XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Как влияют различные факторы коррозии на изделия из сплавов железа
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Коррозия металлов наносит большой экономический вред. Основной ущерб от коррозии связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, так как вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества. С учётом возможной коррозии приходится завышать прочность этих изделий, а это значит, что увеличивается расход металла, вызывая дополнительные экономические затраты. Коррозия также приводит к простоям на производстве из-за необходимости замены вышедшего из строя оборудования, к потерям сырья и продукции, например, утечке нефти, газа, воды, к энергетическим затратам для преодоления дополнительных сопротивлений, вызванных уменьшением проходных сечений трубопроводов из-за отложения ржавчины и других продуктов коррозии, к загрязнению готовой продукции, а значит и к снижению её качества. Немаловажен и экологический аспект рассматриваемой проблемы. Загрязнение атмосферы, земли, вод продуктами человеческой жизнедеятельности резко увеличивает коррозионность окружающей среды. Ученые подсчитали, что увеличение в 2 раза загрязнения атмосферного воздуха сокращает срок службы промышленного оборудования до первого капитального ремонта, в среднем, в 1,5 раза. Между коррозионными процессами и экологией есть и обратная связь. Так, потери конструкционных металлов вследствие коррозии приводят к истощению их запасов в земных недрах, безвозвратной потере большого количества энергии, загрязнению атмосферы (при выплавке 1000 т стали – выброс в атмосферу составляет 40 т пыли, 30 т сернистого газа, 50 т оксида углерода) и огромному водопотреблению. А коррозионное разрушение промышленного оборудования и коммуникаций сопровождается выбросами в окружающую среду технологических материалов, нефти и различных газов, что приводит к техногенным авариям.
Актуальность работы. Проблема защиты металлов от коррозии, знакомая человечеству с древних времён, по сей день остаётся чрезвычайно актуальной. Ежегодные потери из-за коррозии составляют от 20 до 30млн тонн металла. Прямой экономический ущерб от неё исчисляется сотнями миллиардов долларов в год. В связи с этим исследование механизма коррозии и разработка методов защиты от неё имеют большое народно-хозяйственное значение. Коррозия - это разрушение металлов и сплавов вследствие химического взаимодействия с окружающей средой. Коррозии подвергаются различные металлы и сплавы, но наиболее часто приходится сталкиваться с коррозией самого распространённого металла- железа и его различных сплавов. Поэтому мы решили рассмотреть коррозию железа подробнее на примере изделия из самого распространённого сплава железа - стали.
Объект исследования: Влияние различных факторов на коррозию железа.
Предмет исследования: Коррозия железа.
Цель работы: Исследовать, какие условия способствуют, а какие препятствуют коррозии железа. Поставленная цель определяет основные задачи работы:
1. Изучить сущность коррозии, её виды и способы защиты от коррозии.
2.Исследовать зависимость скорости коррозии от присутствия кислорода.
3.Исследовать влияние электролитов на процесс коррозии.
4.Исследовать влияние ингибиторов на процесс коррозии.
Методы исследования: лабораторное исследование коррозии железа. Данная работа носит исследовательский характер, состоит из следующих экспериментальных этапов:
1.Экспериментальная работа №1. Роль кислорода в процессе коррозии железа.
В пробирке №1-ж.гвоздь+вода на половину.
В пробирке №2-ж.гвоздь+вода полностью.
В пробирке №3-ж.гвоздь+вода+масло. Больше ржавчины образуется в пробирке №1 - железо соприкасается и с водой и с кислородом. В пробирке №2 ржавчины меньше т. к железо соприкасается только с водой. В пробирке №3 гвоздь почти не проржавел, кислород не смог пройти через слой масла, а без кислорода коррозия не развивается . 2.Экспериментальная работа №2. Влияние электролитов на процесс коррозии.
В пробирке №1-ж.гвоздь+вода.
В пробирке №2-ж.гвоздь + раствор хлорида натрия. В пробирке №3-ж.гвоздь+медь+раствор хлорида натрия.
В пробирке №4-ж.гвоздь+алюминий+раствор хлорида натрия.
В пробирке №1 железо слабо прокорродировало, в чистой воде коррозия идет медленнее т.к вода слабый электролит. В данном случае мы наблюдаем химическую коррозию. И в пробирке №2- химическая коррозия. Но здесь скорость коррозии гораздо выше, чем в первом случае, следовательно, хлорид натрия увеличивает скорость коррозии. В пробирке №3 железный гвоздь в контакте с медной проволокой опущен в раствор хлорида натрия. Скорость коррозии очень велика, образовалось много ржавчины. Следовательно хлорид натрия - это сильно коррозионная среда для железа, особенно в случае контакта с менее активным металлом -медью. В пробирке № 4 тоже наблюдаем коррозию, но не железа а алюминия, т.к железо в контакте с более активным металлом в сильно коррозионной среде- в растворе хлорида натрия не корродирует до тех пор пока не прокорродирует весь алюминий. В этих двух пробирках - электрохимическая коррозия.
3.Экспериментальная работа №3. Влияние ингибиторов на процесс коррозии. В пробирках №1-3 железный гвоздь опущен в раствор хлорида натрия, к которому добавили гидроксид натрия, фосфат натрия, хромат натрия. Коррозия железа в данном случае отсутствует. Следовательно, эти вещества замедляют коррозию, являются ингибиторами. По современным представлениям защитные действия ингибиторов связаны с их адсорбцией на поверхности металлов и торможением коррозии. По результатам исследований были сделаны следующие выводы:
1.Коррозия железа резко усиливается в присутствии кислорода.
2.Коррозия железа резко усиливается, если оно соприкасается с менее активным металлом, но коррозия замедляется, если железо соприкасается с более активным металлом.
3. Скорость коррозии зависит от состава омывающей металл среды. Хлорид ионы усиливают коррозию железа.
4. Коррозия железа ослабляется в присутствии гидроксид-ионов, фосфат-ионов и хромат-ионов. Выдвинутая гипотеза подтвердилась. Теперь мы можем понять широко используемые на практике способы предупреждения и борьбы с коррозией:
1.Отделение металла от агрессивной среды (окраска, смазка, покрытие лаками).
2. Защита металлов более активным металлом - анодная защита (оцинкованное железо). Защита менее активным металлом- анодная защита
( лужёное железо).
3. Использование замедлителей коррозии ингибиторов (органические и не органические вещества).
4. Пассивация металлов.
5. Электрозащита
6.Изготовление сплавов, стойких к коррозии.
Задачей химиков было и остаётся выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих её протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы, и потому её нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить. Важнейшей проблемой является изыскание новых и совершенствование старых способов от коррозии.
Список литературы:
https://ru.wikipedia.org/wiki/
http://megaobuchalka.ru/9/17566.html
Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Справочник. Под ред. А.А. Герасименко. – М.: Машиностроение, 1987: Том 1, – 688 с.
Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. Пер.с англ./под ред.А.М.Сухотина.-Л.:Химия,1989.-Пер.изд.,США,1985.456с.
Постановка опытов, их наблюдения.