Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Коррозия металлов и металлизация

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Вологодский государственный

технический университет»

Кафедра

Контрольная работа №1

По защите от коррозии и старения машин

Выполнил:

Студент группы:

Шифр:

Домашний адрес:

Проверил:

1.Классификация коррозионных процессов по виду(геометрическому характеру) коррозионных разрушений на поверхности или в объеме металла.

Коррозия – физико-химический процесс взаимодействия металлов с окружающей средой, в результате которого происходит ухудшение их эксплуатационных характеристик.

Классификация коррозионных процессов

По механизму процесса По характеру коррозионного

разрушения

По условиям протекания

Коррозии

По характеру различают следующие виды коррозии:

1)Сплошную или общую коррозию, охватывающую всю поверхность металла, находящегося под воздействием данной коррозионной среды. Сплошная коррозия бывает:

а)равномерной, которая протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности металла(например, коррозия углеродистой стали в растворах H2SO4

б)неравномерной, которая протекает с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла(например, коррозия углеродистой стали в морской воде)

в)избирательной, при которой разрушается одна структурная составляющая сплава(графитизация чугуна) или один компонент сплава( обесцинкование латуней)

2) Местную коррозию, охватывающую отдельные участки поверхности металла. Местная коррозия бывает:

а)Пятнами – в виде отдельных пятен(например, коррозия латуни в морской воде)

б)язвами – коррозийное разрушение, имеющее вид раковины(например, коррозия стали в грунте)

в)Точечной (питтинг) – в виде отдельных точечных поражений (например, коррозия аустенитной хромоникелевой стали в морской стали)

г)Сквозной, которая вызывает разрушение металла насквозь (например, при точечной или язвенной коррозии листового металла)

д) Нитевидной, распространяющейся в виде нитей преимущественно под неметаллическими защитными покрытиями (например на углеродистой стали под пленкой лака)

е)Подповерхностной, начинающейся с поверхности, но преимущественно распространяющейся под поверхностью металла таким образом, что разрушение и продукты коррозии оказываются сосредоточены в некоторых областях внутри металла;подповерхностная коррозия часто вызывает спучивание металла и его расслоение(например, образование пузырей на поверхности недоброкачественного прокатного листового металла при коррозии или травлении)

ж) Межкристаллитной – распространяется по границам кристаллов(зерен) металла(например, коррозия в некоторых участках хромоникилевой стали Х18Н10 после ее замедленного охлаждения или нагрева при 500-850 градусах Цельсия); этот вид коррозии особо опасен тем, что не изменяется часть внешнего вида металлической конструкции, ведет к быстрой потере прочности и пластичности.

з)Ножевой – локализованная коррозия металла, имеющая вид надреза ножом в зоне сплавления сварных соединений в сильно агрессивных средах(например, случаи коррозии сварных швов хромоникелевой стали Х18Н10 с повышенным содержанием углерода в крепкой HNO3)

и)Коррозионным растрескиванием – коррозия металла при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних и внутренних напряжений растяжения с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин(например, коррозия некоторых деформированных сплавов магния с алюминием в атмосфере или воде при наличии растягивающих напряжений и так называемое сезонное растрескивание холодно деформируемых альфа и бета латуней, содержащих более 8-10 % цинка, при коррозии в атмосфере содержание NH3, SO2 и др.)

к)Коррозионной хрупкостью, приобретает металл в результате коррозии(например, водородное охрупчивание труб из высокопрочных сталей в условиях сероводородных нефтяных скважин); под хрупкостью следует понимать свойство металла разрушаться без заметного поглощения механической энергии в необратимой форме.

2.Металлизация. Сущность метода получения металлизационных покрытий. Технология, преимкщества и недостатки металлизации.

Как известно существует несколько способов металлизации изделий, получивших широкое распространение. Отличаются они технологиями нанесения металлов.

Механический способ металлизации

Самым распространенный способ металлизации как по применению, так и по времени применения. С древних времен человек стремился облечь в различную металлическую оболочку изделия с целью придания им декоративных свойств, повышения прочности, износостойкости и др. Достаточно вспомнить щиты, колесницы, отделку храмов и дворцов, элементов одежды. Да и в настоящее время механический способ металлизации еще находит применение. Метал на осове крепится обволакиванием, огибанием, заклепыванием, склеиванием, горячим тиснением или заливкой (сваркой).

Существенным недостатком механического способа металлизации является неоправданно высокий расход металла. Среди примеров применения данного вида металлизации можно привести фольгированный текстолит, применяемый в электронной промышленности, изделия покрытые сусальным золотом или другим тонким металлом.

Физический способ металлизации

Данная технология металлизация более сложная, чем механическая. Причина в том, что для реализации необходимо иметь специальное оборудование. Металлическое покрытие наносится методом окунания, намазывания, обрызгивания, взрывания, напыления или напаривания, окрашиванием. Сложность процесса состоит и в том, что необходимо иметь пластмассы, легко смачиваемые расплавами металлов, а также выдерживающими высокие температуры. Поэтому данный вид металлизации применяется в основном для нанесения металлов на металлы, керамику и стекло. Сейчас успешно применяется метод горячего нанесения металла. Металлы расплавляются в пламени газовой горелки, в электрической дуге или в потоке плазмы а затем сжатым воздухом или газом разбрызгивается на покрываемую поверхность. Учитывая размеры частиц металла, а также скорость нанесения, они только оплавляют поверхность и прилипают к ней. При данной технологии слои получаются достаточно толстыми и шероховатыми.

Наиболее широкое распространение получил метод напыления и напаривания в вакууме. Они так и называются, вакуумная металлизация. Технология вакуумной металлизации универсальна, безвредна для окружающей среды, но для ее реализации необходимо иметь сложное и дорогостоящее оборудование.

К физическому способу металлизации можно отнести и металлизацию окрашиванием металлическими красками.

Химические способы металлизации

Химические способы металлизации удобно классифицировать по типу металлогенных реакций, лежащих в их основе.

Как же получают металлические покрытия химическим методом? Существуют несколько способов химического осаждения металлических покрытий из водных растворов:

1) контактный;

2) контактно-химический;

3) метод химического восстановления.

Контактный способ основан на вытеснении ионов металла из раствора более активным металлом. Примером может быть хорошо известная из школьного курса реакция меднения железного гвоздя, помещенного в раствор сульфата меди.

Контактно-химический способ осаждения металлов заключается в создании гальванической пары между металлом основы и более активным металлом. Так, при осаждении серебра на медную основу создают гальваническую пару с помощью более активного металла алюминия или магния. В этом случае более активный металл отдает свои электроны меди и на отрицательно заряженной медной поверхности ионы Ag+ восстанавливаются до металла. Рассмотренный процесс используют при нанесении серебряного покрытия на волноводные трубы и изделия сложной конфигурации из меди и ее сплавов.

Метод химического восстановления (химическая металлизация) заключается в том, что металлические покрытия получают в результате восстановления ионов металла из водных растворов, содержащих восстановитель.

В основе метода лежит реакция взаимодействия ионов металла с растворенным восстановителем на поверхности металла. Окисление восстановителя и восстановление ионов металла протекают с заметной скоростью только на металлах, проявляющих автокаталитические свойства. Это означает, что металл, образовавшийся в результате химического восстановления из раствора, катализирует в дальнейшем реакцию окисления восстановителя. Таким свойством обладают никель, кобальт, железо, медь, серебро, золото, палладий, родий, рутений, платина, олово, свинец, индий. Если осаждаемый металл не проявляет автокаталитические свойства, то реакция восстановления ионов металла протекает во всем объеме раствора и приводит к образованию металлического порошка. Вот почему не любой металл можно получить в виде покрытия химическим восстановлением.

Для химического осаждения металлов используют различные восстановители: гипофосфит, гидразин, формальдегид, борогидрид, боразины, гидразинборан, а также ионы металлов в низшей степени окисления (Fe2 +, Sn2 +, Ti3 +, Cr2 +, Co2 +). Выбор восстановителя определяется главным образом природой осаждаемого металла. Так, например, окисление формальдегида при комнатной температуре катализирует медная поверхность, поэтому формальдегид широко применяют в процессах химического меднения. Гипофосфит в качестве восстановителя используют для получения никелевых и кобальтовых покрытий, так как именно эти металлы обладают в достаточной степени автокаталитическими свойствами.

В настоящее время разработаны способы получения покрытий химическим восстановлением более 20 различных металлов. Этим же методом получают покрытия бинарными и тройными сплавами: Ni-P, Ni-B, Ni-Co-P, Ni-Mo-B, Ni-Cr-P, Ni -Sn-P, Ni-Cu-B и др.

Химические покрытия в зависимости от функциональных свойств осаждают на черные металлы и сплавы, цветные металлы, а также на неметаллические поверхности (пластмасса, керамика, фарфор, стекло). Перед нанесением химического покрытия поверхность образца должна быть подготовлена соответствующим образом. Характер предварительной обработки поверхности зависит от природы материала, на который осаждается химическое покрытие.

Как уже отмечалось, химическое восстановление металлов является автокаталитической реакцией, так как металлическая пленка, образовавшаяся в начальный период, катализирует дальнейшую реакцию восстановления этого же металла. Но для начальной стадии восстановления металла необходимо, чтобы покрываемая поверхность проявляла каталитические свойства по отношению к этой реакции. Такими свойствами обладают главным образом металлы d-элементов VIII группы и некоторые другие металлы.

Металлы медь, вольфрам, титан, а также неметаллические материалы не являются катализаторами реакции окисления восстановителя. Поэтому для придания каталитических свойств поверхности ее подвергают специальной обработке - активации.

Существуют различные способы активации, сущность которых заключается в нанесении металла-катализатора на покрываемую поверхность. Наиболее распространенный способ активации включает две последовательные операции, получившие название "сенсибилизирование" и "активирование". Сенсибилизирование (повышение чувствительности) заключается в обработке поверхности раствором солей Sn2 +, Fe2 +, Ti3 +, Ge2 +. Самым эффективным способом сенсибилизирования является обработка поверхности в растворе SnCl2. Активирование состоит в обработке сенсибилизированной поверхности растворами соединений каталитически активных металлов: Pd, Pt, Ag, Au, Rh, Ru, Os, Ir. Наибольшее распространение получили растворы, содержащие соединения Pd(II).

В последнее десятилетие широкое применение для активирования поверхности находят так называемые совмещенные растворы, которые одновременно содержат PdCl2 и SnCl2 .

В результате процесса активации металлический палладий равномерно распределяется тончайшим слоем по всей поверхности, и на такой образец уже может быть нанесено химическое покрытие.

Растворы для получения химических покрытий в простейшем случае содержат соль металла и восстановитель. Однако такие растворы неустойчивы, и ионы металла восстанавливаются с образованием металлического осадка во всем объеме раствора. В начальный момент времени реакция взаимодействия ионов металла с восстановителем является некаталитической, но по мере образования частиц металла реакция принимает каталитический характер, и скорость ее возрастает с увеличением поверхности осадка.

Для стабилизации раствора в него вводят:

1) комплексообразующие вещества (лиганды), которые обеспечивают образование прочных комплексов с ионами металла. С увеличением прочности комплекса скорость реакции взаимодействия ионов металла с восстановителем уменьшается;

2) вещества, создающие определенное значение pH (щелочи или кислоты, буферирующие добавки);

3) стабилизаторы - специальные вещества, которые в малых концентрациях (1-100 мг/л) значительно повышают стабильность раствора.

Сенсибилизация

Сенсибилизация - это процесс обработки поверхноси изделия раствором восстановителя. В качестве его в большинстве случаев используют кислые растворы двухлористого олова. Содержащиеся в них ионы Sn2+ (в виде SnCl4) сорбируются поверхностью изделия и при последующей промывке подвергаются гидролизу, с образованием малорастворимых продуктов Sn (OH)1,5 Cl 0,5 и более сложных химических соединений.

Они прочно закрепляются на поверхности изделия. На их количество, состав и структуру влияют соотношения кислоты и Sn2+ в растворе, сруктура и материал самой поверхности, а также гидродинамический режим промывки. Очень важно хорошо осуществить процесс промывки. Не следует бояться, что слишком тщательная промывка удалит все хлористое олово, так как оно очень сильно адсорбируется поверхностью.

На результаты сенсибилизации влияют ионообменные свойства поверхности и отсутствие в растворах и промывочной воде примесей. Поэтому для приготовления растворов и промывки изделий необходимо использовать химически чистые реактивы и обессоленную (лучше дистиллированную) воду.

При оптимальном количестве Sn2 на поверхности изделия каталитические центры плотно и равномерно укладываются при последующем активировании, что способствует прочному сцеплению получаемого покрытия с основой. Избыток Sn2 ведет к формированию рыхлого, легко отслаивающегося покрытия, а недостаток к неравномерному его осаждению.

Образующиеся продукты гидролиза олова очнь чувствительны к кислым и сильно щелочным растворам. Эти свойства используются для предотвращения осаждения покрытий на отдельные участки поверхности, которые обрабатывают раствором кислоты , щелочи, перекиси водорода, четыреххлористого олова.

Растворы сенсибилизации со временем мутнеют и приобретают желтоватый цвет вследствии накапливания в них ионов Sn4, образующихся при окислении Sn2 кислородом воздуха, и появления полиядерных соединений Sn4 с Sn2. Для повышения стабильности растворов сенсибилизации в их состав вводят металлическое олово, которое восстанавливает Sn4 до первоначального состояния.

Растворы сенсибилизации восстанавливают до металлического состояния ионы всех благородных металлов. Поэтому при химическом серебрении, палладировании и золочении активацию поверхности ограничивают лишь сенсибилизацией.

Активирование

Процесс активирования состоит в получении каталитически активного металла в результате взаимодействия активатора с восстановителем, адсорбированным поверхностью в растворе сенсибилизации.

Получаемы при этом металл равномерно распределяется по всей поверхности в виде коллоидных частиц или малорастворимых соединений. Полное превращение таких соединений в металл происходит в растворе химического покрытия.

Успешное проведение процесса нанесения покрытия обеспечивают частицы палладия. Они придают поверхности высокую каталитичекую активнось, стабильны в работе, применимы для всех технологических процессов получения химических покрытий.

Такие растворы не рекомендуется использовать при обработке комбинировнных поверхностей (метал и диэлектрик), так как вследствии реакции контактного обмена раствор быстро истощается и не обеспечивает прочности сцепления покрытия с металлической основой.

Прямое активирование

В последнее время широкое применение нашел способ прямого активирования в растворах, содержащих одновременно соли олова и палладия. Эти растворы называют совмещенными.

Механизм процесса активирования в совмещенном растворе можно условно разбить на несколько стадий.

Первая стдия - заполнение катализатором микровпадин и адсорбция его на поверхности.

Вторая стадия - гидролиз. В результате взаимодействия с водой происходит гидролиз комплексной соли с образованием труднорастворимого Sn(OH)Cl, который захватывает частицы PdCl2.

Таким образом на поверхности создаются многочисленные желеобразные частицы, состоящие из смеси Sn(OH)Cl + PdCl2.

Третья стадия - обработка раствором ускорителя. В результате мы получаем в поверхностном слое мелкие частицы металлического палладия и гидроокисное соединение четырехвалентного олова.

Четвертая стадия - промывка, способствующая смыванию частиц гидроокиси четырехвалентного олова. На поверхности остаются адсорбированные частицы металлического палладия в коллоидной форме.

Химическое серебрение

Получение серебрянного покрытия химическим способом основано на реакции восстановления Ag альдегидом. Осуществляют его из растворов, содержащих комплексную соль серебра и восстановитель. В качестве востановителя служит в основном глюкоза в чистом виде, инвертный сахар, сегнетова соль, пирогаллол, реже формалин, гидразин, глиоксаль. Важным компанентом традиционных (аммиачных) растворов является щелочь.

Химическое осаждение серебра, как и других металлов, начинается на активной поверхности катализатора, которым являются частицы серебра, мгновенно образующиеся на сенсибилизировнной (активированной) поверхности.Поверхность центов кристаллизации резко возрастает за счет увеличения их количества. Соответственно и растет масса восстановленного на них металла в виде порошка. Осаждение сребра на поверхноси лимитируется скоростью диффузии компанентов серебрения.

Основной характеристикой процесса серебрения является коэффициент использования серебра. Наиболее значительное влияние на коэффициент использование серебра оказывает способ нанесения покрытия, стабильность растворов. Наибольший коэффициент использования серебра достигается при аэрозольном методе химической металлизации, и составляет в среднем 80-95% и более.

Коэффициент использования серебра существенно снижается при повышении концентрации азотнокислого серебра и возрастает при повышении концентрации амиака и щелочи и снижении температуры до 5-10º. При значтельном избытке амиака ухудшается качество покрытия. Увеличение содержания щелочи способствует ускорению реакции восстановления серебра, росту массы и соответственно, толщины покрытия. При возрастании концентрации востановителя увеличивается скорость востановления серебра, но при этом снижается масса и толщина покрытия. Повышение температуры раствора приводит к значительному увеличению скорости восстановления серебра и снижению массы и толщины покрытия.

На поцесс серебрения весьма сильное влияние оказывает наличие примесей.

Преимущества металлизации—низкая температура обрабатываемой детали, высокая износостойкость слоя и простота процесса нанесения покрытия. Недостатки — хрупкость покрытия, сравнительно слабое сцепление его с основным металлом, значительная пористость слоя (10—15%) и сложность механической подготовки детали. Сила сцепления покрытия с основным металлом при пескоструйной обработке детали составляет 0,4 кн./см2(40 кг/см2), при электроискровой 0,7 кн./см2 (70 кг/см2), при «рваной» резьбе — 1,2 кн./см2 (120 кг/см2) и выше. После металлизации детали подвергают механической обработке. В процессе эксплуатации металлургических агрегатов и машин трущиеся поверхности постепенно изнашиваются, пока не наступит момент, когда ухудшится работа сопряженных деталей: возникнет шум, увеличится нагрев, нарушится равномерность хода, появятся вибрации и другие признаки неисправности. Детали, подвергаемые действию циклических нагрузок и температурных колебаний, дают трещины, деформируются, теряют свою прочность, т. е. тоже изнашиваются. Износ деталей происходит неравномерно и не одновременно; в каждой машине есть быстро и медленно изнашивающиеся части, причем первые определяют время работы машины до ее остановки на очередной текущий или малый ремонт. Свойство машин и их деталей сохранять работоспособность, т. е. нормально выполнять все заданные функции в течение установленного времени или при производстве заданного количества продукции без вынужденных перерывов, например в период между текущими или малыми ремонтами, называется безотказностью. Основными показателями, характеризующими качество машин, согласно ГОСТ 13377—67, являются: долговечность, ремонтопригодность и надежность.

Основной недостаток металлизации — сравнительно низкая прочность сцепления с основным металлом, что может привести к отслаиванию нанесенного слоя, особенно при динамических нагрузках. При металлизации распылением происходит чисто механическое сцепление нанесенного слоя с основным металлом. Поэтому созданию прочности этого сцепления должно быть уделено особое внимание.

2. Металлизация