Коррозия металлов. Экономический ущерб и меры борьбы с коррозией
Федеральное государственное
бюджетное образовательное
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Реферат
На тему:
«Коррозия металлов. Экономический ущерб и меры борьбы с коррозией»
Выполнила:
Студентка 118 группы
Направление «Системный анализ и управление»
Свиридонова Жанна
Краснодар 2012
Содержание:
Введение………………………………………………………… |
3 |
Коррозия металлов………………………………… |
4 |
Экономический
ущерб от коррозии металлов………….................. |
9 |
Меры борьбы
с коррозией металлов………………………… |
13 |
Вывод………………………………………………………………… |
17 |
Список используемой
литературы…………………………………………………… |
18 |
Введение
Коррозия – рыжая крыса,
Грызет металлический лом.
В.Шефнер
Металл служит
примером прочности. Недаром, когда
хотят подчеркнуть это
Какова же причина разрушения металлов? Все они, за исключением золота, серебра и платины, встречаются в природе в виде соединений, которые образуют минералы и горные породы. Существование металлов в свободном состоянии энергетически менее выгодно. Чтобы получить их в чистом виде, необходимо затратить энергию, в основном тепловую. Из естественного природного состояния их переводят в металлическое. Металлы, корродируя, возвращаются в энергетически выгодное состояние оксидов.
Коррозия металлов
Коррозия —
это постепенное разрушение металлов
вследствие химического или
Химическая коррозия металлов наблюдается в сухих газах и неэлектролитах. В первом случае разрушение металлов наблюдается при взаимодействии с газами и парами при температуре более 100° С (окисление металла при нагреве, коррозия печной аппаратуры, лопаток паровых и газовых турбин), во втором случае коррозия идет в нефти, бензине, смазочных маслах и т. п.
Наибольшее разрушение металлов происходит в результате электрохимической коррозии, т. е. при воздействии электролитов — водных растворов солей, кислот и щелочей. Этот вид коррозии наблюдается в атмосферных условиях, при действии морской, речной, грунтовой и других вод.
На поверхности металла при контакте с электролитом образуется множество микрогальванических элементов, при работе которых растворяется материал анода и избыточные электроны перемещаются к катоду. Образование микрогальванических элементов объясняется неоднородностью металлов, наличием в них структурных участков с различными электродными потенциалами, а также неоднородностью среды. В железоуглеродистых сплавах, например, анодом обычно является феррит, а катодом — цементит или неметаллические включения.
Особенно интенсивно
протекает процесс
Коррозия металлов ускоряется под влиянием электрического тока. Электрокоррозия металлов происходит при подключении конструкции к положительному источнику тока, например при прохождении трубопровода вблизи токонесущих трамвайных рельсов.
Активному протеканию процесса коррозии способствует углекислый и сернистый газы, хлористый водород и хлористые соли.
Химическая коррозия
Кислород воздуха
взаимодействует с
Быстрое окисление на воздухе металлического
натрия или кальция – пример химической
коррозии.
Проведем опыт по исследованию пленок.
Очистим поверхность металлической пластинки
и начнем нагревать. Постепенно на поверхности
появляются так называемые цвета побежалости,
т. е. поверхность пластинки окрашивается
во все цвета радуги. Это появляются пленки
различной толщины, они по-разному преломляют
свет.
Протекающие при химической коррозии
окислительно-восстановительные процессы
осуществляются путем непосредственного
перехода электронов на окислитель. Примерами
химической коррозии являются реакции
металлов с кислородом, хлором, оксидами
серы.
В результате такой коррозии сильно разрушаются
многие важные детали инженерных конструкций
(газовые турбины, сопла ракетных двигателей,
арматура печей и т. д.).
Электрохимическая коррозия
Этот вид
коррозии проходит в среде, проводящей
электрический ток.
Многие металлические предметы, которые
мы используем в быту, не подвергаются видимой коррозии,
в то время как потерянный ключ быстро
ржавеет. Следовательно, электрохимическая
коррозия зависит от внешних условий (состава
и концентрации электролита). Скорость
разрушения разных металлов различна.
Электрохимическая коррозия наблюдается
и в том случае, когда контактируют металлы,
находящиеся в ряду напряжений на некотором
расстоянии друг от друга. Так, если при
изготовлении изделия из листового железа
используют медные заклепки, то в присутствии
влаги они будут играть роль катода, а
железный лист станет анодом и, следовательно,
будет разрушаться.
Коррозионное разрушение металла в растворах
электролитов можно рассматривать как
результат работы большого количества
микроскопических гальванических элементов,
у которых катодами служат посторонние
примеси в металле, а анодом сам металл.
Для работы гальванического элемента
необходимо наличие двух металлов различной
химической активности и среды, проводящей
электрический ток, – электролита. При
этом сила проявляющегося тока тем больше,
чем дальше стоят металлы в ряду напряжений
друг от друга. Поток электронов идет от
более активного металла к менее активному,
являющемуся катодом. В этих случаях химическая
энергия окислительно-восстановительных
процессов гальванического элемента переходит
в электрическую.
Примеры коррозии
1. Консервная
банка (луженое железо) представляет
собой гальваническую пару
анод: Fe0 – 2e = Fe2+,
катод: 2Н+ + 2e = Н2
Ржавление железа – сложный процесс, в результате которого на поверхности образуется ржавчина. Упрощенный состав ржавчины, рыхлой массы красно-коричневого цвета, – гидроксид железа(III):
Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
2. Основа оцинкованного
ведра – железо, поверхность – серебристо-белый
блестящий металл. По мере использования
поверхность ведра покрывается буровато-беловатыми
пятнами, разводами. Цинк в данной гальванической
паре, как более активный металл, будет
являться анодом и в присутствии среды,
проводящей электрический ток, будет разрушаться,
железо же не ржавеет. Поэтому оцинкованные
ведра сравнительно недороги и служат
долго.
Состав бело-бурых пятен – в основном
гидроксид цинка. Химизм процесса:
анод: Zn0 – 2e = Zn2+,
катод: 2Н+ + 2e = Н2
Zn2+ + 2OH– = Zn(OH)2
«Стригущий
лишай цинковых покрытий» – это
картина одного из видов коррозии
цинка, внешне очень похожая на известное
грибковое заболевание. Замечено, что
в помещениях цинк корродирует быстрее,
чем на открытой ветрам и дождям
оцинкованной крыше. Происходит это потому, что
продукты коррозии (оксид, гидроксид и
карбонат цинка) не смываются дождями.
Образовавшиеся отложения «белой ржавчины»
впитывают влагу, и на оцинкованной поверхности
разрастаются светлые пятна.
Интересно еще одно обстоятельство: мягкая
вода вызывает более сильную коррозию
этого металла, чем вода, содержащая в
большом количестве соли жесткости. Жесткая
вода действует менее агрессивно, т. к.
осадок карбонатов образует на цинковой
поверхности довольно прочное защитное
покрытие.
Исходя из положения элемента в
периодической системе, можно заранее
сказать, какими химическими, а следовательно,
и коррозионными свойствами он обладает.
Под термином «коррозионные свойства»
понимается, как легко данный элемент
окисляется, какова устойчивость образующихся
оксидов по отношению к воде, растворам
солей и различных газов.
Так, в I группе в побочной подгруппе расположены
металлы, весьма стойкие в коррозионном
отношении. Это медь, серебро, золото, причем
их коррозионная стойкость повышается
с увеличением атомной массы.
Во II группе также более устойчивы металлы
побочной подгруппы: цинк, кадмий, ртуть.
На их поверхности в присутствии кислорода
образуется тонкая, довольно прочная пленка
оксидов, предохраняющая от дальнейшего
процесса разрушения.
В III группе из технически важных металлов
находится алюминий – это химически активный
металл. Он легко окисляется кислородом
воздуха, вследствие чего на его поверхности
образуется тонкая стекловидная пленка.
Но эта пленка обладает высокими защитными
свойствами.
В IV группе находятся коррозионностойкие
металлы – олово, свинец, стойкость которых
тоже объясняется образованием прочных
защитных пленок.
Металлы, находящиеся в четных рядах больших
периодов, в V, VI и VII группах, обладают высокой
способностью к пассивации, а следовательно,
большой коррозийной стойкостью. Это ванадий,
хром, кобальт и др.
Наиболее коррозионностойкие металлы
находятся в VIII группе, причем чем больше
их атомная масса, тем больше их устойчивость.
Следовательно, из металлов VIII группы
наиболее коррозионностойкие осмий, иридий
и платина.
Коррозия приводит к техногенному засорению
нашей планеты. В настоящее время на земном
шаре ежегодно выплавляется более 0,7 млрд
т стали, а уничтожается коррозией от 10
до 25% этой величины. Средняя продолжительность
жизни стальных изделий составляет около
15 лет. Таков же средний возраст изделий
из многих цветных и черных металлов.
Знаменитая Эйфелева башня (7,3 тыс. т металлических
конструкций) давно была бы уничтожена
коррозией, если бы каждые 7 лет ее не покрывали
краской. На окраску уже затрачены средства,
превышающие стоимость самого сооружения.
Коррозия, подобно ненасытному дракону,
сжирает миллиарды тонн железа и приносит
громадный ущерб во всех странах. Никакие
предохранительные покрытия, смазки, лаки,
краски, использование сплавов не могут
предотвратить болезни металлов – окисление,
распыление, ржавление.
Все применяемые методы защиты металлов
можно разделить на три группы:
1) различные
покрытия;
2) обработка среды, в которой металлы находятся;
3) электрохимические методы защиты.
Опыт.
В U-образную трубку наливают
до половины ее объема раствор поваренной
соли. В каждое колено трубки добавляют
несколько капель фенолфталеина. В одно
колено трубки погружают предварительно
очищенную медную пластинку, а в другое
– цинковую.
Обе пластинки соединяют медной проволокой
(рис. 1). Вскоре в колене с медной пластинкой
наблюдается сначала розовое, а затем
малиновое окрашивание, что указывает
на появление избыточных свободных гидроксидных
групп (ОН–).
|
Рис.1 |
В этом опыте при соединении проволокой цинковой пластинки с медной избыточные электроны, образующиеся вследствие перехода цинка в виде ионов в раствор, перетекают с цинковой пластинки на медную. Возникает гальванический элемент. С медной пластинки электроны переходят на ионы водорода. В растворе образуется избыток гидроксид-ионов, которые и дают щелочную реакцию. Иными словами, происходит окислительно-восстановительная реакция, в результате которой возникает электрический ток. Поток электронов движется от цинка (анода) к меди (катоду). Цинк окисляется (растворяется), а на меди наблюдается восстановление ионов водорода (видны пузырьки).
Экономический ущерб от коррозии металлов
В современном мире коррозия металлов и защита их от коррозии является одной из важнейших научно-технических и экономических проблем.
Технический прогресс во многих отраслях промышленности тормозится из-за нерешенности ряда коррозионных проблем. Это приобрело особую актуальность в промышленно развитых странах с большим металлофондом и особенно в последние годы в связи с все более широким использованием в промышленности высокопрочных материалов, особо агрессивных сред, высоких температур, вызываемых такими опасными формами коррозии, как коррозионное растрескивание, межкристаллитная коррозия, питтинг и др.
Огромны экономические потери от коррозии металлов. Например, в США по последним данным NACE (доклад на 16-м Всемирном конгрессе по коррозии в Пекине в сентябре 2005 года) ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составили 3,1% от ВВП (276 млрд. долларов). В Германии этот ущерб составил 2,8% от ВВП. По оценкам специалистов различных стран эти потери в промышленно развитых странах составляют от 2 до 4 %валового национального продукта. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20% годового производства стали.
Различают два вида потерь: прямые и косвенные. Прямые – безвозвратные потери металла, стоимость замены оборудования и металлоконструкций, расходы на противокоррозионную защиту. Косвенные – простой оборудования, снижение мощности, снижение качества продукции, расход металла на утолщения стенок и т.п.И наоборот, разработка и практическое использование эффективных средств противокоррозионной защиты позволяет не только уменьшить потери металла и средств, но и снизить металлоемкость конструкций и сооружений, увеличить их грузоподъемность, уменьшить расход топливо-энергетических ресурсов при строительстве и эксплуатации, увеличить эксплуатационный период и в целом уменьшить себестоимость и повысить рентабельность объектов техники. В упомянутом выше докладе NACE отмечено, что потери от коррозии и затраты на противокоррозионную защиту в США в 2002 году составили 4,2 % от ВВП, т.е. за период 2002-2005 годы имела место положительная динамика.
Так, например, снижение скорости коррозии судовых корпусных конструкций путем использования эффективных средств защиты позволило применять в российском судостроении низколегированные стали повышенной прочности марок 09Г2, 10ХСНД и др. с пределом текучести 300-400 МПа взамен обычных углеродистых сталей с пределом текучести не более 240 МПа. Это позволило снизить строительные толщины корпусных конструкций и, соответственно, уменьшить их массу, сэкономить металл, снизить энерго- и трудозатраты при строительстве и эксплуатации судов.
По нашим расчетам экономия стального проката от замены углеродистых сталей на низколегированные повышенной прочности составляет от 5 до 17% в зависимости от марки сталей, назначения судна и применяемых средств защиты. Снижение строительных толщин в этом случае может составлять 3-7 мм для днища и 2-5 мм для бортов.
Снижение скорости
язвенной коррозии обшивки подводной
части корпуса с 1-2 до 0,02-0,05 мм/год
путем применения эффективности
красок и электрохимической защиты
позволило резко уменьшить
Можно привести много других примеров, когда правильное применение эффективных средств противокоррозионной защиты приводит к значительным техническим и экономическим успехам.
Поскольку основным средством противокоррозионной защиты судов являются лакокрасочные покрытия, то вполне понятно, насколько важны и актуальны вопросы применения эффективных лакокрасочных материалов и качественного их нанесения. Экономический анализ того или иного варианта нанесения покрытия строится на основе сопоставления затрат и эффективности (функциональных качеств, долговечности) полученного покрытия. Наиболее показательно сопоставлять затраты по стоимости окрашивания 1 м2 поверхности. Окончательная стоимость покрытия – это сумма прямых, косвенных и непредвиденных расходов.
Прямые затраты включают:
- стоимость лакокрасочных материалов, растворителей, расходных материалов;
- стоимость разового оборудования, технологической оснастки;
- амортизационные отчисления на восстановление оборудования и основных производственных фондов;
- полные затраты на выполнение подготовительных, очистных и окрасочных работ;
- полные затраты на выполнение мероприятий по технике безопасности и охране окружающей среды;
- затраты на осуществление контроля всех операций технологического процесса;
- затраты на страхование.
Косвенные затраты включают:
- затраты на обеспечение условий для проведения очистных и окрасочных работ (вентиляция, сушка, отопление, освещение и т.п.);
- затраты на возведение лесов, подмостей, на транспортные работы и т.п.
Непредвиденные
расходы возникают в
- прерывания очистных и окрасочных работ из-за погодных условий;
- вынужденных простоев по различным технологическим обстоятельствам;
- необходимости повторного выполнения очистных и окрасочных работ вследствие низкого качества их первичного выполнения.
Эффективность покрытия оценивается как комплекс функциональных свойств (противокоррозионных, декоративных, противообрастающих, износостойких и прю) на протяжении срока службы покрытия. Таким образом, решающим фактором выбора того или иного варианта покрытия является его долговечность. При этом учитывается, что затраты на восстановление покрытия часто превышают затраты на его первичное нанесение, а качество восстановленных покрытий заведомо ниже первоначальных.
Для исключения
споров и конфликтов между взаимодействующими
организациями следует
Долговечность – ожидаемый срок службы системы защитных покрытий до первого ремонтного восстановления. Это понятие технического характера, которое помогает владельцу обоснованно планировать техническое обслуживание окрашенного объекта.
Гарантийный срок службы – понятие юридического характера, имеющее законную силу и являющееся предметом контракта между заказчиком и исполнителем окрасочных работ. Это понятии определяет длительность эксплуатации окрашенного объекта, в течении которой исполнитель несет юридическую и финансовую ответственность за обеспечение защитных и/или декоративных качеств системы покрытия по конкретным параметрам, например, сохранность покрытия на определенной площади, сопротивления, цвета, блеска и т.п.
Из этого следует, что экономически целесообразно наносить долговечные покрытия, используя высококачественные лакокрасочные материалы, оборудование и современные методы подготовки поверхности и нанесения материалов, несмотря на то, что первоначальные затраты при этом увеличиваются. Относительные эксплуатационные расходы при этом будут меньше за счет менее частого перекрашивания, увеличения эксплуатационного времени и пр.
Следует также
учитывать, что в общей стоимости
окрашивания объекта и
Если стоит задача получить высококачественное покрытие, то нецелесообразно экономить на подготовке поверхности под окраску, хотя качественная дробеструйная обработка стоит дорого – в среднем расходы составляют 60-70% от общих расходов по нанесению покрытия, включая стоимость материалов.
Наконец, на чем никогда нельзя экономить – это на проведении строгого и тщательного пооперационного контроля поступающих на предприятие материалов до приемки готового покрытия. Отсюда ясно, какое важное место занимает инспектор, и какие убытки может принести выполнение очистных и окрасочных работ без должного контроля.
Защита металлов
Если рассмотреть статистику, то можно отметить, что практически 30% от общей массы эксплуатируемого металла подвергается такому разрушительному процессу, как коррозия металла. И десятая часть уходит в отходы, остальная правда переплавляется.
Чем же отвечает научно-технический прогресс коррозии металлов? Только созданием хороших коррозионно-стойких материалов и технологий, которые могут создать условия, при которых коррозия невозможна.
Защита металла от коррозии включает в себя несколько способов, которые доказали, что с этим процессом можно эффективно бороться. Многие методы борьбы с коррозией металлов известны давно и прекрасно используются в настоящее время. Первый способ – это изоляция от агрессивной среды. Здесь необходимо отметить:
- Всевозможные полимерные пленки;
- Лаки;
- Краски;
- Олифы.
Так и металлы, которыми покрывают металл в виде слоя, не разрушающегося под воздействием агрессивных сред.
Разрушительное действие коррозии
Покраска металлических поверхностей против их разрушения используется давно и считается первым способом защиты металлов от коррозии. Проводить данную операцию несложно. Кстати, эта защита металлов считается одной из эффективных. Но здесь необходимо соблюдать некоторые правила.
Первый этап – это очистка металлических поверхностей от загрязнений. Он считается как подготовительным этапом, так и самым главным, потому что нанесение краски на поверхность, которую не очистили, приведет к нулевому результату. Особое внимание при проведении очистки необходимо уделять удалению грязи, ржавчины и жирных пятен.
Второй этап – грунтовка поверхности. Этот процесс необходим для одной лишь цели – это сцепление краски и поверхности металла. Если данную процедуру не проводить, то краска долго держаться не будет и через непродолжительное время облупится и сойдет с поверхности.
Третий этап – это сам процесс нанесения антикоррозионной краски. В данной ситуации используется несколько способов нанесения краски. Традиционным является использование молярных инструментов, таких как валик и кисти, этот способ называется ручным. И еще один способ – с помощью краскопульта, который считается более экономичным.
Современный рынок строительных материалов в настоящее время предлагает огромный выбор всевозможной лакокрасочной продукции, которая прекрасно справляется с коррозией. Сейчас можно также сказать о том, что компании-производители антикоррозионной краски стали выпускать особые краски, которые прекрасно справляются с очень агрессивными средами.Такая защита может противостоять даже морской воде.
А вот использование
различных пленок на основе полимеров
при защите металлов от коррозии в
настоящее время стало
- Высокий уровень водостойкости;
- Высокий показатель противостояния химическому воздействию.
Но необходимо отметить, что данный метод является более дорогим по сравнению с покраской.
Влажный климат для коррозии — идеальная среда
Если металлические конструкции или изделия расположены под землей, к примеру, трубопровод, то иногда используют для защиты такие материалы, как битум, асфальт, различные полимерные ленты.
Конечно, сравнивать
вышеуказанные способы с
Второй способ,
где коррозия металлов удерживается
под воздействием изменения электрической
направленности. То есть, если металлическая
конструкция установлена в
Основная конструкция и стержень также соединены между собой проводником. Полярность конструкции меняется, и она из анода переходит в разряд катода. То есть заряжается отрицательными зарядами. Стержень берет на себя все положительно заряженные ионы и разрушается, то есть происходит его коррозия.
Третий способ. Коррозия металла, как процесс разрушения, может быть остановлен, а точнее сказать, замедлен путем добавления в агрессивные среды органических или неорганических ингибиторов. Обычно данный способ используется при очистке:
- Паровых котлов;
- Емкостей под соляную кислоту;
- Различных деталей с окалиной.
Использование ингибиторов стало возможным только по одной причине, они при взаимодействии с металлом создают на его поверхности пленку, которая состоит из трудно растворимых соединений. Тем самым создается покрытие, которое отличается высокой прочностью. Кстати, толщина ингибиторного покрытия намного меньше, чем толщина любого искусственного антикоррозионного покрытия.Такая защита часто используется в котельных, где внутри котлов всегда агрессивная среда.
В настоящее время еще в стадии проектирования строительные компании стараются собрать всю информацию, касающуюся характера агрессивных воздействий и условия эксплуатации металлических конструкций. От собранной информации будут зависеть проектные решения, то есть сегодня во главу угла ставятся в основном показатели, которые будут влиять на срок эксплуатации здания или сооружения.

- Коррозия процесінде полифенолды қосылыстарды ингибиторлар ретінде қолдану
- Коррозия работающего оборудования
- Коррозия сталей
- Коррозия станочного оборудования
- Коррозия урана и его сплавов в теплоносителе
- Коррозия цементного камня и бетона в водных средах
- Коррозия цементного камня и способы защиты
- Коррозия металлов и способы борьбы с коррозией
- Коррозия металлов и способы борьбы с ней
- Коррозия металлов и способы защиты
- Коррозия металлов и способы защиты от коррозии
- Коррозия металлов и способы защиты от нее
- Коррозия металлов. Методы защиты от коррозии
- Коррозия металлов с кислородной деполяризацией