WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
..,..

УДК (539.3/.6:669.018.8)(075.8) ББК К66-16я73 К392 Р е ц е н з е н т ы:

Кандидат химических наук, доцент, учитель высшей категории ТОГОУ – ОШИ "Политехнический лицей-интернат ТГТУ" Б.И. Исаева Кандидат химических наук, доцент ТГТУ И.В. Якунина Килимник, А.Б.

К392 Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии :

учебное пособие / А.Б. Килимник, И.В. Гладышева. – Тамбов :

Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. – 80 с. – 100 экз. – ISBN 978-58265-0710-0.

Рассмотрены вопросы теории химической стойкости материалов, методы защиты от коррозии. Содержит дополнительный материал, облегчающий изучение курса и написание раздела дипломного проекта "Обоснование выбора конструкционных материалов и методов защиты от коррозии".

Предназначено для студентов 1 – 5 курсов всех форм обучения по специальностям 240401, 240801, 240802, 240902, 260601, 261201; может быть полезно студентам 1 курса специальностей 110301, 110302, 110304, 140211, 220301 и может использоваться при изучении теории, подготовки к лабораторным работам, а также при выполнении дипломных проектов.

УДК (539.3/.6:669.018.8)(075.8) ББК К66-16я73 ISBN 978-5-8265-0710-0 © Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ), 2008 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет" А.Б. Килимник, И.В. Гладышева ХИМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ И ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ Утверждено Ученым советом университета в качестве учебного пособия для студентов 1 – 5 курсов всех форм обучения по специальностям 240401, 240801, 240802, 240902, 260601, 261201 Тамбов Издательство ТГТУ 2008 Учебное издание КИЛИМНИК Александр Борисович, ГЛАДЫШЕВА Ирина Владимировна ХИМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ И ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ Учебное пособие Редактор З.Г. Чернова Инженер по компьютерному макетированию М.Н. Рыжкова Подписано к печати 11.04.Формат 60 84/16. 4,65 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. ВВЕДЕНИЕ Машины, аппараты и коммуникации на химических предприятиях работают в условиях воздействия сильноагрессивных сред, и это нередко приводит к их преждевременному износу и возникновению аварийных ситуаций вследствие коррозии или деструкции конструкционных материалов.

Ежегодно около трети выплавляемого металла теряется в результате коррозии, причем десятая часть его рассеивается в виде продуктов коррозии.

Ущерб, наносимый коррозией, складывается из прямых и косвенных потерь. К ним относятся: стоимость прокорродировавшего оборудования, затраты на замену или ремонт машин и аппаратов, стоимость испорченных реагентов и продуктов химико-технологического процесса, выплаты пострадавшим в результате аварий, связанных с коррозионными разрушениями цехового оборудования и т.д. Полностью учесть экономические и моральные потери чрезвычайно трудно.

Вышеизложенное определяет необходимость включения дисциплины "Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии" в учебные планы подготовки инженеров-механиков по специальностям: 240401, 240801, 240802, 240902, 260601, 261201 и может быть полезно студентам 1 курса специальностей 110301, 110302, 110304, 140211, 220301.

Основами курса являются: химия, физика, физическая химия и материаловедение. Курс логически связан с дисциплинами: "Процессы и аппараты химической технологии" и "Химическая технология".

В пособии рассмотрены вопросы теории коррозии и деструкции, методы защиты материалов и аппаратов от разрушения.

Пособие имеет структуру, позволяющую студенту при изучении курса:

- получить представление о месте и роли теории коррозии и методов защиты от нее в проектировании и при эксплуатации оборудования химических производств;

- изучить теоретические основы курса;

- изучить методы защиты от коррозии и деструкции;

- научиться анализировать коррозионную ситуацию на предприятии и выбирать конструкционные материалы для изготовления оборудования и методы защиты от коррозии.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОРРОЗИИ И ДЕСТРУКЦИИ Коррозия – это процесс самопроизвольного разрушения металлов и сплавов при их физико-химическом взаимодействии с окружающей средой.

Деструкция – это процесс непреднамеренного разрушения неметаллических материалов при их физическом, механическом, физико-хими-ческом и биологическом взаимодействии с окружающей средой.

Главной причиной разрушения материалов является их термодинамическая неустойчивость в условиях эксплуатации оборудования.

Многочисленны реальные среды, в которых работают конструкционные материалы. Еще более разнообразны условия работы аппаратов и характер их разрушения. В связи с этим введена классификация коррозионных и деструкционных процессов по механизму, условиям протекания и характеру разрушения материалов.

По механизму разрушения материалов различают коррозионные процессы, протекающие по химическому или электрохимическому меха- низмам.

Химическая коррозия или деструкция – это процесс самопроизвольного разрушения материалов вследствие химического взаимодействия их с окружающей средой. При этом продукт коррозии образуется за счет реакции атомов металла и молекул окислителя на данном участке поверхности материала и остается или удаляется с нее в зависимости от природы продукта коррозии. Например, химическая коррозия наблюдается при контакте металлов с сухими газами при высокой температуре или с жидкими неэлектролитами (например, расплавленная сера); химическая деструкция стекла – при воздействии на него растворов гидроксида натрия или фтороводорода.



Электрохимическая коррозия протекает при контакте металлов с растворами или расплавами электролитов, причем разрушаются анодные участки поверхности металла, а на катодных – протекает процесс восстановления окислителя. Например, при коррозии углеродистой стали в кислой деаэрированной среде на анодных участках (кристаллиты железа) происходит окисление атомов железа, а на катодных (зерна углерода или карбида железа) – восстановление ионов гидроксония. Освобождающиеся в анодном процессе электроны внутри металла перемещаются к катодным участкам поверхности и ассимилируются ионами гидроксония с образованием газообразного водорода.

По условиям протекания выделяют следующие виды коррозии: газовую – коррозия металлов в сухих газах при высокой температуре; в неэлектролитах – коррозия железа в расплавленной сере или в бензине; атмосферную; в растворах и расплавах электролитов; грунтовую; биокоррозию; контактную; щелевую и т.д.

УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ КОРРОЗИИ Газовая Химический механизм Неэлектролиты Атмосферная Погружение Растворы Элетрохимический электролитов механизм Полное Грунтовая Неполное Биокоррозия Переменное Контактная коррозия Перемешивание Щелевая коррозия Кавитация Расплавы электролитов Трение Механические напряжения Рис. 1.1. Взаимосвязь условий протекания и механизмов коррозии Кроме состава агрессивной среды большое значение имеют и такие условия работы оборудования, как наличие постоянных, переменных и знакопеременных механических напряжений; полного, неполного и переменного погружения в жидкость; перемешивания, кавитации, трения и т.п.

В реальных условиях работы химического оборудования чаще всего наблюдается совместное воздействие многих факторов. Взаимосвязь условий протекания процессов коррозии с механизмами реакций металлов в агрессивных средах показана на рис. 1.1.

Следует отметить, что электрохимический механизм разрушения металлов может наблюдаться и при газовой коррозии в условиях возникновения электрических разрядов.

По характеру разрушения материалов все процессы коррозии делятся на сплошную и местную (локальную) коррозии.

Сплошная коррозия протекает на всей поверхности материала. Она может быть равномерной и неравномерной. При равномерной коррозии материал разрушается на одинаковую глубину в единицу времени по всей поверхности. Неравномерная коррозия характеризуется различной ско- ростью разрушения на отдельных участках поверхности материала.

Локальная коррозия подразделяется на пятнистую, язвенную, питтинговую, подповерхностную, сквозную, компонентно-избирательную, структурно-избирательную, транскристаллитную, межкристаллитную и т.п.

Пятнистая коррозия наблюдается на латуни в виде отдельно расположенных пятен. Язвенная коррозия при разрушении малоуглеродистых сталей характеризуется возникновением раковин, заполненных продуктами коррозии.

Подповерхностная коррозия возникает в случаях, когда внутри металлических материалов имеются расслоения, ликвационная рыхлость и другие дефекты.

Межкристаллитная коррозия распространяется по граням зерен кристаллов, а транскристаллитная – через тело кристаллов.

Большую опасность представляют питтинговая, подповерхностная, сквозная и межкристаллитная коррозии. Питтинговая коррозия начинается с точечного поражения диаметром от долей до двух миллиметров и может привести к подповерхностным и сквозным разрушениям материала. При этом резко понижается механическая прочность металла. Межкристаллитная коррозия распространяется по граням кристаллитов и при этом внешний вид изделий не изменяется, а физикомеханические свойства значительно ухудшаются.

Сплошная и местная коррозия могут протекать как по электрохимическому, так и химическому механизмам в зависимости от состава агрессивной среды и условий протекания процесса.

Деструкция неметаллических материалов протекает при воздействии инфракрасного, видимого, ультрафиолетового и радиационного излучений; химических реагентов, продуктов жизнедеятельности биологических объектов и механических напряжений.

При термическом, фотохимическом, радиационном, химическом и биологическом воздействиях на полимерные материалы наблюдается отщепление функциональных групп от полимерной цепи.

Фотохимическое и радиационное облучение приводит к образованию пространственных структур, повышающих прочность материала и уменьшающих их газопроницаемость.

Разрыв полимерных цепей на отдельные звенья происходит под действием радиации, химических реагентов, продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и механических нагрузок.

Приведенная классификация коррозионных и деструкционных процессов может быть положена в основу при создании системы автоматизированного выбора конструкционных материалов и метода защиты от коррозии. Блок-схема такой системы показана на рис. 1.2.

Монитор Принтер Банк 1 Блок обработки задания Банк Ввод сведений об условиях работы аппаратов Рис. 1.2. Блок-схема системы автоматизированного выбора конструкционных материалов и методов защиты Пользователь системы вводит в нее сведения о составе агрессивной среды, условиях работы оборудования, допустимых видах разрушения материалов, ограничениях на загрязнение выпускаемой продукции веществами, образующимися в ходе коррозии и т.д. После автоматической обработки введенной информации результаты выводятся на монитор или принтер.





Обработка введенной в систему задачи осуществляется по программе, блок-схема которой показана на рис. 1.3.

Перед выполнением программы пользователь системы может сделать запрос и получить сведения о месте производства необходимых ему материалов, возможности их поставки, цене и других условиях.

Для оценки и сравнения коррозионной стойкости материалов применяют качественные и количественные показатели коррозии.

Обращение Обращение в Ввод кодов:

в банк 1 банк состав агрессивной среды; температура, давление и т.п.

Скорость и характер Электрохимические Вид материала:

разрушения, физико- методы защиты:

черные и цветные мемеханические катодная, анодная, таллы, неметаллы, разрушения ингибиторная пластмассы Покрытия:

Стоимость Программа отбора металлические, по затратам неметаллические и органические Доступность Вывод информации Рис. 1.3. Блок-схема программы для системы автоматизированного выбора материалов и метода защиты от коррозии Качественные показатели коррозии основаны на визуальной оценке коррозионного разрушения при сравнении контрольных образцов материалов и подвергнутых воздействию агрессивной среды. Также используется индикаторный метод;

фиксация изменения окраски индикатора, введенного в агрессивную среду.

При визуальной оценке коррозионных разрушений применяют лупы, металлографические микроскопы и бинокли (для облегчения контроля коррозионного состояния коммуникаций, проложенных на высоких эстакадах).

Более точную информацию о коррозии материалов дают количественные показатели коррозии.

Количественные показатели коррозии основаны на измерении физико-химических и физико-механических свойств образцов материала и агрессивной среды до и после коррозионного воздействия (изменение отражательной способности материала, его прочности, эластичности, удельного сопротивления и т.п.).

Дав оценки скорости коррозии материалов, применяемых в химической промышленности чаще всего, используются массовый и глубинный показатели коррозии.

Массовый показатель коррозии Кm характеризует изменение массы образца в единицу времени с единицы поверхности (г / (м2ч)):

m - mКт =, st где m – масса образца металла до испытания, г; m1 – масса образца металла после коррозионного воздействия, г; S – поверхность образца металла, м2; t – время испытания, ч.

Глубинный показатель коррозии (П) характеризует глубину коррозионного разрушения в единицу времени (мм/год). Он положен в основу десятибалльной шкалы коррозионной стойкости металлов, а массовый – пятибалльной шкалы. Наиболее употребительной является десятибалльная шкала стойкости металлов.

Глубинный и массовый показатели коррозии целесообразно применять для оценки скорости равномерной коррозии. В других случаях использование их значений имеет меньшую практическую ценность.

2. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ 2.1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ Химическая коррозия металлов часто протекает в атмосфере сухих газов при высоких температурах. При этом металлы характеризуются двумя свойствами: способностью противостоять химическому воздействию окислителя (жаростойкость) и способностью длительно сохранять высокие механические показатели (жаропрочность).

Вероятность протекания химической коррозии металлов определяется на основании термодинамических расчетов. Критерием самопроизвольности химических процессов является убыль энергии Гиббса G, расчет изменения которой можно произвести с учетом зависимости теплоемкости от температуры по методу Темкина-Шварцмана.

Например, определение термодинамической вероятности коррозии никеля в атмосфере чистого кислорода при 500 К по методу Темкина–Шварцмана проводят в следующем порядке:

1) записывают уравнение химической реакции:

Niт + O2, г = NiOт ;

2) выписывают из справочника [9, табл. 41] в табл. 2.1 значения термодинамических свойств для участников реакции;

3) выписываются значения коэффициентов М0, М1 и М из справочника [4, табл. 45]: М0 = 0,1133; М1 = 0,0407103 и М –2 – = 0,040710–3;

2.1. Сведения для участников реакции Коэффициенты уравнения Ср = f (T), o o H, S298, f, 298 Дж/моль Вещество Дж/моль кДж/моль а b 10–3 c 10–Niт 0 16,99 29,46 – 29,1 / 2O2, г 0 15,72 1,69 –1,88 102,NiOт –239,74 –20,88 157,23 16,28 37,4) рассчитывают изменение термодинамических характеристик (табл. 2.1) по первому следствию из закона Гесса и подставляют полученные данные и значения коэффициентов: М0, М1 и М в уравнение Темкина–Шварцмана:

–o o GT = Ho – TS298 – Т (аМ0 + bМ1 + cМ ).

–f, При коррозии никеля в воздухе необходимо учитывать парциальное давление кислорода РО. В данном случае расчет проводят по формуле o 0, G500 = G500 – RT ln PO25.

Полученные результаты вычисления изменений энергии Гиббса в обоих случаях свидетельствуют о термодинамической возможности протекания коррозии никеля как в чистом кислороде, так и в воздухе.

Для расчетов изменения энергии Гиббса другими методами (с учетом среднего значения теплоемкости в заданном ин–тервале температур или по уравнению: Ср = а + bТ + cТ ) можно воспользоваться программами, приведенными в [9].

Термодинамические расчеты позволяют определить лишь вероятность осуществления коррозии и не дают сведений о скорости процесса. Многие термодинамически неустойчивые металлы (Ni, Fe, Сr, Ti, A1 и др.) хорошо противостоят коррозии благодаря образованию на них тонкой пленки оксида металла.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.