Корозія і захист кольорових металів та їх сплавів

Механізм протікання хімічної та електрохімічної корозії. Властивості міді, латуней і бронз. Види корозії кольорових металів. Основні принципи їх захисту способом утворення плівки, методом оксидування, з використанням захисних мастил та інгібіторів.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут екологічної безпеки

Кафедра хімії і хімічної технології

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни „Корозія матеріалів”

на тему: “Корозія і захист кольорових металів та їх сплавів”

Київ 2012

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка до курсової роботи 37 с., 1 табл., 4 рис., 7 джерел.

У курсовій роботі розглядається загальна характеристика кольорових металів на прикладі міді та її сплавів. Описані методи захисту від корозії кольорових металів.

КОРОЗІЯ, КОЛЬОРОВІ МЕТАЛИ, МІДЬ ТА ЇЇ СПЛАВИ, ЛАТУНЬ, БРОНЗА, ЗАХИСТ ВІД КОРОЗІЇ.

Зміст

Вступ

1. Корозія металів та захист від неї

2. Мідь та її сплави

2.1 Латуні

2.2 Бронзи

3. Корозія кольорових металів та їх сплавів

2.3 Корозія латуні

2.4 Корозія бронзи

4. Захист від корозії кольорових металів

4.1 Основні принципи захисту металів від корозії хімічним шляхом

4.2 Оксидування кольорових металів

4.3 Захисні мастила

4.4 Інгібітори для чорних і кольорових металів

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Всі метали і сплави, які в даний час вживаються в техніці, можна розділити на дві основні групи. До першої з них відносять чорні метали - залізо і всі його сплави, в яких воно складає основну частину. Цими сплавами є чавуни і сталі. В техніці часто використовують так звані леговані сталі. До них відносяться сталі, що містять хром, нікель, вольфрам, молібден, ванадій, кобальт, титан і інші метали. Іноді в леговані сталі входять 5-6 різних металів. Методом легування одержують різні цінні сталі, володіючі в одних випадках підвищеною міцністю, в інших - високою опірністю до стирання, в третіх - корозійною стійкістю, тобто здатністю не руйнуватися під дією зовнішнього середовища.

До другої групи відносять кольорові метали і їх сплави. Вони отримали таку назву тому що мають різне забарвлення. Наприклад, мідь світло-червона, нікель, олово, срібло - білі, свинець - голубувато-білий, золото - жовте. Із сплавів в практиці знайшли велике застосування: бронза - сплав міді з оловом і іншими металами, латунь - сплав міді з цинком, бабіт - сплав олова з сурмою і міддю і ін.

Цей розподіл на чорні і кольорові метали умовно.

Разом з чорними і кольоровими металами виділяють ще групу благородних металів: срібло, золото, платину, рутеній і деякі інші. Вони названі так тому що практично не окиснюються на повітрі навіть при підвищеній температурі і не руйнуються при дії на них розчинів кислот і лугів.

Кольорові метали мають цілу низку дуже цінних властивостей. Наприклад, високу теплопровідність (алюміній, мідь), дуже малу щільність (алюміній, магній), високу корозійну стійкість (титан, алюміній).

За технологією виготовлення заготовок і виробів кольорові сплави діляться на деформуючі і литі (іноді спечені).

Корозія сталі і кольорових металів принципово відрізняється від корозійних процесів в неметалевих будівельних матеріалах. Більшість так званих дорогоцінних металів, особливо сталь, більшою мірою схильні до корозії, ніж неметалеві матеріали.

Корозія кольорових металів і сплавів визивається в основному дією органічних кислот, які утворюються в мастилі при його окисненні, а також деяких присадок, які вводять в мастило з метою покращення, наприклад, антизадирних або інших експлуатаційних властивостей. Корозію визивають також неорганічні кислоти, які можуть попасти в мастило ззовні, наприклад, в двигунах внутрішнього згорання в результаті згорання палива, яке містить сірку. [1]

1. Корозія металів та захист від неї

Металічні метали - метали і сплави на основі металів, контактуючи з навколишнім середовищем (газоподібним або рідким), зазнають з тією чи іншою швидкістю руйнування. Причини цього руйнування полягають в хімічній взаємодії: метали вступають в окиснювально-відновлювальні реакції з речовинами, які знаходяться в навколишньому середовищі, й окиснюються.

Самовільне руйнування металів, що відбувається під хімічним впливом навколишнього середовища, називається корозією (від латинського corrodere - роз'їдати).

Особливо корозійно небезпечним може бути місце контакту двох різнорідних металів (контактна корозія). Між одним металом, наприклад, Zn, та іншим металом, наприклад, Sn або Cu, зануреним у воду, виникає гальванічна пара. Потік електронів іде від активнішого металу, що стоїть лівіше в ряду напруг (Zn), до менш активного металу (Sn, Cu) і активніший метал руйнується (кородує).

Катодна реакція корозії: О₂ + 2Н₂О + 4е = 4 ОН^-;

Анодна реакція корозії: Zn = Zn²⁺ +2е^-.

Катодна реакція корозії: 2H⁺ + 2e^- = H₂^;

Анодна реакція корозії: Zn = Zn²⁺ +2е^-.

Саме через це іржавіє луджена поверхня консервних банок (залізо, покрите оловом) під час зберігання у вологій атмосфері й через недбале користування (залізо швидко руйнується після появи хоч невеликої подряпини, яка може контактувати з вологою). Навпаки, оцинкована поверхня залізного відра довго не іржавіє, оскільки навіть за наявності подряпин кородує не залізо, а цинк (активніший метал, ніж залізо).

Загальна маса металічних металів, які використовуються у вигляді різних виробів у світовому господарстві, дуже велика. Тому незважаючи на те, що звичайно швидкість корозії мала, щороку внаслідок корозії безповоротно втрачається величезна кількість металу. За орієнтовними підрахунками світова втрата металу виражається 20 мільйонів тонн на рік. Проте ще більша шкода пов'язана не з втратою металу, а з псуванням виробів, спричиненим корозією. Витрати на ремонт, або зміну деталей суден, автомобілів, апаратури хімічних виробництв, приладів у багато разів перевищують вартість металу, з якого її виготовлено. Нарешті, істотними бувають непрямі втрати, спричинені корозією. До них можна віднести, наприклад, витікання нафти або газів з трубопроводів, що зазнали корозії, псування харчових продуктів, втрату здоров'я, а іноді і життя людей у тих випадках, коли це викликано корозією. Отже, боротьба з корозією є дуже важливою народногосподарською проблемою. Через те на захист від корозії витрачають великі кошти.

Хімічна корозія має місце при безпосередній взаємодії металу з агресивними газами і рідинами:

Хімічна: Електрохімічна:

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃; Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂;

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄; Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂.

Хімічна корозія протікає тим інтенсивніше, чим активніший метал, агресивне середовище і вища температура.

Під час електрохімічної корозії має місце перенесення електричних зарядів електронів, внаслідок цього протікають хімічні процеси окиснення-відновлення (гальванічний елемент). При цьому активний метал (відновник) знаходиться в контакті з менш активним металом чи сплавом (гальванічна пара) і розчину електроліту, в якому знаходиться окисник, і ту, в якому знаходиться окисник.[2]

Так, коли активний метал, наприклад цинк, забруднений домішками менш активних металів (залізо, мідь), контактує із слабо кислим електролітом, наприклад водним розчином кислотних оксидів, що є у повітрі, в розчин переходять катіони активного металу:

Zn²⁺ + 2е = Zn,

а електрони відновника перетікають до осередків з більш низьким значенням потенціалу (домішки менш активних металів) і знімається з поверхні металу йонами гідрогену (окисника), що є в розчині:

2Н+ + 2e = H₂.

Сумарний процес корозії, який відбувається в даному гальванічному елементі виражається рівнянням:

Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂,

а сам гальванічний елемент можна передати схемою:

(-) Zn | Zn²⁺ (H₂O) H⁺ | H₂(Fe) (+).

У відсутності йонів гідрогену (в нейтральному середовищі) функцію окисника виконує розчинений у воді кисень (атмосферна корозія):

O₂ + 2H₂O + 4e = 4OH,

але цей процес в енергетичному плані менш вигідний, ніж відновлення йонів гідрогену, оскільки молекулярний кисень є хорошим окисником лише за високих температур, коли послаблюються зв'язки між атомами у молекулі.

Гальванічний елемент у випадку атмосферної корозії цинку можна передати схемою:

(-) Zn | Zn²⁺(H₂O) OH((| O₂(Fe) (+),

а сумарний процес корозії ( рівнянням:

2Zn + O₂ + 2H₂O = 2Zn(OH)₂.

Електрохімічна корозія протікає тим інтенсивніше, чим більша різниця окисно-відновних потенціалів металів, що знаходяться в гальванічній...