Причины возникновения коррозии в машиностроении

1. Резкие перемены температуры.

2. Соприкосновение разнородных металлов.

3. Соприкосновение металлических изделий с ватой, бумагой, тканями и т. п. материалами, легко впитывающими влагу.

4. Нахождение в помещении кислот, щелочей, солей или вы-деление паров этих веществ.

5. Нахождение металлических изделий в сырых помещениях или помещениях с неисправными паропроводами.

6. Прикосновение к полированным и шлифованным поверхностям потными и грязными руками (пот содержит кислоты и соли).

7. Применение несоответствующих охлаждающих жидкостей при механической обработке.

8. Непосредственное соприкосновение непредохраненных обработанных поверхностей деталей с водой, снегом, кислотами, щелочами и их растворами.

Для автомобиля в основном характерна электрохимическая коррозия, так как условия ее возникновения создаются постоянно:

— при дожде, снегопаде, изменениях температуры на наружных и внутренних поверхностях кузова образуется водяная пленка (конденсат). При ее загрязнении кислотами и щелочами, содержащимися в воздухе, или солью, высыпаемой зимой на дороги, получается электролит;

— в металле после штамповки и сварки появляются участки с измененной структурой. Неоднородность, а также микровключения шлаков и мелкие дефекты (раковинки) провоцируют возникновение гальванических пар, то есть электрохимической коррозии в стальных деталях кузова.

Она особенно интенсивна при относительной влажности воздуха более 60% (в средней полосе России практически круглый год) и в больших городах с загрязненной атмосферой.

По характеру распространения коррозия бывает сплошной и местной.

Сплошная появляется на всем кузове, начинаясь на нижней поверхности днища, изнутри крыльев, во внутренних полостях дверей и силовых элементов (порогов, поперечин, усилителей). Внутри салона она обычно возникает под ковриками.

Местная бывает в местах соединения металлических листов сваркой и завальцовкой (кромки капота и крышки багажника, периметр дверей). Местная коррозия опаснее сплошной, так как протекает быстрее, ведет к сквозным повреждениям деталей и, как следствие, к потере прочности и жесткости кузова.

43. Классификация коррозионных процессов.
По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металла.
Химическая коррозия - это взаимодействие металлов с коррозионной средой, при котором окисляется металл и восстанавливается окислительные компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Так протекает окисление большинства металлов в газовых средах содержащих окислитель (например, окисление в воздухе при повышении температуры)
Mg+ O -> MgO
4Al + 3O -> 2AlO
Электрохимическая коррозия - это взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты среды происходит не водном акте, и их скорости зависят от электродного потенциала металла. По такому процессу протекают, например, взаимодействие металла с кислотами:
Zn + 2HCl -> Zn +2Cl +H
эта суммарная реакция состоит из двух актов:
Zn -> Zn + 2e
2H + 2e -> H
По характеру коррозионного разрушения.
Общая или сплошная коррозия при которой корродирует вся поверхность металла. Она соответственно делится на:
равномерную, не равномерную избирательную, при которой коррозионный процесс распространяется преимущественно по какой-либо структурной составляющей сплава.
Местная коррозия при которой корродируют определенные участки металла:
а) коррозия язвами - коррозионные разрушения в виде отдельных средних и больших пятен (коррозия латуни в морской воде)
б) межкристаллическая коррозия при ней процесс коррозии распространяется по границе металл-сплав (алюминий сплавляется с хромоникелем). и другие виды коррозии.

44. Электрохимическая коррозия.
Электрохимическая коррозия - самый распространенный вид коррозии. Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций в атмосфере - это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии.
К электрохимической коррозии относятся такие виды местных разрушений, как питтинги, межкристаллитная коррозия, щелевая. Кроме того процессы электрохимической коррозии происходят в грунте, атмосфере, море.

45. Водородная деполяризация.
Водородная деполяризация термодинамически возможна в тех случаях, когда равновесный потенциал металла отрицательнее равновесного потенциала водородного электрода в данных условиях.
Процесс водородной деполяризации проходит в несколько стадий: диффузия гидратиро-ванных ионов водорода к катоду; дегидратация, адсорбция и разряд ионов; рекомбинация ионов в молекулу и удаление молекул от поверхности катода.
Процесс водородной деполяризации проходит в несколько стадий: диффузия гидратированных ионов водорода к катоду, дегидратация, адсорбция и разряд ионов, рекомбинация ионов в молекулу и удаление молекул от поверхности катода.
При водородной деполяризации скорость коррозии металла пропорциональна площади катодных участков и зависит также от перенапряжения водорода на металле. В процессе коррозии структурная гетерогенность поверхностных слоев металла может быть нарушена, если анодная составляющая находится в-незначительном количестве, в виде включений.
При водородной деполяризации а поверхности металла почти всегда имеются пузырьки водорода, в которых давление очень близко к атмосферному.

46. Катодная и анодная защита.
Катодная защита — это электрохимическая защита от коррозии, основанная на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь[1][2]. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий.
Сдвиг потенциала защищаемого металлического объекта осуществляется с помощью внешнего источника постоянного тока (станции катодной защиты) или же соединением с протекторным анодом, изготовленным из металла, более электроотрицательного относительно объекта. При этом поверхность защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех её участках протекает только катодный процесс. Обусловливающий коррозию анодный процесс перенесён на вспомогательные электроды. Отсюда названия — жертвенный анод, жертвенный электрод. Если, однако, сдвиг потенциала в отрицательную сторону превысит определённое значение, возможна так называемая перезащита, связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и другими явлениями, что может привести к деградации защитного (изоляционного) покрытия и протеканию процесса стресс-коррозии катодно защищаемого объекта.
Анодную защиту применяют при эксплуатации оборудования в хорошо электропроводных средах и изготовленного из легко пассивирующихся материалов — углеродистых, низколегированных нержавеющих сталей, титана, высоколегированных сплавов на основе железа. Анодная защита перспективна в случае оборудования, изготовленного из разнородных пассивирующихся материалов, например, нержавеющих сталей различного состава, сварных соединений.
При анодной защите потенциал активно растворяющегося металла смещают в положительную сторону до достижения устойчивого пассивного состояния (рис. 10.1). В результате происходит не только существенное (в тысячи раз) снижение скорости коррозии металла, но и предотвращается попадание продуктов его растворения в производимый продукт. Смещение потенциала в положительную сторону можно осуществлять от внешнего источника тока, введением окислителей в раствор или введением в сплав элементов, способствующих повышению эффективности протекающего на поверхности металла катодного процесса.

 

47. Возникновения коррозионных гальванических пар.
Металлы в виду своего разнородного характера не всегда подходят для непосредственного контакта друг с другом тем более, если они находятся в агрессивных средах. Нередко они образуют весьма сильную гальваническую пару, что приводит к быстрому образованию коррозии в местах их непосредственного соприкосновения.
Слово «коррозия» заимствованно от латинского слова «corrodere», что означает – пожирать, изгладывать. Наиболее известная форма коррозии, это физико-химической реакция окружающей среды со сталью, которая приводит к появлению ржавчины. Аналогичные процессы проистекают и с другими материалами. Коррозия может быть химической и электрохимической в зависимости от вида процесса разрушения.
Химическая коррозия, как правило, вызвана воздействием на сталь сухих газов и жидкостей без электролитных свойств и не сопровождается возникновениями электрических токов. При таком виде коррозии происходит равномерное воздействие на всю поверхность металла, в результате чего появляются окислы в виде рыхлых образований. Химическая коррозия представляет менее опасный вид разрушающих воздействий, в отличие от электрохимической коррозии.
Коррозия, при которой происходит возникновение электрического тока, в среде жидкого электролита называется – электрохимическая коррозия. Все металлы и сплавы обладают электрическим потенциалом, из-за наличия в составе сплавов тех или иных веществ их потенциал не однороден. Если взять два материала с разными потенциалами и соединить их между собой, то они образовывают гальваническую пару. Поместив такую связку в электролит, между ними начинается активный электрообмен, что приводит к ускоренному разрушению более активного материала.

 

48. Кислородная деполяризация.
При наличии в растворе газообразного кислорода и не возможностью протекания процесса коррозии с водородной деполяризацией основную роль деполяризатора исполняет кислород. коррозионные процессы, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролите кислородом, называют процессами коррозии металлов с кислородной деполяризацией. Это наиболее распространенный тип коррозии металла в воде, в нейтральных и даже в слабокислых солевых растворах, в морской воде, в земле, в атмосфере воздуха. Общая схема кислородной деполяризации сводится к восстановлению молекулярного кислорода до иона гидроокисла:
O + 4e +2HO -> 4OH
Термодинамические возможности кислородной деполяризации.
Протекание процесса коррозии металла с кислородной деполяризацией согласно уравнения возможно при условии:
где () - обратимый потенциал кислородного электрода, равный:
где () - стандартный потенциал кислородного электрода, т.е. (обратимый) потенциал кислородного электрода при 25 С.
a =1 P =101 Па (1 атм)
Из последнего уравнения следует, что () зависит от рН среды (а) и парциального давления кислорода. Значение обратимых потенциалов кислородного электрода при различных рН среды и Р P (атм) V,B, при рН среды рН=0 рН=7 рН=14 0,21 +1,218 +0,805 +0,381 1 +1,229 +0,815 +0,400
Коррозия металла с кислородной деполяризацией в большинстве практических случаев происходит в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление кислорода в которой Р=0,21 атм.
Следовательно, при определении термодинамической возможности протекания коррозионного процесса с кислородной деполяризацией следует производить учитывая реальное парциальное давление кислорода в воздухе (см. табл.). Т.к. значения (V) очень положительны, то условия соблюдаются в очень многих случаях.

Механизм газовой коррозии.

Образующаяся на поверхности металла оксидная пленка может защищать металл от дальнейшего окисления. Образование подобной пленки может быть следствием:

1) адсорбции молекул кислорода поверхностью металла, соприкасающейся c атмосферой;

2) химического взаимодействия металла и газа с образованием химического соединения.

В резуль­тате протекания химической реакции

mМе (т) + mn/2O (адc) = тМе n+ + mn/2О2- = МеmОmn/2 (т)

и перестройки атомов металла и кислорода, соответствующей их пространственному

распределению в окисле

образуется сначала мономолекулярный (рис.), а затем полимолекулярный слой оксидов. В дальнейшем атомы кислорода диффундируют (проникают) через образовавшийся слой оксида, одновременно с этим в противоположном направлении диффундируют ионы металла. Реагируя с кислородом, ионы металла образуют оксид, что приводит к появлению новых слоев пленки, т. е. к её утолщению. (рис.). По мере утолщения пленки процесс диффузии будет затрудняться. Возникающая пленка будет тормозить дальнейшее развитие коррозионного процесса только в том случае, когда она будет обладать защитными свойствами.