкового покрытия.
Преимущества системы холодной оцинковки по сравнению со способом горячей гальванизации:
1. Простота и меньшая трудоёмкость технологии нанесения защитного цинкового покрытия. Для нанесения покрытия не требуется специальное оборудование.
2. Возможность антикоррозионной защиты металлоконструкций любых размеров, как в заводских так и в полевых условиях.
3. Возможность исправления непосредственно на месте абразивных повреждений покрытия и дефектов, возникающих при сварке металлоконструкций.
4. Экологически чистый процесс нанесения покрытия: нет необходимости производить работы в горячем цеху.
5. Создание на поверхности железа гибкого слоя цинка (не образующего микротрещин при изгибании металлоизделия).
Система холодного цинкования применяется во всех видах промышленности и в быту, где требуется надёжная и долговечная защита железных поверхностей от коррозии.
Помимо использования в качестве грунтовочного слоя в комплексном многослойном покрытии система холодной оцинковки может применяться как самостоятельное антикоррозийное покрытие металлических поверхностей.
Газотермическое напыление
Для борьбы с коррозией используют также методы газотермического напыления. С помощью газотермического напыления на поверхности металла создается слой из другого металласплава, обладающий более высокой стойкостью к коррозии (изолирующий) или наоборот менее стойкий (протекторный). Такой слой позволяет остановить коррозию защищаемого металла.
Термодиффузионное цинковое покрытие
(ГОСТ 9.316-2006). Для эксплуатации металлоизделий в агрессивных средах, необходима более стойкая антикоррозионная защита поверхности металлоизделий. Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к черным металлам и электрохимически защищает сталь от коррозии. Оно обладает прочным сцеплением (адгезией) с основным металлом за счет взаимной диффузии железа и цинка в поверхностных интерметаллитных фазах, поэтому не происходит отслаивания и скалывания покрытий при ударах, механических нагрузках и деформациях обработанных изделий.
Диффузионное цинкование, осуществляемое из паровой или газовой фазы при высоких температурах (375--850 °C), или с использованием разряжения (вакуума) - при температуре от 250 °C, применяется для покрытия крепёжных изделий,труб, деталей арматуры и др. конструкций. Значительно повышает стойкость стальных, чугунных изделий в средах, содержащих сероводород (в т.ч. против сероводородного коррозионного растрескивания), промышленной атмосфере, морской воде и др. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры, времени, способа цинкования и может составлять 0,01--1,5 мм. Современный процесс диффузионного цинкования позволяет образовывать покрытие на резьбовых поверхностях крепёжных изделий, без затруднения их последующего свинчивания. Микротвёрдость слоя покрытия Hм = 4000 - 5000 МПа. Диффузионное цинковое покрытие также значительно повышает жаростойкость стальных и чугунных изделий, при температуре до 700 °C. Возможно получение легированных диффузионных цинковых покрытий, применяемое для повышения их служебных характеристик.
Цинкование
Цинкование -- это то нанесение цинка или его сплава на металлическое изделие для придания его поверхности определённых физико-химических свойств, в первую очередь высокого сопротивления коррозии. Цинкование -- наиболее распространённый и экономичный процесс металлизации, применяемый для защиты железа и его сплавов от атмосферной коррозии. На эти цели расходуется примерно 40 % мировой добычи цинка. Толщина покрытия должна быть тем больше, чем агрессивнее окружающая среда и чем длительнее предполагаемый срок эксплуатации. Цинкованию подвергаются стальные листы, лента, проволока, крепёжные детали, детали машин и приборов, трубопроводы и др. металлоконструкции.

География транспорта и связи

Транспорт и связь - Важные отрасли мировой экономики. Осуществляя перевозку грузов, пассажиров, передачу информации в пространстве, они обеспечивают рыночный обмен товарами и услугами между странами и регионами, участвующих в формировании их хозяйственной специализации, способствуют углублению процессов кооперации производства. Транспорт и связь формируют единые региональные, национальные, мировые рынки. Эти две отрасли называют кровеносной системой мирового хозяйства. Роль этих отраслей настолько значительна, что по уровню их развития можно определить уровень развития страны.
В эпоху Великих географических открытий (XV-XVI вв.) Большую роль в формировании единого мирового рынка сыграл морской транспорт. Только он мог доставить товары с одного континента на другой. Однако золотой век транспорта наступил только на рубеже XVIII-XIX века, когда началось развитие капиталистических отношений. При капиталистическом способа производства продукция производится исключительно на продажу. Со временем объективно усугубляется производственная специализация между отдельными регионами и странами, в результате чего происходит активизация товарного обмена между ними. Наряду с этим продолжается поиск более дешевых источников сырья и рабочей силы, не обязательно в своей стране. Все это способствует развитию транспорта. Появляются его новые виды: автомобильный и железнодорожный - конце XVIII - начале XIX века, трубопроводный - в конце XIX века, авиационный - начале ХХ в.
Одновременно происходит поэтапная замена старых типов двигателей на новые, эффективные. На смену парусным речным и морским судам после изобретение парового двигателя пришли пароходы (на начальном этапе колесные, затем винтовые), их сменили пароходы с дизельным двигателем. Паровой тележка (1789) изменил автомобиль сначала с газовым, а затем и с бензиновым двигателем внутреннего сгорания и дизельным двигателем. Паровозы на железной дороге постепенно были заменены тепловозами (с дизельным двигателем) и электровозами, а турбинные самолеты - турбореактивными.
Словарь терминов и понятий
Современная мировая транспортная система- это взаимодополняющие сочетания различных видов транспорта: наземного (Железнодорожного, автомобильного) водного (морского, речного, озерного) воздушного (или авиационного); подземного (трубопроводного).
Безусловным лидером по протяженности транспортных путей является автомобильный транспорт (28 000 тыс. км), что обусловлено его доступностью и сравнительно низкой стоимостью. Морской транспорт занимает второе место (10 500 тыс. км) благодаря огромным пространствам Мирового океана и активизации протяжении последних нескольких десятилетий морских межконтинентальных перевозок.
Протяженность трубопроводов (нефтепроводы - 760 тыс. км, газопроводы - 1 200 тыс. км) с каждым годом увеличивается. Протяженность железных дорог достигает 1 250 000 км. Внутренний водный транспорт (реки и каналы) имеет небольшую протяженность - 550 000 км.
Для характеристики работы различных видов транспорта чаще используют четыре показателя: объем перевезенных грузов перевозятся (измеряется в тоннах); грузооборот (тонно-километра); объем пассажиров, воспользовавшихся транспортом (пассажиры); пассажирооборот (Пассажиро-километры). Основными считают грузооборот и пассажирооборот. Более 3 5 суммарного мирового грузооборота обеспечивает морской транспорт, 4 5 пассажирооборота - автомобильный.
Через технологические особенности отдельных видов транспорта, характера грузов и природных особенностей различных регионов в каждом из них ведущим является какой-то один вид транспорта. Например, в большинстве развитых стран и во многих развивающихся странах (прежде всего, Латинской Америки) основной вид транспорта - автомобильный. В России, Китае, Индии традиционно преимущество по железнодорожным транспортом, а странах Юго-Западной Азии благодаря чрезвычайно значительным запасам нефти и газа - Трубопроводным. В Японии, Греции, Индонезии, Филиппинах, Чили даже в внутренних перевозках ведущие позиции занимает морской транспорт.
Одним из основных видов транспорта является железнодорожный. Сейчас наибольшее железнодорожную сеть имеют страны со значительной площадью - США, Россия, Китай, Индия. Около 30 стран мира вообще не имеют железных дорог (Гвинея, Нигерия, Бурунди, Сомали, Чад, Руанда, Лесото, Гвинея-Бисау, Экваториальная Гвинея). Максимальную плотность железных дорог имеют Бельгия, Швейцария (свыше 200 км 1 000 км2), Германия и другие европейские страны. По длине электрифицированных железных дорог в мире лидируют Россия, Германия, Франция, Индия, Китай. Доля электрифицированных линий больше в странах с горным рельефом, поскольку электровоз способен лучше ехать вверх и вниз. В России она составляет 47%, в Украине - 40%, а в США - 1 %, В Австралии и Канаде их вообще нет. Незначительная доля электрифицированных железных дорог в США обусловлена
По показателям грузооборота железнодорожного транспорта мировыми лидерами являются США, Китай, Россия, для которых характерна значительная диспропорция в развития отдельных регионов. В десятку лидеров входят также Индия, Украина, Польша, Франция, Япония, Италия.
По показателям пассажирооборота выделяют Индию, Японию, Китай, где путешествия железной традиционно дешевые и удобные, а потому популярны.
Среди последних тенденций развития мирового железнодорожного транспорта - создание скоростных магистралей для пассажирских и почтовых перевозок. Сравнительно разветвленную сеть таких трасс уже построены в Японии (Синкансэн), Франции (ТЖВ), Германии (Интер Континенталь, Интер Сити), США и Испании. Рекорд скорости поездов на этих трассах - свыше 500 км ч.
Строительство трансазиатская железной дороги, соединяющей Стамбул и Сингапур (14 тыс. км), Трансканадськои (4,9 тыс. км), трансамериканское (3 тыс. км) зализниьи способствовать развитию экономических связей, росту экономки и благосостояния населения стран Азии, Америки.
Для любознательных. Первую в мире железную дорогу с локомотивами на паровой тяге был сооружен в 1825 г. в Великобритании (участок Стоктон - Дарлингтон), а уже в 1930 г. первый коммерческий пассажирский поезд курсировал между Ливерпулем и Манчестером. В середине XIX в. железной дороги появились во Франции, Бельгии, Германии, Австрии, России, Нидерландах, Италии, Испании, Индии, Египте, Австралии, Бразилии, Аргентине. В 1913 г. общая протяженность железных дорог составляла 1 100 тыс. км, т.е. примерно столько же, сколько на сегодняшний день. Самая длинная железнодорожную сеть имели США (409 тыс. км), Российская империя (72), Германия (65), Великобритания (40,8), Франция (39,6), Италия (34,7). В дальнейшем железнодорожный транспорт, не выдержав конкуренции с другими видами транспорта, потерял свое значение, а часть железных дорог разобрано.
Для мировой сети железных дорог характерны несколько типов колеи. В европейских странах, США, Японии и многих развивающихся странах, распространена колея шириной 1 435 мм; в Украине, России, Финляндии, Монголии - 1 520 мм, в большинстве развивающихся стран - 1 667, 1 067, 1 000, 762 мм. Иногда в одной стране функционируют несколько типов колеи. Это существенно уменьшает эффективность эксплуатации железной дороги.
Значительный вклад в пассажирооборот железнодорожного транспорта вносит метрополитен. Первая линия метро появилась в 1863 г. в Лондоне ( Великобритания). Лондонское метро и сегодня разветвленную в мире. Самая метро имеет Нью-Йорк (более 450 км и более 500 станций).
Автомобильный транспорт не одинаково развит в разных странах. На сегодня по общей протяженности автомобильных дорог мировое лидерство принадлежит США, Индии и Бразилии. В последние годы значительное количество автомобильных магистралей построены в Китае. По протяженности дорог с твердым покрытием первое место занимают США, за ними следуют Япония, Франция, Германия и другие развитые страны. Наименьшая обеспеченность автомобильными дорогами характерна для Африки (район Сахары и Сахель), Южной Америки (Амазония, Гвинейский нагорье, часть Бразильского нагорье), Азии ... продолжение
Похожие работы
Цинк
Экологические проблемы современности
Причины и механизм «кислотных дождей»
Эколого-технологическая практика г. Алматы ГКП «Водоканал»
Тенгиз кен орны
Геологические условия залегания пластов месторождения Тенгиз
Расчёт металлического, железнодорожного моста в Костанайской области
Сбор, подготовка, транспортировка и хранение нефти и газа
Охрана атмосферного воздуха в Республике Казахстан
Электролиз. Автоматизация технологического процесса
Дисциплины