|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Цель и задачи курса « Химическое сопротивление материалов»Стр 1 из 7Следующая ⇒
В.А. Лихачев ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ «ХИМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ»
Рекомендовано Ученым советом ВятГУ в качестве учебного пособия
Киров 2015 Печатается по решению редакционно-издательского совета Вятского государственного университета
УДК 620.193/.199 (07) Л651 Рецензент: заведующая кафедрой неорганической и аналитической химии Вятской государственной сельскохозяйственной академии, доцент М.П. Зяблицева
Лихачев В.А. Практикум по курсу «Химическое сопротивление материалов»: учебное пособие/ В.А.Лихачев,.- Киров: Изд-во ВятГУ, 2015. – 66 с.
В учебном пособии приведены рабочие программы курса «Химическое сопротивление материалов» как для дневной, так и заочной формы обучения, теория, методика выполнения и обработка экспериментальных результатов четырех лабораторных работ по курсу «Химическое сопротивление материалов», контрольная работа для студентов-заочников. Пособие предназначено для студентов всех форм обучения по направлению 18.03.01. «Химическая технология»
Редактор Е.Г.Козвонина
Подписано в печать Усл.печ. л. 4.25 Бумага офсетная Печать матричная. Заказ № Тираж 53 Бесплатно. Текст напечатан с оригинал–макета, представленного авторами. ____________________________________________________________________ 610 000, г Киров, ул. Московская, 36. Оформление обложки, изготовление – ПРИП ВятГУ © В.А. Лихачев, Т.В.Горева, 2009 © Вятский государственный университет, 2009 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА «ХИМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ» для студентов дневного отделения
По дисциплине: Химическое сопротивление материалов Для специальности: 250300 " Технология электрохимических производств" Факультет: Химический Кафедра: Технологии электрохимических производств Курс: 4 Семестр: 8 Зачёт: 8 Лекции: 21 Лабораторные занятия: 14 Самостоятельная работа: 23
Цель и задачи курса « Химическое сопротивление материалов» 1.1. Цель преподавания дисциплины Бакалавры направления «Химическая технология» при работе на заводах любого профиля сталкиваются с применением разнообразных конструкционных материалов. Рациональный выбор таких материалов, их правильная эксплуатация, продление срока службы невозможно при отсутствии знаний по стойкости этих материалов в естественных и промышленных средах. В связи с этим курс «Химическое сопротивление материалов», базирующийся на теоретических представлениях, рассмотренных в курсе « Основы коррозии и защиты металлов», позволяет расширить знания студентов по вопросам коррозии и старения конкретных конструкционных материалов. Этот курс следует рассматривать как очень важный курс профессиональной подготовки студентов. Таким образом, цель данного курса – дать студентам основные знания по химическому сопротивлению важнейших конструкционных материалов (сплавов железа, алюминиевых и медных сплавов, пластических масс, резин, бетона, железобетона, керамических м композиционных материалов и дерева) в условиях естественных и промышленных сред; ознакомить студентов с наиболее важными методами защиты материалов, призванными повысить надежность различных конструкций и существенно продлить срок их эксплуатации. Основные задачи курса а) Ознакомить студентов с особенностями коррозионного поведения основных конструкционных сплавов железа, алюминия и меди в различных средах; б) ознакомить студентов с особенностями разрушения строительных материалов (бетона и железобетона) в природных и промышленных средах, и методами их защиты; в) дать основные сведения по вопросам коррозии и старения пластических и эластомеров, керамических и композиционных материалов и методами увеличения срока их службы; г) ознакомить студентов с особенностями разрушения и сохранения деревянных конструкций. 1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов» – раздел основные конструкционные материалы и сплавы. «Неорганическая химия» – разделы химические свойства металлов, пластических масс и эластомеров. «Основы коррозии и защиты металлов» – весь курс. Тематический план
Лекционные занятия (8-й семестр)
Перечень лабораторных работ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основная литература 1. Семенова, И. В. Коррозия и защита от коррозии [Текст]: учеб. пособие / И. В. Семенова, Г. М. Флорианович, А. В. Хорошилов; под ред. И. В. Семеновой. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 376 с. 2. Жук, Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов [Текст]: учеб. пособие / Н. П. Жук. - М.: Металлургия, 1976. - 472 с.: ил. 3. Шевченко, А. А. Химическое сопротивление неметаллических материалов и защита от коррозии [Текст]: учеб. пособие / А. А. Шевченко. - М.: Химия КолосС, 2004. - 248 с.: ил. - (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений). 4. Цупак, Т. Е. Лабораторный практикум по коррозии и защите металлов [Текст] / Т. Е. Цупак. – М.: МХТУ им. Менделеева, 2001. – 151 с. Дополнительная литература 5. Жуков, А. П. Основы металловедения и теории коррозии [Текст]: учеб. / А. П. Жуков, А. И. Малахов. - М.: Высш. шк., 1991. - 169 с.: ил. 6. Коррозия [Текст]: справ. / под ред. Л. Л. Шрайера; сокр. пер. с англ. В. С. Синявского. - М.: Металлургия, 1981. - 631 с.: ил. 7. Коррозия конструкционных материалов [Текст]: газы и неорганические кислоты: справ.: в 2 кн. Кн. 1: Газы и фреоны / В. В. Батраков [и др.]; под ред. В. В. Батракова. - М.: Металлургия, 1990. - 344 с.: ил. Коррозия конструкционных материалов [Текст]: газы и неорганические кислоты: справ.: в 2 кн. Кн. 2: Неорганические кислоты / В. В. Батраков [и др.]; под ред. В. В. Батракова. - М.: Металлургия, 1990. - 319 с.: ил. 8. Фокин, М. Н. Защитные покрытия в химической промышленности [Текст] / М. Н. Фокин, Ю. В. Емельянов. - М.: Химия, 1981. - 300 с.: ил. 9. Улиг Г. Г. Коррозия и борьба с ней: Введение в коррозийную науку и технику [Текст] / Г. Г. Улиг, Р. У. Реви; пер. с англ. А. М. Сухотина и др. - Л.: Химия, 1989. - 455 с.: ил. 10. Шлугер, М. А. Коррозия и защита металлов [Текст]: учеб. пособие / М. А. Шлугер, Ф. Ф. Ажогин, Е. А. Ефимов. – М.: Металлургия, 1981. - 200 с. 11. Клинов, И. Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы [Текст]: учеб. пособие / И. Я. Клинов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1967. - 468 с. 12. Журавлев, В. Н. Машиностроительные стали [Текст]: справ. / В. Н. Журавлев, О. И. Николаева. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 480 с.: ил.
Методическая литература 13. Лихачев В.А., Горева Т.В. Практикум по курсу «Химическое сопротивление материалов» [Текст]: учеб. пособие. – Киров: ВятГУ, 2009. – 65 с. 14. Лихачев В. А. Практикум по коррозии металлов [Текст]: учеб. пособие / В. А. Лихачев; ВятГУ, ХФ, каф. ТЭП. - Киров: [б. и.], 2005. - 53 с. 15. Инструкция к коррозиметру «Эксперт-004». Лабораторная работа 1 Теоретические предпосылки В промышленной практике для изготовления разнообразных конструкций используются различные конструкционные стали. Агрессивности Под средами со средней коррозионной агрессивностью понимают растворы солей при разных температурах, а также слабые растворы некоторых кислот. Среди этих сталей можно выделить: а) стали – заменители высоконикелевых: 15Х25Т, 15Х28, 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х18Г8Н2Т. Помимо сред со средней коррозионной агрессивностью эти стали используются часто и для слабоагрессивных сред, в которых они обладают более высокой надёжностью, чем стали группы 3.3.1; б) стали с оптимальным соотношением хрома и никеля. Соотношение Cr: Ni = 18: 9, 18: 10, например в сталях 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т, является наилучшем соотношением между Cr и Ni, которое позволяет получить в сталях хорошие механические и технологические свойства, наряду с высокой коррозионной устойчивостью во многих средах. Такие стали имеют аустенитную структуру. К этой группе относятся стали: 17Х18Н9, 12Х18Н9, 12Х18Н10Б, 08Х18Н10, 12Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 06Х18Н11 и т.д. Основной недостаток этих сталей – склонность к межкристаллитной коррозии (к коррозии по граням зерен металла). Чтобы уменьшить склонность хромникелевых сталей к межкристаллитной коррозии, их дополнительно легируют титаном и ниобием или уменьшают содержание углерода. Например, стали 04Х18Н10, 03Х18Н11, 03Х18Н12 имеют пониженное содержание углерода и менее склонны к межкристаллитной коррозии. Нержавеющие стали группы 3.3.3 в горячих и сильно перемешивающихся растворах NaCl со временем подвергаются питтинговой и язвенной коррозии, также они не устойчивы в концентрированных и горячих растворах кислот. Агрессивностью Такого рода стали разрабатывались с целью повышения химического сопротивления в горячих растворах NaCl и в растворах кислот. Для повышения стойкости сталей применяется дополнительное легирование их молибденом и медью, причём в сталях этой группы часто стремятся сохранить аустенитную структуру, удобную в технологическом отношении, что требует дополнительного легирования сталей никелем. В связи с высоким содержанием легирующих компонентов, в первую очередь никеля, стали этой группы достаточно дороги. Примером сталей группы 3.3.4 служат стали: 10Х17Н13М2Т 08Х17Н13М3Т, 08Х17Н15М3Т, 04Х28МДТ, 03Х28МДТ, 06Х28МТ. Эти стали в растворах серной и тем более соляной кислот, особенно горячих, не устойчивы. Для повышенной стойкости в горячих растворах кислот применяется группа сплавов для весьма агрессивных сред. Ход выполнения работы Работа заключается: а) в качественной оценке коррозионной активности сталей различного состава (Ст3, 30ХГСА, 20Х13, 12Х18Н9Т) в солевых средах (NaCl, Na2SO4) с помощью снятия анодных поляризационных кривых; б) в количественной оценке скорости их коррозии в исследуемых средах с помощью коррозиметра Эксперт–004. 00: 03 0.15 мВ … 2х, где 00: 03 – текущее время измерения напряжения поляризации; 0, 15 мВ – начальная разность потенциалов рабочего и вспомогательного электродов (желательно, чтобы она не превышала 100 мВ), обусловленная дефектами и небольшими различиями в качестве образцов. 2х – тип электродной системы. В этом режиме в течение 10 с без наложения поляризующего импульса происходит измерение начальной разности потенциалов рабочего и вспомогательного электродов. По истечении времени измерения начальной разности потенциалов электродов происходит включение поляризующего импульса, а на дисплее появляется сообщение: МВ 00: 04 МкА u 2х, где 0, 15 мВ – сохраненное в памяти прибора значение начальной разности потенциалов электродов; 00: 04 – отсчет выбранного времени поляризующего импульса; 0, 12 мкА – текущее значение внешнего тока; 2х – тип электродной системы; u – символ выбранного диапазона автоматической компенсации начальной разности потенциалов электродов ( u – 100 или U – 500 мВ). По истечении времени измерения на экране появляется измеренное значение скорости общей коррозии в мкм/год. Для выхода из режима измерения скорости общей коррозии нажать клавишу « ОТМ». При необходимости исследовать скорость коррозии этого же металла в другой среде повторить операции по подготовке электродов к измерению (отполировать войлоком, обезжирить содой, промыть), заменить коррозионную среду в измерительной ячейке и измерить скорость коррозии. Экспериментальные результаты по оценке скорости коррозии различных сталей занести в табл. 1.3. Таблица 1.3 Скорость коррозии различных видов сталей
Вопросы для самопроверки 1. Расшифруйте понятия: жаростойкость и жаропрочность. 2. Что такое коррозионностойкое рафинирование? 3. Что такое коррозионностойкое легирование? 4. Влияние низкого легирования на коррозионную стойкость сталей. 5. О чем говорит правило Таммана? 6. Основные легирующие элементы жаростойкого и коррозионностойкого легирования. 7. Классификация нержавеющих сталей по типу сред, в которых они эксплуатируются. 8. Классифицировать следующие стали, охарактеризовать их коррозионные свойства: 12Х13, 10ХСНД, 15Х17АГ14, 30ХГСА, 09Х15Н8Ю, Р18, 12Х18Н9, А15, 03Х18Н12, 12Х6С2Ю, 10Х17Н13М2Т, Ст3, 7ХГ2ВМ. 9. Как снять поляризационную кривую на потенциостате в потенциодинамическом режиме? 10. Что такое реальная и идеальная поляризационные кривые? 11. Виды реальных поляризационных кривых. 12. Какой вид реальной поляризационной кривой должен наблюдаться на стали 20Х13 в растворе Na2SO4? 13. Сущность метода поляризационного сопротивления.
Лабораторная работа 2 Теоретические предпосылки Алюминий и его сплавы являются вторым по значению конструкционным материалом после сплавов железа. Их широкое распространение обусловлено уникальными свойствами алюминиевых сплавов: легкостью, высокой электропроводностью, достаточной прочностью и пластичностью, способностью сопротивляться коррозионному воздействию многих природных сред. В технике используется несколько видов алюминия и его сплавов. Чистый и технический алюминий. Поставляется в виде деформированного материала (АД000, АД0, АД1, АД и т.д.) или в виде чушек (А99, А8 и т.д.) Чистый и технический алюминий отличаются высокой электропроводностью и пластичностью, но имеет низкие механические характеристики, например G02, Gв, поэтому в технике применяется только как электротехнический материал. В качестве конструкционных материалов в практике используются различные сплавы алюминия. Деформируемые сплавы. Существуют два вида деформируемых сплавов. а) Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой, являются самыми прочными алюминиевыми сплавами. Их эксплуатационная прочность устанавливается после заключительной закалки и старения. Обычно такие сплавы являются многокомпонентными, но главные упрочняющие элементы - это медь и цинк. К деформируемым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся дюралюмины (Д1, Д16, Д18, Д19, Д20), ковочный алюминий (АК4, АК6, АК8) и высокопрочные алюминиевые сплавы (В93, В95, В96). б) Сплавы, не упрочняемые термической обработкой, являются менее прочными. Окончательные механические свойства таких сплавов устанавливаются после обработки их деформацией (АМц, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6). Литейные сплавы. Литейные алюминиевые сплавы обладают хорошими литейными свойствами за счет образования в них эвтектик. Такого рода эвтектики образуются обычно при среднем и высоком легировании, поэтому в литейных сплавах концентрация легирующих компонентов выше, чем в других сплавах алюминия (АК12, АК5М2, АМг11 и т.д.). Антифрикционные сплавы. Эти сплавы имеют низкий коэффициент трения и используются в узлах трения. Например, сплавы АН2, 5, АО20 – 1 и т.д. Cпеченные алюминиевые сплавы (САС и САП). К ним относятся сплавы САС (спеченные алюминиевые сплавы), сплавы, получаемые из порошков металлов и САП (спеченный алюминиевый порошок) - сплав, получаемый прессованием и последующим спеканием окисленного с поверхности алюминиевого порошка. Алюминий и его сплавы относятся к классическим амфотерным материалам, не устойчивым в щелочах и кислотах и устойчивым в нейтральных средах. Такой вывод можно сделать, анализируя диаграмму Пурбе для алюминия (рис. 2.1). Как видно из диаграммы, в кислых и щелочных растворах в результате коррозии получаются растворимые продукты (Al+3, AlО2-), а в нейтральных средах упорядоченные оксиды или гидроксиды (Al2О3, Al(ОН)3). Поэтому схематически зависимость скорости коррозии от рН может быть выражена кривой, представленной на рис. 2.2. Однако, если рассматривать коррозионное поведение алюминия и его сплавов в кислых средах более подробно, то картина оказывается значительно более сложной.
скорости коррозии Al от рН Щелочные среды В щелочах процесс коррозии алюминия может быть записан следующим образом: а: Al – 3e +4ОН- → AlO2– +2Н2О к: H2О + e → 1/2H2+ОН- O2 + 2H2О + 4e → 4ОН- Причем коррозия алюминия происходит прежде всего за счет коррозии с водородной деполяризацией. Этапы коррозии алюминия и его сплавов в щелочах такие же, как в кислотах, но в щелочах все три этапа проходят со значительно более высокими скоростями. Поэтому в любых щелочах алюминий очень неустойчив, и в связи с этим применяться в них не может. Даже растворы с невысокой щелочностью (растворы Na2CO3) могут вызывать на алюминии и его сплавах локальные формы коррозии. Нейтральные среды Согласно диаграмме Пурбе (рис. 2.1), в нейтральных средах алюминий и его сплавы корродируют с образованием нерастворимых продуктов коррозии: 2Al – 6e + 3Н2О → Al2O3 +6Н+ Al – 3e +3Н2О → Al(OН)3 +3Н+ При этом продукты коррозии получаются упорядоченные, плотные, поэтому алюминий и его сплавы в нейтральных средах пассивируются и практически не подвергаются общей коррозии. Однако в реальной практике в нейтральных средах на алюминии протекают различные локальные формы коррозии: питтинговая, межкристаллитная, коррозия под напряжением, расслаивающая, контактная. П и т т и н г о в а я коррозия – наиболее часто встречающийся вид локальной коррозии алюминия. Может наблюдаться как при атмосферной коррозии, так и при коррозии в водных средах. Особенно характерна для сред, содержащих хлориды. Часто её причиной является наличие Cu в самом алюминиевом сплаве, или присутствие Cu2+ в коррозионной среде. Во втором случае медь контактно выделяется на алюминии, около меди защитная плёнка оксида нарушается, и в этом месте начинает расти питтинг. Другая причина питтинга – наличие в сплавах алюминия неметаллических включений, также нарушающих сплошность пленки естественного оксида. В слабощелочных средах питтинг появляется на различных дефектах поверхности. Питтинговой коррозии в большей степени подвергаются сплавы алюминия, однако на чистом алюминии, в случае возникновения питтинга, он получается более глубокий. М е ж к р и с т а л л и т н а я коррозия – коррозия по граням зёрен. Причина её в неравномерности распределения легирующих и примесных элементов в глубине зерна и по граням зёрен. Концентрация легирующих и примесных элементов по граням зёрен выше, что часто активирует границу зерна (например, в алюминиевых сплавах с магнием на границе зерен выделяется более активная фаза Mg2Al3). Межкристаллитной коррозии могут подвергаться любые сплавы алюминия, в меньшей степени чистый и технический алюминий. Склонность к межкристаллитной коррозии сильно зависит от термообработки сплавов. Все приёмы термообработки, позволяющие получить более однородный сплав по составу, увеличивают стойкость сплава к межкристаллитной коррозии. К о р р о з и я п о д н а п р я ж е н и е м (коррозионное растрескивание (КРН), коррозионная усталость) наиболее характерна для сплавов, деформируемых упрочняемых термической обработкой (дюралюминий, авиаль, высокопрочные сплавы алюминия). Особенно склонны к такому виду коррозии высокопрочные сплавы, содержащие цинк. Склонность их к коррозионному растрескиванию связана с тем, что при эксплуатации таких сплавов применяются более высокие эксплуатационные нагрузки, а также с тем, что внутренние напряжения в данных сплавах выше. Кроме того, в этих сплавах присутствуют компоненты, существенно повышающие коррозионную активность алюминиевых сплавов, такие, как медь и цинк. Большинство разрушений происходит в водных средах, но КРН возможно в минеральных маслах, спиртах, гексане. Уровень напряжений, при котором протекают коррозионное растрескивание и коррозионная усталость, может быть значительно меньше предела текучести, при этом величина напряжений определяется суммированием внутренних напряжений с монтажными и эксплуатационными. Растрескивание почти всегда носит межкристаллитный характер. Время до зарождения трещины в значительной степени зависит от формы зерен и их ориентации по отношению к действующим напряжениям. Помимо деформируемых сплавов коррозионному растрескиванию могут подвергаться также и литейные сплавы алюминия. Р а с с л а и в а ю щ а я (послойная) коррозия – это коррозия, при которой отдельные слои сплава корродируют с большей скоростью, в результате чего происходит расслаивание металла. Она характерна для деформируемых сплавов, обработанных прокатом. При прокате происходит перераспределение легирующих элементов, которые распределяются в сплаве слоями. В связи с этим коррозионная активность отдельных слоёв становится неодинаковой. Обычно расслаивающая коррозия удаляется последующей термообработкой. К о н т а к т н а я коррозия – наблюдается при контакте алюминия с другими материалами. Наиболее опасен контакт алюминиевых сплавов с медью. Он может даже быть не непосредственным, так как медь в воде, особенно морской, растворяется и далее контактно выделяется на алюминия, вызывая повышенное питтингообразование. Из-за контактной коррозии, протекающей в условиях влажной атмосферной коррозии, нежелателен контакт медных и алюминиевых проводов в приборах и при монтаже электрических линий. Питтинговая коррозия алюминия может вызываться водой, стекающей со свинца, при этом мягкая вода представляет большую опасность, так как лучше растворяет свинцовые соединения. Контакт со сталью, хотя и менее опасен, чем контакт с медью и свинцом, также может ускорять коррозию алюминия. Вместе с тем в некоторых естественных водных средах при контакте алюминия с черными металлами в большей степени корродируют последние. Нержавеющие стали усиливают коррозию алюминия в морской воде, а в менее агрессивных средах контакт не опасен. При контакте алюминия с цинковыми сплавами коррозия последних усиливается. Часто контакт опасен даже не с металлами, а, например, с брезентом (брезент пропитывается соединениями меди), с деревом (идёт питтинговая коррозия, если дерево пропитано антисептиками (CuSO4)), со стеклом (если стекло имеет щелочную природу). Если алюминий и его сплавы выстроить в ряд по их стойкости в нейтральных средах, то этот ряд будет выглядеть следующим образом: 1) чистый и технический алюминий; 2) сплавы САС и САП; 3) сплавы, не содержащие медь; 4) сплавы, содержащие медь; 5) высокопрочные сплавы алюминия, в которых помимо меди содержится цинк, повышающий коррозионную активность сплава. Естественные среды Под коррозией в естественных средах понимают разрушение металлов в условиях атмосферной, подводной и подземной коррозий. При а т м о с ф е р н о й коррозии алюминий и его сплавы на первоначальном этапе подвергаются общей коррозии с образованием оксидной плёнки. В промышленной атмосфере плёнка получается тёмно-серая или даже чёрная, но упорядоченность её достаточно хорошая. В условиях атмосферной коррозии все сплавы алюминия работают достаточно хорошо. Даже в морской атмосфере за 20 лет коррозионное поражение составляет всего 0, 15 мм. Иногда в практике наблюдается повышенная атмосферная коррозия, например при большом содержании SO2 и SO3 вблизи труб печного отопления, интенсивную питтинговую коррозию может вызвать также сажа. П о д в о д н а я коррозия. Алюминий и его сплавы очень хорошо работают в дистиллированной воде и в конденсате, поэтому алюминий с успехом используется в холодильных установках. В обычной воде сплавы алюминия работают недостаточно хорошо. Это связано с тем, что в обычной воде появляются ионы Cu+2, Fe+3, Cl–, которые вызывают питтинговую коррозию. Поэтому алюминиевые трубы не применяются для транспортировки обычной природной воды. В морской воде особенно корродируют сплавы, содержащие медь. Наиболее стойки в условиях морской коррозии сплавы Al – Mg, Al – Mn. Но алюминий склонен к обрастанию, поэтому возникает возможность появления щелевой коррозии. Для защиты алюминиевых сплавов применяют анодирование и краски, но нельзя вводить в краски ртуть (Hg), так как она прожигает алюминий за счет образования рыхлых продуктов коррозии. Красками, содержащими медь, можно красить алюминиевые изделия после их хроматирования или оксидирования. В условиях п о д з е м н о й коррозии алюминиевые сплавы работают плохо, так как в грунте всегда создаются условия его подкисления или подщелачивания. В частности, подщелачивание может происходить из-за появления в грунте шлака или золы, при гниении органических веществ, сопровождающемся выделением аммиака, и т.д. Как только грунт подкисляется или, что более опасно, подщелачивается, на алюминиевых сплавах сразу же появляются различные виды локальной коррозии. В связи с этим алюминиевые сплавы редко используют в грунте. Наиболее часто алюминий и его сплавы в условиях подземной коррозии применяют в кабелях, но в этом случае сплавы обязательно защищают с помощью полимерных покрытий. Ход выполнения работы При выполнении работы может быть предложено несколько вариантов заданий: а) провести количественную оценку коррозионной стойкости алюминиевых сплавов различного состава в растворе 1%–ной НCl с помощью метода экстраполяции; б) провести количественную оценку скорости коррозии алюминия и его сплавов в растворе 1%–ной НCl с помощью коррозиметра «Эксперт–004»; в) провести количественную оценку скорости коррозии алюминия и его сплавов в различных средах с помощью коррозиметра «Эксперт–004» и сравнить полученные результаты с данными [1]. Вопросы для самопроверки 1. Общая характеристика коррозионного поведения алюминия и его сплавов. 2. Три этапа коррозии алюминия в кислотах и щелочах. 3. Химическое сопротивление алюминия и его сплавов в наиболее распространенных кислотах HNO3, H2SO4, HCl. 4. В каких кислотах устойчив алюминий? Укажите причину. 5. Виды коррозии алюминия в нейтральных средах. 6. Химическое сопротивление алюминия атмосферной коррозии. 7. Химическое сопротивление алюминия и его сплавов подводной и подземной коррозии. 8. Классифицируйте и расставьте в ряд по коррозионной активности в нейтральных средах следующие виды алюминиевых сплавов: АК12, Д16, Амг2, АВ, В96, САП1, АК8М2, А000, АДч. Объясните предложенный порядок. 9. Расставьте в ряд по коррозионной активности по отношению к сплаву АМц следующие 5%–ные среды: NaOH, NaCl, HCl, Na2SO4, Na2CO3. Объясните предложенный порядок. 10. Сущность метода экстраполяции. 11. Методика снятия поляризационных кривых в режиме ступенчатого изменения потенциала. 12. Какой метод определения скорости коррозии заложен в коррозиметр «Эксперт–004»? Лабораторная работа 3 Теоретические предпосылки Атмосферы Любая сухая атмосфера для бетона и железобетона не опасна. Такой атмосферой является атмосфера с влажностью менее 60 %. При влажности более 60 % внутри бетона появляется капиллярная влага, в которой растворяются газы, присутствующие в загрязненной агрессивной атмосфере (атмосфера промышленных предприятий, городов, морская атмосфера и т.д.), и начинается их взаимодействие с составляющими цементного камня. С.Н. Алексеев [5] делит все газы, которые могут присутствовать в атмосфере, на следующие три группы. 1. Газы, образующие при реакции с Ca(OH)2 нерастворимые или малорастворимые соли с небольшим объёмом. Это углекислый газ, пары плавиковой кислоты, пары щавелевой кислоты и т. д. Например, при повышенном содержании углекислого газа в воздухе в поровой влаге бетона происходит следующая реакция: Ca(OH)2 + СО2 → CaCO3 + H2O Образующийся по этой реакции мел (CaCO3) по объему лишь на 30 % больше исходной извести (Ca(OH)2), поэтому такие газы по отношению к бетону представляют не очень высокую опасность, так как бетон даже постепенно уплотняется. Лишь в том случае, когда большая часть Ca(OH)2 заменяется на CаCO3, бетон постепенно начинает терять несущую способность. Однако эти газы представляют опасность для железобетона, так как вышеотмеченная реакция приводит к нейтрализация бетона, pH внутри бетона снижается с 12, 5 до 11, 5. Эта нейтрализация может идти достаточно долго (30 – 50 лет) в зависимости от концентрации углекислого газа в воздухе. После завершения процесса нейтрализации начинается процесс коррозии арматуры с образованием объёмных продуктов коррозии, и бетон начинает растрескиваться вдоль арматуры. 2. Газы, образующие при реакции с Ca(OH)2 нерастворимые объёмные продукты коррозии. Это серосодержащие газы SO3, SO2, H2S. При взаимодействии этих газов с известью протекают следующие реакции: Ca(OH)2 + SО3 → CaSO4 + H2O Ca(OH)2 + SО3 → CaSO3 + H2O ↓ O2 CaSO4 Ca(OH)2 + H2S → CaS + 2H2O ↓ O2 CaSO4 Все серосодержащие газы при взаимодействии с Ca(OH)2 дают один продукт: CaSO4 – гипс, который по объёму в 2, 3 раза больше, чем Ca(OH)2. Вначале бетон уплотняется, затем в поверхностных слоях начинают возрастать внутренние напряжения: бетон начинает трещать и отслаиваться с оголением наполнителей. Таким образом, газы этой группы опасны прежде всего по отношению к бетону. 3. Газы, образующие при взаимодействии с Ca(OH)2 растворимые продукты коррозии (обычно это растворимые соли). Газы этой группы разделяются на две подгруппы. Подгруппа А: Cl2, пары HCl, HBr, HI, CH3COOH. При взаимодействии с такими газами образуются растворимые соли. Например, Ca(OH)2 + 2HCl (пары) → CaCl2 + 2H2O Растворимые соли вымываются из бетона, в результате чего постепенно растёт пористость бетона и уменьшаются его несущие свойства. Кроме того, эти газы могут вызывать локальную коррозию арматуры с образованием объёмных продуктов даже при pH = 12, 0 –12, 5. Образование таких продуктов приводит к появлению внутренних напряжений внутри бетона около арматуры, которые вызывают растрескивание бетона вдоль арматуры. Таким образом, газы этой подгруппы опасны как по отношению к бетону, так и по отношению к арматуре железобетона. Подгруппа В: азотосодержащие газы (NO2, NO, пары HNO3) Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H2O |
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 342; Нарушение авторского права страницы