жаростойкий краска
v\:* {behavior:url(#default#VML);}o\:* {behavior:url(#default#VML);}w\:* {behavior:url(#default#VML);}.shape {behavior:url(#default#VML);}Коррозия жаростойкий краска защита металловГвоздицин Александр свет ГеннадьевичБыков Евгений Иванович32882003-11-06T17:50:00Z2007-04-12T16:27:00Z1896751118Дом4251195996611.56061024x768BestFit216 пт6 пт03falsefalsefalseMicrosoftInternetExplorer4/* Style Definitions */table.MsoNormalTable{mso-style-name:"Обычная таблица";mso-tstyle-rowband-size:0;mso-tstyle-colband-size:0;mso-style-noshow:yes;mso-style-parent:"";mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt;mso-para-margin:0cm;mso-para-margin-bottom:.0001pt;mso-pagination:widow-orphan;font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman";mso-ansi-language:#0400;mso-fareast-language:#0400;mso-bidi-language:#0400;}ГлавнаяСсылкиКомпьютерыХимияЧёрнаяметаллургияГостевая книга Конспект лекций по курсу “Коррозия жаростойкий краска защитаметаллов” 1.Введение. Основные понятия жаростойкий краска определения.Металлыи сплавы на металлической основе - основные конструкционные материалы.К сожалению, в условиях их эксплуатации окисленное их состояние являетсяболее устойчивым. В это состояние металлы жаростойкий краска сплавы переходят в результатекоррозии. Коррозия - самопроизвольное разрушениеметаллических материалов вследствие их химического или электрохимическоговзаимодействия с окружающей средой (чаще жидкой или газообразной).Коррозия в переводе с латинского - разъедание, в отличие от эрозии- разрушения, вызванного истиранием (механическим износом). Любой коррозионный процесс сводится кокислительно-восстановительной реакции вида:;, где Ме - металл; Oх, Red - окисленная ивосстановленная форма имеющего в коррозионной среде вещества.2.Классификациякоррозионных потерь жаростойкий краска масштабы убытков, причиняемых коррозией. Коррозионныепотери классифицируют как прямые жаростойкий краска косвенные. Прямыепотери - стоимость замены конструкций, механизмов жаростойкий краска их частей, пришедших в негодностьвследствие коррозии. Величина прямых коррозионных потерь оценивается примерно в5.5 миллиардов долларов в год (по данным Национального Бюро Стандартов США). Косвенные потери делятся:1.Простои оборудования. 2.Потеря полезного продукта (течь продуктопроводов).3.Потеря производительности оборудования (ежегодно в США по причине коррозии -засорения труб ржавчиной, происходит повышение мощности нагнетательных машин.Это затраты - 40 млн. долларов в год.4.Загрязнение полезного продукта.5.Завышенные припуски при проектировании деталей (увеличение толщины изделия с припуском на коррозию). Косвенные потериоцениваются как превышающие прямые в два- три раза. По международным,оценкам затраты на восполнение потерь от коррозии сравнимы с затратами на медицинскоеобслуживание в развитых странах (от трех до десяти процентов годового национальногопродукта). Примерно 40% ежегодно производимых металлов иметаллических материалов расходуется на восполнение коррозионных потерь,поэтому без принятия решительных мер поснижению коррозионных потерь, увеличение производственныхфондов становится бессмысленным. Таким образом, целькурса коррозии жаростойкий краска защиты металлов-разработкаспособов защиты металлических материалов от коррозионного разрушения на основезнания механизма взаимодействия металлических материалов с коррозионной средой.Научная база курса -физическая химия, теорияметаллургических процессов, жаростойкий краска также металловедениеи термическая обработка.3.Классификациякоррозионных процессов.Всемногообразие коррозионных процессов принято классифицировать по признаку их механизма,условий протекания жаростойкий краска характеру получаемого разрушения.Помеханизму протекания различают химическую жаростойкий краска электрохимическую коррозию.Поусловиям протекания процессов, которые весьма разнообразны, различают следующиевиды коррозии (основные виды):-Газовуюкоррозию - коррозию металлических материалов в атмосфере раскаленных газов;-Атмосфернуюкоррозию - коррозию металлических материалов в атмосфере влагосодержащих газов;-Жидкостнаякоррозия - коррозию металлов в жидкостях (электролитах жаростойкий краска не электролитах);-Подземнуюкоррозию - коррозию в почвах жаростойкий краска грунтах;-Структурнуюкоррозию - коррозию металлических материалов в связи с неоднородностью ихструктуры;-Биокоррозию- коррозию под влиянием микроорганизмов;-Коррозиюблуждающим жаростойкий краска внешним током. По характеру коррозионного разрушенияразличают:-Общуюкоррозию (сплошную);-Местнуюкоррозию (коррозию отдельных участков металлических поверхностей). Общая коррозия бывает равномерной (протекает с одинаковой скоростью на всей поверхности металла), например,коррозия углеродистой стали в H2SO4 ;неравномернойпротекающей с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла(например, коррозия углеродистой стали в морской воде);избирательной(разрушается лишь одна структурная составляющая сплава, например, ферритнаяструктурная составляющая чугуна).Местнаякоррозия, бывает: пятнами (коррозия латуни в морской воде), язвами (коррозия стали в грунте), точечной (коррозиянержавеющей стали в морской воде), межкристаллитной (коррозия нержавеющейстали в кислых средах), ножевой(коррозия сварных швов).4.Химическаякоррозия.4.1.Определениеявления.Химическаякоррозия - самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие ихвзаимодействия с коррозионной средой, при котором окисление металла ивосстановление окислителя - пространственно неразделенные процессы.Процессхимической коррозии можно описать реакцией вида:. (4.1)Химическаякоррозия наблюдается при помещении металлических материалов в атмосферу раскаленныхгазов или в жидкость,не являющуюся электролитом (нефть, бензин жаростойкий краска т.д.). Наиболеераспространенный вид химической коррозии - газовая коррозия. 4.2.Термодинамикапроцесса химической коррозии.Вкачестве примера рассмотрим процесс окисления металла в атмосфере кислорода.Процесс окисления металла может быть представлен реакцией вида:. (4.2)Возможностьпротекания такой реакции определяется соответствующим изменением энергииГиббса:,(4.3)гдеК -константа равновесия химической реакции; - алгебраическая сумма логарифмов начальных активностейвеществ - продуктов химической реакции. . (4.4) Еслиметалл жаростойкий краска оксид металла чистые вещества – то имеем:. (4.5) где Po2 -Равновесное давлениекислорода в системе; po2 -Начальное давлениекислорода в газовой фазе. Окончательно:. (4.6) Такимобразом процесс окисления металлов возможен,если po2>Po2(<0) жаростойкий краска не возможен если po2 1. (4.21)Если Vok/VMe <1,то пленка не может быть сплошной. ОтношениеVok/VMe можнорассчитать по формуле: , (4.22)где mOk - молярная масса оксида; mMe -молярная масса металла; rOk -плотность оксида; rMe -плотность металла; m - число атомов металла в молекуле оксида. К металлам,не удовлетворяющим условию сплошности при окислении их кислородом, относятся щелочные жаростойкий краска щелочно-земельныеметаллы (за исключением Ве). Сплошность пленок – необходимый, нонедостаточный фактор, определяющий ее защитные свойства .Как показал Францевич И.Н., у пленок с Vok/VMe>>1 не может быть высоких защитныхсвойств, ввиду возникновения в них больших внутренних напряжений (например, MoO3 или WO3). В качествеверхней границы отношения объемов принимают величину 2,5. Тогда уточненноеусловие сплошности выглядит: 1< Vok/VMe <2,5. (4.23) 4.3.4. Законы роста оксидных пленок наметаллах.Процессроста пористой пленки не осложняется процессом подвода окислителя кповерхности металла, жаростойкий краска контролируется скоростью химической реакции образованияоксида. Скорость коррозии в этом случае выражается уравнением: V = dx/dt = KC, (4.24) где x - толщина пленки; t – время; K - константаскорости химической реакции образования ок- cида; C - концентрацияокислителя на поверхности метала.Разделимпеременные жаростойкий краска получим закон роста пористой пленки: dx/dt = KC Þ òdx=òKCdtÞx=KCtÞ x=K’t, (4.25) т.е. ростпористой пленки,контролируемый скоростью химической реакции окисления металла,протекаетво времени по линейному закону. Линейный закон роста имеет место:а) привысокотемпературном окислении в воздухе жаростойкий краска кислороде металлов при Vok/VMe<1;б) вслучае образовании летучих оксидов. Сплошныепленки, затрудняют проникновениереагентов друг к другу жаростойкий краска их рост сопровождается самоторможением процесса.Результирующая скорость этого сложного процесса определяется скоростью самоймедленной стадии, т.е. возможны различные варианты контроля течения процесса. Первый вариант.Скоростькоррозии контролируется стадией массопереноса (диффузионный контроль процесса).В этом случае имеем следующее уравнение: V= dx/dt = D (C0)/x, (4.26)где D - коэффициент диффузии реагента; C0 - концентрация реагента (окислителя) в газовой фазе. Следуетособо подчеркнуть, что концентрация окислителя на границе раздела Ме – оксиднаяпленка (Сх) равна нулю, т.к. скорость химической реакции весьма велика. Решая уравнение, (4.26) получаем уравнениепараболического закона роста оксидной пленки: dx/dt = D(C0/x) Þ òxdx=òDC0dtÞ x2/2 = DC0tиокончательно x2 = 2DC0t или x2 = K”*t. (4.27)Параболический закон роста реализуется, в частности, приокислении железа на воздухе при различных температурах. Второй вариант.В предыдущем случае Сх = 0 ,т.е. накопление окислителяна внутренней поверхности оксидной пленки не происходит. Учтем возможностькинетического торможения процесса роста оксидной пленки наряду с торможением настадии массопереноса (диффузионно-кинетический контроль процесса). В этомслучае справедливо соотношение: V= dx/dt = D (C0-Cx)/x = KCx. (4.28)Решая (4.28)приходим к сложно-параболическому закону роста оксидной пленки: X2/D + 2X/K = K’’’*t. (4.29)Ростоксидных пленок по сложно-параболическому закону выполняется: а) приокислении железа в парах воды или в атмосфере СО2; б) приокислении Сo, Сu в атмосфере чистогокислорода;в) причастичном разрушении оксидной пленки.Ростоксидных пленок при диффузионно-кинетическом контроле может быть выражен такжестепенным законом: Xn = Kn*t, (4.30) где n– не равно 2.Третийвариант .Часторост пленки протекает медленнее, чем это следует из параболического законароста. Это наблюдается при возникновении оксидных пленок при низких температурах (на Сuв О2 при Т Ј 100 оС; на Аl,Тi, Ni, Zn в О2при Т Ј 300-400 оС.) Затухание объясняется либо уплотнением пленок, либо появлением дефектов (пузырей, расслоений).В этих случаях рост пленки протекает в соответствии с логарифмическим закономроста: X= ln(K*t). (4.31) В заключение,можно отметить общую для большинства металлов тенденцию к снижениюсамоторможения процесса окисления во времени с ростом температуры: логарифмический закон Þ обратный логарифмический закон Þ степенной (n>2) закон Þ параболический закон Þ сложно-параболический закон Þ линейный закон. 5.Влияниевнешних жаростойкий краска внутренних факторов на химическую коррозию металлов.Скорость жаростойкий краска характер процессахимической коррозии металлов зависит от ряда факторов. Внешними называют факторы, связанныес составом коррозионной среды жаростойкий краска условиями коррозии (температура, давление,скорость перемещения коррозионной среды жаростойкий краска т.д.). Внутренними называют факторы,связанные с составом, структурой, внутренними напряжениями в металле, качествомобработки поверхности металла жаростойкий краска др.5.1.Влияние внешних факторов. Температура.Температура - этомощный внешний фактор. Характер влияния температуры на скорость окисленияметалла определяется зависимостью константы скорости реакции окисления (К) жаростойкий краска коэффициентадиффузии (D)от температуры. И K=f(T) жаростойкий краска D=f(T) описываются одним жаростойкий краска тем же уравнением (уравнениеАррениуса): K = K0 * exp (-E/RT), (5.1) где К0 - константа; Е - энергия активации химическойреакции. D = D0 * exp (-E’/RT), (5.2) где D0 – константа; Е - энергия активациидиффузии. Таким образом,вне зависимости от вида контролирующейстадии процесса окисления, с повышением температуры скорость окисления резковозрастает.Колебания температуры,особенно переменный нагрев иохлаждение, увеличивают скорость окисления металла,т.к. в защитной пленкеобразуются трещины. Состав газовой фазы.Влияние состава газовой фазы на скорость коррозииметалла велико, специфично жаростойкий краска изменяется с температурой. В частности,на скорость окисления железа жаростойкий краска стали, особенно сильно влияюткислород, соединения серы, водяные пары.Приведенные ниже данные свидетельствуют о зависимостиотносительной скорости коррозии стали с0,17%С от состава газовой фазы при 900 оС: чистый воздух-------------100% чистый воздух+2%SO2--------118% чистыйвоздух+5%H2O -------134% кислород-----------------200% чистыйвоздух+5%SO2+5%H2O--276% Значительноевлияние на коррозию сталей жаростойкий краска сплавов оказывают продукты горения топлива,содержащиеванадий (например V2O5).Этосоединение находится в золе от сжиганиядешевого топлива-мазута, нефтепродуктов. Зола, налипая на металл, увеличиваетскорость его коррозии в десятки раз. Причина этому - “ванадиевая коррозия”,обусловленная легкоплавкостью V2O5 , жаростойкий краска его способностью офлюсовывать (переводить вжидкое состояние) химические соединения золы жаростойкий краска окалины, что снижает защитныесвойства последней ,а также участвовать в процессе окисления: 4Fe + 3V2O5 = 2Fe2O3 + 3V2O3, (5.3) V2O3 + O2 = V2O5, (5.4) V2O5 + Fe2O3 = 2FeVO4. (5.5)Повышение содержания СО в газовой фазе понижет скоростькоррозии углеродистых жаростойкий краска низколегированных сталей, но при больших количествах СОв газовой фазе может произойти науглероживание поверхности стали. При этом возможныследующие химические реакции: 2CO + O2 = 2CO2, (5.6) 2CO = Cсаж + CO2. (5.7) Давление окислителя.Если быповерхность металла не была бы покрыта оксидной пленкой, то скорость окислениябыла бы пропорциональна парциальному давлению окислителя (длядвухатомных газов-ЦP).Но так как поверхность металла покрыта слоем оксида, тозависимость скорости окисления от величины парциального давления окисляющейгаза может быть различной в зависимости от строения защитной пленки.Например, при окислении железа при 700-950оСскорость окисления не зависит от Po2.Скоростьдвижения газовой фазы.Окисление, как гетерогенный процесс,определяется скоростью подвода жаростойкий краска отвода реагентов в зону реакции. Поэтому, чембольше скорость движения потока газа, тем больше жаростойкий краска скорость окисленияметалла.Режим нагреваметалла.Влияние режима нагрева металла может быть рассмотрено вконтексте влияния колебаний температуры. То есть переменные нагрев жаростойкий краска охлаждениеувеличивают скорость окисления ввиду нарушения сохранности защитной пленки. 5.2.Влияниевнутренних факторов на скорость процесса химической коррозии.Составсплава.Применительнок наиболее важным конструкционным сплавам – сплавам на основе железа, можноотметить следующее для случая газовой коррозии. 1.Привысоких температурах (более 800оС) с увеличением содержания углеродав стали скорость ее окисления жаростойкий краска обезуглероживания уменьшаетсявследствие более активного образования СО, что снижает окислительный потенциалгазовой фазы.2.Серафосфор, никель, марганец практически не влияют на скорость окисления железа.3.Титан,медь, кобальт, бериллий заметно снижают скорость окисления железа.4.Хром,алюминий, кремний сильно замедляют окисление железа.5.Ванадий, вольфрам жаростойкий краска молибден могут значительно ускорить окисление стали, котороеиногда носит катастрофический характер.Структурасплава.Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, чточем меньше в сплаве структурных составляющих, тем выше его жаростойкость. Применительнок сплавам железо – углерод, наиболее устойчивой является аустенитная структура.Стали с двухфазной аустенитно – ферритной структурой менее устойчивы противокисления. Их меньшая жаростойкость связывается с большей неоднородностьюобразующейся защитной пленки, что приводит к ее разрушению при росте(неоднородность возникающих внутренних напряжений). Так хромо - никелевые стали с однофазнойаустенитной структурой более устойчивы против окисления, чемдвухфазные: Х12Н12М2Т, Х12Н9Т ведут себя лучше, чем ОХ21Н5МД2Т, 1Х21Н5Т.На жаростойкость чугунов кроме их состава влияет жаростойкий краска структура.Существенное влияние оказывает форма графитных включений:при шаровидной формеграфита стойкость против окисления выше ,чем при пластинчатой.Состояниеповерхности металла жаростойкий краска наличие в нем напряжений. Надежно установлено, что предварительная холоднаяпластичная деформация несколько ускоряет окисление металла вследствие повышениязапаса его энергии. Чем тщательнее обработана поверхность металла, темменьше скорость его окисления, что обусловлено лучшей сохранностью защитных пленок на гладкой поверхности.6.Защита от газовой коррозии.Способы защиты рассмотрим применительно к основномуконструкционному материалу – сплавам на основе железа.6.1. Контролируемые изащитные атмосферы. В качестве защитных атмосфер используются газовые средыиз технически чистого азота, гелия, аргонаи других инертных газов.В ряде случаев для защиты металла от окисляющегодействия газообразной среды используютвариант вакуумирования рабочего пространства промышленного агрегата, напримернагревательной печи. Кроме вышеуказанныхприемов защиты металлических материалов от окисления при высоких температурах,используют так называемые контролируемые атмосферы – газообразныесмеси с контролируемым значение окислительного потенциала.Принцип выбора состава контролируемой атмосферысводится к выполнению неравенства вида: , (6.1) где - кислородныйпотенциал газовой фазы; - кислородный потенциал оксида металла.В промышленных условиях в качестве контролируемыхатмосфер используются: а) азот жаростойкий краска влажный водород(N2+H2/H2O); эту газовую смесьполучают диссоциацией аммиака жаростойкий краска дожиганием образовавшегося при диссоциацииводорода; б) азот, моно- жаростойкий краска диоксид углерода(N2+СO/CO2); данную газовую смесь получают в древесноугольныхгенераторах; в) азот, влажный водород, моно – жаростойкий краска диоксидуглерода (N2+H2/H2O+СO/CO2):эта атмосфера - продукт неполного сгоранияуглеводородов; г) азот, моно- жаростойкий краска диоксид углерода, метан, водород (N2,СO/CO2,CH4/H2);эта науглероживающаяатмосфера, выполняющая кроме защитныхфункций жаростойкий краска роль науглероживающей.Часто, особенно в практике термической обработке используются атмосферы, называемые эндо- и экзотермическими контролируемымиатмосферами (эндо – жаростойкий краска экзогаз). Состав экзогаза: 10%CO; 16%H2; <0,05%CO2; 1,5%CH4; N2(ост.);Составэндогаза: 20%CO; 40%H2; <1%CH4; N2(ост.).Из данных состава следует, что эндоатмосфера нейтральнаи не содержит газов – окислителей, но взрывоопасна, поэтому используется тольков герметически закрытых нагревательных устройствах.6.2.Жаростойкоелегирование. При осуществлении жаростойкого легирования легирующиедобавки вводят в защищаемый материал на этапе его выплавки, в результате чегопроисходит более или менее равномерное распределение последних в объемезащищаемого материала.Известны различные теоретические положения,определяющие выбор легирующего элемента при создании жаростойких сплавов.Следует указать тринаиболее обоснованные теории, отличающиеся предполагаемым механизмом действиялегирующей добавки:1) ионы легирующегоэлемента, входя в решетку оксида основного металла, уменьшают ее дефектность исоответственно скорость массопереноса в ней; 2) легирующий элемент на поверхностизащищаемого материала образует специальный защитный оксид, препятствующийокислению основного металла; 3) легирующий элемент с основным металломобразуют двойной оксид типа шпинели, обладающий повышенными защитнымисвойствами.Авторами первой теории жаростойкого легирования(Вагнер, Хауффе жаростойкий краска др.) высказан ряд требований, предъявляемых к легирующемуэлементу. Основные из них таковы: а)легирующий элемент должен иметь большее сродство к кислороду, чем основнойметалл;б)легирующий элемент должен хорошо растворяться в оксиде основного металла.Данная теория, в частности, позволила предсказатьпригодность малых количеств легирующих элементов, вводимых в составжелезоуглеродистых сплавов, с целью повышения их жаростойкости. Согласно основной идее, высказанной авторами второйтеории жаростойкого легирования (Смирнов А.А.,Томашов Н.Д.), легирующий элементдолжен образовывать на поверхности защищаемого металла специальный оксид, затрудняющийдиффузию реагентов жаростойкий краска окисление основного металла. Данная теория предъявляет следующиеосновные требования к легирующим элементам:-оксидлегирующего элемента должен удовлетворять условию сплошности, т.е. Vok / VMe* >1, где Ме*-легирующий элемент;-легирующийэлемент должен обладать большим, чем у основного металла сродством к кислороду;-размерионов легирующего элемента должен быть меньше, чем у основного металла (rи* < rи);-оксид легирующего элементадолжен обладать высоким электросопротивлением, высокой температурой плавления икипения жаростойкий краска не образовывать эвтектик сдругими оксидами. Изложенная теория находится в хорошем соответствии спрактикой жаростойкий краска позволяет оценить пригодность различных легирующих элементов дляосуществления средней жаростойкий краска высокой степени легирования материала для повышения егожаростойкости. Основная идея третьей теории жаростойкого легированиясводится к тому, что легирующий элемент для повышения жаростойкости основногометалла должен образовывать с ним двойные оксиды типа шпинели(МеМе*2О4).Авторытеории – Данков П.Д., Архаров В.И. жаростойкий краска др. Шпинели обладают повышенными защитнымисвойствами по сравнению с простыми оксидами . Эта теория наиболее полно сформулирована Архаровым В.И.для сплавов на основе железа. Оптимальными с позиций этой теории являются такиелегирующие элементы, которые уменьшают вероятность образования вюститной фазы (FeO) , являющейся наиболее диффузионно- проницаемой.Повышение жаростойкости с позиций теории двойных оксидов достигается легированиемстали хромом, алюминием или кремнием. Эти элементы, находящиеся в состояниитвердых растворов, при нагреве образуют защитные пленки двойных оксидов(FeCr2O4,FeAl2O3,FeSiO4 жаростойкий краска др.).В настоящее время, основываясь на изложенных теоретическихпозициях, созданы жаропрочные стали жаростойкий краска сплавы ,обладающие при этом жаростойкий краска достаточновысокой жаростойкостью.6.3.Жаропрочныеи жаростойкие стали.6.3.1. Сталиперлитного класса. Такими сталями являются 12Х1МФ, 15Х1М1Ф жаростойкий краска др.,относящиеся к малоуглеродистым низколегированным. Они используются дляизготовления деталей жаростойкий краска узлов энергетических установок, работающих длительноевремя при температурах не выше 500-580оС.6.3.2.Стали мартенситногои мартенситно - ферритного классов.Рабочие температуры этих сталей не превышают 580-600оС.В зависимости от содержания хрома они относятся или к мартенситному (до 10-11% Cr) или к мартенситно-ферритному (до 11-13% Cr) классу. Марки этих сталей таковы:15Х11МФ,15Х12ВБФР идр. Эти стали используются для изготовления деталей жаростойкий краска узлов газовых турбин ипаросиловых установок.6.3.3.Сталиаустенитного класса.Для получения аустенитной структуры, стали должнысодержать большие количества Cr , Ni жаростойкий краска Mn.Аустенитные стали со структурой твердых растворов,например 10Х18Н12Т,08Х12Н24В4ТР жаростойкий краска др., предназначены для изготовленияпароперегревателей трубопроводов силовых установок высокого давления,работающих при 600-700оС. Кроме аустенитных сталей, не упрочняемыхстарением, применяют аустенитные стали с карбидным упрочнением(10Х11Н20Т3Р,10Х11Н23Т3МРи др.).6.3.4.Жаропрочныесплавы на никелевой основе.Эти сплавы на основе никеля называют нимониками.Они находят широкое применение в различных областях техники: авиационные двигатели,газовые турбины, химические аппараты жаростойкий краска др. Они жаростойки до температур порядка 850оС Наиболее широко используются сплавы ХН77ТЮР илиХН70ВТЮ, обладающие еще жаростойкий краска достаточной пластичностью при 700-800оС.6.4.Поверхностноелегирование.Поверхностное легирование –термодиффузионное насыщение легирующим элементом поверхности защищаемогометалла. Метод позволяет существенно снизить расход легирующих элементов,повышающих жаростойкость металла. Насыщениеповерхности защищаемого металла легирующими элементами, производят из твердой,газообразной или жидкой фаз, при их непосредственном контакте в условиях повышенных температур.При создании термодиффузионных покрытий на поверхностизащищаемых материалов, например низкоуглеродистой стали, в процессе коррозииобразуются простые оксиды типа Al2O3, SiO2, Cr2O3 или двойные - FeAl2O4, FeCr2O4, FeSiO4, обладающиеповышенными защитными свойствами жаростойкий краска препятствующие дальнейшему окислению сплава.6.4.1. Алитирование.Алитирование- процесс насыщения поверхностного слоя защищаемого материала алюминием. Цель -повышение окалиностойкости (жаростойкости) жаростойкий краска сопротивления атмосфернойкоррозии. Алитирование стальных изделий (жаропрочные сплавы, идущие наизготовление клапанов автомобильных двигателей, лопаток жаростойкий краска сопел газовых турбин)осуществляется в собранном виде, так как образующийся защитный слой хрупок жаростойкий краска недопускает механической обработки. Детали, очищенные от грязи жаростойкий краска ржавчины, загружают вгерметически закрывающийся ящик(реактор), засыпают реакционной смесью (50%Al-порошка ,45-48%Al2O3 жаростойкий краска 2-5%NH4Cl) жаростойкий краска помещают в нагревательное устройство (печь). Времявыдержки 3-4 часа, температура 950-1000оС.Алитирование - один из самых надежныхспособов повышения жаростойкости стали от окисляющего действия кислорода приповышенных температурах.6.4.2.Термохромирование.Процесстермохромирования проводят при температуре 1000-1250 оС в смеси Cr-порошка, каолина(Al2O3*2SiO2*2H2O) жаростойкий краска нашатыря.Образующийся в результате окисления слой оксидов сообщает металлу стойкость ввоздушной жаростойкий краска газовой среде содержащейсоединения ванадия жаростойкий краска серы до 1000оС. Термохромированный слойобладает повышенной износостойкостью. Слой поддается механической обработке.6.4.3.Силицирование. Силицирование – надежный способ предохранения отгазовой коррозии тугоплавких металлов (Nb,W,Mo,Ta жаростойкий краска др.). Стойкостьобразующегося покрытия объясняется образованием плотных силицидных покрытий (WSi2,MoSi2), обладающихэффектом самозалечивания. Силицирование осуществляется при температуре 1000-1200оС.Активная среда – смесь порошкообразного кремния или ферросилиция с NH4Cl.6.5. Неорганическиенеметаллические покрытия.К неорганическим неметаллическим покрытиям относятсясиликатные (эмалевые) покрытия. Они представляют собой наплавленные на поверхностьметалла стеклянные (на основе кремнезема) пленки.Высокаязащитная стойкость обусловлена их диффузионной непроницаемостью по отношению к H2O, O2. Силикатныепокрытия используются для защиты выхлопных труб реактивных двигателей.В последнее время получают развития ситалловые защитныепокрытия, жаростойкий краска также керамические на основе оксидной (Al2O3 ,ZnO2)или бескислородной керамики (SiC,BN,MoSi2).7.Электрохимическаякоррозия металлов.7.1.Общие положения.Электрохимическаякоррозия – самопроизвольное разрушениеметаллических материалов вследствие их электрохимического взаимодействия сокружающей, электролитически проводящей средой. Главная особенность электрохимическойкоррозии состоит в том, что в процессе ее течения, ионизациия атомов металла ивосстановление окислителя, содержащегося в коррозионной среде – пространственноразделенные акции, жаростойкий краска их скорости определяются величинами электродныхпотенциалов. Кроме того, процесс электрохимической коррозии сопровождаетсяналичием электрического тока в корродирующем металле. Этот тип коррозии наиболее распространен. Он реализуется привзаимодействии металлических материалов с электролитами: водными растворами солей,кислот, щелочей, расплавами солей жаростойкий краска щелочей.7.2.Электродныйпотенциал металла.Припомещении металла в электролит происходит процесс его растворения, носящийспецифический характер: каждый катион металла, под действием молекулрастворителя переходя в раствор, оставляет на поверхности металла эквивалентныйотрицательный заряд в виде свободных электронов. Процесс растворения можновыразить реакцией вида: Me + mH2O Û Men+*mH2O + ne-. (7.1)Ввиду силэлектростатического взаимодействия, катионы металла перешедшие в электролит, притягиваются к поверхности металла,образуя так называемый двойной электрический слой, по своему устройствунапоминающий заряженный плоский конденсатор. Образовавшийся двойнойэлектрический слой препятствует дальнейшему растворению металла жаростойкий краска системаМеталл – раствор приходит в состояние термодинамического равновесия. В этомсостоянии между металлом жаростойкий краска раствором возникает устойчивая разность потенциалов(скачок потенциала), называемая электродным потенциалом металла. Величина этого потенциала рассчитывается в соответствии суравнением: jме = j0ме + (RT/nF)*lnaMen+, (7.2) гдеj0ме- электродный потенциал металла в стандартных усло- виях; n -число моль-эквивалентов веществ, участвующих в реакции окисления; aMen+ - активность ионов металлав растворе. Чем отрицательнее величина электродного потенциала металла, темвыше склонность металла посылать свои катионы в раствор. Значения (j0ме)для большинства металлов жаростойкий краска химических соединений приводятся в таблице, называемойрядом напряжений. Скорость процесса растворения металла (анодного процесса)характеризуется соответствующим значением плотности анодного тока (ia), жаростойкий краска скоростьпроцесса осаждения ионов металла из раствора – плотностью катодного тока (ik). В условияхтермодинамического равновесия ia=ik. 7.3.Химический иэлектрохимический механизмы растворения металлов в электролитах.Растворение металла в электролите может идти по двумразличным механизмам: химическому жаростойкий краска электрохимическому. Химический механизм реализуется в виде химическойреакции, одинаково проходящей на всей поверхности металла без миграции свободных электронов в металле. Так растворяются, например,железо, хром жаростойкий краска иные чистые металлыв водном растворе H2SO4: Me + nH2O = Me(OH)n + n/2 H2. (7.3)Электрохимическиймеханизм растворения реализуется в виде двухстадийной реакции, протекающей сучастием свободных электронов, причем ионизация атомов металла жаростойкий краска восстановлениеокислителя коррозионной среды, проходят в двух различных актах, жаростойкий краска их скоростизависят от величины электродного потенциала металла. Таким образом, приэлектрохимическом взаимодействии окислитель лишь заимствует валентные электроныу металла, но не вступает с ним в химическое взаимодействие.Электрохимический механизмрастворения допускает возможность течения процесса гомогенно –электрохимическим жаростойкий краска гетерогенно – электрохимическим путями. Гомогенно - электрохимический путь предполагает растворениеметалла с однородной поверхностью. При этом скорости анодного –(ia) жаростойкий краска катодного (ik) процессоводинаковы. К сожалению, гомогенно-электрохимический путь течения процессаэлектрохимической коррозии не объясняет неравномерные жаростойкий краска местные разрушенияметалла. Гетерогенно - электрохимический путь предполагает, что участкианодной жаростойкий краска катодной реакции пространственно разделены жаростойкий краска для протекания коррозиинеобходима миграция электронов в металлеи ионов в электролите. Эти, отличающиеся по свойствам участки поверхностиметалла, являются короткозамкнутыми коррозионными гальваническими элементами.7.4. Причины образованиякоррозионных гальванических элементов.К причинам возникновениякоррозионных гальванических элементов на поверхности корродирующего металлаотнесены следующие: а)неоднородность металлической фазы; б)наличие границ зерен в металле; в)неоднородность защитных пленок на поверхности металла; г)неоднородность внутренних напряжений; д)неоднородность электролита;е)неоднородность физических условий в системе металл – электролит.Таким образом,гетерогенность поверхности металла приводит к разделению ее на анодные -с более отрицательными значениями электродного потенциала (jа)и катодные-с более положительными значениями электродного потенциала (jк)участки. Степень гетерогенности поверхности металла характеризуются разностьюэлектродных потенциалов анодных икатодных участков, то есть jк - jа >0. 7.5.Термодинамикапроцесса электрохимической коррозии. Самопроизвольный процесс внеизолированной системе возможен, если его течение сопровождается убыльюэнергии Гиббса: D GT <0, (7.4) где -DGT=АР.АР-работа поперемещению электрического заряда между электродами гальванического элемента. Величина этой работы может быть рассчитанаиз соотношения: АР=nFE, (7.5)где n-число моль-эквивалентов веществ, участвующих в реак- ции, происходящей в гальваническомэлементе; F-число Фарадея (F=96500Kл/моль-экв); Е-электродвижущая сила гальваническогоэлемента.Условие DGT < 0выполняется, если Е > 0 ,где Е = jк - jа. Такимобразом, процесс электрохимической коррозии термодинамически разрешен, есливыполняется неравенство вида: jк - jа>0 , (7.6)где jа = jМе.Другим словами, процессэлектрохимической коррозии термодинамически вероятен, если в коррозионной средеприсутствует окислитель, электродный потенциал которого положительнееэлектродного потенциала металла.7.6.Схема процессаэлектрохимической коррозии.Электрохимическое растворение металла, идущее погетерогенно-электрохимическому пути можно представить состоящим из трехосновных процессов (рис.7.1): а) анодного процесса– образования гидратированных ионов металла в электролите жаростойкий краска свободных электроновна анодных участках: (ne-)a ¬ne-Men+ ¾¾mH20¾¾® Men+*mH20; (7.7) б)процесса перетокаэлектронов в металле от анодных к катодным участкам жаростойкий краска соответствующегоперемещения ионов в электролите: (ne-)a ¾®(ne-)k ; (7.8)в)катодного процесса– присоединения (ассимиляции) электронов какими - либо молекулами или ионамираствора (деполяризаторами), способными восстанавливаться на катодных участках: D + ne-= [Dne-]. (7.9) 7.7.Поляризацияэлектродных процессов. В большинствеслучаев электрохимической коррозии металлов основными тормозящими ее явлениямиявляется поляризация.Явление поляризациипроявляется в смещении значений равновесных (обратимых) электродных потенциаловэлектродов коррозионного гальванического короткозамкнутого элемента. Измерениепотенциалов показывает, что потенциал анода становится более положительным жаростойкий краска потенциалкатода - более отрицательным: jа’ = jа+ Djа, (7.10) jk’ = jk + Djk, (7.11) где jа’, jk’-эффективные электродные потенциалы; Djа,Djk -смещение анодного жаростойкий краска катодного потенциалов. Явление поляризации –следствие отставания электродных процессов (анодного жаростойкий краска катодного) от перетокаэлектронов с анодных на катодные участки. 7.8.Причины аноднойполяризации. Причины анодной поляризациисостоят в следующем: а) торможение аноднойэлектрохимической реакции, приводящее к возникновению электрохимической поляризации,называемой перенапряжением ионизации металла (Djа)э.х.;б) торможение транспортаионов металла от его поверхности в объем раствора, приводящая к возникновению концентрационнойполяризации (Djа)конц;в) переход металла впассивное состояние(Djа)п.Таким образом, результирующеесмещение электродного потенциала представляет собой следующую сумму: Djа= (Djа)э.х.+ (Djа)конц+ (Djа)п, (7.12)причем слагаемое (Djа)п оказывает решающее влияние навеличину Djа.7.9. Пассивностьметаллов.Явление пассивности металлов открыто более двухвеков назад, но продолжает активно изучаться, т.к. имеет огромное практическоезначение.Пассивность-это состояние относительновысокой коррозионной стойкости металла, вызванное торможением анодногопроцесса. К переходу в пассивное состояние склонны Fe,Cr,Ni,Ti,Al жаростойкий краска многие другие металлы. Как правило, пассивное состояние наступает при контакте металловс сильными окислителями: кислородом, пероксидом водорода, ионами хромата CrO42-,бихромата Cr2O72-, идругими. Для титана это вода. Пассивное состояние металла можно вызвать путем смещения егоэлектродного потенциала в положительную область с помощью внешнего источникатока. При этом регистрируют кривые анодной поляризации или потенциостатическиекривые. Эти кривые имеют четыре характерных области (рис.7.2): I-область активногорастворения металла;II- область формирования пассивногосостояния, которое наступает после достижения потенциала пассивации jпи плотности тока пассивации iп;III- область пассивности,наступающая при достижении потенциала полной пассивации jп.пВ этойобласти скорость растворения метала минимальна жаростойкий краска определяется плотностью токаполной пассивации iп.п;Если в коррозионной средеприсутствуют активные ионы,например Cl-, то состояние пассивности преждевременнонарушается. Это происходит при потенциале “пробоя” jпр - происходит прорыв пассивной пленки,сформировавшейся во второй области. При этом характер разрушения металла –питтинговая коррозия. IV- область перепассивации, начинающаясяпо достижении потенциала перепассивации jпер. Скоростькоррозии вновь возрастает при увеличении потенциала анода. В тех случаях ,когда для метала не характерно явлениеперепассивации ,связанное с его переменной валентностью ,смещение потенциала вположительную сторону может вызвать выделение кислорода по реакции: 4OH- Û O2+ 2H2O + 4e-, (7.13)либо протекание процессаанодирования – образования толстого слоя оксида на поверхности металла. Первыйиз этих процессов начинается при достижении равновесного значения потенциала jо2, жаростойкий краска второй- значения потенциала jАН. Для практических целей желательно, чтобы область пассивногосостояния была, по возможности шире, т.е. чтобы интервал jп.п - jпер.был достаточно велик, жаростойкий краска величины iп жаростойкий краска iп.п- весьма малы.Легирующие элементы, вводимые в сталь, по-разномувлияют на характерные точки анодной поляризационной кривой (таблица 1). Таблица 1. Влияниелегирующих элементов на характерные точки кривой анодной поляризации. Элементjпjп.пjпрjперiп.пХромЬЬÞЬЯНикельÛÞÞÞЯМолибденÛЬÞЬÝКремний¾ЬÞÞЯВанадий¾¾ÞЬÝ Пояснения к таблице: знак Þ означает смещениепотенциала в положительную сторону;знак Ь означает смещение потенциала в отрицательную сторону;знак Ý или Яозначает увеличение или уменьшение плотности тока соответственно;Знак Û - противоречивыеданные. 7.10. Коррозионныепроцессы с кислородной деполяризацией.Процессы коррозии металлических материалов, вкоторых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролитекислородом по реакции: O2 + 4e-+ 2H2O Û4OH-, (7.14)называются коррозионнымипроцессами с кислородной деполяризацией. 7.10.1.Термодинамикапроцесса коррозии с кислородной деполяри- зацией. Известно, что самопроизвольное осуществление коррозионногопроцесса возможно, при выполнении условия: jк > jМе, (7.15) а для случая коррозии скислородной деполяризацией это неравенство запишется: jо2 > jМе, (7.16) где jо2=jо20+ RT/nF*ln Po2/a4OH- ;Po2 - парциальное давление вгазовой фазе; aOH- - активность ионов OH-.Расчет показывает, что внезависимости от значений Po2и aOH-, значения jо2 очень положительны,следовательно условия самопроизвольного течения процесса соблюдаются во многихслучаях. На практике, коррозионный процесс с кислородной деполяризациейнаблюдается для металлических материалов находящихся: - в атмосфере (ржавлениеметаллического оборудования);- в воде жаростойкий краска в нейтральныхводных растворах солей (коррозия обшивок судов,систем охлаждения доменных,мартеновских,конвертерных,электродуговых печей жаростойкий краска т.д.); - в грунте (коррозияподземных продуктопроводов).Таким образом, процесс коррозии с кислородной деполяризацией – весьма распространенныйпроцесс. 7.10.2.Схема жаростойкий краска стадии процесса коррозии с кислородной деполяризацией.Катодный процесс с участием кислорода включает рядпоследовательных стадий (рис.7.3): -растворениекислорода воздуха в электролите (первая стадия);-транспортрастворенного кислорода в объеме электролита в результате движения последнего(вторая стадия);-переносрастворенного кислорода сквозь приэлектродный слой к катодным участкам поверхностиметалла (третья жаростойкий краска четвертая стадии);-ионизациякислорода – электрохимическая реакция (пятая стадия): (внейтральных жаростойкий краска щелочных растворах) O2 + 4e- + 2H2O Û 4OH-, (7.17)(в кислых растворах) O2 + 4e- + 4H+ Û 2H2O , (7.18)-отводионов OH- откатодных участков поверхности корродирующего металла в глубину электролита(шестая стадия).Катодный процесс с кислородной деполяризацией может тормозиться на стадии электрохимической реакции ионизациикислорода (кинетический контроль процесса), что приводит к появлениюэлектрохимической поляризации (DjК)Э.Х.= q. Электрохимическую поляризацию еще называютперенапряжением ионизации кислорода. Этот вид поляризации наблюдается принебольших плотностях катодного тока, в сильно перемешиваемых электролитах, приочень тонкой пленке продуктов коррозии на металле (например, в случаеатмосферной коррозии). Если катодный процесс испытывает торможениена стадиях массопереноса, то это приводит к концентрационной поляризации (DjК)КОНЦ. Вэтом случае катодный процесс находится в диффузионной области контроля. Онимеет место при плотностях катодного тока, близких к предельным, в спокойныхэлектролитах, либо при наличии толстой пленки труднорастворимых продуктов коррозии(подземная коррозия). Таким образом, результирующее смещение катодного электродногопотенциала (DjК)рассчитывается из выражения: DjК=(DjК)Э.Х+ (DjК)КОНЦ. (7.19) 7.11.Защита металлическихматериалов от коррозии в нейтральных аэрируемых средах. Для защиты металлических конструкций от коррозии в нейтральныхаэрируемых средах (процессы электрохимической коррозии с кислородной деполяризацией)используются следующие приемы.1.Применение устойчивыхметаллов жаростойкий краска сплавов.а) с повышенной термодинамическойустойчивостью, например медь жаростойкий краска сплавы на ее основе (латуни жаростойкий краска бронзы),являющиеся достаточно устойчивыми в морской воде (j0Cu= + 0,35 B);б) склонные кпассивированию: алюминий (j0Al= -1,67 B),пассивирующийся в кислородосодержащих средах с образованием оксиднойпленки из Al2O3 или Al2O3*H2O (устойчив в средах с pH = 3-9); его коррозионная устойчивостьпонижается при наличии в нем катодных или анодных включений; титан (j0Ti =-1,63B),обладающийсклонностью к переходу в пассивное состояние в нейтральных жаростойкий краска окислительныхсредах, например в морской воде; никель(j0Ni =-0,25 B), который всильноокислительных средах пассивируется; устойчив в щелочах различныхконцентраций, в растворах многих солей, в атмосфере жаростойкий краска в природных водах;в)покрывающиеся защитнымипленками вторичных, труднорастворимых продуктов коррозии (Zn в H2O,Pb в сульфатныхрастворах).2.Удаление из электролита деполяризатора-кислорода(деаэрация электролита, обескислороживание). Деаэрируютводу, использующуюся для охлаждения паровых котлов, турбин, систем охлажденияметаллургических агрегатов, термических печей жаростойкий краска т.д.3. Введение в электролит различных добавок,замедляющих течение коррозии.Причина торможения коррозионного процесса в этомслучае – торможение анодного процесса за счет введения в электролит веществ –пассиваторов (K2CrO4 ,NaNo2 жаростойкий краска др.)4. Создание на поверхности металлическихматериалов защитных покрытий:-металлических (Zn-,Cd-,Ni-,Pb - покрытия на поверхностистальных разделы
цвет ламината класс 32
электропечь dimplex model elba
лечение алкоголизма
жаростойкий краска