Теория коррозии и защиты металлов

Июль 25, 2022

Главная
Физика
Теория коррозии и защиты металлов

Содержание

2. ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ Коррозия - переход компонентов металлического материала в продуты взаимодействия с компонентами среды. Химическое и
3. Показатели коррозии массовый (1) (г/м2с), Линейный (2) (мм/год), объемный (3) (м3/с), токовый ; (4) (А/м2), время
4. Δm - изменение массы металла, d - плотность металла, V - объём выделившегося или поглощенного газа,
5. Классифиция коррозии по характеру поражения металла: сплошная или общая (равномерная, неравномерная, избирательная, например, обесцинкование сплавов) местная
6. по условиям протекания: -газовая, -в жидких металлах, - в неэлектролитах, - в электролитах ( кислотная, щелочная,
7. по условиям контакта с агрессивной средой: при полном, неполном и периодическом погружении, струйная, щелевая.
8. Аспекты коррозии: экономический (прямые и косвенные потери и расходы на противокоррозионную защиту), экологический (изменение среды влияет
9. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ Химическая коррозия – процесс, при котором окисление М и восстановление Ох коррозионной среды
10. Т е р м о д и н а м и к а, к и н
11. P O2 > P°O2 (3) где n –валентность М, P O2 - парциальное давление О2 в
12. Кинетика окисления определяется свойствами образующейся пленки оксида: сплошности, однородности и проницаемости. Чем выше защитные свойства пленки,
13. 1 ∆ 2,5 - возникают внутренние напряжения, разрушающие пленку. Кинетика коррозии определяется м е х а
14. Стадии - Массоперенос окислителя в газовой фазе к поверхности М, - его диссоциативная хемосорбция, - химическая
15. Первая и последняя стадии обычно не лимитируют процесса. Кинетика описывается законами роста пленок во времени τ.
16. где δ - толщина пленки или масса окислившегося М, δ0 относится к исходному значению при τ
17. Толстые пленки (окалины): коррозия протекает с диффузионно-кинетическим или диффузионным контролем. Зона роста пленки, где химическая реакция
18. dδ/dτ = kcC = D (C0 –C)/δ (7) где C0 и C – концентрации реагента в
19. При низких t При контроле процесса переносом электронов путем туннельного эффекта имеет место логарифмический закон: dδ/dτ
20. При замедленной стадии переноса катионов в электрическом поле работает квадратичная парабола (14), (15) для полупроводников n-
21. Для очень тонких пленок из полупроводника n-типа при высоком градиенте потенциала, когда процесс лимитируется выходом ионов
22. сложно-параболический, параболический, что сопровождается ростом защитных свойств пленки. В толстые пленки входят все устойчивые оксиды и
23. Газовая высокотемпературная коррозия При ∆ Для технически важных М ( Fe, Ni, Cu, Mn, Ti) при
24. Неблагородные металлы как компоненты жаростойких сплавов и покрытий (Zn, Al, Cr) дают пленки с высокой защитной
25. При газовой коррозии возможна высокотемпературная пассивация, когда рост скорости по мере увеличения при некотором критическом времени
26. В слабоокислительных средах, где образование окалины затруднено, возможны науглероживание и обезуглероживание сталей с участием цементита: Fe3C
27. В основе обезуглероживания лежит процесс разложения цементита. Сталь теряет способность закаливаться и снижает прочность. При возрастании
28. Особые виды газовой коррозии: образование водородной хрупкости и ванадиевая коррозия. В водородной атмосфере кроме обезуглероживания снижение
30. Скачать презентацию

Слайд 2

ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Коррозия - переход компонентов металлического материала в продуты взаимодействия

с компонентами среды.
Химическое и (или) электрохимическое взаимодействие металла или сплава и среды изменяет его свойства и нарушает его функции.
Техническая скорость коррозии– это наибольший показатель коррозии, вероятностью превышения которого нельзя пренебречь.

Слайд 3

Показатели коррозии
массовый (1) (г/м2с),
Линейный (2) (мм/год),
объемный (3) (м3/с),

токовый ; (4) (А/м2),
время до появления первого очага коррозии,
доля поверхности, занятая продуктами коррозии, количество точек или язв на единице поверхности.

Слайд 4

Δm - изменение массы металла,
d - плотность металла,
V - объём выделившегося

или поглощенного газа,
VM - молярный объем газа.

Слайд 5

Классифиция коррозии
по характеру поражения металла:
сплошная или общая (равномерная, неравномерная, избирательная,

например, обесцинкование сплавов)
местная ( пятнами, язвами, точечная или питтинг, сквозная, нитевидная, поверхностная, межкристаллитная, ножевая и др.);

Слайд 6

по условиям протекания:
-газовая, -в жидких металлах,
-

в неэлектролитах,
- в электролитах ( кислотная, щелочная,
в нейтральных средах),
- атмосферная, - почвенная,
- биокоррозия, - электрокоррозия,
- под напряжением и при другом воздействии внешних факторов;

Слайд 7

по условиям контакта с агрессивной средой:
при полном,
неполном

и периодическом погружении,
струйная,
щелевая.

Слайд 8

Аспекты коррозии:
экономический (прямые и косвенные потери и расходы на противокоррозионную

защиту),
экологический (изменение среды влияет на коррозионную стойкость, а коррозия ведет к ухудшению экологической обстановки),
технологический (создание новых технологий и получение с/ч материалов),
биомедицинский (создание протезов),
культурный (сохранение ист. памятников),
стратегический (дефицит металлов).

Слайд 9

ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Химическая коррозия – процесс, при котором окисление М

и восстановление Ох коррозионной среды ( чаще всего О2) протекает в одном акте при их непосредственном контакте.
Наиболее распространена газовая высокотемпературная коррозия. Коррозионная стойкость при высоких t называется жаростойкостью, а способность сохранять механические свойства - жаропрочностью.

Слайд 10

Т е р м о д и н а м и

к а, к и н е т и к а и м е х а н и з м ы х и м и ч е с к о й к о р р о з и и

Необходимым условием протекания процесса является термодинамическая неустойчивость М в среде, когда при окислении (1) ∆G< 0.
Из уравнения изотермы химической реакции (2) следует условие возможности химической коррозии (3)
mM + O2 = MmOmn/2 (1)
∆G = RTln(PO2)-mn/4 – RTln(P°O2)-mn/4 (2)

Слайд 11

P O2 > P°O2 (3)
где n –валентность М, P

O2 - парциальное давление О2 в газе ,
P°O2 – его равновесное значение , т.е. давление диссоциации оксида.
Для технических металлов в воздушной атмосфере PO2 >> P°O2. Исключение составляют Au, а также Ag и Cu при повышенных t.

Слайд 12

Кинетика окисления определяется свойствами образующейся пленки оксида: сплошности, однородности и

проницаемости. Чем выше защитные свойства пленки, тем меньше ее толщина. Условие сплошности основано на соотношении ∆ молярных объемов металла VM и оксида V MmOmn/2

Слайд 13

1< VMmOmn/2/ VM < 2,5 (4)
∆<1 - пленка несплошная,

∆> 2,5 - возникают внутренние напряжения, разрушающие пленку.
Кинетика коррозии определяется
м е х а н и з м о м , т.е. последовательностью стадий с указанием лимитирующей.

Слайд 14

Стадии
- Массоперенос окислителя в газовой фазе к поверхности М,

- его диссоциативная хемосорбция,
- химическая реакция образования оксида,
- массоперенос катионов Мn+ и О2- в фазе оксида,
- возгонка летучего оксида.

Слайд 15

Первая и последняя стадии обычно не лимитируют процесса. Кинетика описывается

законами роста пленок во времени τ.
При пористой незащитной пленке наиболее замедлена химическая стадия и коррозия описывается линейным законом:
dδ/dτ = kcCox (5)
δ = δ0 + kcCoxτ (6)

Слайд 16

где δ - толщина пленки или масса окислившегося М, δ0

относится к исходному значению при τ = 0
(воздушная пленка), обычно δ0≈0,
kc – константа скорости. Линейный закон характерен для Щ и Щ/З М
(кроме Ве), где ∆<1; при образовании летучих оксидов (W, Mo) и при малых τ для большинства М.

Слайд 17

Толстые пленки (окалины): коррозия протекает с диффузионно-кинетическим или диффузионным контролем.

Зона роста пленки, где химическая реакция находится внутри, а расстояние до нее от границ раздела пленка – М и пленка - газ зависит от соотношения DO2- и DMn+.
Чаще зоны роста ближе к наружной поверхности.
При соизмеримых скоростях окисления и стационарной диффузии:

Слайд 18

dδ/dτ = kcC = D (C0 –C)/δ (7)
где

C0 и C – концентрации реагента в объеме и в зоне роста . Из (7) получаем сложно-параболический закон:
δ2/2D + δ/ kc = const + C0τ (8)
При const=0 записывает уравнением (9) или (10)
δ2 + k1δ = k2τ (9)
δp = kτ , (10)
где 1 < p< 2. Если D >> kc, уравнение (8) переходит в (6), а при D << kc , т.е. при диффузионном контроле с учетом того, что С=0, - в параболический закон (11).
δ2 = 2DC0τ + const (11)

Слайд 19

При низких t < 150-300°C диффузия в пленке затруднена, а

электроны туннелируют через нее. За счет повышенных СMn+ на границе М-оксид и на границе оксид-газ возникает сильное электрическое поле и ускоряется миграция ионов. При этом возможны следующие варианты.
При контроле процесса переносом электронов путем туннельного эффекта имеет место логарифмический закон:
dδ/dτ = k3C exp (-p) (12)
δ = const + k4lgτ (13)

Слайд 20

При замедленной стадии переноса катионов в электрическом поле работает квадратичная

парабола (14), (15) для полупроводников n- типа и кубическая (16), (17) для полупроводников p-типа.
dδ/dτ = А1/δ (14)
δ2 = 2А1τ + const (15)
dδ/dτ = А2/δ2 (16)
δ3 = 3А2τ + const (17)

Слайд 21

Для очень тонких пленок из полупроводника n-типа при высоком градиенте

потенциала, когда процесс лимитируется выходом ионов с поверхности М, соблюдается обратный логарифмический закон:
δ-1 = А3 – k5 lnτ (18)
Закон роста пленок, особенно толстых, может меняться во времени: линейный,

Слайд 22

сложно-параболический, параболический, что сопровождается ростом защитных свойств пленки. В толстые

пленки входят все устойчивые оксиды и в идеальном случае образуются многослойные пленки, где от внутренней границы к внешней убывает содержание М, например,
Fe|FeO|Fe3O4|Fe2O3|O2.

Слайд 23

Газовая высокотемпературная коррозия
При ∆< 1 процесс самоускоряется и наступает возгорание.

Для технически важных М ( Fe, Ni, Cu, Mn, Ti) при снижении t растет показатель степени в параболе и возможен переход к логарифмическому закону. При растрескивании пленки показатель степени падает.

Слайд 24

Неблагородные металлы как компоненты жаростойких сплавов и покрытий (Zn, Al, Cr)

дают пленки с высокой защитной способностью, которые растут по логарифмическому закону.
При образовании летучих оксидов на V, W, Mo, Ru, Os процесс определяется скоростью возгонки. Благородные металлы термодинамически устойчивы.

Слайд 25

При газовой коррозии возможна высокотемпературная пассивация, когда рост скорости по

мере увеличения при некотором критическом времени меняется на резкое падение за счет создания условий для формирования высокозащитной пленки. Критическое время падает с ростом скорости газового потока.

Слайд 26

В слабоокислительных средах, где образование окалины затруднено, возможны науглероживание и

обезуглероживание сталей с участием цементита:
Fe3C + CO2 ⇆ 3 Fe + 2 CO (19)
Fe3C + H2O ⇆ 3Fe + CO + H2 (20)
Fe3C + 2H2 ⇆ 3Fe + CH4 (21)

Слайд 27

В основе обезуглероживания лежит процесс разложения цементита. Сталь теряет способность

закаливаться и снижает прочность. При возрастании в газе содержания CO, H2 и CH4 обезуглероживание снижается и становится возможным науглероживание.

Слайд 28

Особые виды газовой коррозии: образование водородной хрупкости и ванадиевая коррозия.

В водородной атмосфере кроме обезуглероживания снижение жаропрочности обусловлено абсорбцией водорода, образованием твердого раствора водорода в железе и появлением растрескивания по границам зерен из-за образования H2О и CH4.

Теория коррозии и защиты металлов

Содержание

ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ Коррозия - переход компонентов металлического материала в продуты взаимодействия

Показатели коррозии массовый (1) (г/м2с), Линейный (2) (мм/год), объемный (3) (м3/с),

Δm - изменение массы металла,d - плотность металла,V - объём выделившегося

Классифиция коррозии по характеру поражения металла:сплошная или общая (равномерная, неравномерная, избирательная,

по условиям протекания: -газовая, -в жидких металлах, -

по условиям контакта с агрессивной средой: при полном, неполном

Аспекты коррозии: экономический (прямые и косвенные потери и расходы на противокоррозионную

ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ Химическая коррозия – процесс, при котором окисление М