ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА КОРРОЗИЮ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗА

Карасёв Дмитрий Викторович

студент 1курса, ГАОУ СПО «Альметьевский политехнический техникум», г. Альметьевск

E-mail: flera-safiullina@yandex.ru

Ильязова Рузалия Тагировна

преподаватель химии ГАОУ СПО «Альметьевский политехнический техникум», г. Альметьевск

Коррозия металлов наносит большой экономический вред. Коррозия приводит к уменьшению надёжности работы оборудования, к простоям производства из-за замены вышедшего из строя оборудования, к потерям сырья и продукции. Коррозия также приводит к загрязнению продукции, и к снижению её качества. Актуальность работы. Проблема защиты металлов от коррозии, знакомая человечеству с древних времен, по сей день остается чрезвычайно актуальной. Ежегодные потери из-за коррозии составляют от 20 до ЗО млн тонн металла. Прямой экономический ущерб от нее исчисляется сотнями миллиардов долларов в год. В связи с этим исследование механизма коррозии и разработка методов защиты от нее имеют большое народнохозяйственное значение. Коррозии подвергаются различные металлы и сплавы, но наиболее часто приходится сталкиваться с коррозией самого распространённого металла-железа и его различных сплавов. Поэтому мы решили рассмотреть коррозию стали подробнее.

Объект исследования: Влияние различных факторов на коррозию стали. Предмет исследования: Коррозия стали. Цель работы: Исследовать, какие условия способствуют, а какие препятствуют коррозии стали. Поставленная цель определяет основные задачи работы:

1.  Изучить сущность коррозии, её виды и способы защиты от коррозии.

2.  Исследовать зависимость скорости коррозии от присутствия кислорода.

3.  Исследовать влияние электролитов на процесс коррозии.

4.  Исследовать влияние ингибиторов на процесс коррозии. Гипотеза: если поместить сталь в щелочную среду, то скорость коррозии уменьшится. Пути решения поставленных задач: экспериментальный. Методы исследования: лабораторное исследование коррозии стали. Данная работа носит исследовательский характер.

Коррозия — гетерогенный процесс, так как он происходит на границе раздела фаз «металл — окружающая среда». В результате коррозии металлы окисляются и переходят в устойчивые соединения — оксиды или соли, в виде которых они и находятся в природе.

По механизму взаимодействия металла с окружающей средой коррозию можно разделить на два основных вида: химическую и электрохимическую.

В случае химической коррозии происходит взаимодействие металла непосредственно с окислителем окружающей среды. В результате этого разрушается металлическая связь, и атомы металла соединяются с атомами и группами атомов, входящих в состав окислителей. Несмотря на то что химиче­ская коррозия вероятна во всякой среде, происходит она, как правило, в неэлектролитах, т. е. в средах, не проводящих электрический ток.

В зависимости от условий химическая коррозия может быть газовой и жидкостной.

Газовая химическая коррозия — окисление металла газообразными окислителями в отсутствие влаги — кислородом воздуха, оксидами серы (S0₂), углерода (С0₂), азота (N), продуктами сгорания каменного угля, а также другими видами топлива. В промышленности металл нередко нагревают до высоких температур, и в таких условиях газовая коррозия ускоряется.

К основным факторам, влияющим на ско­рость газовой коррозии, относятся природа металла (сплава), состав газовой среды, механические свойства образующихся продуктов коррозии (оксидных плёнок), температура [1].

Жидкостная химическая коррозия — процесс окисления металлов в среде неэлектролитов (нефть, её фракции, смазочные масла и другие неэлектропроводные органические жидкости).

Химическая коррозия наблюдается в различных производствах химической и не­фтехимической промышленности, например при получении серной кислоты (на стадии окисления диоксида серы), азотной кислоты и хлорида водорода, при синтезе аммиака, в процессах синтеза органических спиртов, крекинга нефти и т. д.

Однако наличие даже небольших количеств влаги (конденсат, дождевая вода, водные растворы солей, кислот, щелочей, влажный воздух или любой другой влажный газ, почва и др.) может инициировать развитие электрохимической коррозии. Этот вид кор­розии встречается наиболее часто и представляет собой процесс взаимодействия металлов и сплавов с электролитами, сопровождающийся самопроизвольным возникновением гальванических пар «катод — анод». Возникновение гальванических пар на метал­ле может быть обусловлено различными причинами: контактом различных металлов, раз­нородностью структуры металлов, наличием на их поверхности оксидных плёнок, загряз­нений, неметаллических включений и т. д.

При электрохимической коррозии проис­ходит анодное окисление металла:

Ме° - п = Ме^п+.

Причём при контакте двух металлов (в различных механизмах и устройствах) всегда окисляется, т. е. подвергается коррозии, более активный металл (расположенный в электрохимическом ряду напряжений левее).

На катоде происходит процесс восстановления окислителя (Ох) — связывание избыточных электронов, образующихся в анодном процессе:

Ох + п= Red.

Окислителями могут быть молекулы воды, кислород, катионы водорода и др. В качестве материала катода могут быть разнообразные вещества, но обязательно электронные проводники. Так, для анода, изготовленного из железа, такими металлами могут быть олово, свинец, медь, серебро и др., т. е. металлы, расположенные в ряду напряжений правее железа.

По отношению к электрохимической коррозии все металлы можно разделить на четыре группы:

1) металлы повышенной активности — в ряду напряжений от щелочных металлов до кадмия — корродируют даже в нейтральных водных средах;

2) металлы средней активности — в ряду напряжений от кадмия до водорода — устойчивы в нейтральных растворах при отсутствии кислорода и неустойчивы в кислотных средах;

3) металлы малой активности — висмут, медь, серебро, ртуть, родий — в отсутствие кислорода и других окислителей устойчивы не только в нейтральных, но и в кислотных средах;

4) благородные металлы — золото, платина, иридий, палладий — устойчивы во всех средах, кроме кислотных, в присутствии сильных окислителей [2].

К электрохимической коррозии относят также коррозию, протекающую под влиянием электрического тока от внешнего источника, так называемых блуждающих токов (электрических железных дорог, трамвайных линий и др.). Они получаются в результате ответвления тока от рельсов, выполняющих роль катода, и подземных металлических сооружений (железные трубы, водопровод­ные сети, подземные кабельные проводки и т. д.), являющихся анодом, а влажная почва выполняет функцию электролита.

Кроме того, различают ещё ряд важнейших видов коррозии в зависимости от окружающей среды:

атмосферную коррозию — разрушение металлов в атмосферных условиях, в том числе в атмосфере любых газов (сильные агресоры металлов — хлор и его ион С1^-);

Аэрационную коррозию — разрушение металлов, вызываемое неожиданным доступом воздуха к его отдельным участкам;

почвенную коррозию — разрушение металлов в почве;

биокоррозию — разрушение металлов продуктами жизнедеятельности некоторых микроорганизмов (ряд почвенных бактерий вырабатывают вещества, действующие на металлы: С0₂, 50₂, Н₂ S и др.);

коррозию в расплавах солей, морскую и т. д. [3].

1.  1.Экспериментальная работа № 1 Роль кислорода в процессе коррозии стали.

В пробирку № 1-ст. гвоздь+вода на половину.

В пробирку № 2-ст. гвоздь+вода полностью.

В пробирку№ 3-ст. гвоздь-вода+масло.

Больше ржавчины образуется в пробирке № 1 — сталь соприкасается и с водой и с кислородом. В пробирке № 2 ржавчины меньше т. к. стали соприкасается только с водой. В пробирке № 3 гвоздь почти не проржавел, кислород не смог пройти через слой масла, а без кислорода коррозия не развивается

2.  2.Экспериментальная работа № 2 .Влияние электролитов на процесс коррозии.

В пробирку № 1-ст. гвоздь + вода.

В пробирку № 2-ст. гвоздь + раствор хлорида натрия.

В пробирку № 3-ст. гвоздь + медь + раствор хлорида натрия.

В пробирку № 4-ст. гвоздь + алюминий + раствор хлорида натрия.

В пробирке № 1 сталь слабо прокорродировала, в чистой воде коррозия идет медленнее т. к. вода слабый электролит. В данном случае мы наблюдаем химическую коррозию. И в пробирке № 2 — химическая коррозия. Но здесь скорость коррозии гораздо выше, чем в первом случае, следовательно, хлорид натрия увеличивает скорость коррозии. В пробирке № 3 стальной гвоздь в контакте с медной проволокой опущен в раствор хлорида натрия. Скорость коррозии очень велика, образовалось много ржавчины. Следовательно, хлорид натрия — это сильнокоррозионная среда для стали, особенно в случае контакта с менее активным металлом — медью. В пробирке № 4 тоже наблюдаем коррозию, но не стали, а алюминия, т. к. сталь в контакте с более активным металлом в сильнокоррозионной среде — в растворе хлорида натрия не корродирует до тех пор пока не прокорродирует весь алюминий. В этих двух пробирках - электрохимическая коррозия.

3.  Экспериментальная работа № 3. Влияние ингибиторов на процесс коррозии.

В пробирку № 1 - ст. гвоздь + раствор гидроксида натрия.

В пробирку № 2 - ст. гвоздь + раствор фосфата натрия.

В пробирку № 3 - ст. гвоздь + раствор дихромата натрия.

В пробирках № 1—3 стальной гвоздь опущен в раствор хлорида натрия, к которому добавили гидроксид натрия, фосфат натрия, хромат натрия. Коррозия стали в данном случае отсутствует. Следовательно, эти вещества замедляют коррозию, являются ингибиторами.

По результатам исследований были сделаны следующие выводы:

1.  Коррозия стали резко усиливается в присутствии кислорода.

2.  Коррозия стали резко усиливается, если она соприкасается с менее активным металлом, но коррозия замедляется, если сталь соприкасается с более активным металлом.

3.  Скорость коррозии зависит от состава омывающей металл среды. Хлорид ионы усиливают коррозию железа.

4.  Коррозия стали ослабляется в присутствии гидроксид-ионов, фосфат-ионов и хромат-ионов.

Выдвинутая гипотеза подтвердилась. Теперь мы можем понять широко используемые на практике способы предупреждения и борьбы с коррозией:

1.  Отделение металла от агрессивной среды(окраска, смазка, покрытие лаками).

2.  Защита металлов более активным металлом(оцинкованное железо). Защита менее активным металлом (луженое железо).

3.  Использование замедлителей коррозии ингибиторов(органические и неорганические вещества).

4.  Пассивация металлов.

5.  Электрозащита.

6.  Изготовление сплавов, стойких к коррозии [4].

Таким образом, известно и используется на практике множество способов защиты металлов от коррозии. Однако они полностью не защищают металлы от разрушения, поэтому учёные заняты поиском новых, более перспективных способов защиты.

Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих ее протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы, и потому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить. Важнейшей проблемой является изыскание новых и совершенствование старых способов от коррозии.

Список литературы:

1.Коровин Н.В. Курс общей химии: учебное пособие. М.: Высшая школа, 1990.

2.Косачев В.Б., Гулидов А. П. Коррозия металлов //Новости теплоснабжения , 2002 № 1 (17).

3.Онищенко В.И., Мурашкин С.У., Коваленко С.А. Технология металлов и конструкционные материалы. М.: Агропромиздат, 1991.

4.Фролов В.В. Химия: учебное пособие. М.: Высшая школа, 1986.