Металдардың, қорытпалардың, балқымалардың, бетондардың тоттануы (коррозиясы) және тоттанудан қорғану әдістері

1. Тоттану

2. Тоттанудан қорғану әдістері

3. Коррозия және коррозиядан қорғау курсын оқытудағы методикалық әдістемелік

4. Коррозиялық процестердің класификациясы.

5. Коррозия көрсеткіштері.

Қазірде дүниежүзінде халық саны артып келеді. Бұл көрсеткіш 1950ж 1,2 млрд болатын, ал 1987ж бұл сан 5 млрдқа жетті. Сол себепті адамдардың мұқтаждықтары да артты. Бұл мұқтаждықтарды қанағаттандыру үшін өндірісті дамыту керек.

Коррозиялық бұзылудан кейін керексіз метал бұйымдары қоқысқа жіберіледі. Статистикалық көрсеткіштерге сүйенер болсақ қайтымсыз шығын металдың алдынғы массасынан 8-12% құрайды екен.

Қазіргі кездегі негізгі мәселе коррозияға қарсы тиімді жолды таба білу. Химиялық өндіріс 90 мыңға жуық әртүрлі химиялық заттарды өндіреді. Осының 80% оптималды жағдайда жұмыс істемейді. Коррозия мәселесін шешу үшін біріншіден оның болу жағдайын, оның заңдылықтарын білу керек.

Қазіргі кезде Ресей Федерациясындағы барлық металлофонд 16 млрд.т құрайды. Олар өндіріс шикізаті бойынша бөлу төмендегі кестедкөрсетілген:

Сонымен қатар, машиналар мен құрылыстардың 40-50% агрессивті ортада жүреді, 30%-ы төмен агрессивтіде, 10%-активті антикоррозиялық қорғанышты қажет етпейді.

Көп коррозиялық шығынды жанармай энергетикалық комплекс(ТЭК) , ауыл шаруашылығы , химия және нефтехимияда жоғалтады. Коррозиядан кейінгі металдың шығыны: ТЭК -30%, химия мен нефтехимия -20%, ауылшаруашылығы -15%, металөңдеуде -5%.

Қазіргі кезде коррозия мәселесі басты металлофондтың тез құрылуымен, физикалық және моральды тозумен сипатталады:

Әртүрлі металды объектілердің коррозиялық бұзылуын қалпына кетіру үшін, ең біріншіден оның бұзылу заңдылығын яғни металдардың коррозиялық теориясын білу керек.

Коррозиялық процестердің класификациясы.

Коррозиялық процестер металдың сыртқы ортамен өзара әрекеттесу механизмі бойынша класификацияланады: процесс жүру жағдайы мен коррозиялық орта түріне; коррозиялық бұзылуына; және тағы басқа жағдайлар.

Процесс механизіміне байланысты химиядық және электрохимиялық болып бөлінеді

Химиялық коррозия- бұл металдың коррозиялық ортамен өзара әрекеттесуі, мұнда метал тотығуы мен тотықтырғыш компоненттердің тотықсыздануы бір актіде жүреді.

Электрохимиялық коррозия – бұл металдың коррозиялық ортамен өзара әрекеттесуі, мұнда метал атомының ионизацисы мен тотықтырғыщ компоненттің тотықсыздануы бір актіде өтпейді және олардың жылдамдығы электродтық потенциалдан тәуелді.

Коррозиялық орта түріне және өту жағдайына байланысты олар бірнеше топқа бөлінеді.

Газдық коррозия – бұл металдың газдық ортада ылғалдың минималды мөлщерінде немесе жоғарғы температурадағы коррозиясы. Химиялық және нефтехимиялық өндірісте коррозияның бұл түрі жиі кездеседі. Атмосфералық коррозия – бұл металдардың ауада немесе ылғал газдағы коррозиясы.Жер асты коррозиясы – бұл металдардың жер қыртысында немесе топырақта коррозиясы.Био коррозия – микроорганизмдердің әсерімен жүретін коррозия Радияциялық коррозия – радиоактивтік сәулелендіру әсеріен туындайтын коррозия. Фреттиег-коррозия – коррозиялық орта әсерімен бірге вибрациялау әсерінен туындайтын коррозия.Жергілікті коррозия – бұл әр аумақтың өзіне сай коррозиясы.

1. сурет. Коррозия түрлері

а — түзу сызықты; б — қисық сызықты; в —

таңдаулы құрылымды; г — таңбалы; д — язвами; е — нүктелі

(питтинговая); ж — терең емес ; з — кристалдар ортасындағы коррозия.

Түзу коррозия деп, металдың барлық жоғарғы бөлігін алатын коррозияны айтамыз. Түзу коррозия түзу сызықты және қисық сызықты болады. Егер металдың барлық жоғарғы бөлігінде процесс бірдей жылдамдықта өтсе, онда түзу сызықты; ал егер процесс жылдамдығы әртүрлі жоғарғы ауданда бірдей болмаса, онда қисық сызықты болады.

Таңдаулы коррозия,ерітіндінің бір компоненті немесе бір құрылымы ғана бұзылады.

Жергілікті (локальды) металдың жоғарғы бөлігін қамтиды. Жергілікті коррозия жеке таңба ретінде көрсетілмейді, металл жуандығында терең емес. Металл жуандығында терең раковина түрінде көрсетілген немесе металға терең батырылған нүктелер (пит- тингов).

Мысалы бірінші түрі теңіз суындағы жездің коррозиясынан көрінеді.

Терең емес коррозия металдың бетінен басталып, түбіне жайылады. Коррозия өнімдері металл бетіне жинақталады. Бұл коррозияның түрі металл өнімдерінің бөлінуіне әкеледі.

Кристалдар ортасындағы коррозия дәннің шекарасындағы металдардың бұзылуымен сипатталады. Бұл әдістің қауіптілігі металдың сыртқы түрі өзгермейді, бірақ оның беріктігі тез бұзылады.

Жарық коррозиясы саңылаудың астындағы металдардың бұзылуын көрсетеді.

Коррозия көрсеткіштері.

Коррозия жылдамдығы кандай да бір процестің корсеткішінің уақытқа байланысты өзгерісімен анықталады. Коррозияның ақиқат немесе лездік диффернциялдық жылдамдығы (у) шамасының көрсеткішінен бірінші туынды алған қатынасқа тең яғни , . Практикада уақыт ішіндегі процестің орташа интегралдық жылдамдығын анықтайды, яғни Коррозияда процестің көп қолданатын көрсеткіштері: тереңдік,массасының өзгерісі,көлемдік, механикалық т.б. Тереңдік көрсеткіш ( ) металдық уақыт бірлігіндегі коррозиялық бүлінуін бағалайды(мысалы мм/жыл). Массалық көрсеткіш ( ) металл үлгінің коррозия нәтижесінде металл беті бірлігі мен уақыт бірлігіне ( ) қатысты алғандағы металл массасының өзгеруімен сипатталады (мысалы, ).

(1.1).

Бұл көрсеткіш кері мәнге ие болады,егер коррозия өнімдерін зерттейтін уақыт ішінде алып тастағаннан кейін меттал үлгісінің массасы кемісе,ол оң мәнге ие болады егер үлгінің массасы зерттеу уақыты аралығында өссе.

Егер металл коррозиясының өнімі белгілі болса онда масса өзгерісінің оң көрсетқішін теріске мына формула арқылы қайта есептеуге болады.

(1.2).

Мұндағы және коррозияның оң жәнем теріс массалық көрсеткіштері; металл атомдық массасы; тотықтырғыштың атомық массасы, металл валенттілігі, тотықтырғыш валенттілігі.

Металл коррозиясы біркалыпты болган жагдайда масса өзгерісінің теріс көрсеткішінен , тереңдік көрсеткішіне қайта есептеуге болады.

(1.3).

Мундағы г/ металл тығыздығы коррозияның көлемдік көрсеткіші ( ) металл коррозиясы кезінде жұтылған немесе бөлінген газ көлемін көрсетеді, яғни қалыпты жағдайда келтірілген , металл беті бірлігінің уақыт бірлігіне қатынасы (мысалы: )

(1.4).

Сонымен қатар механикалық коррозия көрсткішін қолданады. Ол коррозиялық процесс уақытындағы металдың қандай да бір механикалық қасиеттің өзгерісімен сипатталады % өрнектеледі,

Мысалы беріктік көрсеткіші ( ):

(1.5).

мұндағы = 𝛕 коррозиясы уақыты ішіндегі созылуының беріктігінің аз шегінің өзгеруі коррозияға дейінгі созылуының беріктігінің шегі.

Сонымен қатар эектрлік кедергінің өзгеруінің көрсеткіші коррозияны зерттеуге алынған жұқа металдың ошағының көрсеткіші металл беті бірлігінің уақыт бірлігіне қатынасын алғандағы коррозия ощағы сонымен сипатталады және т.б.

Бақылау сұрақтары:

1. Көп коррозиялық шығынды қандай өндірістер жоғалтады?

2. Әртүрлі металды объектілердің коррозиялық бұзылуын қалпына кетіру үшін қандай заңдылықтарды білу керек?

3. Процесс механизіміне байланысты коррозия қандай түрлерге бөлінеді?

4. Коррозиялық орта түріне және өту жағдайына байланысты қандай топтарға бөлінеді.

5. Егер металл коррозиясының өнімі белгілі болса қандай формула қолданады?

6. Газдық коррозия дегеніміз не?

7. Таңдаулы коррозия дегеніміз не?

Газдық коррозия процестерінің жалпы сипаттамалары

Газдық коррозия металдардың газдармен электр өткізуші ерітінділер қатысынсыз әсерлесуі кезінде орын алады.

Табиғи жағдайларда газдық коррозия сирек кездеседі, ал технологиялық процестерде, әсіресе, металлургия және химия өнеркәсібінде жеткілікті түрде жиі байқалады.

Негізінен, газдық коррозия химиялық механизм бойынша жүреді.

Металдардың химиялық коррозиясы – бұл гетерогендік химиялық реакциялар заңына бағынатын, өздігінен жүретін тотығу-тотықсыздану процесі. Химиялық коррозия процесінде металл тотықсыздандырғыш рөліне ие болады да, өз электрондарын беріп тотығады. Агрессивті ортаның компоненті тотықтырғыш, яғни электрон акцепторы рөлін атқарады.

Реакция процесі барысында ол тотықсызданады. Тотықтырғыш қызметін О₂, Сl₂, НС1, SO₂, CO₂ және т.б. атқара алады.

Мысалы. Өнеркәсіпте хлорлы сутегінің хлор мен сутектен синтезін1000-1200 °С температурада жүргізеді. Егер мұнда металдық пештерді пайдаланатын болса, онда пештің ішкі беті газдық коррозияға ұшырайды. Газ қоспасындағы хлор мен сутектің мөлшеріне байланысты келесі реакциялар жүреді:

Fe + С1₂ = FeCl₂

немесе

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃.

Темір тотықсыздандырғыш, хлор тотықтырғыш қызметін атқарады, ал металдың бетінде тұзды қабықша түзіледі.

Химиялық механизм газдық коррозия және бейэлектролиттердің сұйық ортасында неғұрлым жиі жүзеге асады.

Көптеген процестер үшін химиялық коррозияның жүзеге асуының негізгі шарты металл бетінде су қабығының болмауы болып табылады. Бұл талапқа үш шарттың біреуі орындалғанда жетуге болады:

• Әсерлесетін газдар ылғалдың минималды мөлшеріне ие ( ереже бойынша, пайыздың жүздік үлесінен артық емес );

• Металл мен газ металл бетінде ылғал конденсацияланбайтын, «шық нүктесінен» жоғары температураларда әсерлеседі;

• Металл полярсыз органикалық қосылыстар ортасында болады.

Мысалы: ылғал хлор коррозиялық белсенді орта болып табылады. Мұнда тек қана титан мен графитті металдар тұрақты. Сол себепті хлор өндірісінің негізгі кезеңі газдарды кептіру болып табылады, ол ондағы ылғал мөлшерін 0,003- 0,004% дейін төмендетеді. Аталған шарттарды сақтау коррозияға ұшырау жылдамдығының күрт азаюына әкеледі, нәтижесінде болат аппаратуралар мен құбырларды пайдалануға мүмкіндік туады.

Академик П.А.Ребиндер су мен металдың байланысының энергиядан тәуелділігінің классификациясын құрды. Су адсорбциялық беттерде бос судан химиялық және термодинамикалық құрамы жағынан ерекшеленеді. Адсорбциялық судың диэлектрлік тұрақтылығы бос суға қарағанда 40 есе аз, ал қату температурасы ондаған градусқа төмен. Металл мен газ әрекеттесуі кезінде, егерде құрамында 0,05% су болса, онда металдың жоғарғы қабатында тек қана физика-химиялық байланысқан су болады деп санайды.

Жоғарғы температуралық газдық коррозия болу облысы температура интервалымен анықталады. Төменгі шегі металл бетіне будың конденсациялану температурасына сәйкес келеді. «Шық нүктесі» деп аталатын бұл күй су буының парциалдық қысымына тәуелді. Атмосфералық қысымдағы ауа үшін ол 240-250 °С температураға тең, ал жылу электр станцияларының қайтқан газдары үшін 90-100 °С температураға сәйкес келеді.

«Шық нүктесінен» жоғары температураларда химиялық газдық коррозия облысы басталады.

Жоғары температуралық шегі ыстыққа тұрақтылық және ыстыққа беріктілік қасиеттерімен анықталады.

Ыстыққа тұрақтылық жоғары температураларда металдың коррозияға ұшыратушы әсерлерге төтеп беруін сипаттайды.

Ыстыққа беріктілік жоғары температуралық әсер ету жағдайларында металдың жақсы механикалық қасиеттерін, ұзақ мерзімді беріктілігін және аққыштық күйге қарсы әрекет ету қасиеттерін сақтауымен анықталады.

Металл ыстыққа тұрақты, бірақ ыстыққа берік емес, немесе керісінше, ыстыққа берік, бірақ ыстыққа тұрақты емес болуы мүмкін.

Мысалы, негізі темір болып табылатын ыстыққа берік металдарды 700° С температураға дейін, алюминий және мыс құймаларын 400-450 °С-ге дейін, ал қорғасынды 150 °С дейінгі температурада қолдануға болады. Ыстыққа беріктік және ыстыққа тұрақтылық қасиеттерінің тиімді түрде үйлесуі никель-хром құймасы жүйесінде байқалады – 1000 °С дейін қолдануға болады.

Металдардың тотықтырғыш ортамен жоғары температуралық әсерлесуі көптеген химиялық процестерде орын алады.

Мысалы. Күкірт қышқылы өндірісінде күкіртті шикізатты күйдіру кезеңі 700-800 °С, ал күкірт диоксидінің контактты түрде тотығуы 420-550 °С температурада өтеді. Азотты қосылыстарды алуда метанның конверсиясы 700-800 °С, аммиак синтезі 35-40 МПа қысымда және 400 °С, азот қышқылы өндірісінде аммиактың тотығуы 750-800 °С, мұнай өнімдерінің крекинг процесі 450 °С-дан жоғары температураларда жүзеге асады.

Барлық келтірілген мысалдарда аппараттардың беті агрессивті газды ортаның әсеріне ұшырайды, бұл өз кезегінде металл бетінде оксидті немесе тұзды қосылыстардың түзілуіне алып келеді.