Реферат по курсу: Коррозия и защитные свойства металлов

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ____________________________________

Контрольные работы № 1, 2

по курсу: «Коррозия и защитные свойства металлов»

Выполнила:

ст. гр. З-04-МТ

Попова А.Н.

Шифр: 2004-845

Проверил:

Бурлаков В.И.

Мариуполь

2008

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА _____________________________________

Контрольная работа № 1

по курсу: «Коррозия и защитные свойства металлов»

Выполнила:

ст. гр. З-04-МТ

Попова А.Н.

Шифр: 2004-845

Проверил:

Бурлаков В.И.

Мариуполь

2008

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

1. Химическая коррозия. Жаростойкость. Жаропрочность

2. Классификация коррозионных потерь. Их масштабы

3. Законы роста сплошных пленок. Условия формирования

сплошных пленок

4. Влияние состава и структуры железоуглеродистых сплавов на

скорость процесса на скорость процесса газовой коррозии

5. Неметаллические неорганические покрытия, используемые для

защиты металлических материалов от газовой коррозии

Перечень ссылок

1. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ. ЖАРОСТОЙКОСТЬ.

ЖАРОПРОЧНОСТЬ

Химическая коррозия металлов представляет собой

самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие

химического взаимодействия их с внешней средой, при котором окисление

металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды

происходят в одном акте. Этот тип коррозии наблюдается при действии на

металлы сухих газов (воздуха, продуктов горения топлива и др.) и жидких

неэлектролитов (нефти, бензина и др.) и является гетерогенной химической

реакцией жидкой или газообразной среды с металлами.

Большое число металлических конструкций подвергается

разрушению вследствие газовой коррозии и коррозии в жидком топливе при

наличии в нем коррозионно активных составляющих.

Наиболее распространенным и практически важным видом

химической коррозии металлов является газовая коррозия – коррозия

металлов в газах при высоких температурах. Первопричина газовой коррозии

металлов – их термодинамическая неустойчивость в данной газовой среде

при данной температуре и парциальном давлении агрессивного компонента.

Газовая коррозия металлов имеет место при работе многих

металлических деталей и аппаратов (металлической арматуры

нагревательных печей, двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин,

аппаратов синтеза аммиака и др.) и при проведении многочисленных

технологических процессов обработки металлов при высоких температурах

(при нагреве перед прокаткой, ковкой, штамповкой, при термической

обработке и др.). Из этого следует, что вопросы газовой коррозии металлов и

защиты от нее имеют большое практическое значение. В дальнейшем

вопросы теории химической коррозии металлов рассматриваются и

излагаются Применительно к газовой коррозии.

Поведение металлов при высоких температурах может быть описано

с помощью двух важных характеристик – жаростойкости и жаропрочности.

Жаростойкостью называют способность металла сопротивляться

коррозионному воздействию газов при высоких температурах.

Жаропрочностью называют способность металла сохранять при

высоких температурах достаточно высокие механические свойства:

длительную прочность и сопротивление ползучести.

Очень часто необходимо, чтобы металлы, эксплуатируемые при

высоких температурах, сочетали хорошую жаростойкость с высокой

жаропрочностью, что не всегда имеет место. Так, например, многие

алюминиевые сплавы вполне жаростойки в атмосфере воздуха или топочных

газов при 400-450°С, но совершенно не жаропрочны. Быстрорежущая

вольфрамовая сталь при 600-700°С еще достаточно жаропрочна, но не

жаростойка. Примером удачного сочетания обоих свойств являются сплавы

никеля с хромом.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПОТЕРЬ. ИХ

МАСШТАБЫ

Коррозионные потери классифицируют как прямые и косвенные.

Прямые потери – стоимость замены конструкций, механизмов и их частей,

пришедших в негодность вследствие коррозии. Величина прямых

коррозионных потерь оценивается примерно в 5.5 миллиардов долларов в год

(по данным Национального Бюро Стандартов США).

Косвенные потери делятся:

1. Простои оборудования

2. Потеря полезного продукта (течь продуктопроводов).

3. Потеря производительности оборудования (ежегодно в США по

причине коррозии – засорения труб ржавчиной, происходит повышение

мощности нагнетательных машин. Это затраты – 40 млн. долларов в год.

4. Загрязнение полезного продукта.

5. Завышенные припуски при проектировании деталей (увеличение

толщины изделия с припуском на коррозию).

Косвенные потери оцениваются как превышающие прямые в два-три

раза. По международным, оценкам затраты на восполнение потерь от

коррозии сравнимы с затратами на медицинское обслуживание в развитых

странах (от трех до десяти процентов годового национального продукта).

Примерно 40% ежегодно производимых металлов и металлических

материалов расходуется на восполнение коррозионных потерь, поэтому без

принятия решительных мер по снижению коррозионных потерь, увеличение

производственных фондов становится бессмысленным.

3. ЗАКОНЫ РОСТА СПЛОШНЫХ ПЛЕНОК. УСЛОВИЯ

ФОРМИРОВАНИЯ СПЛОШНЫХ ПЛЕНОК

Заметными защитными свойствами могут обладать только сплошные,

т. е. покрывающие сплошным слоем всю поверхность металла, пленки.

Возможность образования такой окисной пленки определяется условием

сплошности, сформулированным Пиллингом и Бедвортсом.

Условие сплошности состоит в том, что молекулярный объем окисла,

возникающего из металла и кислорода, должен быть больше объема металла,

израсходованного на образование молекулы окисла. В противном случае

пленки окисла не хватает, чтобы покрыть сплошным слоем весь металл, в

результате чего она получается рыхлой, пористой. Условие сплошности

пленок может быть выражено, по данным Пиллинга и Бедвортса,

следующими отношениями:

если

Ме

ок

< 1, то пленка не может быть сплошной;

если

Ме

ок

>1, то пленка может быть сплошной,

где V

ок

– молекулярный объем окисла;

Ме

– объем металла, израсходованного на образование молекулы

окисла.

Отношение объемов окисла и металла может быть рассчитано по

формуле:

где М – молекулярная масса (вес) окисла;

А – атомная масса (вес) металла;

ок

– плотность окисла;

Ме

– плотность металла;

m – число атомов металла в молекуле окисла.

В таблице 3.1 приведены значения отношения объемов окисла и

металла, рассчитанные для ряда металлов. К металлам, не удовлетворяющим

условию сплошности, относятся все щелочные и щелочноземельные металлы

(за исключением бериллия), в том числе имеющий большое техническое

значение металл магний.

Защитные свойства пленки бывают обусловлены рядом факторов, из

которых сплошность является необходимым, но недостаточным условием. В

реальных условиях роста пленки в ней могут возникнуть такие внутренние

Таблица 3.1 – Отношение объемов окисла и металла для некоторых

(3.1.)

металлов

Металл Окисел V

ок

/ V

Ме

Металл Окисел V

ок

/ V

Ме

Металл Окисел V

ок

/ V

Ме

Li Li

О 0,57 Cd CdO 1,27 Mo MoО

2,18

Na Na

О 0,59 U UO

1,96 Mo MоO

3,45

К K

О 0,48 U U

3,12 W WO

1,86

Mg MgO 0,79 Al A1

1,31 W WO

3,36

Ca CaO 0,63 Ti TiО

1,76 Fe FeO 1,77

Sr SrO 0,66 Zr ZrО

1,60 Fe Fe

2,09

Ba BaO 0,73 Sn SnО

1,33 Fe Fe

2,14

Cu Cu

О 1,67 Pb PbO 1,15 Co Co О 1,75

Cu CuO 1,74 Nb NbO 1,57 Co Co

2,00

Ag Ag

О 1,58 Nb Nb

2,81 Co Co

2,42

Be BeO 1,67 Та Ta

2,32 Ni NiO 1,52

Zn ZnO 1,58 Cr Cr

2,02 Pt PtO 1,56

напряжения, которые начнут разрушать ее и тем самым значительно

уменьшат ее защитные свойства. В частности, у пленок с V

ок

/ V

Ме

, как указал

И. Н. Францевич, не может быть высоких защитных свойств, например у

МоО

или WО

(таблица 3.1). В качестве такой верхней границы отношения

объемов, по-видимому, можно указать примерную величину < 2,5.

Таким образом, ориентировочно можно считать, что достаточно

хорошими защитными свойствами обладают пленки на металлах при

соблюдении условия

Хотя условие сплошности выведено для окисных пленок, оно

применимо и к другим пленкам продуктов коррозии на металлах.

Сплошные пленки, не имеющие механических дефектов и прочно

связанные с металлом, являются защитными, т.е. затрудняют проникновение

реагентов (металла и окислителя) друг к другу при их перемещении в слое

окисла. Рост таких пленок сопровождается самоторможением процесса, т. е.

уменьшением скорости коррозии по мере утолщения пленки. Процесс роста

сплошной окисной пленки состоит из следующих отдельных стадий,

протекающих последовательно и параллельно (рисунок 3.1.): а) перехода

металла в форме ионов и электронов из металлической фазы в окисел:

(3.2.)

Рисунок 3.1. Схема процесса образования сплошной окисленной

пленки на металле

б) перемещения ионов Ме

и электронов в слое окисла Ме

mn/2

;

в) переноса кислорода к поверхности раздела окисная пленка – газ

(например, воздух);

г) адсорбции кислорода на поверхности окисной пленки:

д) ионизации адсорбированного кислорода:

О(адс) + 2е = О

е) перемещения ионов в слое окисла Ме

mn/2

;

ж) реакции образования окисла:

mМе

= Ме

mn/2

Нетрудно заметить, что в этом сложном процессе окисления металла

стадии «б» и «е» протекают параллельно. Таким образом, если одна из этих

стадий протекает значительно быстрее другой, то второй стадией можно

пренебречь. Все остальные стадии процесса окисления металла протекают

последовательно и взаимозависимы. Установившаяся суммарная скорость

этого сложного процесса, который состоит из нескольких простых

последовательных стадий, обычно определяется скоростью самой

заторможенной стадии или иногда скоростями двух наиболее

заторможенных стадий.

(3.3.)

(3.4.)

(3.5.)

(3.6.)

4. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ

ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ НА СКОРОСТЬ

ПРОЦЕССА НА СКОРОСТЬ ПРОЦЕССА ГАЗОВОЙ КОРРОЗИИ

При высоких температурах (800° С и выше) с увеличением

содержания углерода в стали скорость ее окисления уменьшается (рисунок

4.1, а) вследствие более интенсивного образования окиси углерода, что

приводит к торможению окисления железа, а также вследствие уменьшения

растворимости и скорости диффузии железа в окалине, насыщенной окисью

углерода, и усиления образования в окалине газовых пузырей.

Сера, фосфор, никель (рисунок 4.2) и марганец не влияют на

окисление железа.

Титан, медь (рисунок 4.2), кобальт и бериллий заметно замедляют

окисление железа, что связано с повышением защитных свойств

образующейся окалины.

Хром, алюминий и кремний (рисунок 4.2) сильно замедляют

окисление железа вследствие образования высокозащитных окисных пленок;

их широко применяют для легирования стали в целях повышения ее

жаростойкости.

Хром, введенный в сталь в количествах до 30%, значительно

повышает жаростойкость, но высокохромистые стали являются ферритными

и трудно поддаются термообработке в отличие от мартенситных или

полуферритных низкохромистых сталей.

Алюминий и кремний, которые вводят в сталь в количестве

соответственно до 10 и 5%, еще сильнее повышают ее жаростойкость.

Однако стали с высоким содержанием алюминия или кремния неудобны в

технологическом отношении – они хрупки и очень тверды, что затрудняет их

обработку. Поэтому эти сплавы не имеют широкого распространения.

Основой жаростойкого легирования стали является хром, а для

дополнительного повышения жаростойкости вводят кремний или алюминий,

или оба элемента в количествах до 4 – 5%.

Ванадий, вольфрам и молибден могут вызвать сильное ускорение

окисления стали при высоких температурах, которое иногда носит

катастрофический характер, что обусловлено легкоплавкостью и летучестью

образующихся окислов или их эвтектик.

Характер изменения температурной зависимости скорости окисления

железа в области аллотропического превращения указывает на то, что при

высоких температурах более жаростойкой является аустенитная структура,

при которой наблюдается более медленный рост скорости окисления с

увеличением температуры. Опытные данные по окислению на воздухе

однофазных и двухфазных аустенито-ферритных хромоникелевых сталей

указывают на то, что хромоникелевые стали с однофазной аустенитной

структурой более устойчивы против окисления, чем с двухфазной аустенито-

Рисунок 4.1. Влияние содержания углерода на скорость окисления (а),

видимое (б) и истинное (s) обезуглероживание

углеродистых сталей на воздухе (τ=1 ч) при различных

температурах

Рисунок 4.2. Влияние содержания различных элементов на

относительную скорость окисления железа на

воздухе в интервале температур 900-1000° С (F –

отношение скорости окисления сплава к скорости

окисления железа)

ферритной структурой, и что с увеличением содержания феррита

жаростойкость двухфазных сталей в воздухе ухудшается.

Меньшая жаростойкость двухфазных сталей связана с большей

неоднородностью образующейся защитной окисной пленки по составу и

распределению в ней внутренних напряжений, возникающих в процессе ее

роста, что приводит к большой неоднородности защитных свойств и

частичному саморазрушению этой пленки.