Коррозия металлов и средства защиты от коррозии
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Материаловедение
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 118
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-011822-2
ISBN-онлайн: 978-5-16-104114-7
Артикул: 295000.10.01
Доступ онлайн
В корзину
В настоящем учебном пособии изложены теоретические основы электрохимической и химической коррозии металлов и сплавов. Рассмотрены виды коррозии, коррозионные характеристики металлов и сплавов в компактном и дисперсном состоянии, приведены методы защиты металлов и сплавов от коррозии в различных условиях эксплуатации.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Книга рекомендуется студентам высших учебных заведений технического профиля.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 20.03.01: Техносферная безопасность
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
- ВО - Магистратура
- 20.04.01: Техносферная безопасность
- 22.04.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.04.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Коррозия металлов и средства защиты от коррозии, 2022, 295000.09.01
Коррозия металлов и средства защиты от коррозии, 2021, 295000.07.01
Коррозия металлов и средства защиты от коррозии, 2020, 295000.05.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ Рекомендовано УМО высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области материаловедения, технологии новых материалов и покрытий в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров по укрупненной группе направлений подготовки (специальностей): 22.00.00 «Технологии материалов» и 20.00.00 «Техносферная безопасность и природообустройство» Москва ИНФРА-М 202УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Н.М. ХОХЛАЧЁВА Е.В. РЯХОВСКАЯ Т.Г. РОМАНОВА Национальный исследовательский университет «Московский авиационный институт»
УДК 620.19(075.8) ББК 34.66я73 Х86 Хохлачёва Н.М. Коррозия металлов и средства защиты от коррозии : учебное пособие / Н.М. Хохлачёва, Е.В. Ряховская, Т.Г. Романова. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 118 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-16-011822-2 (print) ISBN 978-5-16-104114-7 (online) В настоящем учебном пособии изложены теоретические основы электрохимической и химической коррозии металлов и сплавов. Рассмотрены виды коррозии, коррозионные характеристики металлов и сплавов в компактном и дисперсном состоянии, приведены методы защиты металлов и сплавов от коррозии в различных условиях эксплуатации. Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения. Книга рекомендуется студентам высших учебных заведений технического профиля. УДК 620.19(075.8) ББК 34.66я73 Х86 А в т о р ы: Хохлачёва Н.М., кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология композиционных материалов, конструкций и микросистем»; Ряховская Е.В., старший преподаватель кафедры «Технология композиционных материалов, конструкций и микросистем»; Романова Т.Г., инженер кафедры «Технология композиционных материалов, конструкций и микросистем» Р е ц е н з е н т ы: Начовная Н.А., доктор технических наук, начальник лаборатории «Титановые сплавы для конструкций самолетов и двигателей» Всесоюзного института авиационных материалов; Чижов С.М., кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Государственного научно-исследовательского и проектного института редкометаллической промышленности «Гиредмет» ISBN 978-5-16-011822-2 (print) ISBN 978-5-16-104114-7 (online) © Хохлачёва Н.М., Ряховская Е.В., Романова Т.Г., 2016
ВВЕДЕНИЕ Данное учебное пособие подготовлено для бакалавров и магистров по укрупненной группе направлений подготовки (специальностей): 150000 «Металлургия, машиностроение и материалообра- ботка» и 280000 «Безопасность жизнедеятельности, природоустрой- ство и защита окружающей среды». В основу данного учебного пособия положены программы дисциплины для различных направлений подготовки специалистов НИУ МАИ. В учебное пособие включены основные определения и закономерности, касающиеся теории коррозионных процессов, протекающих в растворах электролитов и газовых средах, а также характеристики общих и локальных видов коррозии. Учебное пособие содержит теоретический материал по электрохимической и химической коррозии, который базируется на знании студентами фундаментальных химических дисциплин, общеинженерных дисциплин, физической химии, материаловедения, металловедения и технологических процессов получения композиционных материалов и их обработки. Лабораторный практикум по курсу «Коррозия и защита ме- таллов» содержит работы по исследованию кинетики коррозионных процессов, компактного металла и сплава и металлов в дисперсном состоянии; по изучению влияния различных факторов на процессы коррозии в щелях и зазорах при контакте металлов с различными электрохимическими свойствами; по коррозии сварных и паяных соединений; по жаростойкости компактных и дисперсных систем. Компетенция студента в результате изучения дисциплины «Коррозия металлов и средств защиты» базируется на знании основ теории коррозионных процессов в жидких и газовых коррозионных средах, свойств коррозионных средств, факторов торможения коррозионных процессов, методов и способов прогнозирования надежности оборудования и последствий коррозионного воздействия, способов защиты композиционных материалов от коррозии. Компетентность специалиста технолога и материаловеда заключается в рациональном конструировании и подборе композиционных материалов с учетом требований коррозионной стойкости конструкций; в оценке влияния окружающей среды на коррозионные процессы, в обосновании комплекса мероприятий по защите оборудования и коммуникаций от коррозии при эксплуатации, хранении и транспортировке.
Глава 1 КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 1.1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ КОРРОЗИИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИИ Наиболее распространенными причинами выхода из строя деталей и рабочих органов машин и аппаратов являются износ и повреждения их поверхности. Известно, что совместное действие коррозионных, механических и металлургических факторов резко повышает вероятность повреждений и внезапных отказов действующих технических устройств. Коррозией металлов и сплавов (от лат. corrosio — разъедать) называют их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с коррозионной средой. Коррозионные процессы, как правило, начинаются с поверхности металлических изделий, а в ряде случаев комбинируются с действием механических факторов (растягивающих или повторно- переменных напряжений, трения, удара и др.). Коррозия наносит огромный ущерб почти всем отраслям народного хозяйства, причем основные убытки определяются даже не потерей металла, а порчей дорогостоящих металлических изделий, кон- струкций и аппаратов, что сопровождается огромными затратами на ремонт и защитные мероприятия. Еще больший ущерб народ- ному хозяйству приносят косвенные убытки от коррозии, связанные с аварийными вынужденными простоями предприятий, ухудшением качества выпускаемой продукции и условий труда. Примерно каждая шестая домна работает на восполнение потерь металла, вызванных коррозией. Каждый пятый трактор работает эко- номически впустую, покрывая недобор мощности четырьмя трак- торами (до 30%), вызванный питтинговой коррозией плунжерной пары (ухудшается подача топлива, снижается мощность двигателя). Наука о коррозии и защите металлов, которая базируется на ряде смежных дисциплин (электрохимии, металловедении, металлофи- зике и др.), изучает механизм коррозионных процессов, устанав- ливает закономерности их развития и возможности торможения. Основы научного исследования процессов коррозионного разру- шения металлов заложил еще М.В. Ломоносов. В XX в. наука о кор- розии и защите металлов была выделена в отдельную дисциплину (химическое сопротивление материалов) и стала прогрессивно раз- вивается благодаря возрастающим требованиям промышленности
и плодотворным исследованиям И. Эванса (Великобритания), Г.В. Акимова — основоположника школы советских коррозионистов и его сотрудников, академика Я.М. Колотыркина и его сотрудников, а также многих других отечественных и зарубежных ученых. В на- стоящее время многие проблемы коррозии и защиты от коррозии современных машин и аппаратов успешно решаются совместными усилиями научно-исследовательских институтов, промышленных предприятий и технологических вузов. Эффективные способы защиты металлического оборудования от коррозионных повреждений базируются на современном прогнозе коррозионной опасности еще на стадии проектирования машин и аппаратов. Такой прогноз не может основываться только на данных различных справочников по коррозии, которые отмечают, как пра- вило, только частные случаи испытаний материалов (отсутствие со- путствующих факторов коррозии, ограниченные сроки испытаний и др.). На современном уровне развития науки о коррозии и защите металлов существует значительное количество общепризнанных методов аналитического и графического расчета предполагаемой коррозионной опасности для простых и сложных металлических систем. Однако существенным затруднением на пути расчетного (аналитического) способа прогнозирования коррозионного по- ведения металла или сплава в условиях эксплуатации изделия яв- ляется исключительно высокая поливариантность коррозионных процессов. Множество факторов оказывают одновременное и часто противоположное действие на ход коррозионного процесса. Поэтому усилия исследователей-коррозионистов обычно направлены на уста- новление ориентировочных «критериев подобия» коррозии, позво- ляющих коррелировать условия лабораторных испытаний с усло- виями длительной эксплуатации металлических изделий в данной области промышленности. В целом при выборе металлов и сплавов для изготовления раз- личных технических устройств заданного назначения инженер-тех- нолог, обладающий знаниями в области коррозионной науки, может достаточно уверенно спрогнозировать степень коррозионной опас- ности для металлических изделий и наметить защитные мероприятия. 1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Различные виды процессов коррозии металлов и сплавов класси- фицируют по ряду признаков. По механизму действия процессы коррозии делятся на два ос- новных типа: химические и электрохимические.
Химическая коррозия (х.к.) — взаимодействие металла с корро- зионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Это процесс коррозионного разрушения металлов и сплавов под действием сухих газов (обычно при высоких температурах), а также в контакте с некоторыми неэлектролитами. Продукты хи- мической коррозии образуют на поверхности корродирующего ме- таллического изделия пленки, обладающие в большинстве случаев защитным действием. Электрохимическая коррозия (э.к.) — взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ио- низация атомов металла и восстановление окислительной компо- ненты коррозионной среды протекают не в одном акте, а их ско- рость зависит от электродного потенциала. Это процесс коррозион- ного разрушения металлов и сплавов под действием влажных газов и растворов электролитов. Продукты коррозии, если они устойчивы в данной среде, образуют на поверхности корродирующего метал- лического изделия пленки, обладающие обычно ограниченным за- щитным действием. Фреттинг-коррозия — это коррозия металлов при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды. Обязательным условием проте- кания этого вида коррозии является присутствие кислорода, но не влаги. Механизм фреттинг-коррозии изучен пока недостаточно. Этот вид разрушения нельзя отнести ни к химической, ни к электрохи- мической коррозии. По характеру коррозионной среды различают следующие виды коррозии: газовую коррозию (х.к.) — химическую коррозию металлов в газах при высоких температурах; атмосферную коррозию (э.к.) — коррозию металлов в атмосфере воздуха (при наличии конденсированной пленки влаги) и атмо- сферных осадков; коррозию в растворах электролитов (э.к.) — коррозию металлов при контакте металлических изделий с речной и морской водой (морская коррозия), растворами солей, кислот, щелочей; коррозию в грунтах (э.к.) — коррозию металлов при контакте металлических изделий с грунтом — почвенным электролитом; биологическую коррозию (э.к.) — коррозию в условиях обрастания микроорганизмами; радиационную коррозию (э.к.) — коррозию при облучении и др. По условиям эксплуатации металлических изделий. Некоторые виды электрохимической коррозии связаны с особыми условиями
эксплуатации изделий из металлов и сплавов, особенностями конструкций, а также с действием механических факторов. Причем при эксплуатации летательных аппаратов чаще всего наблюдаются следующие виды электрохимической коррозии: щелевая коррозия — усиление коррозии в щелях и зазорах между двумя металлами, а также в местах неплотного контакта металла с неметаллическим коррозионно-инертным материалом; контактная коррозия — электрохимическая коррозия, вызванная контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите; коррозионное растрескивание — коррозия металлов при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин; коррозионная усталость — понижение предела усталости металлов, возникающее при одновременном воздействии циклических растягивающих напряжений и коррозионной среды; коррозия при трении — разрушение металлов, вызываемое одновременным воздействием коррозионной среды и трещин. По форме коррозионных разрушений виды коррозии делят на две группы: общую и местную коррозию. Эти группы включают различные типы коррозионных разрушений (рис. 1.1). а г ж б д з в е и Рис. 1.1. Характер коррозионных разрушений: общая коррозия: а — равномерная; б — неравномерная; в — структурная; местная (локальная) коррозия: г — пятнами; д — язвами; е — питтингами; ж — расслаивающая; з — межкристаллитная; и — транскристаллитная При эксплуатации различных технических устройств в промышленности наблюдаются разнообразные формы коррозионных повреждений металлических изделий. Наиболее опасны локальные повреждения поверхности деталей, испытывающих силовую нагрузку. Развитие питтингов, являющихся концентраторами напряжения, и межкристаллитных трещин приводит к потере механических
свойств металлических изделий даже при наличии ничтожного эф- фекта коррозии (рис. 1.2). 60 40 20 0 Потеря веса, мг/см2 Равномерная коррозия Местная коррозия Межкристаллическая коррозия Потеря прочности, % 1,0 2,0 3,0 4,0 1 2 3 5,0 Рис. 1.2. Потери прочности деталей из дуралюмина при различных видах коррозионных разрушений: 1 — равномерная коррозия; 2 — местная коррозия; 3 — межкристаллитная коррозия 1.3. ПОКАЗАТЕЛИ КОРРОЗИИ И ТРЕБОВАНИЯ К КОРРОЗИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Существуют различные показатели опасности коррозионных по- вреждений, стандартизованные (ГОСТ) по отраслям промышлен- ности. Эти показатели используют с учетом вида коррозии, характера коррозионных повреждений и специфических эксплуатационных требований к металлическим изделиям. Предусматриваются сроки безаварийной службы металлических изделий, а на основании сокра- щения этих сроков из-за коррозии рассчитывается экономический эффект защитных мероприятий (с учетом их стоимости). Наиболее широко используемые показатели коррозии металлов и сплавов приведены в табл. 1.1. При оценке скорости общей равномерной коррозии металлов и сплавов используется отрицательный массовый показатель кор- розии m K − (если возможно надежное удаление продуктов коррозии с образцов исследуемого металла и сплава) или положительный мас- совый показатель + m K , определяемый по привесу образцов. Отрица-
тельный массовый показатель коррозии − m K при равномерной кор- розии надежно пересчитывается на глубинный показатель коррозии П (проницаемость) с учетом плотности металла. Таблица 1.1 Показатели коррозии Показатель Расчет показателя Общая равно- мерная коррозия Массовые показатели m K − или m K + . При убыли массы образца рассчитывается 0 2 г/м ч , m m m K s − − = ⋅ ⋅ τ τ , где m0, m — массы образца до и после испытания, г; s — площадь поверхности образца, м2; — время испытания, ч. При увеличении массы образца рассчитывается 0 2 г/м ч , m m m K s + − = ⋅ ⋅ τ τ Проницаемость П 8 76 П мм/год , , m K − ⋅ = ρ , где — плотность металла, г/см 3; 8,76 — пере- счетный коэффициент размерностей Общая коррозия Объемный показатель KV 3 2 см см ч , v v K s = ⋅ ⋅ τ , где V — объем (при н.у.) поглощенного (О2) или вы- деленного (Н2) газа, см 3 Различные виды локальной кор- розии, сопрово- ждающиеся изме- нением физико- механических свойств металлов или сплавов Механический показатель Kмех. Например, при изменении прочности образца рассчитывается 0 0 100% Kσ σ − σ = ⋅ σ τ , где 0, — прочность образца (MПa) до и после испытания за время Межкристаллитная коррозия Электрический показатель 0 0 100% R R R K R τ − = ⋅ , где R0, R — удельное электрическое сопротивление образца до и после испытания, Ом · см
Для характеристики электрохимической коррозии активных металлов (сплавов Mg и Al) в ряде случаев используется объемный показатель коррозии KV, определяющий объем выделенного в процессе коррозии газа (водорода) или поглощенного из атмосферы газа (кислорода). Локальная коррозия вызывает снижение физико-механических свойств изделий из металлов или сплавов. Для оценки локальных коррозионных поражений широко используются механические показатели коррозии, определяющие потери прочности или пластичности образцами после коррозионных испытаний (например K). Межкристаллитная коррозия даже на начальных ее стадиях выявляется с помощью электрического показателя коррозии KR, который характеризует увеличение электросопротивления образца исследу- емого металла или сплава после коррозионного испытания. Существуют и другие показатели межкристаллитной коррозии. Широко используются стандартизированные (ГОСТ) по отраслям промышленности ускоренные коррозионные испытания. Испытания металлов и сплавов, цель которых — определение склонности к коррозионному растрескиванию, проводят в горячих растворах солей (преимущественно хлоридов) на образцах, испыты- вающих растягивающие напряжения. Определяют время до появ- ления выраженной трещины в напряженном металле. Выявление склонности металла или сплава к коррозионной уста- лости требует применения жидких коррозионных сред в сочетании с повторно-переменными напряжениями. Коррозионная опасность может быть достаточно надежно спро- гнозирована на основании исследования электрохимического и кор- розионного поведения металла или сплава в соответствующих кор- розионных средах методом снятия поляризационных кривых и по- строения коррозионных диаграмм. При использовании всех методов коррозионных испытаний ре- комендуется микрографическое обследование образцов до и после коррозионных испытаний с примером глубины питтингов и выяв- лением изменений в структуре металла или сплава. Известны различные шкалы показателей коррозии металлов и сплавов с оценкой в баллах (например, шкала проницаемости П) (табл. 1.2). Однако для каждого вида производства характерны собственные требования к износу и стойкости металлических изделий, указанные в ГОСТах — единых государственных основных стандартах. На- пример, существуют следующие ГОСТы, входящие в Единую систему защиты от коррозии и старения: ГОСТ 5272-68 (Коррозия металлов. Термины); ГОСТ 5632-72 (Стали высоколегированные и сплавы кор- розионностойкие, жаростойкие и жаропрочные); ГОСТ 9.017-74
Доступ онлайн
В корзину