Материаловедение, Вологжанина С.А., Иголкин А.Ф., Издательство «Академия», 2019
Конспект урока ОП.03Материаловедение.
06.11.2020
Группа №89 профессия 23.01.17 Мастер по ремонту и обслуживанию автомобилей, 2 курс
Урок №26
Практическое занятие №6.
Тема: Ознакомление с оценкой коррозионной стойкости.
Цель: изучить виды, классификацию коррозии, методы оценки коррозии.
Обеспечение занятий: учебник, плакаты, тетрадь, канцелярские принадлежности.
Место проведения: лаборатория
Время проведения: 2 часа
Методические указания
Изучить теоретическую часть.
Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения металлов и сплавов в условиях природной среды.
При коррозии металлы окисляются и образуются продукты, состав которых зависит от условий среды.
Согласно современным представлениям, все основные изменения в органическом и неорганическом мире связаны с окислительно-восстановительными процессами. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе и коррозионных процессов.
Основной причиной коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов и сплавов в окружающей среде. Подавляющее большинство металлов в земной коре находится в виде оксидов, сульфидов и других соединений. При получении металлов в металлургии их переводят из такого стабильного состояния в элементарную форму, которая нестабильна. При контакте металла с внешней окислительной средой появляется движущая сила, стремящаяся превратить их в стабильные соединения, подобные тем, которые находятся в рудах. Примером этого является коррозия стали. В результате этого элементарное железо превращается в окисленное двух- и трёхвалентное, которое соответствует таким минералам, как магнетит (Fe3O4) или лимонит (Fe2O3˙H2O).
|
|
|
Термодинамическая неустойчивость металлов количественно оценивается знаком и величиной изобарно-изотермического потенциала ΔG (энергии Гиббса). Самопроизвольно протекают те процессы, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса, то есть для которых ΔG<0. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, имеют по сравнению с водородом более отрицательный потенциал, их окисленное состояние термодинамически более устойчиво, чем восстановленное. Для металлов, расположенных после водорода, восстановленное состояние термодинамически более устойчиво, то есть для них ΔG>0. К этой группе металлов относятся коррозионно-стойкие золото, платина, серебро и др.
Классификация коррозионных процессов. Химическая и электрохимическая коррозия
Коррозионные процессы классифицируются:
1. По механизму реакций взаимодействия металла со средой;
2. По типу коррозионной среды;
|
|
|
3. По характеру коррозионных разрушений на поверхности и в объёме металла;
4. По характеру механических воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды.
По первому признаку различают два вида коррозии – химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия
Химическая коррозия протекает при взаимодействии металлов с окислителями в средах, не проводящих электрический ток. Механизм химической коррозии можно представить одностадийным процессом окисления металла, то есть взаимодействием поверхности металла с окислителем.
Химическая коррозия – это процесс самопроизвольного разрушения металла в среде окислительного газа (например, кислорода) при повышенной температуре. Скорость химической коррозии зависит от многих факторов, в первую очередь она определяется характером продуктов коррозии. При окислении на поверхности металла образуется твердая пленка оксидов. Скорость окисления определяется состоянием и защитными свойствами поверхностной плёнки. Скорость химической коррозии возрастает с увеличением температуры из-за повышения коэффициента диффузии и изменения защитных свойств плёнки. Резкие изменения температуры часто вызывают быстрое разрушение защитной плёнки. Это связано с различными коэффициентами термического расширения металла и плёнки.
|
|
|
По условиям протекания коррозионного процесса различают газовую коррозию (протекающую в газах, парах при высокой температуре в отсутствие воды), и коррозию в жидкостях – неэлектролитах (нефть, фенол, бензин, бензол).
Электрохимическая коррозия
При электрохимической коррозии процесс взаимодействия металла с окислителем состоит из двух сопряженных реакций: анодного растворения металла и катодного восстановления окислителя. Эта коррозия может протекать в электролитах, атмосфере любого влажного газа, а также в почве.
Основным отличием электрохимической коррозии от химической является наличие влаги на поверхности металла, что приводит к контакту двух различных металлов через электролит. При этом возникают короткозамкнутые гальванопары, в результате чего появляется электрический ток. В этом случае процесс коррозии обусловлен работой гальванопары, то есть электрохимической реакцией. По этой причине электрохимическая коррозия более агрессивна по отношению к металлам, чем химическая.
Механизм электрохимической коррозии состоит в том, что происходит анодное окисление металла: M – ne = Mn+ и катодное восстановление окислителя (Ох) Ох+ne=Red.
|
|
|
Окислителями при коррозии служат молекулы кислорода, хлора, ионы Н+, Fe3+, NO3– и др. Наиболее часто при коррозии наблюдается ионизация (восстановление) кислорода в нейтральной (щелочной) среде О2+2Н2О+4е=4ОН–, в кислой среде – восстановление водорода 2Н++2е=Н2.
Коррозия с участием кислорода называется коррозией с поглощением кислорода или коррозией с кислородной деполяризацией. Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с выделением водорода или коррозией с водородной деполяризацией.
Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и ионов в электролите. Электролитами могут быть растворы солей, кислот и оснований, морская и атмосферная вода (содержащая кислород, углекислый, сернистый и др. газы).
Коррозия металлов в различных средах
Контактная коррозия
Контактная биметаллическая коррозия является разновидностью электрохимической коррозии, вызванной контактом металлов, имеющих разные электродные потенциалы в электролите. При этом коррозия металла с более отрицательным потенциалом обычно усиливается, а разрушение металла с положительным потенциалом замедляется или полностью прекращается. При конструировании учитывают возможность контактов различных металлов.
Атмосферная коррозия
На скорость атмосферной коррозии влияет влажность и газовый состав атмосферы. Влажность, температура и степень загрязнения атмосферы влияют на качество и состав образующихся на поверхности металла плёнок. Наиболее агрессивны среды, сильно загрязненные промышленными газами (СО2, SO2, NO2, NH3, HCl), частицами солей и угольной пылью. В промышленных районах атмосферную коррозию могут интенсифицировать так называемые «кислотные дожди», основными агрессивными компонентами которых являются серные и азотные кислоты. Кислотные дожди (рН<4) легко вызывают коррозию сплавов алюминия, железа и цинка.
В зависимости от влажности атмосферы различают несколько видов атмосферной коррозии: мокрую, влажную и сухую. Мокрая атмосферная коррозия при относительной влажности до 100% наблюдается при наличии адсорбционной капиллярной или химической плёнки влаги на поверхности металла. Её толщина составляет от 0,1 мм до 1 мм. Понижение температуры интенсифицирует процесс конденсации и приводит к появлению капель влаги на поверхности металла.
Влажная коррозия возникает при влажности в атмосфере ниже 100%. Толщина плёнки влаги от 100 А0 до 0,1 мм. При влажности воздуха менее 60% наблюдается сухая атмосферная коррозия (коррозия под действием кислорода воздуха). Процесс разрушения металла подчиняется законам, характерным для газовой коррозии.
Подземная коррозия
Коррозионные разрушения металлических конструкций в почвах и грунтах вызываются подземной коррозией. Ей подвержены трубопроводы (водные, газовые, нефтяные), опоры электроконтактной сети и др. Скорость коррозии зависит от пористости и состава почвы, величины рН, наличия микроорганизмов. Подземная коррозия протекает по механизму электрохимической коррозии.
Поверхность металла в местах ограниченного доступа кислорода выполняет роль катода.
Грунтовая коррозия металлических конструкций чаще всего происходит в условиях, характерных для нейтральных сред, с участием кислорода в качестве деполяризатора. В кислых почвах может происходить коррозия с водородной деполяризацией.
Исследование коррозионной активности грунтов позволили сделать вывод о том, что наиболее коррозионно-активными являются болотистые почвы, торфяники, ил. Песок и известняк практически не коррозионно-активны. Существенное влияние на скорость коррозии металлов оказывает рН почвы. В почвах с рН меньше 6,5 коррозионная активность по отношению к стали повышается. Наибольшей коррозионной активностью обладают почвы с рН<5,5. Нейтральные почвы с рН=6,5–7,5 и слабощелочные до рН=8,5 не коррозионно-активны.
На скорость коррозии влияет также величина удельного электрического сопротивления грунта. Коррозия металлических подземных конструкций зависит от содержания в почве и грунте различных солей. Так, с увеличением содержания хлоридов, сульфатов скорость коррозии возрастает. Повышение температуры также способствует повышению скорости грунтовой коррозии металлов
Коррозия под действием блуждающих токов
Блуждающими токами называются электрические токи, протекающие в земле при использовании её в качестве токопроводящей среды. Попадая в металлические конструкции, расположенные в грунте, они вызывают коррозию. Источниками возникновения блуждающих токов в почве являются электрифицированные железные дороги постоянного тока, трамваи, линии электропередач.
Поскольку рельсы не достаточно изолированы от земли, а почва является проводником, то часть тока уходит в землю, встречая на своём пути подземные металлические сооружения. Так как контактный провод подсоединен к положительному полюсу тяговой подстанции, а рельс – к отрицательному, то в месте выхода тока из рельса образуется анодная зона, где коррозия разрушает подошву рельса и крепежные детали. При этом, чем меньше переходное сопротивление рельс-земля, тем большая часть тока возвращается к тяговой подстанции через землю и тем интенсивнее анодная зона на рельсе. Этот вид коррозии очень опасен, так как блуждающие токи нередко распространяются на несколько десятков километров и вызывают сильные повреждения металлических конструкций.
Виды коррозионных разрушений
По виду коррозионного разрушения коррозия делится на следующие виды.
1. Сплошная, или общая коррозия. Она может быть равномерной, если фронт коррозионного разрушения распределяется параллельно плоскости металла, и неравномерной, когда скорость коррозии на различных участках неодинакова.
2. Избирательная коррозия. Она характерна для сплавов и твердых растворов.
3. Локальная коррозия. Она связана с образованием и локализацией пораженных коррозией мест в виде «раковин» разной величины.
4. Питтинг - коррозия. Разрушение металла начинается в глубине, с образованием пор; часто приводит к образованию сквозных отверстий.
5. Межкристаллитная коррозия. Разрушение идет по границам металлических кристаллов.
6. Внутрикристаллическая коррозия. Наблюдается при коррозионном растрескивании под действием внешних механических нагрузок или внутренних напряжений.
Для защиты от коррозии существует три метода: пассивный, активный и преобразующий.
Для активного метода сгодится защитное средство, создающее на металлической поверхности соединение, устойчиво защищающее машину от атмосферной коррозии. Из наиболее известных средств защиты отлично зарекомендовал себя препарат «Мовиль», его разработкой занимались специалисты из Москвы и Вильнюса, отсюда и название. Мовиль прекрасно конкурирует со шведским средством Тектил-309, его активно использовали автомобилестроители с АвтоВАЗа.
Способности Мовиля позволяют осуществить полную изоляцию и герметизацию обработанных поверхностей. Содержащийся в нём ингибитор способен вести активное сопротивление очагам ржавления. Поверхность металла можно обрабатывать, не снимая предыдущую битумную или мастичную изоляцию. Полностью закрывая собой обработанную поверхность, он ещё и просачивается сквозь трещины к металлу. Мовиль не только изолирует металл, но и останавливает начавшееся ржавление. Вытесняя влагу, он проявляет универсальные способности и позволяет использовать его в самых недоступных местах. Но Мовиль не совместим с синтетическими мастиками, он их разрыхляет, и отслаивает от металлической поверхности. Безжалостно он также относится к резиновым деталям. Это следует учесть при обработке.
Для защиты от коррозии существует преобразующий метод.
Защита по принципу преобразующего метода основывается на приостановлении распространения ржавчины и превращение уже ржавых участков в грунт, впоследствии легко окрашиваемый и доступный к обработке мастиками. Самыми распространенными средствами подобной защиты являются «Феран» и «Омега-1».
Используя Омега-1, проследите, чтобы остатки средства, не вступившие в реакцию, были полностью удалены.
Феран не только останавливает развитие коррозии, но и создает слой защиты.
Для защиты хромированных деталей перед зимой используйте лак «Антикор». Перед нанесением протирают поверхность смоченной в скипидаре или спирте ветошью с зубным порошком или мелом. Также имеется в продаже средство «Хромофикс», он специально создан для защиты хромированных поверхностей.
Медленно, но уверенно атмосферная коррозия превращает ваш автомобиль в ржавое корыто. И если этому процессу не противостоять то кузов машины по прошествии нескольких десятков лет сгодится разве, что для сдачи в металлом. Для защиты от этой неприятности существует три метода: пассивный, активный и преобразующий.
Для пассивного метода защиты используются специальные мастики, они создаются на битумной (реже каучуковой или смоляной) основе, в состав их входят разнообразные масла, волокнистые вещества и графит. Для их нанесения предварительно очищают днище и накладывают его толстым слоем. Т.О. происходит не только защита от влаги и воздуха, но и от механических повреждений. Плюс появляется шумоизолирующий эффект. Обратите внимание на тщательность обработки поверхности. Попадание влаги под мастику может создать обратный эффект.
Привлекательность мастик заключается в сохранении эластичности даже в мороз. Но они подвержены эрозии, за обработанной поверхностью нужно постоянно следить и при необходимости производить обновления. Создавая определённый дискомфорт мастики доступнее и дешевле лакокрасочных покрытий.
Самыми ржавеющими оказались точечные сварные соединения – например, порога и заднего крыла: такие участки гниют куда интенсивнее, нежели обработанные вальцованные соединения.
Подчеркнем главную мысль – в гниении всех автомобилей виноват вовсе не плохой металл. С его качеством как раз все в порядке – а вот неудачный дизайн детали вместе с неграмотной конструкцией и непродуманной технологией как раз и приводит к тому, что защитное покрытие не защищает детали авто. В одном месте – слишком острые углы, в другом – забыли про вентиляцию, или выполнили точечную сварку, которая является лучшим другом ржавчины…
Тем, кто намерен обеспечить своим авто нормальную защиту, мы настоятельно рекомендуем дополнительную антикоррозионную обработку – что бы там ни обещали производители.
Правильный уход за автомобилем
Кузовной ремонт - это звучит не просто страшно, но еще и очень «дорого». Действительно, лучше свое авто от таких неприятностей уберечь. Но как это сделать? Правильный уход за автомобилем позволит продлить срок службы его основных узлов и кузова.
Если говорить именно о кузове автомобиля, то, пожалуй, самая большая проблема, которую приходится решать – это образование ржавчины. Причем страдают от этого и отечественные и европейские авто. В отношении проблем с ржавчиной на кузове все авто пожалуй равны, ведь «железная чума» не щадит никого. Так что же делать? Прежде всего, постоянно осматривать свой автомобиль на предмет повреждений лакокрасочного покрытия. И если вы обнаружили даже небольшие царапины, следует сделать все возможное для их устранения.
Для этого можно действовать различными способами. Если скол краски располагается на капоте, то вряд ли у влаги есть шанс задержаться в нем надолго. И все же, будет лучше хотя бы закрасить поврежденный участок, что вполне можно сделать самостоятельно своими руками.
А вот на скрытых поверхностях ремонт следует проводить более тщательно и иметь некоторые знания жестяночно-малярных работ. Прежде всего, необходимо обработать участок фрезой, затем зашпаклевать, загрунтовать и только после этого нанести краску. В некоторых «тяжелых» случаях поврежденный участок вырезается, а на его место устанавливается заплатка.
Профилактика коррозии
Что касается профилактики, то тут такие советы:
Обеспечьте в гараже отличную вентиляцию. При отсутствии гаража не ленитесь пользоваться чехлами (тентами). Материал тентов должен быть брезент или специальные плёнки. Используйте специальные подпорки, устанавливаются они так, чтобы обеспечить свободную циркуляцию воздуха. От обычных тряпичных чехлов откажитесь, толку от их использования никакого и даже возможен вред.
Для продления службы резиновых деталей рекомендуется использовать пасту «Суодис». Её наносят очень тонким слоем на поверхность уплотнителя ватным тампоном, а потом в течение суток сушат. Частично сохраняющий эффект окажет протирание резиновых уплотнителей ветошью, смочив её предварительно в глицерине.
2.Выполнить практическую часть
Содержание отчета
1. Опишите методы защиты от коррозии?
2. Опишите оценку коррозионной стойкости?
Контрольные вопросы
1.Какие же меры в первую очередь предпринимают производители автомобилей, чтобы защитить его от процессов коррозии?
2.Ставят ли протекторы на автомобиль?
3.Какие современные средства надежно защитят наш автомобиль по активному методу, пассивному и преобразующему?
4.Какие места в автомобиле оказываются самыми незащищенными от коррозии?
Литература:
Основные источники:
Материаловедение, Вологжанина С.А., Иголкин А.Ф., Издательство «Академия», 2019
Дополнительные источники:
1. Адаскин А.М., Зуев В.М. «Материаловедение» (металлообработка): учеб. пособие для нач. проф. Образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 288 с.
2. Заплатин В.Н. Основы материаловедения: учебник для нач проф образования. М.: Издательский центр «Академия», 2012
3. Козлов Ю.С. Материаловедение. М.: Высшая школа, 1983
Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 102; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!