Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Термодинамическая основа коррозионных процессов.Стр 1 из 5Следующая ⇒
Термодинамическая основа коррозионных процессов. Основной причиной коррозии металлов является их термодинамическая неустойчивость в обычных условиях. Металлы в естественных условиях (за исключением благородных) находятся в виде окислов, то есть в земной коре металлы входят в состав химических соединений (руд). Возможность коррозии и стремление металла к самопроизвольному окислению зависят от степени его термодинамической неустойчивости в конкретных условиях, то есть от величины изменения термодинамического (изобарно-изотермического) потенциала DGТ данного процесса. Эта величина - мера превращения потенциальной химической энергии в полезную работу данного химического процесса (например, в гальванических источниках тока - в электрическую работу). Любой самопроизвольный изобарно-изотермический процесс сопровождается убылью изобарно-изотермического потенциала. Таким образом, при данных условиях процесс химической коррозии возможен, если:
,
коррозионный процесс невозможен, если:
,
система находится в состоянии химического равновесия, если:
.
Для решения вопроса о возможности или невозможности протекания какого-либо коррозионного процесса в данных условиях следует воспользоваться справочными данными или произвести соответствующий расчет. Типы коррозионных элементов
Все коррозионные элементы можно разделить на три группы: элементы, состоящие из двух разных металлов, погруженных в раствор различных электролитов; элементы, образованные при погружении электродов из одного итого же металла в растворы различных электролитов или в растворы одного и того же электролита, различающиеся концентрацией, температурой, скоростью движения или другими факторами; элементы, образующиеся при погружении двух разных металлов в раствор одного и того же электролита. Примером коррозионных элементов первого типа является известный медно-цинковый элемент Даниэля-Якоби: , в котором цинк растворяется, а на меди выделяются ее ионы из раствора. Примером коррозионных элементов второго типа может служить любая концентрационная цепь, в которой электроды из одного и того же металла погружены в растворы, содержащие одноименный электролит различных концентраций . В таком концентрационном элементе, согласно уравнению Нернста (1.10) более отрицательным является электрод, соприкасающийся с более разбавленным раствором, а более положительным – соприкасающийся с более концентрированным раствором.
Особенно важен в практических условиях концентрационный кислородный элемент, т. е. элемент, в котором отдельные участки электролита отличаются между собой по концентрации растворенного в них кислорода. Причина образования коррозионного элемента неравномерной аэрации заключается в том, что потенциал кислородного электрода зависит от концентрации кислорода в растворе. С повышением концентрации кислорода потенциал кислородного электрода становится более положительным. Неравновесный электродный потенциал металлов так же сильно зависит от количества кислорода, растворенного в электролите, и с увеличением концентрации кислорода в растворе, обычно, также становится более положительным, что объясняется пассивированием металла. Усиленная коррозия вследствие неравномерной аэрации возникает на тех участках, которые менее доступны воздействию кислорода, чем остальная поверхность. Большой интерес представляет и возникновение элементов, образованных из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы одного и того же электролита одной и той же концентрации и при одной и той же температуре, но один из которых находится в покое, а другой в движении. Величины ЭДС, возникающих при этом гальванических элементов, достигают сотых долей вольта. Знаки электродов в этом случае зависят от природы электролита или металла. При проведении заводских технологических процессов обычно имеет место перемещение жидкостей, протекание жидкостей по трубам, перекачка насосами и т. д., так что весьма часто могут создаваться условия для возникновения коррозионной пары подобного тина. При протекании коррозионных процессов чаще всего образуются коррозионные элементы третьего типа. Примерами элементов этого типа являются следующие: ; . Железо в обоих случаях является отрицательным электродом, а никель и медь – положительными. Железо растворяется, а на никеле и на меди восстанавливается кислород до . Указанные элементы часто возникают при эксплуатации химической аппаратуры, изготовленной из различных металлов.
Металлизация Наибольшее распространение получили методы покрытий металлами в порошковых твердых смесях. В состав порошковых смесей должны входить три составные части: - активное металлическое вещество покрытия в виде чистого порошкового металла или сплава с металлом основы насыщаемого вещества, например, при хромировании стали может использоваться порошок металлического хрома или феррохром; - нейтральный порошок, предотвращающий спекание смеси и обеспечивающий возможность относительно свободного диффузионного перемещения в ящике активной газовой фазы. В качестве такого порошка чаще всего используют обожженную глину (окись алюминия); - галогенид аммония (чаще всего хлористый аммоний), обеспечивающий постоянное разрыхление порошковой смеси в ящике за счет разложения его при температуре насыщения с выделением большого количества образующихся при этом газов, в том числе газообразного хлора, взаимодействующего с насыщающим порошковым металлом, образуя химически активное легкоразлагающееся вещество. В качестве примеров насыщения металлами рассмотрим процессы алитирования и силицирования. Алитирование применяется с целью повышения стойкости к атмосферной коррозии, особенно при повышенных температурах, и следовательно для повышения жаростойкости и окалиностойкости стали, меди и медных сплавов. Для алитирования стали используют порошкообразный ферроалюминий – 49%. окись алюминия 49% и 2% – хлористого аммония. Процесс ведут при температуре 900 – 1000°С в течение 4 – 16 ч с медленным охлаждением. Образующийся слой глубиной от 0,15 до 0,50 мм представляет собой твердый раствор алюминия в железе, содержание которого может достигать 50%, что создает повышенную хрупкости слоя. Для уменьшения хрупкости после алитирования рекомендуется провести отжиг при температурах 900 – 1050°С с выдержкой от 4 до 6 ч. Концентрация алюминия в слое при этом уменьшается за счет перераспределения части алюминия в глубь изделия, что увеличивает глубину слоя на 20 – 40%. Отработанная смесь для алитирования может быть использована повторно с добавлением в нее 20% свежей. Силицирование – процесс насыщения поверхности стали кремнием. Хотя известно, что кремний в свободном состоянии не может быть отнесен к металлам, но в диффузионных системах с железом он ведет себя, как металлическое вещество, поэтому процесс силицирования относится к рассматриваемой группе процессов. Силицирование применяется с целью повышения кислотостойкости поверхности, например, стальных емкостей для перевозки концентрированных кислот. В состав порошковой твердой среды вводят 60% ферросилиция, 39% глинозема (окиси алюминия) и 1% хлористого аммония. Процесс ведут при температуре 950 – 1000°С с выдержкой от 2 до 10 ч. Глубина формирующегося слоя составляет от 0,3 до 1 мм. Слой представляет собой нетравящийся кремниевый феррит (твердый раствор кремния в железе с содержанием кремния до 14%). В таком состоянии силицированный слой очень хрупкий, хотя и обладает высокой устойчивостью к коррозии в морской воде, а также стоек в азотной, серной и соляной кислотах. При невысокой твердости этот слой неплохо сопротивляется истиранию, особенно после проварки деталей в масле при температуре 170 – 200°С.
Защита от биоповреждений Биоповреждения – особый вид разрушения материалов конструкций техники, связанный с воздействием микроорганизмов (бактерий, грибов и др.) К биоповреждениям относят также разрушение промышленных и строительных материалов насекомыми и грызунами, повреждения летательных аппаратов птицами, а речных и морских судов, кораблей ВМФ и гидротехнических сооружений водными организмами – обрастателями. Биофакторы могут воздействовать специфически (микроорганизмы потребляют материалы конструкций в качестве источников питания) после определенного периода адаптации или косвенно (продукты жизнедеятельности микроорганизмов повышают агрессивность среды и стимулируют процессы коррозии металлов, старения полимеров) также через период времени, необходимый для образования колоний, сообществ (биоценоза). Основные понятия и термины в области защиты от биоповреждений: биологический фактор (биофактор) – организмы или их сообщества, вызывающие нарушение исправного и работоспособного состояния объекта; биологическое повреждение (биоповреждение) – повреждение объекта, вызываемое биофактором. Сопровождается оно одним из следующих повреждений: механическим, химическим, биологическим засорением, электрохимическим или комплексом их; биоразрушение (биодеструкция) – частичное или полное разрушение объекта под воздействием биофактора или биофакторов, сопровождающееся изменением его химического состава и строения; завершающая стадия биоповреждения; биологическое засорение (биозасорение) – состояние объекта, связанное с присутствием биофактора, после удаления которого восстанавливается исправное и работоспособное состояние объекта. микробиологическая стойкость – свойство объекта сохранять значение показателей в пределах, установленных нормативно-технической документацией в течение заданного времени в процессе или после воздействия биофактора. Термин биостойкость применяют с указанием конкретного биофактора (бактериостойкость, грибостойкость); биологическая коррозия – коррозия металла под воздействием биофактора. Развитие микроорганизмов неразрывно связано с окружающей средой, жизнедеятельность их зависит от внешних воздействующих факторов.
Процессы повреждений материалов конструкций и сооружений с участием микроорганизмов необходимо изучать с учетом этих факторов. Физические факторы – влажность среды, концентрация веществ в водных растворах, осмотическое давление, температура, радиация. Влажность среды – определяющий фактор жизнедеятельности многих микроорганизмов. Нитрифицирующие бактерии, например, при недостатке влаги погибают. Грибы и споры многих бактерий, наоборот, сохраняют жизнеспособность в высушенном состоянии десятки лет. Почвенные микрогрибы развиваются наиболее интенсивно при влажности около 60 %. Температура среды – важнейший фактор, влияющий на жизнь микробов. Каждому виду микроорганизмов соответствует свой температурный интервал жизнедеятельности и свой оптимум. Микроорганизмы делят на три группы: психрофилы (холодолюбивые) с интервалом жизнедеятельности 0... 10 °С и оптимумом ~10 °С; мезофилы (предпочитающие средние температуры) – 10... 40 °С и оптимумом ~25 °С и термофилы (теплолюбивые) – 40...80 °С и оптимумом ~ 60 °С. Губительное действие высоких температур используют для уничтожения (частичного или полного) микроорганизмов. Пастеризация – нагрев до 60... 70 °С в течение 20... 30 мин и до 70... 80 °С в течение 5... 10 мин, в результате которого погибают вегетативные формы микроорганизмов. Стерилизация – нагрев до 100... 130 °С в течение 20... 40 мин, при котором уничтожаются практически все формы микроорганизмов, в том числе и споры бацилл. Излучение (солнечный свет, особенно ультрафиолетовые лучи) губительно для микроорганизмов. Рентгеновские и другие радиоактивные излучения в малых дозах стимулируют развитие некоторых микробов, в больших дозах убивают их. Электрический ток высокой частоты, механические сотрясения (вибрации), ультразвук уничтожают микроорганизмы, высокие давления влияют слабо. Химические факторы – состав и реакция среды, а также ее окислительно-восстановительные действия. В окружающей среде могут содержаться вещества, которые стимулируют или ингибируют жизнедеятельность микроорганизмов.
Термодинамическая основа коррозионных процессов. Основной причиной коррозии металлов является их термодинамическая неустойчивость в обычных условиях. Металлы в естественных условиях (за исключением благородных) находятся в виде окислов, то есть в земной коре металлы входят в состав химических соединений (руд). Возможность коррозии и стремление металла к самопроизвольному окислению зависят от степени его термодинамической неустойчивости в конкретных условиях, то есть от величины изменения термодинамического (изобарно-изотермического) потенциала DGТ данного процесса. Эта величина - мера превращения потенциальной химической энергии в полезную работу данного химического процесса (например, в гальванических источниках тока - в электрическую работу).
Любой самопроизвольный изобарно-изотермический процесс сопровождается убылью изобарно-изотермического потенциала. Таким образом, при данных условиях процесс химической коррозии возможен, если:
,
коррозионный процесс невозможен, если:
,
система находится в состоянии химического равновесия, если:
.
Для решения вопроса о возможности или невозможности протекания какого-либо коррозионного процесса в данных условиях следует воспользоваться справочными данными или произвести соответствующий расчет. Типы коррозионных элементов
Все коррозионные элементы можно разделить на три группы: элементы, состоящие из двух разных металлов, погруженных в раствор различных электролитов; элементы, образованные при погружении электродов из одного итого же металла в растворы различных электролитов или в растворы одного и того же электролита, различающиеся концентрацией, температурой, скоростью движения или другими факторами; элементы, образующиеся при погружении двух разных металлов в раствор одного и того же электролита. Примером коррозионных элементов первого типа является известный медно-цинковый элемент Даниэля-Якоби: , в котором цинк растворяется, а на меди выделяются ее ионы из раствора. Примером коррозионных элементов второго типа может служить любая концентрационная цепь, в которой электроды из одного и того же металла погружены в растворы, содержащие одноименный электролит различных концентраций . В таком концентрационном элементе, согласно уравнению Нернста (1.10) более отрицательным является электрод, соприкасающийся с более разбавленным раствором, а более положительным – соприкасающийся с более концентрированным раствором. Особенно важен в практических условиях концентрационный кислородный элемент, т. е. элемент, в котором отдельные участки электролита отличаются между собой по концентрации растворенного в них кислорода. Причина образования коррозионного элемента неравномерной аэрации заключается в том, что потенциал кислородного электрода зависит от концентрации кислорода в растворе. С повышением концентрации кислорода потенциал кислородного электрода становится более положительным. Неравновесный электродный потенциал металлов так же сильно зависит от количества кислорода, растворенного в электролите, и с увеличением концентрации кислорода в растворе, обычно, также становится более положительным, что объясняется пассивированием металла. Усиленная коррозия вследствие неравномерной аэрации возникает на тех участках, которые менее доступны воздействию кислорода, чем остальная поверхность. Большой интерес представляет и возникновение элементов, образованных из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы одного и того же электролита одной и той же концентрации и при одной и той же температуре, но один из которых находится в покое, а другой в движении. Величины ЭДС, возникающих при этом гальванических элементов, достигают сотых долей вольта. Знаки электродов в этом случае зависят от природы электролита или металла. При проведении заводских технологических процессов обычно имеет место перемещение жидкостей, протекание жидкостей по трубам, перекачка насосами и т. д., так что весьма часто могут создаваться условия для возникновения коррозионной пары подобного тина. При протекании коррозионных процессов чаще всего образуются коррозионные элементы третьего типа. Примерами элементов этого типа являются следующие: ; . Железо в обоих случаях является отрицательным электродом, а никель и медь – положительными. Железо растворяется, а на никеле и на меди восстанавливается кислород до . Указанные элементы часто возникают при эксплуатации химической аппаратуры, изготовленной из различных металлов.
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 356; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.21.34.0 (0.026 с.) |