XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Коррозия металлов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Коррозия – рыжая крыса,
Грызёт металлический лом.
В. Шефнер
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 и давлений. В этих условиях значительно возрос удельный вес потерь, вызываемых такими опасными формами коррозии, как коррозионное растрескивание, межкристаллитная коррозия, питтинги др. Огромны экономические потери от коррозии металлов. 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.
Проблемный вопрос: что является причиной коррозии и какими способами можно предотвратить коррозию ?
Цель: исследование процесса коррозии металлов, ее виды, причины возникновения и способы защиты металлов от коррозийного разрушения.
Задачи:
-
Изучить литературу и другие источники информации по теме
-
Изучить явление коррозии в различных системах
-
Установить причины коррозии металлов
-
Выяснить, какими способами можно предотвратить коррозию металлов
-
Провести химический эксперимент в школьных и домашних условиях, на выявления причин коррозии
Объект исследования: коррозийные процессы, протекающие в металлах и сплавах
Предмет исследования: причины коррозии
Гипотеза: можно ли экспериментальным путём изучить причины коррозии
Средства:
-
Изучение теоретического материала.
-
Проведение экспериментального исследования с помощью, реактивов и оборудования кабинета химии, цифровой лаборатории RELAB
-
Проанализировать информацию.
Экспериментальный метод работы над проектом: проведение школьного и домашнего экспериментов
-
Теоретическая часть.
1.1 Исторические наблюдения за коррозией.
Первые упоминания о коррозии относятся к 4 - 5 веку до нашей эры. Известный философ древности Платон говорил о ржавчине, как о чем-то земном, что выделяется из металла.
Прошло 2000 лет, а в понимании природы коррозии ничего не изменилось. Один из основателей минералогии Георг Агрикола (1494-1555 г.) в 1546 г. писал: «… ржавчина является выделением металлического железа». Для борьбы с этим явлением он предлагал использовать покрытия из гипса, битума, смолы.
Защита древних трубопроводов из меди, бронзы, свинца заключалась в обмазывании их известковыми или гипсовыми растворами, т.е. применялись пассивные методы защиты.
Древние римляне успешно боролись с контактной коррозией обшивкой кораблей. Для защиты от червей, деревянные корпуса античных гребных судов покрывали свинцовыми пластинами. Крепили пластины медными гвоздями. Между свинцом и медью образовывался коррозионный элемент. Свинцовые пластины коррозировали в местах крепления гвоздями и отваливались. Античные инженеры покрывали свинцом головки медных гвоздей. Ток между гвоздями и пластинами исчезал и коррозия прекращалась.
1.2 Что такое коррозия.
Машины и аппараты, изготовленные из металлов и сплавов, при эксплуатации в природных или технологических средах, подвержены коррозии.
Коррозия происходит от латинского слова «corrodere» - разъедать.
Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие их взаимодействия с окружающей средой. В основе этого взаимодействия лежат химические и электрохимические реакции.
Способность металлов сопротивляться воздействию среды называется коррозионной стойкостью. Металл, подвергающийся коррозии, называют корродирующим металлом, а среда, в которой протекает коррозионный процесс – коррозионной средой. В результате коррозии изменяются свойства металла и часто происходит ухудшение его функциональных характеристик. Металл при коррозии может частично или полностью разрушаться. Химические соединения, образующиеся в результате взаимодействия металла и коррозионной среды, называют продуктами коррозии.
Различают внутренние и внешние факторы коррозии. Внутренние факторы характеризуют влияние на вид и скорость коррозии природы металла (состав, структура и т.д.). Внешние факторы определяют влияние состава коррозионной среды и условий протекания коррозии (температура, давление и т.д.).
1.3 Разнообразие видов коррозии.
Коррозионные процессы классифицируют по механизму взаимодействия металлов с внешней средой; по виду коррозионной среды и условиям протекания процесса; по характеру коррозионных разрушений; по видам дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды.
По механизму протекания процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия – характеризуется разрушением металла вследствие его непосредственной реакции со средой – не электролитом.
Электрохимическая коррозия – этот вид коррозии возникает в растворах электролитов.
По виду коррозионной среды и условиям протекания различают несколько видов коррозии:
Газовая коррозия – химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило, не более 0,1%) или при высоких температурах.
Атмосферная коррозия – это коррозия металла, находящегося в среде влажного воздуха.
Контактная коррозия – эта коррозия возникает вследствие контакта между двумя или несколькими разными металлами, находящимися в среде электролита.
По характеру изменения поверхности металла или сплава различают несколько видов коррозионных разрушений.
Сплошная коррозия – протекает на всей поверхности металла. Она может быть равномерной и неравномерной.
Избирательная коррозия – суть этой коррозии состоит в растворении одного из структурных компонентов сплава, что ведет к ослаблению его механических свойств.
Местная (локальная) коррозия – охватывает отдельные участки поверхности металла.
1.4 Последствия от коррозии.
Значение последствий коррозионных исследований определяется тремя аспектами.
Первый из них - экономический - имеет целью уменьшение материальных потерь в результате коррозии трубопроводов, сосудов под давлением, котлов, теплообменного оборудования, резервуаров (баков), деталей машин, судов, мостов, морских конструкций
и т. д.
Второй аспект – повышение надежности оборудования, которое в результате коррозии может разрушаться с катастрофическими последствиями, например сосуды высокого давления, паровые котлы, металлические контейнеры для токсичных материалов, лопасти и роторы турбин, мосты, детали самолетов.
Третьим аспектом – является сохранность металлического фонда. Мировые ресурсы металла ограничены, а потери металла в результате коррозии ведут к дополнительным затратам энергии и воды.
Экономический фактор является главной движущей силой большинства прикладных коррозионных исследований. Затраты на возмещение коррозионных потерь в коммунальном хозяйстве исчисляются миллиардами долларов в год.
Различают прямые и косвенные коррозионные потери. Под прямыми потерями понимают стоимость замены прокорродировавших конструкций и машин или их частей, таких как трубы, конденсаторы, глушители, трубопроводы, металлические покрытия.
1.5 Основные методы борьбы с коррозией.
Все методы противокоррозионной защиты можно условно разделить на три группы:
-
Изменение свойств металла.
-
Изменение свойств среды.
-
Изменение характера взаимодействия металла и среды на границе раздела.
К первой группе относятся следующие методы:
-
легирование металла,
-
термообработка,
-
поверхностная обработка.
Ко второй группе относятся:
-
ингибирование среды,
-
обескислороживание водной среды,
-
осушение воздуха,
-
удаление агрессивных реагентов среды (соли, кислоты и т.п.).
К третьей группе относятся:
-
нанесение защитных покрытий изолирующих металл от агрессивной среды (лакокрасочные, металлические, оксидные, фосфатные, масла, смазки и т.п.),
-
рациональное проектирование (устранение зазоров, правильный выбор металла для данной среды, устранение контактов разнородных металлов, устранение застойных зон и т.п.).
Основным средством защиты металлоконструкций от коррозии, а также основным средством декоративной отделки являются лакокрасочные покрытия.
-
Практическая часть.
Цель практической части: экспериментальным путем в школьных лабораторных условиях изучить коррозийные процессы и убедиться, что коррозия разрушает металл.
2.1 Школьный химический эксперимент
Оборудование и реактивы : штатив для пробирок, пробирки,гвозди, хлорид натрия, хлорид кальция , дистиллированная вода ,соляная кислота, гидроксид натрия, сульфат меди, водопроводная вода, нитрат свинца.
Ход работы: заливаю 10 гвоздей реактивами
1 день эксперимента.
На первый день эксперимента ничего не происходило кроме 6 пробирки, так как сульфат меди сразу вступил в реакцию замещения с железом.
3 день эксперимента
На третий день эксперимента практически все гвозди подверглись коррозии и чем большая часть гвоздя находилась в воде или растворе солей с доступом воздуха, тем больше была коррозия. В пробирках без доступа воздуха, коррозия была наименьшей.
Пятый день эксперимента: все гвозди поддались коррозии.
Выводы: коррозия зависит от условий внешней среды, то есть наличие воды, кислорода в воздухе, а так же введение в среду электролита или другого металла.
3. Заключение
Работая над проектом, я изучил теоретический материал по теме « Коррозия металлов» ,узнал историю разрушения металлов, что такое коррозия и какие виды коррозийных процессов бывают, последствия коррозии и способы борьбы с ней.
Проведя школьный химический эксперимент, я убедился, что на коррозию металлов влияют различные факторы внешней среды и вещества находящиеся в непосредственном контакте с металлом. Таким образом, моя гипотеза : можно ли экспериментальным путём изучить причины коррозии подтвердилась полностью.
4. Источники информации
Актуальность коррозии - https://pkraska.ru/stati/article_post/aktualnost-i-
ekonomicheskiye-aspekty-problemy-korrozii-i-zashchity-metallicheskikh-
sooruzheniy
Исторические наблюдения за коррозией – http://mypractic.ru/istoriya-razvitiya-
katodnoj-zashhity-ot-korrozii.html/
Что такое коррозия - https://studfile.net/preview/9051181/
Разнообразие видов коррозии - https://studfile.net/preview/9051181/page:2/
Последствия от коррозии -
https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=235
Основные методы борьбы с коррозией – http://metalpaint.ru/stati-i-
novosti/stati/83-osnovnye-metody-borby-s-korroziej