Коррозия металлов
Реферат на тему:
Коррозия металлов.
Подготовил: ученик 9 "А" класса
лещик Андрей
Гродно 2006
Введение
Коррозия стали, и цветныха металлов принципиально отличается от коррозионных процессов в неметаллическиха строительныха материалах. Большинство так называемых драгоценныха металлов, особенно сталь, в большей степени подвержены коррозии, чем неметаллические материалы. Средняя скорость коррозии основных металлов в словиях средне европейского климат представлен в табл. 2.1. Из таблицы видно, что наибольшие потери наблюдаются для обычных сталей. Приведённые данные являются усредненными. Загрязнение, воздуха, особенно вблизи химическиха заводов, приводита к значительному скорению процессов коррозии. Ва результате коррозии происходят необратимыеа изменения -а меньшение площадиа сечения и снижение прочности, также часто изменение внешнего вида поверхности металла.
Химическая коррозия
Химическуюа коррозию стали вызываюта сухие газы и жидкости, не имеющие характер электролитов, например органические соединения или растворы неорганических веществ в органических растворителях, Химическая коррозия не сопровождается возникновением электрического тока. Она основана на реакции междуа 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 могута образовывать н поверхности металл плотный защитный слой, затормаживающий её дальнейшее развитие, или же пористыйа слой, не защищающий поверхность от разрушающего воздействия среды. Ва этома случае процесса коррозии продолжается до полного разрушения материала илиа период времени пока будета действовать агрессивная среда. Наиболее часто н практике встречается газовая коррозия
стали, вызванная воздействиема О2, SO2, H2S, CI, НС1,
NO3, CO2, CO и H2.
Электрохимическая коррозия
Электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлова са жидкими электролитами, в основнома растворами кислот, основанийа и солей. Механизм процесса коррозии зависит ота структуры металла, так же от типа электролита. Сталь, как всякий металл, имеет кристаллическое строение, при которома атомы располагаются ва соответствующема порядке, образуя характерную пространственную решетку. Кристаллы желез имеюта строение, значительно отличающиеся от идеальной схемы, така как имеются пустоты, не занятые атомами металла, трещины, включения примесейа к газов.
Металлы обладают хорошей электропроводностью, что обусловлено наличиема свободныха электронов, движение которыха создаета электрический ток. Числу свободныха электронов соответствует эквивалентное число ион-атомов, т.е. атомов, тратившиха одина или более электрон. Ва случаеа возникновения н концах металлического стержня разности потенциалова электроны движутся от полюс са высшима потенциалома к апротивоположному полюсу. Металлы, обладающие электронной проводимостью, являются проводниками первого рода, электролиты, которые имеют ионную проводимость проводниками второго рода.
Каждый металл имеет так называемую атермодинамическую устойчивость, та 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 ва раствор, оставляя на поверхности металл соответствующее число электронов. В результате этого металл, погруженный ва воду, имея избытока свободныха электронов, получаета отрицательный электрический заряд, на границе раздел фаз образуется двойной электрический слой.
Положительные ионы (благодаря притяжению зарядова с противоположныма знаком)а удерживаются вблизи поверхности металла. Возникает поле электрических сил, которое притягиваета к металлуа ионы, находящиеся в растворе. Однако накопление ионова металла приводит к затормаживанию его дальнейшего растворения. Череза некотороеа время при определеннома потенциале наступает подвижное равновесие.
Если металл погружается не в чистую воду, в раствор, могут быть следующие случаи:
1. Энергия гидратации раствор недостаточна для нарушения связи междуа ион-атомами и электронами, При этом н поверхности металл будут накапливаться катионы из раствора, а поверхность приобретает положительный заряд. На границеа металл -а раствор станавливается равновесие, процесса коррозии прекращается.
2. Возможен переход ион-атомова в раствор, так как энергия гидратации больше чема энергия связи в металлах. При этома коррозионный процесса протекает беспрепятственно.
Металл, погруженный ва электролит, является единичныма электродом. Однако абсолютная величина разности потенциалова поверхности металл и соприкасающегося с ним слоя раствора (а, следовательно, и склонность металла, из которого выполнен электрод, к коррозии)а не поддается измерению. Поэтомуа за электрода са словныма нулевыма потенциалом принимается водородныйа электрод, относительно которого определяются потенциалы всех металлов. Это так называемые нормальныеа потенциалы. Водородный электрода состоит иза пластины, покрытойа 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, другим - металл, погруженный в раствор соли этого металла при температуре 25' c и нормальном давлении. Величина потенциала зависита не только ота типа металла, но и от концентрации раствора, температуры и давления. Все металлы в соответствии са их нормальными потенциалами, определенными по отношению к водородномуа электроду, образуюта определенный ряд. Этот ряд позволяет определить разность потенциалов, которая возникаета между двумя металлами, погруженнымиа ва абсолютно чистую, дистиллированную воду.
По положению металл в рядуа потенциалов можно сделать вывод о том, что, например, железо при Контактеа са медью будет подвергаться скореннойа коррозии. В присутствии же цинк коррозии будета подвергаться не железо, цинк. Электролитом в этиха случаях служить даже следы влаги.
Величин потенциалов, возникающиха на электроде, зависит не только от металла, из которого выполнен электрод, но в еще большей степени от процессов, имеющиха место н электроде.
Как можно видеть, в зависимости от типа и содержания, растворённых ва 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.
В воде, не содержащей кислорода, коррозия протекаета следующима образом:а ион-атомы железа переходят в раствор, в результате чего на аноде происходита потеря металла, его поверхность приобретает отрицательный заряд: Fе, Fе2++2е. Электроды от анод движутся к катоду, Ва воде носителями тока являются водородные ионы Н+ и гидроокисныеа ионы ОН -, появляющиеся ва результатеа диссоциации воды. Ионы железа, которые перешли ва раствор, соединяются с гидроокисными анионами, образуя плохо растворимый гидрат закиси железа:
Водородные катионы соединяются са электронами, и на катоде выделяется атомарный водород Н++е=Н. Он образует на поверхности металла защитный слой, меньшающий скорость коррозии сталиа (така называемая водородная деполяризация).
В некоторых случаях атомарный водород соединяется в молекулы газа Н+Н - Н2. Пузырьки водород растут и отрываются от электрода, как только достигнут такой величины, чтобы преодолеть поверхностное натяжение. Ва этома случае эффект защитного слоя исчезает.
Если сталь соприкасается са раствором c рН>7, водород выделяется в атомарном виде, следовательно, создаются словия, способствующие образованию защитного слоя. Иза растворова же са рН<7а водорода выделяется в видеа газа.
Интенсивность процесса коррозии н воде, не содержащей кислорода, зависит, такима образом, ота величины pH.
Коррозия при действии вод, содержащиха кислород.
В случае, когда сталь соприкасается са водой, содержащей кислород, коррозия происходит иначе.
Содержащийся ва воде кислород связываета водород, образующий защитный слой н поверхности желез (кислородная деполяризация). двухвалентное железо подвергается окислению в трехвалентное
Гидроокись желез ва дальнейшема можета переходить ва гидратированные окиси (обычно называемые - пучиной)
Продукты коррозии не образуют плотно прилегающего к поверхности металл защитного слоя. Это обусловлено, по-видимому, более чем двукратным увеличениема объема, которое имеета место при переходе гидроокиси желез ва гидрата закиси железа.
Наличиеа кислород ва водеа ускоряета коррозию стали, причем величение концентрации кислорода до определенного предела приводита к резкомуа величениюа коррозионной активности среды. При дальнейшем повышении содержания кислорода скорость коррозии меньшается в результате пассивации.