Защита От Коррозии Реферат
Защита От Коррозии Реферат
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
. Химическая коррозия. Жаростойкость. Жаропрочность
. Жаростойкость. Теории легирования для повышения жаростойкости
.1 Теория уменьшения дефектности образующегося оксида
.2 Теория образования защитного оксида легирующего элемента
.3 Теория образования высокозащитных двойных оксидов
. Легирование сталей на жаростойкость
Проблема коррозии является одной из важнейших в промышленности, транспорте и сельском хозяйстве, так как суммарные потери составляют в странах с развитой экономиках 2-4 % совокупного национального продукта и сопоставимы с затратами в крупных отраслях хозяйства. В настоящее время созданы национальные центры и институты по коррозии, действует сеть лабораторий, испытательных станций, противокоррозионных служб и сервисных центров. Успехи науки о химическом сопротивлении металлических материалов обеспечиваются совместными усилиями ученых коррозионистов, материаловедов, металлургов, химиков. Защита металлов от коррозии стала важнейшим элементом современной технологии, а учение о химсопрамате материалов - существенной составляющей материаловедения и физической химии. Наука о коррозии и противокоррозионной защите занимает важное место среди разделов физикохимии, использующих электрохимический подход. В процессе коррозии поверхность металла является катализатором окислительно-востановительных превращений компонентов жидкой и газовой фаз, как это имеет место гетерогенном катализе, но сама служит участником реакций. Поэтому большую роль играют степень гетерогенности металлической поверхности, её фазовый состав, поликристалличность и взаимное влияние структурных составляющих материала. Ситуация осложняется изменением во времени электродного потенциала и поверхностных слоёв коррозирующего металла и среды. Поэтому научной основой коррозиологии является электрохимия растворяющихся металлических поверхностей. Исходя из этого, коррозия трактуется как переход компонентов металлического материала из его собственной системы связей в состояние связи с компонентами среды. Химическое или электрохимическое взаимодействие металла и среды изменяет его свойства и нарушает его функции. Коррозия характеризуется скоростью воображаемого непрерывного движения точки фронта коррозии, то есть границы раздела между металлом и средой, в том числе продуктами коррозии. Техническая скорость коррозии как характеристика коррозионной стойкости - это наибольший показатель коррозии, вероятностью превышения которого нельзя пренебречь. Существуют следующие показатели коррозии: массовый (г/м2 с), линейный 9мм/год), объёмный (м/с), токовый (А/м2), а также время до появления первого очага коррозии, доля поверхности, занятая продуктами коррозии, количество точек или язв на единице поверхности и др.
Коррозия классифицируется по характеру поражения металла: сплошная или общая (равномерная, неравномерная, избирательная, например, обесцинкование сплавов) и местная (пятнами, язвами, точечная или питтинг, сквозная, нитевидная, поверхностная, мелкокристаллитная, ножевая и д. р); по условиям протекания: газовая, в жидких металлах, в неэлектролитах (кислотная, щелочная, в нейтральных средах), атмосферная, почвенная, биокоррозия, электрокоррозия, под напряжением и при другом воздействии внешних факторов; по условиям контакта с агрессивной средой: при полном, неполном и периодическом погружении, струйная, щелевая.
Следует рассматривать следующие аспекты коррозии: экономический (прямые и косвенные потери от коррозии и расходы на противокоррозионную защиту), экологический(изменение среды влияет на коррозионную стойкость, а коррозия может приводить к ухудшению экологической обстановки), технологический (создание новых технологий и получение сверхчистых материалов), биомедицинский (создание протезов), культурный (сохранение исторических памятников), стратегический(дефицит металлов).
1. Химическая коррозия. Жаростойкость. Жаропрочность
Химическая коррозия - это взаимодействие металла с коррозионной средой, при которой окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает в одном акте. Ее первопричиной является термодинамическая неустойчивость металлов в разных агрессивных средах.
Наиболее распространенным и практически важным видом химической коррозии металлов является газовая коррозия. Она протекает при многочисленных высокотемпературных технологических процессах получения и обработки металлов (выплавке и разливке металла, нагреве перед прокаткой, ковке, штамповке, термообработке и т.д.), работе оборудования в условиях влияния высоких температур (арматура нагревательных печей, детали двигателей внутреннего сгорания и т.д.).
Поведение металлов и сплавов в этих условиях оценивается двумя характеристиками: жаростойкостью и жаропрочностью.
Жаростойкость - это способность металла оказывать сопротивление коррозионному влиянию газов при высоких температурах.
Жаропрочность - способность металла сохранять при высоких температурах необходимые механические свойства: длительную прочность и сопротивление ползучести.
При коррозии в кислородсодержащих газах поверхность металла покрывается пленкой оксидов других соединений, от защитных свойств которой в значительной мере зависит жаростойкость металлов и сплавов.
Заметными защитными свойствами могут обладать лишь сплошные пленки. Возможность их образования определяется условием:
(1)
где Vок - молекулярный объем оксида или другого соединения; VМе - атомный объем металла, из которого образуется оксид или другое соединение.
Жаростойкость металлов и сплавов можно в значительной мере повысить легированием - введением в их состав компонентов, которые улучшают защитные свойства образующихся пленок. В результате этого на поверхности сплава образуется слой оксидов легирующего компонента или высокозащитных двойных оксидов легирующего компонента с основным металлом типа шпинели (FeCr2O4, NiFe2O4 и др.).
В установившемся режиме скорость химической коррозии определяется кинетическими возможностями протекания отдельных стадий процесса: кристаллохимическим превращением (кинетический контроль процесса); диффузией реагентов в образовавшейся пленке продуктов коррозии (диффузионный контроль процесса); обеими этими стадиями одновременно при соизмеримом сопротивлении их протеканию (диффузионно-кинетический контроль процесса).
При кинетическом контроле процесса (образование несплошных пористых пленок) жаростойкость определяется природой металла, а при диффузном контроле (образование сплошных оксидных пленок) - защитными свойствами пленки, которая образуется на металле.
Примером удачного сочетания обоих свойств являются сплавы никеля с хромом.
2. Жаростойкость. Теории легирования для повышения жаростойкости
Жаростойкость - способность металлов и сплавов сопротивляться окислению и газовой коррозии при высоких температурах. Жаростойкость зависит от многих внешних и внутренних факторов. В основном за жаростойкость отвечают поверхность металла и чистота ее обработки. Полированные поверхности окисляются медленнее, так как оксиды распределены равномерно и более прочно сцеплены с поверхностью металла. Формирующаяся на поверхности оксидная пленка достаточно хорошо защищает металл от дальнейшего окисления в том случае, если она плотная и не пропускает ионы кислорода, хорошо сцеплена с подложкой и не отслаивается при механических испытаниях. К металлам, которые образуют такие пленки, относятся хром и алюминий. Оксидные пленки типа шпинели Сг203 и А1203 хорошо защищают от окисления при высоких температурах. Если на поверхности образуется рыхлый оксид, как у магния, то он не стоек и не защищает металл от дальнейшего окисления.
Повышение жаростойкости сплавов достигается легированием элементами (хром, алюминий, кремний), образующими на поверхности непроницаемые для ионов основного металла и кислорода Оксидные пленки. Также для этих целей используются защитные покрытия, состав которых выбирается с учетом условий работы изделия и состава агрессивной среды. Структура жаростойкого материала должна быть однородной и однофазной (чистые металлы, твердые растворы).
Термическая обработка меняет строение сплавов и, следовательно, их коррозионную стойкость. Отжиг и нормализация приводят к формированию однофазной структуры и способствуют увеличению жаростойкости материала.
Пластическая деформация ухудшает жаростойкость, так как приводит к появлению градиента напряжений в структуре металла. Величина зерна для жаростойкого материала не существенна, поэтому эта характеристика является структурно нечувствительной.
Характеристики сплавов, стойких к коррозии при повышенных температурах, могут быть даны лишь к конкретным агрессивным средам и выбор материала решается с учетом условий работы данного изделия.
Во многих химических процессах металлические конструкции и изделия эксплуатируются в жестких условиях, при повышенных температурах, больших давлениях, высокой агрессивности среды.
Чистые металлы, как правило, являются коррозионностойкими и требуют дополнительных мер защиты.
Современная техника противокоррозионной защиты располагает рядом эффективных способов для увеличения стойкости металлов и сроков их эксплуатации. Применительно к условиям газовой коррозии одним из наиболее часто используемых способов является жаростойкое легирование с целью получения сплавов, обладающих повышенной коррозионной устойчивостью.
Применительно к условиям газовой коррозии одним из эффективных способов защиты металлов является легирование с целью получения сплавов жаростойких сплавов. В зависимости от предполагаемого действия легирующей добавки можно указать на три наиболее обоснованные теории такого легирования, которые не противоречат, а скорее дополняют друг друга.
.1 Теория уменьшения дефектности образующегося оксида
Согласно теории, разработанной Вагнером и Хауфе, небольшая добавка легирующего элемента окисляется с образованием ионов определенной валентности и, растворяясь в оксиде основного металла, уменьшает в его кристаллической решетке концентрацию дефектов (межузельных катионов в оксидах с избытком металла или катионных вакансий в оксидах с недостатком металла). Это приводит к упорядочению структуры и снижению скорости диффузии ионов в защитной пленке, уменьшая тем самым скорость окисления.
В соответствии с этой теорией к легирующему элементу Лэ предъявляются следующие требования:
) иметь большее сродство к кислороду, чем у основного металла, т.е. (Gт)ЛэО < (Gт)МеО;
)оксид легирующего элемента ЛэО должен растворяться в оксиде основного металла;
)при легировании металлов, образующих оксиды с избытком металла, валентность ионов легирующего элемента zЛэ должна удовлетворять неравенству zЛэ >z, гдеz - валентность ионов основного металла;
)при легировании металлов, образующих оксиды с недостатком металла, необходимо соблюдение неравенства zЛэ 4 %) и Al (> 1,5 %) приводит к снижению ее технологических свойств - уменьшению пластичности и большей склонности к хрупкому разрушению.
Наибольшее повышение жаростойкости дает одновременное легирование стали несколькими элементами: Cr и Si, Cr и Al или Cr, Si и Al. При этом легирование хромом повышает жаростойкость в наибольшей степени, а Si и Al только усиливают действие Cr, но самостоятельного значения практически не имеют.
При высоких температурах (выше 800 °С) в воздушной атмосфере окисление и обезуглероживание стали замедляется с повышением содержания в ней углерода, что связано с интенсификацией процесса образования оксида углерода СО, образующего в окалине газовые пузыри.
Сера, фосфор, никель и марганец, присутствующие в стали, практически не влияют на высокотемпературное окисление железа, а титан, медь, кобальт и бериллий, хотя и незначительно, но повышают сопротивление окислению в газовой среде. Введение в сталь в небольших количествах Мо (до 0,7 %) и V(0,1-0,35%) замедляет окислениеиз-заторможения диффузионного переноса атомов железа в стали. Но превышение указанных количеств Мо и V сильно ускоряет окисление вследствие образования их легкоплавких и летучих оксидов МоО3 (Тпл = 795°С) и V2O5 (Тпл = 660°С) на поверхности стали.
Повышение жаростойкости тугоплавких металлов может быть достигнуто:
)легированием для получения сложных нелетучих оксидов (например, Nb + Ti → TiO2·3Nb2O5);
)легированием для приближения отношения Vок/VМе к единице (Nb + V или Мо);
)легированием элементами, оксиды которых термодинамически устойчивее основного металла (Nb + Ti или Zr);
)легированием оксидами для получения дисперсно-упрочненных материалов типа Ме + оксид (W + ThO2; Mo + Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2 и др.).
Практическая реализация жаростойкого легирования ограничивается следующими причинами:
•концентрация легирующей добавки должна быть невысокой из-заограниченной растворимости компонентов квазибинарных системоксид-оксид;
•различие в сродстве компонентов сплава к кислороду и их различная диффузионная подвижность в сплаве и окалине затрудняет равномерное распределение легирующих катионов в пленке, а, следовательно, и типа проводимости оксида по глубине слоя.
Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Начало практического использования человеком железа относят к IX веку до нашей эры. Именно в этот период человечество перешло из бронзового века в век железный.
В XXI веке высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов.
Необходимость осуществления мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят чрезвычайно большой ущерб. По имеющимся данным, около 10% ежегодной добычи металла расходуется на покрытие безвозвратных потерь вследствие коррозии и последующего распыления. Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, т.к. вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества.
коррозия жаростойкость жаропрочность легирующий
1.Абрамович М.Д., Вотинов С.Н., Иолтуховский А.Г. Радиационное материаловедение на АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 136 с.
.Бескоровайный Н.М., Иолтуховский А.Г. Конструкционные материалы и жидкометаллические теплоносители. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 164 с.
.Бескоровайный Н.М., Калин Б.А., Платонов П.А., Чернов И.И. Конструкционные материалы ядерных реакторов: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 704 с.
.Бескоровайный Н.М., Беломытцев Ю.С., Абрамович М.Д. и др. Конструкционные материалы ядерных реакторов. Ч. 1. Ядерные и теплофизические свойства, основы коррозии и жаропрочности: Учебное пособие для вузов. - М.: Атомиздат, 1972. - 240 с.
.Баландин Ю.Ф., Горынин И.В., Звездин Ю.И. и др. Конструкционные материалы АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 280 с.
.Герасимов В.В., Монахов А.С. Материалы ядерной техники. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 288 с.
.Бялобжеский А.В., Цирлин М.С., Красилов Б.И. Высокотемпературная коррозия и защита сверхтугоплавких металлов. - М.: Атомиздат, 1977.
Похожие работы на - Защита металлов от коррозии
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!
Защита металлов от коррозии . Реферат. Другое. 2015-06-29
Коррозия металлов и средства защиты от нее
Реферат : Коррозия и защита металлов - BestReferat.ru
Методы защита от коррозии
Реферат на тему "Коррозия металлов" - готовая работа бесплатно
Зимнее Сочинение 2021 Тема Я И Другие
Эссе По Философии На Тему Счастье
Приватизация Жилых Помещений Курсовая
Сила Характера Сочинение 9.3 Пример Из Жизни
Сочинение Если Бы Валютой Было Бы Время