Электрохимическая коррозия

Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией.

Рис. 11. Схематическое изображение различных видов коррозии: а – равномерная коррозия; б – коррозия пятнами; в, г – коррозия язвами; д – точечная коррозия (питтинг); е – подповерхностная коррозия; НН – исходная поверхность металла; КК – рельеф поверхности, измененный вследствие коррозии.

 

45. Защита от электрохимической коррозии: рациональное конструирование, электрохимическая защита (катодная, протекторная, анодная), обработка среды, покрытия (металлические и неметаллические).

 

1)Рациональное конструирование.

При конструировании изделий следует по возможности не допускать контактов металлов с электродными потенциалами, значительно отличающихся друг от друга. Если же такие контакты неизбежны, то металлы должны быть изолированы друг от друга прокладками или лаковыми покрытиями.

При разработке конструкции следует по возможности не допускать в изделиях зазоров, труднодоступных мест для очистки, острых углов и напряжений в металле.

2)Электрохимическая защита металлов от коррозии, основана на зависимости скорости коррозии от электродного потенциала металла.

---Катодная защита. Сдвиг потенциала металла может быть осуществлен с помощью внешнего источника постоянного тока (станции катодной защиты) или соединением с другим металлом, более электроотрицательным по своему электродному потенциалу (так называемый протекторный анод). При этом поверхность защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех ее участках протекают только катодные процессы, а анодные, обусловливающие коррозию, перенесены на вспомогательные электроды. Если, однако, сдвиг потенциала в отрицательную сторону превысит определенное значение, возможна так называемая перезащита, связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и другими явлениями, что может привести к ускорению коррозии. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий; необходимо учитывать возможность отслаивания покрытия.

--- Протекторная. Протекторная защита металла — электрохимическая защита при помощи протекторов. Протекторная защита достигается добавлением в материал покрытия порошков, более стойких к коррозии металлов, чем защищаемый.

В качестве протектора могут использоваться металлы с более отрицательным, чем у железа, электродным потенциалом (это цинк, алюминий и магний). Под действием агрессивной среды происходит растворение порошка-добавки, а защищаемый металл консервируется и не корродирует.

---Анодная защита применяется в химической и смежных с ней отраслях промышленности в принципиально иных условиях, чем катодная защита; оба типа электрохимической защиты в агрессивных средах дополняют друг друга. Металлоконструкции или сооружения должен иметь область пассивности с достаточно низкой скоростью растворения, которая лимитируется не только разрушением металла, но и возможным загрязнением среды. Широко применяют анодную защиту для оборудования, работающего в серной кислоте, средах на ее основе, водных растворах аммиака и минеральных удобрений, фосфорной кислоте, в целлюлозно-бумажной промышленности и ряде отдельных производств (например, роданида натрия). Особенно важна анодная защита теплообменного оборудования из легированных сталей в производстве серной кислоты; защита холодильников со стороны кислоты позволяет повысить рабочую температуру, интенсифицировать теплообмен, повысить эксплуатационную надежность. Регулирование потенциала металла осуществляют автоматическими станциями анодной защиты (регуляторами потенциала), работающими с контролем потенциала и управляющим сигналом от электрода сравнения.

3) Обработка покрытия

Нанесение защитных покрытий на металлические изделия. Защитные покрытия позволяют в значительной степени снизить скорость и даже исключить коррозию. Покрытия по своей природе могут быть металлическими, неметаллическими.

Металлические защитные покрытия, наносимые на поверхность металлоизделия, должны обладать коррозионной стойкостью в данной среде. В качестве покрытий применяют цинк, олово, алюминий, медь, свинец, кадмий, никель, хром, серебро, золото и их сплавы. Металлические покрытия наносят следующими способами:

• гальваническим;
• погружением в расплавленный металл (горячий метод);
• распылением;
• плакированием;
• диффузионным.

Неметаллические

Оксидирование - покрытие изделия оксидной плёнкой. Например: железо можно поместить в раствор NaOH – 40%,нагретый до 140°С, KNO3или K2CrO4.

Фосфатирование. Создание на поверхности изделия защитной плёнки из трудно растворимых фосфатов и гидрофосфатов марганца железа.
Лакокрасочное покрытие. Краска, содержащая олифу и красящий пигмент, препятствует процессу коррозии.

 

4) обработка среды

Антикоррозионная обработка среды применяется для замкнутых объёмов. Например деаэрация – удаление кислорода из раствора, используется для паровых котлов.
Ингибиторы – замедлители коррозии, это поверхностноактивные вещества, которые адсорбируются на поверхности металлов, т. е. они покрывают изделие адсорбционной плёнкой и таким образом защищают его от коррозии. Ингибиторы бывают летучие и контактные.

 

46.Защита от коррозии блуждающими токами

Способы защиты подземных металлических сооружений от коррозии блуждающими токами по своему назначе­нию могут быть разделены на две большие группы. К пер­вой группе относятся такие способы, которые обеспечи­вают ограничение утечки блуждающих токов в землю от различных источников. Эти способы реализуются непо­средственно на установках - источниках блуждающих токов. Ко второй группе относятся способы защиты под­земных металлических сооружений от проникновения в них блуждающих токов или от уже проникших токов. Эти способы реализуются непосредственно на подзем­ных металлических сооружениях, подверженных дейст­вию блуждающих токов.

Чтобы уменьшить влияние блуждающих токов на подземное сооружение, их удаляют от источников блуждающих токов, сокращают число пересечений с рельсами электрифицированного транспорта; увеличивают пере­ходные сопротивления между подземным сооружением и землей и продольное сопротивление подземного сооружения. Сооружения по возможности располагают на таких расстояниях от источника блуждающих токов, при кото­рых наиболее эффективно и дешево может быть обеспе­чена электрохимическая защита сооружения. При сокра­щении числа пересечений с рельсами следует учитывать, что сила блуждающего тока, попадающего в подземное металлическое сооружение определяется при прочих равных условиях не только числом, но и углом пересе­чений. Оптимальный угол пересечения 90°; нежелатель­ны углы пересечения меньше 75°. Переходное сопротивление между подземными метал­лическими сооружениями и землей может быть увеличе­но в результате применения для трубопроводов и резер­вуаров защитных покрытий, обладающих высокими изоляционными свойствами, а также специальных мето­дов прокладки. Определенный эффект могут дать и спе­циальные методы прокладки (неметаллические трубы, блоки, каналы, туннели, коллекторы т. д.), но в боль­шинстве случаев оно не избавляет от необходимости применения дополнительных мер защиты. Продольное сопротивление подземных металлических сооружений увеличивают, устанавливая специальные изолирующие фланцы (вставки) на трубопроводах.

Применяется также способ электрохимической защиты— катодные установки и поляризованные протекторы или отвод блуждающих токов от подземных сооружений через электрические дренажи, обеспечивающие необхо­димую катодную поляризацию сооружений. Катодную защиту от коррозии блуждающими токами применяют только в тех случаях, когда использование прямых, по­ляризованных или усиленных дренажей малоэффективно или не оправдано технико-экономическими соображения­ми.

47)Композиционные материалы. Матрица и армирующая фаза.

 

Композиционный материал-многокомпонентный материал с четким разделом фаз,состоящий из основы(матрицы),которая армирована наполнителями.

Матрицей выступают металлы,полимеры,керамика.Армирующей фазой выступают волокна,нитевидные кристаллы,тонкодисперсных системы,порошки(оксиды алюминия,кварц).

48. Типы композитов:металлические,углеродные,полимерные

Типы композиционных материалов.

Композиционные материалы с металлической матрицей.

Композиционные материалы состоят из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы). Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое. Волокно (дисперсные частицы) плюс связка (матрица), составляющие ту или иную композицию, получили название композиционные материалы.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей.

В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная. Угольные матрицы коксованные или пироуглеродные получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает композицию, придавая ей форму. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними. Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.

Содержание упрочнителя в ориентированных материалах составляет 60-80 об. %, в неориентированных (с дискретными волокнами и нитевидными кристаллами) – 20-30 об.

По виду упрочнителя композиционные материалы классифицируют на стекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты и органоволокниты.

Вопрос.

По характеру физико-химического взаимодействия между матрицей и арматурой различают три класса композитов:

1.компоненты не растворимые друг в друге и не образуют соединений:Al-Al2O3, Cu-W, Mg-B.

2. эвтектики или твердые растворы: Nb-W, Ni-C.

3. Химические соединения: Al-SiO2, Ni-Al2O3, Ni-B.

 

50)Термодинамическая совместимость: химический потенциал. Кинетическая совместимость.

((Термодинамическая совместимость компонентов композита определяется способностью их находиться в состоянии химического равновесия как при получения, так и при эксплуатации. Движущая сила взаимодействия между компонентами- различие химических потенциалов:

где , -число компонентов 1-го и остальных компонентов; T-температура; P-давление.

Величина химического потенциала зависит от доли дефектов К:

Кинетическая совместимость- способность композита находиться в состоянии метастабильного равновесия, контролируемого адсорбцией, скоростью диффузии, химическими реакциями))

 

Термодинамическая совместимость-это способность матрицы и армирующих элементов находиться в состоянии термодинамического равновесия неограниченное время при температурах получения и эксплуатации.

Химический потенциал- понятие, используемое для описания термодинамического равновесия в многокомпонентных системах. Обычно химический потенциал компонента системы вычисляют как частную производную гиббсовой энергии по числу частиц (или молей) этого компонента при постоянной температуре, давлении и массах других компонентов. В равновесной гетерогенной системе химические потенциалы каждого из компонентов во всех фазах, составляющих систему, равны (условие фазового равновесия). Для любой химической реакции сумма произведений химического потенциала всех участвующих в реакции веществ на их стехиометрический коэффициент равна нулю (условие химического равновесия).

 

Кинетическую совместимость можно рассматривать, как способность компонентов КМ находиться в состоянии метастабильного равновесия, контролируемого такими факторами, как адсорбция, скорость химической реакции и т.п. Термодинамически несовместимые составляющие КМ в определенных температурно-временных интервалах могут быть совместимы кинетически и достаточно надежно работать в конструкциях. Наряду с химической важно обеспечить и механическую совместимость компонентов КМ, т.е. соответствие их упругих постоянных и показателей пластичности, позволяющее достичь прочности связи, необходимой для эффективной передачи напряжений через поверхность раздела.

Кинетическая совместимость определяется коэффициентом диффузии, и скоростью роста промежуточных фаз, а так же структурным состоянием компонентов и временем воздействия высокой температуры.

53. Полимеры и олигомеры. Виды полимеров: природные и синтетические.

Полимер – вещество с большой молекулярной массой, молекулы которого (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).

Пример: Полиэтилен [-CH2CH2-]; мономерное звено -CH2CH2-

Олигомер – молекула в виде цепочки из небольшого числа одинаковых составных звеньев.

Физические свойства олигомеров изменяется при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев в его молекуле.

Человек давно использует природные полимер ные материалы в своей жизни. Это кожа, меха, шерсть, шёлк, хлопок и т. п., используемые для изготовления одежды, различные связующие (цемент, известь, глина), образующие при соответствующей обработке трёхмерные полимерные тела, широко используемые как строительные материалы.

Синтетические полимеры — это ненатуральные полимерные материалы, произведенные для замены природным материалам.

Промышленное изготовление искусственных полимеров осуществляется несколькими способами — путем переделки натуральных органических полимеров в искусственные полимерные материалы, а также способом «добывания» искусственных полимеров из органических низкомолекулярных соединений.

Среди синтетических полимеров есть отдельная группа, включающая каучуки и каучукоподобные полимеры. Эти материалы характеризуются удивительной деформативностью и высокоэластичными свойствами, из-за чего им и дали название эластомер.

Синтетические полимеры формируются благодаря полимеризации и поликонденсации. Карбоцепные полимеры зачастую синтезируются полимеризацией мономеров с одним или более кратным углеродными связями или мономеров, держащих в себе неустойчивые карбоциклические группировки.

Первый материал был изготовлен из физической модифицированной целлюлозы еще в начале двадцатого века и до сегодняшнего времени из этого же материала производят волокна, пленки, загустители и лаки. Он приобрел название целлулоид, который всем известен как целлюлоза

 

57) Форма и структура молекул полимеров.

Макромолекулы полимеров могут быть линейными, разветвленными и сетчатыми.

Линейные полимеры образуются при полимеризации мономеров или линейной поликонденсации.

Разветвленные полимеры могут образоваться как при полимеризации, так и при поликонденсации. Разветвление полимеров может быть вызвано при росте боковых цепей, передачей цепи на макромолекулу, физическими воздействиями (g-облучение) на смесь полимера и мономеров.

Сетчатые полимеры образуются в результате сшивки цепей при вулканизации.

Форма макромолекул влияет на структуру и свойства полимеров.

В линейных и разветвленных макромолекулах, атомы или группы атомов могут вращаться вокруг ординарных связей, постоянно изменяя свою пространственную форму. Это свойство обеспечивает гибкость макромолекул, и они могут изгибаться, скручиваться, распрямляться. Поэтому для линейных и разветвленных полимеров характерно высокоэластичное состояние, ониобладают термопластическими свойствами: размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении без химических превращений.

При разветвлении эластические термопластические свойства становятся менее выраженными, а при образовании сетчатой структуры термопластичность теряется. Уменьшение длины цепей ведет к уменьшению эластичности полимеров, например, при переходе от каучука к эбониту.

Линейные полимеры могут иметь регулярную и нерегулярную структуру.

В полимерах регулярной структуры отдельные звенья цепи повторяются в определенной последовательности и располагаются в определенном порядке в пространстве, их называют стереорегулярными. Стереорегулярность изменяет тепловые и механические свойства полимеров.

Полипропилен нерегулярной структуры.

 

Полипропилен регулярной структуры.

 

58)различия свойств растворов полимеров и низкомолекулярных веществ.(в интернете было только это, а в книгах даже этого не было)

РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ, обладают рядом особенностей по сравнению с растворами низкомол. веществ из-за свойств макромолекул: больших размеров, широкого диапазона гибкости (жесткости), большого набора конформаций, способности к конформац. перестройкам при изменении температуры, растворителя и т.п.

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: