Классификация коррозионных процессов

КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ

ОТ КОРРОЗИИ

 

 

Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей дневных, вечерних и заочных факультетов

 

 

Нижний Новгород 2010

Составители: В.И.Наумов, Ж.В.Мацулевич, Ю.В.Батталова

 

УДК 54 (07)

 

Коррозия и защита металлов от коррозии: Метод. указания к лабораторным и практическим занятиям по курсу общей химии/ НГТУ им. Р.Е. Алексеева

 

Сост.: В.И.Наумов, Ж.В.Мацулевич, Ю.В.Батталова.

 

Н.Новгород, 2010. с.

Предложены теоретическая часть, вопросы и задачи для домашних и практических занятий, а также описание лабораторных работ по теме "Коррозия металлов".

 

 

Научный редактор: Паничева Г.А.

 

Редактор

 

Подп. к печ. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная.

Печ..л.. Уч.-изд..л..Тираж 1500 экз. Заказ

.

Нижегородский государственный технический университет

Типография НГТУ. 603600, Н.Новгород, ул. Минина, 24.

 

© Нижегородский государственный технический университет, 2010

 

Теоретическая часть

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов под действием окружающей среды. Первопричиной коррозии является термодинамическая нестойкость подавляющего числа металлов в различных средах при данных условиях (∆G<0).

Ущерб от коррозии связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей и выходом из строя металлических конструкций и оборудования, так как вследствие коррозии они теряют прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и т.д. С коррозией связаны потери воды, газа, нефти и других технологических жидкостей и газов в результате протечки труб и резервуаров.

Например, в США в 2005 г. ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составили 276 млрд. долларов. В Германии ущерб составил 2,8 % от ВВП. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют до 20 % годового производства стали, т.е. каждая 5-я домна работает на восполнение потерь от коррозии.

Различают два вида потерь: прямые и косвенные. Прямые - безвозвратные потери металла, стоимость замены оборудования и металлоконструкций, расходы на противокоррозионную защиту. Косвенные - простой оборудования, снижение мощности, снижение качества продукции и расход металла на утолщения стенок труб.

Отличительной чертой коррозионных процессов является их многостадийность. Обычно коррозионный процесс состоит, по меньшей мере, из трех основных стадий: 1) переноса реагирующих веществ (окислителей) к поверхности раздела фаз металл - окружающая среда; 2) реакции, протекающей на поверхности раздела фаз (окисление металла); 3) отвода продуктов коррозии из реакционной зоны. Каждая из этих стадий в разных условиях может быть лимитирующей и определять скорость процесса коррозии в целом.

 

 

Классификация коррозионных процессов

 

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металлов:

1) химическая коррозия – это взаимодействие металлов с окружающей средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических (электродных процессов). Чаще всего химическая коррозия протекает при взаимодействии металлов с сухими газами при высоких температурах (газовая коррозия) и в растворах неэлектролитов, где коррозия металла представляет собой обычные гетерогенные химические реакции: Где R, R ₁ и R ₂ – фрагменты органических молекул.

2) электрохимичекая коррозия - возникает во влажных средах и связана с возникновением коррозионного гальванического элемента. При электрохимической коррозии анодным процессом является окисление металла, а катодным – в большинстве случаев – восстановление ионов водорода или растворенного в воде кислорода.

По условиям протекания коррозии различают:

1) газовую коррозию - коррозия металлов в газах при высоких температурах (например, в атмосфере дымовых или выхлопных газов);

2) атмосферную коррозию - коррозия металлов в атмосфере воздуха;

3) жидкостную коррозию - коррозия металлов в жидкой среде: в неэлектролите (органический растворитель, бром, расплавленная сера, бензин, мазут) и в электролите (кислая или щелочная среда, морская и речная вода, растворы солей);

4) биохимическую коррозию - это разрушение металлов под действием микроорганизмов, использующих металлы в качестве питательной среды, или выделяемых бактериями газов (Н₂S, СО₂, NO₂), кислот, H₂O₂; бактерий особенно много в сточных и застойных водах, болотах, различных биомассах).

По характеру коррозионных разрушений различают следующие виды коррозии (рис.1):

1) сплошную или общую коррозию, охватывающую всю поверхность металла. Сплошная коррозия бывает:

а) равномерной, протекающей с одинаковой скоростью по всей поверхности металла;

б) неравномерной;

в) избирательной (селективной), при которой разрушается один компонент сплава (обесцинкование латуней – сплав Cu-Zn) или одна структурная составляющая металла (например, коррозии подвергаются отдельные кристаллиты, выходящие на поверхность металла или сплава определенными гранями, а другие кристаллиты, выходящие на поверхность другими гранями, растворяются с низкой скоростью.

2) местную коррозию, охватывающую отдельные участки поверхности металла. Местная коррозия бывает:

а) избирательная (селективной), при которой разрушается один компонент сплава (обесцинкование латуней - сплав Cu-Zn - в морской воде, так как локально вытравливается цинк) или одна структурная составляющая металла (например, коррозии подвергаются отдельные кристаллиты, выходящие на поверхность металла или сплава определенными гранями, а другие кристаллиты, не подвергаются коррозии);

б) язвенная (локальное) разрушение, характеризующееся большой глубиной проникновения в металл (коррозия стали в грунте);

в) точечная или питтинговая коррозия (в силу разных причин приводит к точечному, неглубокому разрушению);

г) межкристаллитная, распространяющаяся по границам зерен отдельных кристаллов. Это опасный вид коррозии, так как не заметен внешне и ведет к быстрой потере металлом прочности и пластичности;

д) ножевая (транскристаллитная) – локальная коррозия металла, имеющая вид надреза ножом в зоне сварных и сильно нагруженных соединений в агрессивных средах.

 

5

Рис. 1. Основные виды коррозионных разрушений: а) равномерная коррозия; б) неравномерная; в) пятнами; г) язвами; д) питтинг; е) селективная коррозия; ж) межкристаллитная; з) транскристаллитная