Сделай Сам Свою Работу на 5

Условие сплошности пленок на металлах.





Классификация коррозионных процессов.

Все многообразие коррозионных процессов принято классифицировать по признаку их механизма, условий протекания и характеру получаемого разрушения.

По механизму протекания различают химическую и электрохимическую коррозию.

По условиям протекания процессов, которые весьма разнообразны, различают следующие виды коррозии (основные виды):

-Газовую коррозию - коррозию металлических материалов в атмосфере раскаленных газов;

-Атмосферную коррозию - коррозию металлических материалов в атмосфере влагосодержащих газов;

-Жидкостная коррозия - коррозию металлов в жидкостях (электролитах и не электролитах);

-Подземную коррозию - коррозию в почвах и грунтах;

-Структурную коррозию - коррозию металлических материалов в связи с неоднородностью их структуры;

-Биокоррозию - коррозию под влиянием микроорганизмов;

-Коррозию блуждающим и внешним током.

По характеру коррозионного разрушения различают:

-Общую коррозию (сплошную);

-Местную коррозию (коррозию отдельных участков металлических поверхностей).

Общая коррозия бывает равномерной ( протекает с одинаковой скоростью на всей поверхности металла), например, коррозия углеродистой стали в H2SO4 ;



неравномерной протекающей с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла (например, коррозия углеродистой стали в морской воде);

избирательной (разрушается лишь одна структурная составляющая сплава, например, ферритная структурная составляющая чугуна).

Местная коррозия, бывает: пятнами (коррозия латуни в морской воде), язвами (коррозия стали в грунте), точечной (коррозия нержавеющей стали в морской воде), межкристаллитной (коррозия нержавеющей стали в кислых средах), ножевой (коррозия сварных швов).

2) Определение явления.

Химическая коррозия - самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие их взаимодействия с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислителя - пространственно неразделенные процессы.

Процесс химической коррозии можно описать реакцией вида:

. (4.1)

Химическая коррозия наблюдается при помещении металлических материалов в атмосферу раскаленных газов или в жидкость,не являющуюся электролитом (нефть, бензин и т.д.). Наиболее распространенный вид химической коррозии - газовая коррозия.



 

Термодинамика химической коррозии металлов

Первопричиной химической коррозии металлов является их термодинамиче-

ская неустойчивость в различных средах при данных внешних условиях, в резуль-

тате чего металлы самопроизвольно переходят в более устойчивое окисленное

(ионное) состояние. Этот процесс сопровождается уменьшением термодинамиче-

ского потенциала.

В качестве критерия равновесия и самопроизвольности процессов коррозии

металлов, протекающих при постоянных температурах и давлении, можно исполь-

зовать свободную энергию Гиббса ΔG. При данных условиях процесс химической

коррозии возможен, если ΔG < 0; коррозионный процесс невозможен, если ΔG > 0;

система находится в равновесии, если ΔG = 0.

Наиболее распространенным случаем химической коррозии является окисле-

ние металлов различными газами. Для реакции окисления металла кислородом

2Метв + О2(г)= 2МеОТВ

Суждение о термодинамической возможности или невозможности процесса

может быть сделано непосредственно на основании сравнения парциального давле-

ния кислорода в коррозионной газовой среде и давления диссоциации образую-

щегося оксида Рмео. Для реакции окисления металла изменение свободной энергии

Гиббса можно определить по уравнению изотермы

ΔG = RT(lnР1o2-lnРo2), (3) ф

где P1о2, Po2 — соответственно равновесное и неравновесное давление кисло-

рода.

В обычных атмосферных условиях Po2 является парциальным давлением ки-



слорода и составляет ~ 0,21 атм. Равновесное давление кислорода PO2 равно давле-

нию (упругости) диссоциации образующегося оксида РМеО.

Так как для большинства технически важных металлов упругость диссоциа-

ции их оксидов PO2 вплоть до температур плавления на несколько порядков мень-

ше 0,21 атм, то значение ΔG отрицательное и реакция окисления металла протекает

самопроизвольно. Лишь благородные металлы — золото, платина, палладий, ирри-

дий — в нормальных атмосферных условиях имеют PO2 > 0,21 атм. и являются ус-

тойчивыми к окислению. Все остальные металлы неустойчивы.

ПЛЕНКИ НА МЕТАЛЛАХ

У большинства металлов при взаимодействии с окислителями поверхность покрывается пленкой окислов.

АДСОРБЦИЯ ОКИСЛИТЕЛЯ НА МЕТАЛЛЕ

Когда металл попадает в коррозионную среду, начальной стадией их взаимодействия является адсорбция окислителей (CO2, H2O, O2, Cl2, SO2) на поверхности металла. Между атомами металла и окислителем сразу возникает сильная ионная связь – атом металла передает атому кислорода два электрона. Атом кислорода находится под воздействием поля, которое создают атомы металла. На поверхности металла адсорбируется окислитель, при этом внутренняя поверхность образовавшейся адсорбционной пленки заряжена положительно, а внешняя – отрицательно.

Распределение атомов окислителя на поверхности металла очень сильно зависит от расположения на поверхности атомов металла.

Поверхность металла заполняется хемосорбированным окислителем почти мгновенно и образуется тонкий слой окисляющего вещества. При пониженных температурах после хемосорбированного окислителя за счет ванн-дер-ваальсовых сил может возникнуть и физическая адсорбция молекул окислителя.

ОБРАЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ

Если между металлом и окислителем есть химическое сродство (окисел термодинамически стабильный), то пленка, состоящая с хемосорбированного окислителя, превращается в окисную пленку. Металл и окислитель в окисной пленке поддерживают ионную связь.

Продукты коррозии – химические соединения, которые образовались в результате химического взаимодействия металла и некоторых компонентов окружающей среды. Продукты коррозии формируют на поверхности металла пленку, которая может обладать защитными свойствами, затрудняя подход окислителей. Данный процесс протекает с самоторможением во времени.

Пленки продуктов коррозии очень сильно влияют на жаростойкость металлов, поэтому необходимо изучить их свойства, закономерности роста и влияние на них различных внешних и внутренних факторов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ТОЛЩИНЕ ПЛЕНОК НА МЕТАЛЛАХ

По толщине оксидной пленки на металлах их принято разделять на три группы: толстые, тонкие, средние.

Тонкие оксидные пленки невидимы для человека невооруженным глазом. Их толщина составляет до 400 Å.

Средние оксидные пленки в толщину достигают от 400 до 5000 Å и дают цвета побежалости.

Толстые оксидные пленки хорошо видны на поверхности металла. Их толщина составляет свыше 5000 Å. Иногда они могут быть достаточно толстыми, как, например, окалина на поверхности стали.

От защитных свойств оксидных пленок зависит жаростойкость металла, законы роста толщины пленки во времени и многое другое.

При образовании окисной пленки устанавливается скорость окисления металла, которая может изменяться во времени. По этому судят о защитных свойствах окисных слоев. Также защитные свойства оксидной пленки определяют в лабораторных условиях капельным методом. На ее поверхность наносят подходящий для данного случая реагент и определяют время его проникновения к основному металлу.

 

 

Условие сплошности пленок на металлах.

Защитными свойствами могут обладать только сплошные пленки. Возможность образования такой пленки определяется условием сплошностиПиллингаБедворса: молярный объем соединения, возникающего на поверхности металла(Vok) должен быть больше объема металла(VMe), израсходованного на образование одного моля соединения:

Vok/VMe > 1. (4.21)

Если Vok/VMe <1 ,то пленка не может быть сплошной.

Отношение Vok/VMe можно рассчитать по формуле:

, (4.22)

где mOk - молярная масса оксида;

mMe - молярная масса металла;

rOk - плотность оксида;

rMe - плотность металла;

m - число атомов металла в молекуле оксида.

К металлам, не удовлетворяющим условию сплошности при окислении их кислородом, относятся щелочные и щелочно-земельные металлы (за исключением Ве).

Сплошность пленок – необходимый, но недостаточный фактор, определяющий ее защитные свойства . Как показал Францевич И.Н., у пленок с Vok/VMe >>1 не может быть высоких защитных свойств, ввиду возникновения в них больших внутренних напряжений (например, MoO3 или WO3). В качестве верхней границы отношения объемов принимают величину 2,5. Тогда уточненное условие сплошности выглядит:

1 < Vok/VMe < 2,5. (4.23)

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.