Содержание

Коррозия металлов и способы защиты от неё

Коррозия – разрушение поверхности сталей и сплавов под воздействием различных физико-химических факторов – наносит огромный ущерб деталям и металлоконструкциям. Ежегодно этот невидимый враг «съедает» около 13 млн. т металла. Для сравнения – металлургическая промышленность стран Евросоюза в прошлом, 2014 году произвела всего на 0,5 млн. тонн больше. И это только – прямые потери. А длительная эксплуатация стальных изделий без их эффективной защиты от коррозии вообще невозможна.

Что такое коррозия и её разновидности

Основной причиной интенсивного окисления поверхности металлов (что и является основной причиной коррозии) являются:

  1. Повышенная влажность окружающей среды.
  2. Наличие блуждающих токов.
  3. Неблагоприятный состав атмосферы.

Соответственно этому различают химическую, трибохимическую и электрохимическую природу коррозии. Именно они в совокупности своего влияния и разрушают основную массу металла.


Химическая коррозия

Такой вид коррозии обусловлен активным окислением поверхности металла во влажной среде. Безусловным лидером тут является сталь (исключая нержавеющую). Железо, являясь основным компонентом стали, при взаимодействии с кислородом образует три вида окислов: FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Основная неприятность заключается в том, что определённому диапазону внешних температур соответствует свой окисел, поэтому практическая защита стали от коррозии наблюдается только при температурах выше 10000С, когда толстая плёнка высокотемпературного оксида FeO сама начинает предохранять металл от последующего образования ржавчины. Это процесс называется воронением, и активно применяется в технике для защиты поверхности стальных изделий. Но это – частный случай, и таким способом активно защищать металл от коррозии в большинстве случаев невозможно.


Химическая коррозия активизируется при повышенных температурах. Склонность металлов к химическому окислению определяется значением их кислородного потенциала – способности к участию в окислительно-восстановительных реакциях. Сталь – ещё не самый худший вариант: интенсивнее её окисляются, в частности, свинец, кобальт, никель.

Электрохимическая коррозия

Эта разновидность коррозии более коварна: разрушение металла в данном случае происходит при совокупном влиянии воды и почвы на стальную поверхность (например, подземных трубопроводов). Влажный грунт, являясь слабощёлочной средой, способствует образованию и перемещению в почве блуждающих электрических токов. Они являются следствием ионизации частиц металла в кислородсодержащей среде, и инициирует перенос катионов металла с поверхности вовне. Борьба с такой коррозией усложняется труднодоступностью диагностирования состояния грунта в месте прокладки стальной коммуникации.

Электрохимическая коррозия возникает при окислении контактных устройств линий электропередач при увеличении зазоров между элементами электрической цепи. Помимо их разрушения, в данном случае резко увеличивается энергопотребление устройств.


Трибохимическая коррозия

Данному виду подвержены металлообрабатывающие инструменты, которые работают в режимах повышенных температур и давлений. Антикоррозионное покрытие резцов, пуансонов, фильер и пр. невозможно, поскольку от детали требуется высокая поверхностная твёрдость. Между тем, при скоростном резании, холодном прессовании и других энергоёмких процессах обработки металлов начинают происходить механохимические реакции, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры на контактной поверхности «инструмент-заготовка». Образующаяся при этом окись железа Fe2O3 отличается повышенной твёрдостью, и поэтому начинает интенсивно разрушать поверхность инструмента.


Методы борьбы с коррозией

Выбор подходящего способа защиты поверхности от образования ржавчины определяется условиями, в которых работает данная деталь или конструкция. Наиболее эффективны следующие методы:

  • Нанесение поверхностных атмосферостойких покрытий;
  • Поверхностная металлизация;
  • Легирование металла элементами, обладающими большей стойкостью к участию в окислительно-восстановительных реакциях;
  • Изменение химического состава окружающей среды.

Механические поверхностные покрытия

Поверхностная защита металла может быть выполнена его окрашиванием либо нанесением поверхностных плёнок, по своему составу нейтральных к воздействию кислорода. В быту, а также при обработке сравнительно больших площадей (главным образом, подземных трубопроводов) применяется окраска. Среди наиболее стойких красок – эмали и краски, содержащие алюминий. В первом случае эффект достигается перекрытием доступа кислороду к стальной поверхности, а во втором – нанесением алюминия на поверхность, который, являясь химически инертным металлом, предохраняет сталь от коррозионного разрушения.

Положительными особенностями данного способа защиты являются лёгкость его реализации и сравнительно небольшие финансовые затраты, поскольку процесс достаточно просто механизируется. Вместе с тем долговечность такого способа защиты невелика, поскольку, не обладая большой степенью сродства с основным металлом, такие покрытия через некоторое время начинают механически разрушаться.


Химические поверхностные покрытия 

Коррозионная защита в данном случае происходит вследствие образования на поверхности обрабатываемого металла химической плёнки, состоящей из компонентов, стойких к воздействию кислорода, давлений, температур и влажности. Например, углеродистые стали обрабатывают фосфатированием. Процесс может выполняться как в холодном, так и в горячем состоянии, и заключается в формировании на поверхности металла слоя из фосфатных солей марганца и цинка. Аналогом фосфатированию выступает оксалатирование – процесс обработки металла солями щавелевой кислоты.   Применением именно таких технологий повышают стойкость металлов от трибохимической коррозии.

Недостатком данных методов является трудоёмкость и сложность их применения, требующая наличия специального оборудования. Кроме того, конечная поверхность изменяет свой цвет, что не всегда приемлемо по эстетическим соображениям.

Легирование и металлизация

В отличие от предыдущих способов, здесь конечным результатом является образование слоя металла, химически инертного к воздействию кислорода. К числу таких металлов относятся те, которые на линии кислородной активности находятся возможно дальше от водорода. По мере возрастания эффективности этот ряд выглядит так: хром→медь→цинк→серебро→алюминий→платина. Различие в технологиях получения таких антикоррозионных слоёв состоит в способе их нанесения. При металлизации на поверхность направляется ионизированный дуговой поток мелкодисперсного напыляемого металла, а легирование реализуется в процессе выплавки металла, как следствие протекания металлургических реакций между основным металлом и вводимыми легирующими добавками.


Изменение состава окружающей среды

В некоторых случаях существенного снижения коррозии удаётся добиться изменением состава атмосферы, в которой работает защищаемая металлоконструкция. Это может быть вакуумирование (для сравнительно небольших объектов), или работа в среде инертных газов (аргон, неон, ксенон). Данный метод весьма эффективен, однако требует дополнительного оборудования - защитных камер, костюмов для обслуживающего персонала и т.д. Используется он главным образом, в научно-исследовательских лабораториях и опытных производствах, где специально поддерживается необходимый микроклимат.

Кто нам мешает, тот нам поможет

В завершение укажем и на довольно необычный способ коррозионной защиты: с помощью самих окислов железа, точнее, одного из них - закиси-окиси Fe3O4. Данное вещество образуется при температурах 250…5000С и по своим механическим свойствам представляет собой высоковязкую технологическую смазку. Присутствуя на поверхности заготовки,  Fe3O4  перекрывает доступ кислороду воздуха при полугорячей деформации металлов и сплавов, и тем самым блокирует процесс зарождения трибохимической коррозии. Это явление используется при скоростной высадке труднодеформируемых металлов и сплавов. Эффективность данного способа обусловлена тем, что при каждом технологическом цикле контактные поверхности обновляются, а потому стабильность процесса регулируется автоматически.⁠


Типы и причины коррозии, способы ее предотвращения Блоги по решениям для ходовых и управляющих систем

Предотвращение коррозии — важнейшая задача во многих отраслях промышленности. В отсутствие защитных мер коррозия может оказать пагубное влияние на инфраструктуру, а также безопасность и эффективность бизнеса. Риску подвержен и бюджет компаний: по результатам исследования, проведенного организацией NACE International, ежегодные затраты на борьбу с коррозией составляют 2,5 триллиона долл. США.

С другой стороны, современным инженерам-конструкторам доступно значительно больше инструментов, чем прежде. Более глубокое понимание типов и причин коррозии, усовершенствованные материалы и передовые подходы — все это помогает техническим специалистам предотвращать разрушение металлов и снижать его интенсивность.


В этой публикации представлено краткое содержание новой брошюры Parker о борьбе с коррозией.


Определение коррозии

Коррозия — это процесс, при котором инфраструктура, продукция и детали разрушаются вследствие химической либо электрохимической реакции с окружающей средой.
 

Основные типы коррозии

Сегодня в разных отраслях промышленности распространены шесть типов коррозии.
•    Электрохимическая коррозия, возникающая при контакте двух материалов с разными электрохимическими свойствами (например, сталь и латунь) в агрессивной среде и приводящая к разрушению менее устойчивого материала.
•    Точечная коррозия, при которой в металле быстро возникают глубокие и узкие отверстия, в то время как остальная поверхность остается неповрежденной. Обычно это происходит с самопассивирующимися материалами, такими как нержавеющая сталь или сплавы алюминия.

•    Равномерная коррозия, которая развивается постепенно на открытой для воздействия поверхности металла, оставляя равномерный слой отложений.
•    Щелевая коррозия, охватывающая те участки, где в небольших углублениях (выемках или углах) скапливается жидкость.
•     Межкристаллитная коррозия, которая возникает внутри зернистой структуры сплава или рядом с ней и вызывает локальные повреждения.
•    Коррозионное растрескивание под напряжением, когда материал подвергается непрерывной или меняющейся нагрузке в агрессивной среде, что приводит к появлению трещин.
 

Что вызывает коррозию?

Коррозия — результат воздействия ряда различных факторов, характерных для каждой конкретной отрасли. Ниже перечислены распространенные примеры для отдельных отраслей.
•    В сфере строительства коррозия часто возникает в ситуациях, когда металлы подвергаются воздействию природных факторов и экстремальных температур.
•    Подземные разработки обычно проводят в средах с кислой водой (нередко содержащей хлориды и сульфаты) в сочетании с высокой влажностью и температурой.
•    В лесной промышленности коррозия обычно появляется при работе на удаленных участках, когда оборудование паркуют прямо на траве или земле. За ночь там накапливается большое количество воды, которая может вызывать коррозию встроенных механических систем и компонентов.

Условия окружающей среды также влияют на скорость развития и распространение коррозии. При повышенной влажности металлы реагируют друг с другом и разрушаются гораздо быстрее, чем в сухих условиях.
В агрессивных средах обычно присутствуют следующие факторы (отдельно или в различных сочетаниях):
•    влажность;
•    экстремальные температуры;
•    сырые поверхности;
•    взвешенные в воздухе частицы;
•    соль;
•    промышленные смазочные материалы.
 

Предотвращение коррозии и защита

Инженерам доступен целый ряд методов, которые помогают снизить интенсивность коррозии или предотвратить ее возникновение. Ниже перечислены методы, более подробно описанные в брошюре о борьбе с коррозией.
•    Выбор материалов. Ключевую роль играет выбор подходящих материалов с учетом задачи и условий ее выполнения. В агрессивной среде разрушению подвержены все металлы, однако сплавы могут резко отличаться друг от друга по своим показателям. Решающее значение в этом случае имеет баланс между пределом прочности на разрыв и стойкостью к нагреву, воздействию химических веществ и коррозии.

•    Совместимость материалов. При разработке продуктов инженеры должны учитывать вероятность соприкосновения потенциально несовместимых материалов. Так, сочетания меди и нержавеющей стали или бронзы и стали могут стать причиной электрохимической коррозии. Для решения этой проблемы следует выбирать совместимые материалы и сплавы либо применять изоляцию, которая позволяет предотвратить образование электрической цепи.
•    Защитные покрытия. На некоторые металлы, такие как сталь, железо и алюминий, можно нанести защитное покрытие, устойчивое к коррозии. Чтобы выбрать оптимальную комбинацию металла и покрытия, требуется тщательно проанализировать требования к прочности, надежности, трению, моменту затяжки и коррозионной стойкости.
•    Коррозионные испытания. В ходе контролируемых испытаний можно смоделировать различные агрессивные атмосферы, включая распыленную соленую воду, солевой туман, сухость и влажность. Такие испытания обычно проводят с соблюдением очень точных параметров, например моделируют сезонные циклы, чтобы воссоздать реальные погодные условия.
•    Системы защиты от коррозии. Эффективная система защиты помогает предприятиям успешно справляться с коррозией. Мониторинг состояния и анализ журналов для учета инцидентов улучшают понимание практических аспектов, связанных с коррозией, а обмен информацией между подразделениями позволяет выявить потенциальную зависимость между капиталовложениями, методами обслуживания и сроком службы активов.
 

Борьба с коррозией: брошюра

Скачать брошюру  

Автор статьи — доктор Филипп Вагенер (Philipp Wagener)

 

 

 

 

Связанные статьи:

Пыль гораздо вреднее, чем кажется

 

Доклад на тему Коррозия металлов 9 класс

Коррозия (от лат. сorrodere – разрушать, разъедать, corrosion - разъедание) – реакция, выражающаяся в разрушении материалов, вызываемая воздействием окружающей среды. Для металлов чаще всего в повседневной жизни используется термин «ржавление».

Очень важным фактором, влияющим на скорость коррозии, является температура. То есть, чем она выше – тем быстрее происходит химическая реакция.

Термин «коррозия» относится как к металлам, так и к неметаллическим веществам. Применительно ко вторым, это определение означает потерю возможности эксплуатации и разрушение.

Существует несколько типов коррозии:

  • Электрохимическая. Происходит под воздействием гальванических элементов, которые возникают в среде.
  • Водородная. Коррозия с водной деполяризацией.
  • Кислородная. Происходит при отсутствии выделения водорода – начинает восстанавливаться кислород.
  • Химическая. Взаимодействие металла с агрессивной средой, которое не сопровождается появлением электрохимических процессов на границе фаз.

По типу производимых разрушений коррозия подразделяется на местную и сплошную. Вторая, в свою очередь, подразделяется на равномерную и сплошную.

Что такое коррозионная среда?

Коррозионная (или агрессивная) среда – это та среда, в которой материал подвергается реакции коррозии.

Классификация сред по их взаимодействию с металлами:

  • Неагрессивные
  • Слабоагрессивные
  • Среднеагрессивные
  • Сильноагрессивные

Как происходит борьба с коррозией?

Как правило, выделяются три направления, включающие в себя методы борьбы с коррозией:

  • Конструкционный
  • Активный
  • Пассивный

Они включают в себя использование нержавеющей стали, цветных металлов, кортеновских сталей. Также практикуется нанесение на металл определённого защитного покрытия, препятствующего возникновению коррозии.

Влияние на экономику

Что касается, влияния коррозионных процессов на экономику, то убытки от неё исчисляются огромными суммами – миллиардами долларов.

Одной из самых частых причин разрушения и прихода в непригодное для использования состояние различных металлических конструкций, в частности мостов, является ржавчина. Истории известны несколько случаев внезапного обрушения мостов по причине пагубного влияния коррозии на материалы, использованные при строительстве. Количество жертв в таких катастрофах, как правило, весьма велико.

Вариант №2

Как известно металлы не встречаются в природе в чистом виде. Лишь в виде руд или химических соединений. Коррозия является распадом металла на близкиех к руде химическим соединениям.

Защита от коррозии является затратным предприятием. Ни один металл не защищен от коррозии. Некоторые поддаются ее воздействию быстрее, другие медленнее. Чаще всего коррозия начинается с внешних слоев, проникая все глубже.

Различают такие виды коррозии:

  1. Химическая. Это воздействие газов на металл. Например, аргентум сульфид  оседает пленкой на поверхности серебра при взаимодействии последнего с соединениями серы. Эффективнее всего против химической коррозии помогает воронение. Во время воронения металл подвергается воздействию высоких температур, в следствии чего возникает оксидная пленка, которая и предотвращает развитие коррозии.
  2. Электрохимическая. Возникает чаще всего на поверхности сплавов. На металлах образуются гальванические структуры, а вода выступает проводником.

Возникновению коррозии также способствуют перепады температуры, загрязнение воздуха химически активными соединениями, что особенно вероятно в местах скоплений промышленных объектов.

Механические нагрузки также способствуют возникновению коррозии.  Возникают трещины, которые уходят глубоко внутрь металла, подрывая его прочность.

Еще одним способом защиты от коррозии является покрытие металла лаком или краской, но это весьма недолговечная защита, так как краска постепенно разрушается. Более надежным способ является металлизация, то есть погружение изделия в расплавленный металл, в следствие чего возникает пленка, которая и защищает металл.

Коррозия несет огромные убытки, но способы изложенные выше смогут защитить металлы от ее пагубного влияния.

9 класс

Коррозия металлов

Популярные темы сообщений

  • Уральские горы

    Уральские горы начинаются от Северного Ледовитого океана, проходят через территорию России и заканчиваются в Казахстане. Горы Урала это достаточно уникальный природный объект. Именно они служат границей между Азией и Европой.

  • Город Иваново

    Первое документальное упоминание о месте, где сейчас стоит город Иваново, приходится на 1609 год. На этом месте беглые крестьяне основали острог. В Смутное время этот острог был опорным пунктом для сторонников Лжедмитрия II.

  • Детство Пушкина

    Александр Сергеевич Пушкин был родом из Москвы. Родился он в 1799 году, 26 мая. Его семья принадлежала к дворянскому роду. Его прадедом был африканец Абрам Петрович Ганнибал – воспитанник Петра Первого. «Арап Петра Великого» как называли его.

Коррозия металлов

Коррозия – это самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.

Различают два вида коррозии – химическую и электрохимическую. Химическая коррозия обусловлена взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде. В производственных условиях такими веществами, помимо О2, являются SO2, CO2, H2S, NH3 и др.

Химическую коррозию, обусловленную взаимодействием металлов с газами, называют газовой. Основной вклад в газовую коррозию металла вносит кислород воздуха. Различные металлы обладают различной устойчивостью по отношению к О2. Некоторые металлы (Al, Cr, Zn, Pb, Sn) образуют на воздухе плотные пленки оксидов, не разрушающиеся при изгибе или нагревании. Такие пленки защищают металл от дальнейшего доступа к нему газов и жидкостей, и процесс коррозии резко замедляется. Оксидные пленки других металлов (например, Fe) представляют собой рыхлые, пористые, механически непрочные образования. Они не предохраняют металл от доступа к нему газов и жидкостей. Поэтому такие металлы корродируют особенно быстро.

Процесс химической коррозии Fe схематически можно представить следующими уравнениями:

2Fe + O2=2FeO

4Fe + 3O2 = 2Fe2O3

3Fe + 2O2 =FeO · Fe2O3

4Fe + 3O2 +6H2O=4Fe(OH)3

Fe(OH)3=t H2O+FeOOH (ржавчина)

Однако наибольший вред приносит не химическая, а электрохимическая коррозия, связанная с переходом электронов от одних участков металла к другим. Химическая коррозия сопровождает электрохимическую и усиливает ее.


Сущность электрохимической коррозии

Металлы обычно содержат примеси других металлов и неметаллов. При соприкосновении таких  металлов с электролитом (которым может служить Н2О, адсорбированная из воздуха, поскольку в ней как правило имеются ионы растворенных веществ) на поверхности металла возникает множество микрогальванических пар. В этих парах атомы более активного металла (обычно Fe) играют роль анода, а атомы менее активного – роль катода.

На катоде идет процесс восстановления молекул О2 в нейтральной и щелочной средах, или ионов Н+ – в кислой среде.

На аноде происходит окисление атомов металла, из которых состоит анод, с образованием катионов Men+.

Последние переходят в электролит (растворение анода) и соединяются с ионами ОН, с образованием гидроксида Me(OH)n и других продуктов. Называемых ржавчиной. В результате металл, играющий роль анода, разрушается.

Скорость электрохимической коррозии тем больше, чем дальше друг от друга расположены металлы в ряду напряжений, и чем выше температура окружающей среды.

Чистые металлы устойчивы к коррозии. Однако, так ка абсолютно чистым металлов нет, а также вследствие того, что гальваническая пара может быть образована отдельными участками одного и того же металла, находящимися в различных условиях (под разными электролитами или под одним и тем же электролитом разной концентрации), то электрохимическая коррозия имеет место всегда при соприкосновении металла с электролитом (атмосферной влагой).

Роль катода при электрохимической коррозии могут выполнять не только менее активные металлы, но и примеси неметаллов, способных принимать электроны.

Коррозия – процесс поверхностный и при отсутствии трещин внутри металла развиваться не может. Поэтому одним из способов защиты от коррозии является нанесение на поверхность металла металлических и неметаллических покрытий.

В качестве металлических покрытий используются пленки Au, Ag, Ni, Cr, Zn и других металлов, которые мало подвергаются коррозии из-за своей индифферентности или по причине образования прочных оксидных пленок. Некоторые из этих металлов (Au, AgNi, Cr), помимо защитной, выполняют и эстетическую – придают изделиям приятный внешний вид.

Различают два вида металлических покрытий – анодное и катодное. Покрытие называется

  • анодным, если оно изготовлено из металла более активного, чем защищаемый;
  • катодным, если изготовлено из менее активного металла.

Примером анодных покрытий для изделий из железа являются пленки из Cr, Zn, примером катодных – пленки из Ni, Sn, Ag, Au. Катодные покрытия не защищают металлы в случае нарушения их целостности (трещины, царапины), так как при наличии электролита возникает гальваническая пара, роль растворимого анода в которой играет защищаемый металл.

Неметаллические покрытия также делятся на два вида: неорганические и органические. В качестве органических покрытий используются пленки лаков, красок, пластмасс, резины, битума, в качестве неорганических – эмали.

Протекторная защита заключается в соединении защищаемого изделия проводником с протектором – пластиной из более активного металла (Al, Mg, Zn). В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, предохраняя от коррозии металлическое изделие или конструкцию.

Электрохимическая (катодная) защита заключается в соединении защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Анодом служит вспомогательный, обычно стальной, электрод (кусок металла), который и разрушается в процессе коррозии.


 

Автор: Метельский А.В.
Источник: Метельский А.В., Химия в Экзаменационных вопросах и ответах, Минск, изд. «Беларуская энцыклапедыя», 1999 год
Дата в источнике: 1999 год

Коррозия металлов и её виды

Химические и физико-химические реакции, возникающие в момент взаимодействия окружающей среды с металлами и сплавами, в большинстве случаев приводят к их самопроизвольному разрушению. Процесс саморазрушения имеет собственный термин – «коррозия». Результатом коррозии является существенное ухудшение свойств металла, вследствие чего изделия из него быстро выходят из строя. Каждый металл обладает свойствами, позволяющими ему сопротивляться разрушению. Коррозийная стойкость или, как ее еще называют, химическое сопротивление материала, является одним из главных критериев, по которым осуществляется отбор металлов и сплавов для изготовления тех или иных изделий.


В зависимости от интенсивности и длительности коррозийного процесса металл может быть подвергнут как частичному, так и полному разрушению. Взаимодействие коррозийной среды и металла приводят к образованию на поверхности металла таких явлений, как окалина, оксидная пленка и ржавчина. Данные явления отличаются друг от друга не только внешним видом, но еще и степенью адгезии с поверхностью металлов. Так, например, в процессе окисления такого металла, как алюминий, его поверхность покрывает пленка оксидов, отличающаяся высокой прочностью. Благодаря этой пленке разрушительные процессы купируются и не проникают вовнутрь. Если говорить о ржавчине, то результатом ее воздействия является образование рыхлого слоя. Процесс коррозии в данном случае очень быстро проникает во внутреннюю структуру металла, что способствует его скорейшему разрушению.


Показатели, по которым осуществляется классификация коррозийных процессов:

  • вид коррозийной среды;
  • условия и механизм протекания;
  • характер коррозийных разрушений;
  • вид дополнительных воздействий на металл.


По механизму коррозийного процесса различают как химическую, так и электрохимическую коррозию металлов и сплавов.

Химическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозийной средой, в процессе которого наблюдается единовременное осуществление окисления металла и восстановление окислительного компонента среды. Взаимодействующие между собой продукты не разделены пространственно.


Электрохимическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозийно-активной средой, представляющей собой раствор электролита. Процесс ионизации атомов металла, а также процесс восстановления окислительного компонента данной коррозийной среды протекают в разных актах. Электродный потенциал раствора электролита оказывает существенное влияние на скорость этих процессов.


В зависимости от типа агрессивной среды существует несколько видов коррозии


Атмосферная коррозия представляет собой саморазрушение металлов в воздушной атмосфере, либо в газовой атмосфере, отличающейся повышенной влажностью.


Газовая коррозия – это коррозия металлов, происходящая в газовой среде, содержание влаги в которой минимально. Отсутствие влаги в газовой среде не единственное условие, способствующее саморазрушению металла. Также коррозия возможна и при высоких температурах. Наиболее часто встречается данный вид коррозии в нефтехимической и химической промышленности.


Радиационная коррозия представляет собой саморазрушение металла под воздействием на него радиоактивного излучения разной степени интенсивности.


Подземная коррозия – это коррозия, происходящая в почвах и различных грунтах.


Контактная коррозия представляет вид коррозии, образованию которого способствует контакт нескольких металлов, отличающихся друг от друга стационарными потенциалами в конкретном электролите.


Биокоррозия – это коррозия металлов, происходящая под воздействием различных микроорганизмов и их жизнедеятельности.


Коррозия током (внешним и блуждающим) – еще один вид коррозии металлов. Если на металл воздействует ток от внешнего источника, то это коррозия внешним током. Если же воздействие осуществляется посредством блуждающего тока, то это коррозия блуждающего тока.


Коррозийная кавитация представляет собой процесс саморазрушения металлов, возникновению которого способствует как ударное, так и коррозионное воздействие внешней среды.


Коррозия под напряжением представляет собой коррозию металла, причиной появления которой является взаимодействие коррозийно-активной среды и напряжений механического типа. Данный вид коррозии представляет существенную опасность для конструкций из металла, которые подвергаются сильнейшим механическим нагрузкам.


Фреттинг-коррозия — вид коррозии металлов, к которой приводит совокупность вибрации и воздействие коррозийной среды. Чтобы минимизировать вероятность возникновения коррозии при трении и вибрации, необходимо внимательно подходить к выбору конструкционного материала. Также необходимо применять специальные покрытия и по возможности снизить коэффициент трения.


По характеру разрушений коррозия разделяется на сплошную и избирательную


Сплошная коррозия полностью покрывает поверхность металла. Если скорость разрушений на всей поверхности одинакова, то это равномерная коррозия. Если разрушение металла на различных его участках происходит с разной скоростью, то коррозия называется неравномерной.


Избирательная коррозия подразумевает разрушение одного из компонентов сплава или же одной структурной составляющей.


Местная коррозия, проявляющаяся в виде отдельно разбросанных по поверхности металла пятен, представляет собой углубления разной толщины. Разрушения могут представлять собой раковины или точки.


Подповерхностная коррозия образуется непосредственно на поверхности металла, после чего активно проникает вглубь. Данный вид коррозии сопровождается расслоением изделий из металла.


Межкристаллитная коррозия проявляется в разрушении металла по границам зерен. По внешнему виду металла ее достаточно сложно определить. Однако очень быстро меняются показатели прочности и пластичности металла. Изделия из него становятся хрупкими. Наиболее опасен этот вид коррозии для хромистых и хромоникелевых видов стали, а также для алюминиевых и никелевых сплавов.


Щелевая коррозия образуется на тех участках металлов и сплавов, которые находятся в резьбовых креплениях, различных зазорах и под всевозможными прокладками.

Какие последствия вызывает коррозия? | Camfil

Одним из последствий загрязнения воздуха, о котором редко кто говорит, является коррозия искусственных материалов. По мере роста уровня загрязнения воздуха в промышленно развитых странах отмечается и соответствующее ему повышение уровня коррозии. Однако это сказывается не только на созданных человеком памятниках. Это влияет на автомобили, бытовых приборах, садовой мебели и бытовых инструментах.

Коррозия также может вызвать повреждение оборудования для центров обработки данных, промышленного оборудования, привести к проблемам при протекании чувствительных процессов и разрушить памятники культуры. Для всех этих областей применения необходим контроль коррозии. Скачайте наш информационный бюллетень об измерении уровня коррозии.

Кроме того коррозия ведет к износу важной инфраструктуры, например усиленных стальными конструкциями дорожных развязок, опор линий электропередач, сооружений парковок и мостов. Одним словом, коррозия – это предмет, требующий дальнейшего исследования, чтобы можно было понять, как этот скрытый износ влияет на вашу жизнь.

Что такое коррозия?

Коррозия– это процесс разрушения материала, вызываемый химической реакцией со средой, в которой он находится. Коррозия металла возникает, когда его поверхность вступает в контакт с газом или жидкостью, при этом процесс ускоряется под воздействие высокой температуры, кислот и солей.

Несмотря на то, что слово «коррозия» используется для описания разрушения металла, разрушению подвергаются все природные и искусственные материалы, а уровень загрязнений в воздухе может ускорить этот процесс.

Причина заключается в том, что взвешенные в воздухе загрязнения, такие как твердые примеси (PM), образуются в результате химических реакций между жидкостями и твердыми веществами. Те же жидкости и твердые вещества, в том числе соль и углерод, могут взаимодействовать с молекулами металлов и ускорять износ. Кроме того кислые газы играют важную роль в коррозии материалов непосредственно или выступая в роли прекурсора для образования коррозионноактивных частиц (PM).

Диоксид серы, образующийся при работе электростанций и автомобильных выхлопов, является одной из основных причин коррозии. Диоксид серы пагубно влияет на медные контакты, используемые в электроприборах.

Высокое содержание диоксида серы может нанести вред деревьям и растениям, уничтожая листву и препятствуя их дальнейшему росту. Недавнее исследование Greenpeace показало, что высокое содержание диоксида серы в воздухе приводит к преждевременной смерти (1). 

Другими словами диоксид серы не только способствует износу металла и других материалов. Он также оказывает пагубное воздействие на здоровье человека. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выяснило, что кратковременное воздействие оксида серы может привести к усилению симптомов астмы и вызвать затруднение дыхания. (2)

Исследование атмосферной коррозии увеличивает осведомленность

Проведенное недавно исследование атмосферной коррозии позволило понять, как взвешенные в воздухе загрязнения напрямую влияют на металл в среде промышленного города.

Исследователи начали свою работу с утверждения о том, что атмосферная коррозия металлов и их сплавов является обычным явлением в среде промышленного города из-за высокой концентрации коррозийных загрязняющих веществ в воздухе. (3)

Другими словами, исследователи сделали теоретическое заключение о том, что загрязнение воздуха в крупном городе ускоряет процесс коррозии и способствует ускоренному износу металлов, чем уровень загрязнения в менее крупных городах.

Чтобы проверить эту теорию экспериментально, ученые разместили образцы различных металлов в среде промышленного города и оставили их там на 12 месяцев, чтобы определить воздействие взвешенных в воздухе частиц на скорость коррозии. В городе, где проводились испытания, был выбран район с высоким уровнем загрязнений.

Исследование показало, что металлы корродировали намного быстрее зимой, когда уровни загрязнения были самыми высокими. Увеличение уровня загрязненности воздуха было вызвано повышением объемов выбросов близлежащих теплоэлектростанций, а также выхлопами автомобилей и печей, которые широко использовались для отопления.

Самыми распространенными загрязнениями, которые ускоряли коррозию были диоксид серы, пыль и влажность.

Высокая концентрация была зафиксирована для сероводорода, который образовывался на мусороперерабатывающих заводах в процессе геотермального или анаэробного распада органических отходов; диоксида азота из выхлопных газов, хлороводорода, хлора, уксусной кислоты и химических веществ, выделяющихся в ходе протекания промышленных процессов. 


Влияние коррозии на электронное оборудование

Выход из строя оборудования в связи с коррозией был зафиксирован еще во времена существования механических телефонных станций в начале 19 века. 

Широкое использование компьютеров и электронного оборудования в современном мире, а также увеличение уровня загрязненности воздуха особенно в крупных промышленных городах, заставило ужесточить требования к решениям для предотвращения поломок оборудования.

В настоящее время центры обработки и передачи данных являются особенно важными. Одним из способов снижения стоимости охлаждения является "свободное охлаждение" или "экономайзеры испарительного охлаждения воздуха", которые представляют собой системы, использующие атмосферный воздух и систему фильтров для его очистки для непосредственного охлаждения. Скачайте наш информационный бюллетень о рисках коррозии для электронного оборудования.

Последствия коррозии

Какие последствия коррозии могут повлиять на нашу повседневную жизнь?

Существует несколько прямых последствий коррозии, в том числе:

  • Повреждение коммерческих самолетов
  • Повреждение жестких дисков и компьютеров, контролирующих протекание сложных процессов (например на электростанциях, нефтехимических заводах, целлюлозно-бумажном производстве)
  • Повреждение серверов в центрах обработки данных
  • Повреждение музейных экспонатов
  • Затраты на ремонт или замену вышедшего из строя бытового оборудования

"Мы знаем, что многие коммерческие отрасли, например нефтегазовая, целлюлозно-бумажная, строительная отрасли и производство электроники, уязвимы для воздействия коррозии", – заявил руководитель департамента молекулярной фильтрации компании Camfil. "Без применения методов контроля высока вероятность отказа оборудования или выход из строя конструкции, которые могут иметь катастрофические последствия. Вот почему молекулярная фильтрация так важна для удаления вызывающих коррозию веществ из воздуха и обеспечения целостности конструкций». Узнать больше о контроле коррозии из нашей . 

Created 24 января 2019 г.

Коррозия металлов. Химия. 9 класс. Разработка урока

Урок 5 «Коррозия металлов» является продолжением и развитием изучения химических свойств металлов.

В классе есть несколько учащихся, интересующихся химией, предмет привлекателен для них практической направленностью, разнообразием смены деятельности, наглядностью при изучении материала.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: урок-исследование.

Цели урока: сформировать понятие «коррозия», показать значение процессов коррозии для жизни человека.

Средства обучения

  • Компьютер, мультимедийное сопровождение, оборудование и реактивы для лабораторного эксперимента, инструктивные карты
  • Документальный фильм ВВС «Жизнь после нас»
  • Презентация Power Point к уроку «Коррозия металлов»
  • Презентации Power Point для работы в группах «Виды коррозии», «Меры борьбы с коррозией», «Условия, вызывающие коррозию»
  • Иллюстрации из Единой коллекции Цифровых Образовательных ресурсов http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/d05469af-69bd-11db-bd13-0800200c9c09/75748/?interface=catalog&class=51&subject=31

Методы и приемы обучения: исследовательский мини-проект.

Способы мотивации учения: Связь темы с повседневной жизнью. Оптимальное решение практических проблем – замедление скорости протекания неблагоприятных химических процессов и увеличение скорости желаемых реакций (предохранение металлических предметов от коррозии)

Формы организации учебной деятельности: Коллективная, групповая

Виды познавательной деятельности: Постановка проблемы, формулирование гипотезы, наблюдение за экспериментом, осознание результатов эксперимента, участие в решении проблемной ситуации, формулирование выводов.

Способы управления познавательной деятельностью: Ознакомление с целями и задачами урока, видами итоговой отчетности и контроля.

Способы отслеживания результатов   

  1. Входной контроль.
  2. Промежуточный контроль.
  3. Итоговый контроль.

Ход урока

I. Организационный момент. Введение

Учитель. На прошлом уроке мы рассмотрели химические свойства металлов, определили их реакционную способность, выявили круг их реагентов. Значение металлов в нашей жизни огромно, мы пользуемся изделиями из них ежедневно, и закономерно встает вопрос: насколько долго прослужит нам то или иное изделие из металла? Давайте посмотрим видеоролик и определим тему сегодняшнего урока и круг вопросов, необходимых для рассмотрения в этой теме.

Приложение 1

Отрывок из фильма ВВС «Жизнь после нас» 1.14.05 – 1 мин

Учитель. Итак, ребята, какова тема сегодняшнего урока?

Ученики. Коррозия металлов.

Учитель. Давайте выясним, что вы уже знаете по данному вопросу.

Вводное тестирование. Отметьте верные высказывания. Слайд

  • Корродирует только железо.
  • Причиной коррозии является только вода.
  • При повышении температуры скорость коррозии увеличивается.
  • Коррозия – окислительно-восстановительный процесс.
  • Защитить железо от коррозии практически невозможно

Ответ на слайде

У вас на столах лежат Оценочные листы, подпишите их. В них вы будете оценивать каждый этап свой работы на уроке. Форма оценки разная самооценка и оценка руководителем группы. Занесите в соответствующую графу отметку за вводный тест.

II. Подготовка к основному этапу усвоения учебного материала

Учитель. Таким образом, при рассмотрении темы коррозии необходимо рассмотреть много вопросов. Каких? В первую очередь сформулировать определение «коррозии». Чтобы ответить на этот вопрос предлагаю вам очень быстро, «по-диагонали», просмотреть материал §10 и определить круг вопросов, которые требуют детального рассмотрения и решения. Обратите внимание на ключевые понятия

Слайд Определение «Коррозия»

Слайд Круг вопросов

Учитель. Итак, цель нашего урока состоит в рассмотрении видов коррозии, условий среды, вызывающих коррозию и мерах борьбы с коррозией. Порядок работы на уроке таков. Вы работаете в группах над разрешением конкретной проблемы, проводите проблемный эксперимент, анализируете его результаты, формулируете выводы. Отчет о работе представляете в форме, предложенной в инструктивной карте, которая лежит у вас на столах. Что должно прозвучать в вашем отчете: название темы, цель исследования, содержание эксперимента и его результаты, применительно к вашей теме, выводы. Время для выступления 4 минуты. Будьте готовы отвечать на вопросы. Кроме основного учебника, у вас на столах лежат дополнительные материалы: еще один учебник и Интернет-материалы в печатном виде.

III. Усвоение новых знаний и способов действия

Работа исследовательских лабораторий – 15 мин

Приложение 2. Инструктивные карты для работы в группах.

IV. Первичная проверка степени усвоения материала

1) Отчет групп о проделанной работе. Презентации учащихся. 4 мин каждая группа

Консультанты, оцените работу своих сотрудников.

Таким образом, подведем итоги. Какие новые знания вы сегодня приобрели?

Вернемся к Эйфелевой башне. Как уберечь ее от обрушения?

V. Рефлексия

Итак, коррозия. Последствия этого явления наносит огромный ущерб народному хозяйству любого государства. Вы еще школьники, но в каждодневной жизни вы также сталкиваетесь с этим явлением. Приведите примеры, в каких жизненных ситуациях вам пригодятся знания, полученные сегодня на уроке.

(Хранение продуктов в консервных банках, хранение ювелирных изделий в одном месте, днище автомобиля в зимнее время, кровли домов, зубные протезы, и т.д.)

За каждый ответ ставим балл в оценочный лист.

Слайд. Оцените свою работу на уроке

VI. Подведение итогов

Итак, на сегодняшнем уроке мы убедились в огромном значении процессов коррозии для нашей жизни, определили причины коррозии, условия среды, вызывающие коррозии, необходимость борьбы с коррозией и способы защиты от коррозии. Также необходимо отметить вашу продуктивную деятельность на уроке. Вы не только разобрались в вопросах темы, провели исследование, но сумели его проанализировать, сделать выводы и оформили результаты.

Слайд. VII.  Домашнее задание: §10, упр. 1–6, дополнительно

17.6 Коррозия - химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определить коррозию
  • Перечислите некоторые методы, используемые для предотвращения или замедления коррозии

Коррозия обычно определяется как разложение металлов в результате электрохимического процесса. Образование ржавчины на железе, потускнение серебра и сине-зеленая патина на меди - все это примеры коррозии.Общие затраты на коррозию в Соединенных Штатах значительны и оцениваются более чем в полтриллиона долларов в год.

Статуя Свободы: меняя цвета

Статуя Свободы - достопримечательность, которую признает каждый американец. Статую Свободы легко узнать по ее высоте, положению и уникальному сине-зеленому цвету (рис. 1). Когда эта статуя впервые была доставлена ​​из Франции, она не имела зеленого цвета. Оно было коричневым, цвета его медной «кожи». Так как же Статуя Свободы изменила цвет? Изменение внешнего вида было прямым результатом коррозии.Медь, которая является основным компонентом статуи, медленно подвергалась окислению на воздухе. Окислительно-восстановительные реакции металлической меди в окружающей среде протекают в несколько стадий. Металлическая медь окисляется до оксида меди (I) (Cu 2 O), который имеет красный цвет, а затем до оксида меди (II), который имеет черный цвет

.

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} \ longrightarrow {}} ll} 2 \ text {Cu} (s) \; + \; \ frac {1} {2} \ text {O} _2 (g) & \ text {Cu} _2 \ text {O} (s) & (\ text {red}) \\ [0.5em] \ text {Cu} _2 \ text {O} (s) \; + \ ; \ frac {1} {2} \ text {O} _2 (g) & 2 \ text {CuO} (s) & (\ text {black}) \ end {array} [/ latex]

Уголь, часто содержащий большое количество серы, активно сжигался в начале прошлого века.В результате триоксид серы, диоксид углерода и вода реагировали с CuO

.

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} = {}} ll} 2 \ text {CuO} (s) \; + \; \ text {CO} _2 (g) \; + \; \ текст {H} _2 \ text {O} (l) & \ text {Cu} _2 \ text {CO} _3 (\ text {OH}) _ 2 (s) & (\ text {зеленый}) \\ [0.5em ] 3 \ text {CuO} (s) \; + \; 2 \ text {CO} _2 (g) \; + \; \ text {H} _2 \ text {O} (l) & \ text {Cu} _2 (\ text {CO} _3) _2 (\ text {OH}) _ 2 (s) & (\ text {blue}) \\ [0.5em] 4 \ text {CuO} (s) \; + \; \ текст {SO} _3 (g) \; + \; 3 \ text {H} _2 \ text {O} (l) & \ text {Cu} _4 \ text {SO} _4 (\ text {OH}) _ 6 ( s) & (\ text {зеленый}) \ end {array} [/ latex]

Эти три соединения ответственны за характерную сине-зеленую патину, наблюдаемую сегодня.К счастью, патина создала защитный слой на поверхности, предотвращающий дальнейшую коррозию медной пленки. Формирование защитного слоя - это форма пассивации, которая обсуждается далее в следующей главе.

Рис. 1. (a) Статуя Свободы покрыта медной кожей и изначально была коричневой, как показано на этой картине. (б) Воздействие элементов привело к образованию сине-зеленой патины, наблюдаемой сегодня.

Пожалуй, самый известный пример коррозии - образование ржавчины на железе.{+} (водн.) [/ латекс]

Количество молекул воды варьируется, поэтому оно представлено как x . В отличие от патины на меди, образование ржавчины не создает защитного слоя, поэтому коррозия железа продолжается, поскольку ржавчина отслаивается и подвергает свежее железо воздействию атмосферы.

Рисунок 2. Когда краска поцарапана на окрашенной железной поверхности, возникает коррозия и начинает образовываться ржавчина. Скорость самопроизвольной реакции увеличивается в присутствии электролитов, таких как хлорид натрия, используемый на дорогах для таяния льда и снега или в соленой воде.

Один из способов уберечь железо от коррозии - это держать его в краске. Слой краски предотвращает попадание воды и кислорода, необходимых для образования ржавчины, на утюг. Пока краска остается неповрежденной, утюг защищен от коррозии.

Другие стратегии включают сплавление железа с другими металлами. Например, нержавеющая сталь - это в основном железо с небольшим содержанием хрома. Хром имеет тенденцию собираться у поверхности, где он образует оксидный слой, защищающий железо.

Оцинкованное железо или оцинкованное железо В используется другая стратегия. Цинк окисляется легче, чем железо, потому что цинк имеет более низкий восстановительный потенциал. Поскольку цинк имеет более низкий восстановительный потенциал, это более активный металл. Таким образом, даже если цинковое покрытие поцарапано, цинк все равно будет окисляться раньше железа. Это говорит о том, что этот подход должен работать с другими активными металлами.

Еще один важный способ защиты металла - это сделать его катодом в гальваническом элементе.Это катодная защита и может использоваться не только для железа, но и для других металлов. Например, ржавление подземных резервуаров для хранения железа и труб можно предотвратить или значительно уменьшить, подключив их к более активному металлу, такому как цинк или магний (рис. 3). Это также используется для защиты металлических частей водонагревателей. Более активные металлы (более низкий потенциал восстановления) называются расходуемыми анодами , потому что по мере их использования они коррозируют (окисляются) на аноде.Защищаемый металл служит катодом и поэтому не окисляется (не корродирует). Когда аноды находятся под надлежащим контролем и периодически заменяются, полезный срок службы резервуара для хранения железа может быть значительно увеличен.

Рисунок 3. Одним из способов защиты подземного резервуара для хранения железа является катодная защита. Использование в качестве анода активного металла, такого как цинк или магний, эффективно превращает резервуар для хранения в катод, предотвращая его коррозию (окисление).

Коррозия - это разрушение металла, вызванное электрохимическим процессом.Ежегодно тратятся большие суммы денег на устранение последствий или предотвращение коррозии. Некоторые металлы, такие как алюминий и медь, образуют защитный слой при коррозии на воздухе. Тонкий слой, который образуется на поверхности металла, предотвращает контакт кислорода с большим количеством атомов металла и, таким образом, «защищает» оставшийся металл от дальнейшей коррозии. Железо разъедает (образует ржавчину) под воздействием воды и кислорода. Ржавчина, образующаяся на металлическом железе, отслаивается, обнажая свежий металл, который также подвергается коррозии.Один из способов предотвратить или замедлить коррозию - нанести на металл покрытие. Покрытие предотвращает контакт воды и кислорода с металлом. Краска или другие покрытия замедляют коррозию, но они неэффективны после царапин. Оцинкованное или оцинкованное железо использует тот факт, что цинк более склонен к окислению, чем железо. Пока покрытие остается, даже если оно поцарапано, цинк будет окисляться раньше железа. Еще один метод защиты металлов - катодная защита. В этом методе легко окисляемый и недорогой металл, часто цинк или магний (расходуемый анод), электрически соединяется с металлом, который необходимо защищать.Более активный металл - это расходуемый анод, который является анодом в гальванической ячейке. «Защищенный» металл - это катод, и он остается неокисленным. Одним из преимуществ катодной защиты является то, что расходуемый анод можно контролировать и при необходимости заменять.

Химия: упражнения в конце главы

  1. Какой элемент каждой пары металлов более подвержен коррозии (окислению)?

    (а) Mg или Ca

    (б) Au или Hg

    (c) Fe или Zn

    (d) Ag или Pt

  2. Рассмотрим следующие металлы: Ag, Au, Mg, Ni и Zn.{\ circ} = -0,477 \; \ text {V}) [/ latex], и все же, когда оба подвергаются воздействию окружающей среды, необработанный алюминий имеет очень хорошую коррозионную стойкость, в то время как коррозионная стойкость необработанного железа оставляет желать лучшего. Объясните это наблюдение.
  3. Если образец железа и образец цинка соприкасаются, цинк разъедает, а железо - нет. Если образец железа соприкасается с образцом меди, железо разъедает, а медь - нет. Объясните этот феномен.
  4. Предположим, у вас есть три разных металла: A, B и C.{\ circ} = -3.04 \; \ text {V} [/ latex], который, кажется, может защитить все другие металлы, перечисленные в стандартной таблице восстановительного потенциала?

Глоссарий

катодная защита
Метод защиты металла с помощью расходуемого анода и эффективного изготовления металла, который требует защиты катода, предотвращая его окисление
коррозия
Разложение металла в результате электрохимического процесса
оцинкованное железо
метод защиты железа путем покрытия его цинком, который окисляется раньше железа; оцинкованное железо
расходуемый анод
более активный и недорогой металл, используемый в качестве анода в катодной защите; часто из магния или цинка

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

2.Mg и Zn

4. Оба примера включают катодную защиту. (Жертвенный) анод - это металл, который коррозирует (окисляется или вступает в реакцию). В случае железа (-0,447 В) и цинка (-0,7618 В) цинк имеет более отрицательный стандартный восстановительный потенциал и поэтому служит анодом. В случае железа и меди (0,34 В) железо имеет меньший стандартный восстановительный потенциал и поэтому подвергается коррозии (служит анодом).

6. Хотя восстановительный потенциал лития делает его способным защищать другие металлы, этот высокий потенциал также указывает на то, насколько литий реакционноспособен; он будет иметь спонтанную реакцию с большинством веществ.Это означает, что литий будет быстро реагировать с другими веществами, даже с теми, которые не окисляют металл, который он пытается защитить. Такая реактивность означает, что расходуемый анод будет быстро истощаться и его нужно будет часто заменять. (Необязательная дополнительная причина: опасность возгорания в присутствии воды.)

Corrosion Solution - подход Nanolab к борьбе с ржавчиной


Коррозия - это постепенное разрушение материала, обычно металлов, в результате химической реакции с окружающей средой.В наиболее распространенном использовании этого слова это означает электрохимическое окисление металлов в реакции с окислителем, таким как кислород. Ржавчина, образование оксидов железа, является хорошо известным примером электрохимической коррозии.

Повреждения этого типа обычно образуют оксид (ы) или соль (ы) исходного металла. Коррозия также может возникать в материалах, отличных от металлов, таких как керамика или полимеры, хотя в этом контексте чаще используется термин разрушение. Коррозия ухудшает полезные свойства материалов и конструкций, включая прочность, внешний вид и проницаемость для жидкостей и газов.

Коррозия металлов и сплавов приводит к окислению или селективному удалению материала с поверхности. Ремонт коррозии - это бизнес стоимостью в миллиард долларов, который затрагивает многие отрасли, такие как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, биомедицинские устройства, краски и покрытия и полупроводники.

Инструменты для определения характеристик материалов и химического анализа поверхности используются для:

    • Определить, не подвержен ли продукт коррозии
    • Обнаружение незначительных примесей
    • Измерьте толщину оксидных слоев

Методы первого выбора


Методы второго выбора


-> Формы запросов на обслуживание

-> Свяжитесь с нами



Обработка поверхности для остановки коррозии

Оцинкованная поверхность

Гальваника, окраска и нанесение эмали являются наиболее распространенными видами антикоррозийной обработки.Они работают, создавая барьер из коррозионно-стойкого материала между разрушающей средой и конструкционным материалом. Помимо косметических и производственных проблем, существует компромисс между механической гибкостью и устойчивостью к истиранию и высокой температуре. Покрытия обычно выходят из строя только на небольших участках, и если покрытие более благородное, чем подложка (например, хром на стали), гальваническая пара вызовет коррозию любой незащищенной области гораздо быстрее, чем поверхность без покрытия.По этой причине часто имеет смысл покрыть пластину активным металлом, таким как цинк или кадмий. Покраска валиком или кистью более предпочтительна для тесных пространств; спрей будет лучше для больших площадей покрытия, таких как стальные палубы и набережные. Гибкие полиуретановые покрытия, такие как, например, Durabak-M26, могут обеспечить антикоррозионное уплотнение с очень прочной устойчивой к скольжению мембраной. Окрашенные покрытия относительно легко наносить и они быстро сохнут, хотя температура и влажность могут привести к изменению времени высыхания.

Реактивные покрытия

Если окружающая среда находится под контролем (особенно в рециркуляционных системах), в нее часто можно добавлять ингибиторы коррозии. Они образуют электрически изолирующее или химически непроницаемое покрытие на открытых металлических поверхностях для подавления электрохимических реакций. Очевидно, что такие методы делают систему менее чувствительной к царапинам или дефектам покрытия, поскольку дополнительные ингибиторы могут быть доступны везде, где металл подвергается воздействию. К химическим веществам, замедляющим коррозию, относятся некоторые соли жесткой воды (римские водные системы известны своими минеральными отложениями), хроматы, фосфаты, полианилин, другие проводящие полимеры и широкий спектр специально разработанных химикатов, напоминающих поверхностно-активные вещества (т.е. длинноцепочечные органические молекулы с ионными концевыми группами).

Анодирование

Альпинистское спусковое устройство анодировано с желтым покрытием

Алюминиевые сплавы часто подвергаются поверхностной обработке. Электрохимические условия в ванне тщательно регулируются таким образом, чтобы в пленке оксида металла появлялись однородные поры шириной несколько нанометров. Эти поры позволяют оксиду расти намного толще, чем позволяют условия пассивирования. В конце обработки поры закрываются, образуя более твердый, чем обычно, поверхностный слой.Если это покрытие поцарапано, для защиты поврежденного участка вступают в действие обычные процессы пассивации.

Анодирование очень устойчиво к атмосферным воздействиям и коррозии, поэтому его обычно используют для фасадов зданий и других участков, поверхность которых будет регулярно контактировать с элементами. Несмотря на то, что он эластичный, его необходимо часто чистить. Если оставить без очистки, края панели будут окрашиваться естественным образом.

Биопленочные покрытия

Разработана новая форма защиты путем нанесения определенных видов бактериальных пленок на поверхность металлов в высококоррозионных средах.Этот процесс существенно увеличивает коррозионную стойкость. В качестве альтернативы можно использовать биопленки, продуцирующие противомикробные препараты, для подавления коррозии мягкой стали, вызванной сульфатредуцирующими бактериями.

Опалубка с контролируемой проницаемостью

Опалубка с контролируемой проницаемостью (CPF) - это метод предотвращения коррозии арматуры за счет естественного увеличения прочности покрытия во время укладки бетона. CPF использовался в окружающей среде для борьбы с воздействием углекислого газа, хлоридов, мороза и истирания.

Катодная защита

Катодная защита (CP) - это метод контроля коррозии металлической поверхности путем превращения этой поверхности в катод электрохимической ячейки. Системы катодной защиты чаще всего используются для защиты стальных, водяных и топливных трубопроводов и резервуаров; стальные сваи пирса, корабли и морские нефтяные платформы.

Жертвенный анод в корпусе корабля.

Для эффективных КП потенциал стальной поверхности поляризуется (толкается) более отрицательно, пока металлическая поверхность не будет иметь однородный потенциал.При равномерном потенциале движущая сила реакции коррозии останавливается. В гальванических системах CP материал анода корродирует под воздействием стали, и в конечном итоге его необходимо заменить. Поляризация вызвана током, протекающим от анода к катоду, вызванным разностью электрохимических потенциалов между анодом и катодом.

Катодная защита наложенным током

Для более крупных структур гальванические аноды не могут с экономической точки зрения обеспечивать ток, достаточный для обеспечения полной защиты.В системах катодной защиты наложенным током (ICCP) используются аноды, подключенные к источнику постоянного тока (например, выпрямителю катодной защиты). Аноды для систем ICCP представляют собой трубчатые и цельные стержневые формы из различных специализированных материалов. К ним относятся чугун с высоким содержанием кремния, графит, пруток и проволока с покрытием из смешанных оксидов металлов или платиной или титаном или ниобием.

Анодная защита

Анодная защита подает анодный ток на защищаемую конструкцию (в противоположность катодной защите).Он подходит для металлов, которые проявляют пассивность (например, нержавеющая сталь) и достаточно малый пассивный ток в широком диапазоне потенциалов. Применяется в агрессивных средах, например, в растворах серной кислоты.

Восемь форм коррозии Фонтаны

Восемь форм коррозии

Автор: Fontana & Greene, 1967

Идея описания различных способов, которыми коррозия может повредить металлы своим внешним видом, использовалась многими до того, как Фонтана и Грин стали соавторами своей знаменитой книги в 1967 году.Маккей и Уортингтон уже обсуждали различные формы коррозии в своей книге о коррозии 1936 года. вслед за Аланом Поллиттом в его собственной книге, опубликованной на тринадцать лет раньше, то есть в 1923 году. Однако следующая классификация, похоже, получила самое широкое признание с небольшими различиями между авторами.

Коррозию удобно классифицировать по формам ее проявления, основанием для этой классификации является внешний вид корродированного металла. Каждую форму можно идентифицировать простым визуальным наблюдением.В большинстве случаев достаточно невооруженного глаза, но иногда полезно или требуется увеличение. Ценную информацию для решения проблемы коррозии часто можно получить, внимательно наблюдая за корродированными образцами для испытаний или неисправным оборудованием. Осмотр перед чисткой особенно желателен. Некоторые из восьми форм коррозии уникальны, но все они более или менее взаимосвязаны. К восьми формам относятся: (1) равномерное или общее воздействие, (2) гальваническая коррозия или коррозия двух металлов, (3) щелевая коррозия, (4) точечная коррозия, (5) межкристаллитная коррозия, (6) избирательное выщелачивание или расслоение. , (7) стресс-коррозия.Этот список произвольный, но охватывает практически все повреждения и проблемы, связанные с коррозией. Формы не перечислены в каком-либо определенном порядке важности. Ниже рассматриваются восемь форм коррозии с точки зрения их характеристик, механизмов и профилактических мер. Повреждение водородом, хотя и не является формой коррозии, часто происходит косвенно в результате коррозионного воздействия, и поэтому включено в это обсуждение. ссылка

Униформа Атака

Равномерное разрушение - наиболее распространенная форма коррозии.Обычно он характеризуется химической или электрохимической реакцией, которая равномерно протекает по всей открытой поверхности или на большой площади. Металл становится тоньше и со временем выходит из строя. Например, кусок стали или цинка, погруженный в разбавленную серную кислоту, обычно растворяется с одинаковой скоростью по всей своей поверхности. Крыша из листового железа будет иметь одинаковую степень ржавчины по всей внешней поверхности.

Равномерное разрушение или общая общая коррозия представляет собой наибольшее разрушение металла на тоннажной основе.Однако эта форма коррозии не вызывает особого беспокойства с технической точки зрения, поскольку срок службы оборудования можно точно оценить на основе сравнительно простых испытаний. Часто достаточно просто погрузить образцы в жидкость. Равномерную атаку можно предотвратить или уменьшить с помощью (1) подходящих материалов, включая покрытия, (2) ингибиторов или (3) катодной защиты.

Гальваническая или двухкомпонентная коррозия

Обычно существует разность потенциалов между двумя разнородными металлами, когда они погружены в коррозионный или проводящий раствор.Если эти металлы находятся в контакте (или иначе электрически связаны), эта разность потенциалов создает поток электронов между ними. Коррозия менее стойкого к коррозии металла обычно увеличивается, а воздействие более стойкого материала уменьшается по сравнению с поведением этих металлов, когда они не контактируют. Менее стойкий металл становится анодным, а более стойкий - катодным. Обычно катод или катодный металл очень мало или совсем не корродируют в парах этого типа.Из-за наличия электрического тока и наличия разнородных металлов эта форма коррозии называется гальванической, или двухметаллической, коррозией. Это электрохимическая коррозия, но для ясности мы ограничим термин «гальваническая» воздействием разнородных металлов.

Щелевая коррозия

Интенсивная локальная коррозия часто возникает в щелях и других экранированных областях на металлических поверхностях, подверженных коррозионным воздействиям. Этот тип атаки обычно связан с небольшими объемами застойного раствора, вызванными отверстиями, поверхностями прокладок, соединениями внахлест, поверхностными отложениями и щелями под головками болтов и заклепок.В результате эту форму коррозии называют щелевой коррозией или, иногда, коррозией отложений или прокладок.

Питтинг

Точечная коррозия - это форма чрезвычайно локализованной атаки, в результате которой в металле образуются дыры. Эти отверстия могут быть маленькими или большими в диаметре, но в большинстве случаев они относительно малы. Ямы иногда изолированы или расположены так близко друг к другу, что выглядят как шероховатая поверхность. Обычно яму можно описать как полость или отверстие с диаметром поверхности, примерно равным глубине или меньшим ее.

Точечная коррозия - одна из самых разрушительных и коварных форм коррозии. Это приводит к отказу оборудования из-за перфорации с незначительной потерей веса всей конструкции. Язвы часто бывает трудно обнаружить из-за их небольшого размера и из-за того, что ямы часто покрыты продуктами коррозии. Кроме того, трудно количественно измерить и сравнить степень ямок из-за разной глубины и количества ямок, которые могут возникнуть в одинаковых условиях.Язвенную коррозию также трудно предсказать с помощью лабораторных тестов. Иногда карьерам требуется много времени - несколько месяцев или год - для того, чтобы они появились в реальной эксплуатации. Точечная коррозия особенно опасна, потому что это локализованная и интенсивная форма коррозии, а отказы часто происходят очень внезапно.

Межкристаллитная коррозия

Эффекты границ зерен практически не имеют значения или не имеют никакого значения для большинства применений или применений металлов. Если металл корродирует, это приводит к равномерному разрушению, поскольку границы зерен обычно лишь немного более реактивны, чем матрица.Однако при определенных условиях границы раздела зерен очень реактивны и приводят к межкристаллитной коррозии. Локальное повреждение на границах зерен и рядом с ними при относительно небольшой коррозии зерен - это межкристаллитная коррозия. Сплав распадается (выпадают зерна) и / или теряет прочность.

Межкристаллитная коррозия может быть вызвана примесями на границах зерен, обогащением одного из легирующих элементов или истощением одного из этих элементов в зонах границ зерен.Было показано, что небольшие количества железа в алюминии, в котором растворимость железа низкая, сегрегируют на границах зерен и вызывают межкристаллитную коррозию. Было показано, что исходя из соображений поверхностного натяжения, содержание цинка в латуни выше на границах зерен. Истощение хрома в областях границ зерен приводит к межкристаллитной коррозии нержавеющих сталей.

Селективное выщелачивание

Селективное выщелачивание - это удаление одного элемента из твердого сплава в результате коррозионных процессов.Наиболее распространенный пример - выборочное удаление цинка из латунных сплавов (децинковка). Подобные процессы происходят в других системах сплавов, в которых алюминий; железо, кобальт, хром и другие элементы удаляются. Селективное выщелачивание - это общий термин для описания этих процессов, и его использование исключает создание таких терминов, как деалюмификация, декобальтификация и т. Д. Разделение - это металлургический термин, который иногда применяется, но выборочное выщелачивание является предпочтительным.

Эрозия Коррозия

Эрозионная коррозия - это ускорение или увеличение скорости разрушения или воздействия на металл из-за относительного движения между коррозионной жидкостью и поверхностью металла.Как правило, это движение довольно быстрое и связано с механическим износом или истиранием. Металл удаляется с поверхности в виде растворенных ионов или образует твердые продукты коррозии, которые механически смываются с поверхности металла. Иногда движение окружающей среды уменьшает коррозию, особенно когда локальное повреждение происходит в застойных условиях, но это не эрозионная коррозия, поскольку износ не увеличивается.

Эрозионная коррозия проявляется в виде бороздок, оврагов, волн, закругленных отверстий и впадин и обычно имеет направленный характер.Во многих случаях отказы из-за эрозионной коррозии происходят за относительно короткое время, и они являются неожиданными в основном потому, что оценочные испытания на коррозию проводились в статических условиях или потому, что эффекты эрозии не учитывались.

Растрескивание от коррозии

Под коррозионным растрескиванием под напряжением понимается растрескивание, вызванное одновременным наличием растягивающего напряжения и определенной коррозионной среды. Многие исследователи классифицировали все отказы от растрескивания, происходящие в агрессивных средах, как коррозионное растрескивание под напряжением, включая отказы из-за водородного охрупчивания.Однако эти два типа отказов от взлома по-разному реагируют на переменные среды. Чтобы проиллюстрировать, катодная защита является эффективным методом предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением, в то время как она быстро ускоряет эффекты водородного охрупчивания. Следовательно, важность рассмотрения коррозионного растрескивания под напряжением и водородной хрупкости как отдельных явлений очевидна. По этой причине два явления растрескивания обсуждаются отдельно в этой главе.

Во время коррозионного растрескивания металл или сплав практически не подвергаются атакам на большей части своей поверхности, в то время как мелкие трещины проходят через него.Это явление растрескивания имеет серьезные последствия, поскольку оно может возникать при напряжениях в диапазоне типичных расчетных напряжений. Показано, что воздействие кипящего MgCl2 при 310 ° F (154 ° C) снижает прочностные характеристики примерно до значения, доступного при 1200 ° F.

Два классических случая коррозионного растрескивания - это «сезонное растрескивание» латуни и «каустическое охрупчивание» стали. Оба этих устаревших термина описывают существующие условия окружающей среды, которые привели к коррозионному растрескиванию под напряжением.Сезонное растрескивание относится к разрушению латунных гильз картриджей вследствие коррозионного растрескивания под напряжением. В периоды сильных дождей, особенно в тропиках, в латунных гильзах наблюдались трещины в месте опрессовки гильзы на пулю. Позже было обнаружено, что важным экологическим компонентом сезонного крекинга является аммиак, образующийся в результате разложения органических веществ.

В первых паровозах произошло много взрывов клепаных котлов. Исследование этих отказов показало трещины или хрупкие разрушения в отверстиях под заклепки.Эти области были подвергнуты холодной обработке во время клепок, и анализ белесых отложений, обнаруженных на этих участках, показал, что основным компонентом является едкий натр или гидроксид натрия. Следовательно, хрупкое разрушение в присутствии каустика привело к термину каустическое охрупчивание. Хотя одно только напряжение будет реагировать способами, хорошо известными в механической металлургии (то есть ползучесть, усталость, разрушение при растяжении), а коррозия сама по себе будет реагировать, вызывая характерные реакции растворения; одновременное действие обоих иногда приводит к катастрофическим результатам.

Что вызывает коррозию?

Что такое коррозия?

Коррозия - это естественный процесс, при котором происходит разрушение металлических компонентов. Согласно NACE International , коррозия - это «разрушение вещества (обычно металла) или его свойств из-за реакции с окружающей средой». Это в конечном итоге приводит к потенциально серьезным повреждениям вашего здания или приложения и может стать очень дорогостоящим для ремонта .

Как возникает коррозия

Коррозия - это электрохимическая реакция, которая проявляется в нескольких формах, таких как химическая коррозия и атмосферная коррозия, последняя из которых является наиболее распространенной формой.Когда кислотные вещества (включая воду) вступают в контакт с металлами, такими как железо и / или сталь, начинает образовываться ржавчина. Ржавчина является результатом коррозии стали после того, как частицы железа (Fe) подверглись воздействию кислорода и влаги (например, влажности, пара, погружения). Когда сталь подвергается воздействию воды, частицы железа теряются с кислотными электролитами воды. Затем частицы железа окисляются, что приводит к образованию Fe2. Когда образуется Fe⁺⁺, два электрона высвобождаются и проходят через сталь в другую область стали, известную как катодная область.

Кислород заставляет эти электроны подниматься вверх и образовывать ионы гидроксила (ОН). Ионы гидроксила реагируют с FE⁺⁺ с образованием водного оксида железа (FeOH), более известного как ржавчина. Там, где были затронутые частицы железа, теперь образовалась коррозионная яма, а то место, где они сейчас находятся, называется продуктом коррозии (ржавчиной).

Коррозия может произойти в любом случае, в зависимости от окружающей среды, в которой находится металл. Однако, поскольку атмосферная коррозия настолько широко распространена, рекомендуется принять эффективные меры предосторожности, когда дело доходит до предотвращения коррозии.

Это корродированный резервуар.


Удаление и обработка ржавчины

В зависимости от ситуации и применения, вы можете обработать заржавевший участок. Если пораженный участок небольшой и поддается лечению, вам могут потребоваться некоторые инструменты и средства для его удаления. Начните с удаления ржавчины с металла с помощью таких инструментов, как шлифовальный круг или игольчатый пистолет. Будьте осторожны, чтобы не повредить металл.

Для больших участков, подверженных коррозии, вам может потребоваться постоянное защитное покрытие, такое как антикоррозионное защитное покрытие SI-COAT от CSL. Вы также можете потратить это время на то, чтобы посмотреть на приложение в целом на предмет других преждевременных признаков коррозии.


Как предотвратить коррозию?

Одним из лучших способов предотвратить коррозию является нанесение антикоррозионного защитного покрытия . Защитное покрытие защищает субстрат, предотвращая контакт субстрата с агрессивными средами (атмосферными, химическими и т. Д.).). Здесь, в CSL Silicones Inc, мы предлагаем два вида антикоррозионных защитных покрытий (одно - экологически безопасное покрытие с низким содержанием летучих органических соединений!), Которые легко наносятся одним слоем. Защитное покрытие Si-COAT® 579 AC является экономичным и обеспечивает длительную защиту практически любой подложки.

Покрытия экологически безопасны, обладают превосходной термостойкостью (выдерживают температуры от -76 ° F до 392 ° F), не выгорают и не выгорают, имеют слабую пленку, требуют нанесения только одного слоя и обладают отличными характеристиками. Устойчивость к ультрафиолетовому излучению.Эластичность 180% делает покрытие очень гибким, что допускает тепловое расширение и сжатие основы, на которую оно наносится.

Слева: резервуар, подверженный коррозии. Справа: Тот же резервуар после нанесения антикоррозионного защитного покрытия Si-COAT 579.

Si-COAT Anti-Corrosion Protective Coatings может применяться в широком диапазоне применений, таких как конструкционная сталь, мосты, машины и оборудование, области с сильной коррозией, внешние поверхности резервуаров, металлические крыши, облицовка и многое другое.

Защитные покрытия Si-COAT AC

идеально подходят для нанесения там, где требуется необходимое покрытие и максимальная защита, адгезия, эластичность и долговечность.

Если вас интересует защита от коррозии, посетите страницу Антикоррозийные защитные покрытия, стр. , для получения дополнительной информации.

Коррозия | Безграничная химия

Коррозия

Коррозия возникает при разрушении металлов в результате химических процессов.

Цели обучения

Обсудить общие причины коррозии металлической поверхности

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Коррозия - это двухэтапный процесс, требующий трех вещей: металлической поверхности, электролита и кислорода.
  • В процессе коррозии поверхностные атомы металла растворяются в водном растворе, оставляя металл с избыточным отрицательным зарядом. Образующиеся ионы удаляются подходящим акцептором электронов.
  • Коррозия - это металлы, которые самопроизвольно возвращаются в форму своей руды в процессе окисления.
  • Электропроводящие свойства металла позволяют проводить стадии окисления и восстановления на отдельных участках поверхности металла.
Ключевые термины
  • коррозия : Химическая эрозия, особенно окисление.

Когда материалы портятся в результате химических процессов, они подвергаются коррозии. Коррозия обычно обсуждается применительно к металлам, которые корродируют электрохимически. Этот вид коррозии представляет собой двухэтапный процесс, для которого требуются три вещи: металлическая поверхность, электролит и кислород. В процессе коррозии атом металла на поверхности растворяется в водном растворе, оставляя металл с избыточными отрицательно заряженными ионами. - [/ latex]

Коррозия - это неприятность : На этой фотографии железного моста через реку Нанду на Хайнане, Китай, показаны доказательства повреждений, вызванных коррозией.- \ rightarrow \ text {M} (\ text {s}) [/ latex]

На этой катодной ступени M - металл.

Насколько подвержен коррозии тот или иной металл, можно определить по его восстановительному потенциалу. Чем выше восстановительный потенциал металла, тем меньше вероятность его окисления.

Коррозия - обычная неприятность с реальными ударами. Мы видим его последствия в ржавых каркасах автомобилей, прорыве водопровода и разрушении мостов.

Предотвращение коррозии

Предотвращение коррозии снижает как экономический, так и связанный с безопасностью ущерб, связанный с технологическим процессом.

Цели обучения

Обсудите общие профилактические меры, которые можно предпринять против коррозии металлической поверхности

Ключевые выводы

Ключевые моменты
    • Для возникновения коррозии необходимы три фактора: электролит, открытая металлическая поверхность и акцептор электронов.
    • Коррозию можно предотвратить, сняв одно из этих условий.
    • Покрытие металлической поверхности краской или эмалью создает барьер между металлом и влагой окружающей среды.
    • Процесс покрытия металлической поверхности другим металлом, который с большей вероятностью окисляется, называется жертвенным покрытием.

Ключевые термины
  • электролит : Вещество, которое в растворе или в расплавленном состоянии ионизирует и проводит электричество.
  • временное покрытие : Металлическое покрытие, которое подвержено окислению с большей вероятностью, чем металл, который оно защищает.
  • гальваника : для электрохимического покрытия тонким слоем металла; к гальванике.

Проверка коррозии

Мы узнали, что для анодной и катодной стадий коррозии необходимы три вещи: электролит, открытая металлическая поверхность и акцептор электронов. Отсюда следует, что мы можем предотвратить коррозию, удалив одно из этих важных условий. Самое простое условие для удаления - это оголенная металлическая поверхность.

Создание физического барьера

Покрытие металлической поверхности краской или эмалью создает барьер между металлом и влагой в окружающей среде, тем самым устраняя возможность контакта кислорода и влаги с металлом.

Жертвенные покрытия

Процесс покрытия металлической поверхности другим металлом, который с большей вероятностью окисляется, называется жертвенным покрытием. Подверженная коррозии железная легированная сталь обычно покрывается цинком, более активным металлом, в процессе, известном как цинкование. Коррозия жертвенного цинка приводит к его окислению; железо восстанавливается, что делает его катодным и препятствует его коррозии.

Оцинкованная поверхность : Защита сплавов железа покрытием из более активного металла посредством процесса цинкования предотвращает коррозию сплавов.

Контраст с предыдущим сценарием можно увидеть, когда железо или железный сплав покрывают менее активным металлом, например оловом. Пока оловянное покрытие остается неповрежденным, коррозия невозможна. Однако, если оловянное покрытие ухудшится, обнажая лежащий под ним металл, произойдет коррозия. Это связано с тем, что открытое железо подвергается окислению и становится анодным. Олово принимает электроны от окисленного железа, и соблюдаются три критерия коррозии.

Катодная защита

Еще один способ защиты от коррозии - создание постоянного отрицательного электрического заряда на металле.Этот метод называется катодной защитой. Катодная защита воспроизводит эффекты жертвенного покрытия, но с более активным металлом. Источником отрицательного заряда обычно является внешний источник постоянного тока. Катодная защита используется, в частности, для защиты подземных топливных баков и трубопроводов.

Пассивация

Пассивация - это процесс, при котором на металлической поверхности образуется тонкая пленка продуктов коррозии, служащая барьером против окисления.На формирование пассивирующего слоя влияют pH окружающей среды, температура и химические условия. Статуя Свободы, например, покрыта сине-зеленой патиной, вызванной несколькими химическими реакциями, которая защищает металлическую медь под ней.

Анодирование

Анодирование - это еще одна обработка поверхности, защищающая от коррозии. Защищаемый металл покрывается специальным веществом, а электрохимические условия регулируются таким образом, чтобы в оксидной пленке металла появлялись однородные поры шириной несколько нанометров.Эти поры позволяют образовываться оксидной пленке, более толстой, чем пассивирующий слой. Полученный защитный слой очень твердый и очень эластичный.

Жертвенная защита анода

По тому же принципу, что и временное пленочное покрытие, расходуемый анод, сделанный из металла, более активного, чем металл, который вы хотите защитить, можно использовать для предотвращения коррозии металлических конструкций, находящихся под водой или под землей. Жертвенный анод подвергнется коррозии раньше, чем металл, который он защищает. Однако, как только расходуемый анод подвергнется коррозии, его необходимо заменить; в противном случае металл, который она защищает, тоже начнет разъедать.

Катодная защита предотвращает коррозию : Гальванический расходный анод, прикрепленный к корпусу корабля; Здесь протекторный анод показывает коррозию, а металл, к которому он прикреплен, - нет. Анод, кусок более электрохимически «активного» металла, прикреплен к уязвимой поверхности металла, где он подвергается воздействию электролита; потенциал уязвимой поверхности поляризован, чтобы быть более отрицательным, пока поверхность не будет иметь однородный потенциал. На этом этапе устраняется движущая сила реакции коррозии с защищаемой поверхностью.Гальванический анод продолжает корродировать, расходуя материал анода, пока в конечном итоге его не нужно будет заменить, но катодный материал защищен.

Коррозия представляет реальную угрозу целостности личного имущества, а также мостов, дорог и другой общественной инфраструктуры. Понимание и реализация стратегий предотвращения коррозии уменьшит как экономический ущерб, так и ущерб, связанный с безопасностью, связанный с процессом.

Почему алюминий не ржавеет: 5/00

11.05.2004 Марка Шварц, служба новостей (650) 723-9296; электронная почта: mshwartz @ stanford.edu

Научное открытие: почему алюминий не работает ржавчина

Вы когда-нибудь задумывались, почему самолеты никогда не кажутся ржаветь, несмотря на постоянное воздействие дождя, мокрый снег и снег?

Быстрый ответ: большинство самолетов изготовлен из алюминия - химического элемента, который кажется противостоять коррозии даже при контакте с воздухом и воды.

Но дело в том, что чистый алюминий так легко реагирует с водой, что, согласно законы химии, алюминиевая оболочка самолет должен раствориться под дождем.

К счастью для авиационной отрасли, когда металлический алюминий помещается в атмосферу, тонкий слой, известный как оксид алюминия, образуется на поверхность металла и действует как защитная, антикоррозийный щиток.

Ученым давно известно, что оксид алюминия не подвержены быстрой коррозии в воде, но имеют не смог полностью объяснить почему.

Теперь исследователи впервые показано, что жидкий H 2 O имеет удивительно мощный эффект, когда он входит контакт с поверхностью оксида металла, находка, имеющая промышленные и экологические подразумеваемое.

«Вода фактически меняет структуру твердая поверхность », - говорит Гордон Браун-младший, Доррелл Уильям Кирби Профессор Земли Наук.

В номере журнала « Science» от 12 мая , Браун, аспирант Томас П. Трейнор и сотрудники из Чикагского университета и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли представляет первую модель на атомном уровне того, что происходит, когда вода и оксид алюминия встречаются.

Сдвигающиеся атомы

Оксид алюминия состоит из атомов алюминия и кислород связаны вместе.

Но Браун и Трейнор обнаружили, что когда молекулы воды контактируют с алюминием оксид, атомы алюминия и кислорода на поверхности раздвигаются - в некоторых случаях разделяются более чем на 50 процентов по сравнению с их нормальным молекулярные позиции.

В результате при наружном слое алюминия оксид гидратируется или намокает, его

структурных изменений достаточно, чтобы стать химически инертен и поэтому не может быстро реагировать с дополнительными молекулами воды или атмосферным кислород. Это изменение молекулярной структуры - вот почему металлический оксид алюминия устойчив к коррозии.

Браун отмечает, что эти находки широко распространенные приложения для многомиллиардный катализ и полупроводники отрасли, которые обеспокоены эффектами атмосферной воды на оксидах металлов, используемых в химические катализаторы и кремниевые чипы.

Однако, добавляет он, настоящая движущая сила для в этом исследовании важную роль играет гидратированный поверхности оксидов металлов в почвах и отложениях играют в удалении токсичных металлов, таких как свинец, ртуть, хром, мышьяк и селен из загрязненных грунтовые воды.

«Понимание молекулярной структуры поверхности частиц, с которыми эти металлы реагировать необходимо для определения того, как эффективно они удалены из окружающей среде, и, следовательно, насколько они доступны для организмы, включая человека.

"Теперь у нас впервые есть фотография молекулярной структуры одного из этих поверхности и лучшее представление о том, что контролирует его реакция с загрязнителями окружающей среды », Браун заключает.

Провести анализ поверхности гидратированный оксид алюминия, исследователи использовали самый мощный синхротронный источник рентгеновского излучения в U.S. - Усовершенствованный источник фотонов, расположенный в Аргоннская национальная лаборатория в Иллинойсе.

«Нашему исследованию потребовались самые яркие доступен источник синхротронного рентгеновского излучения ", - говорится в сообщении. Коричневый. "Самый большой сюрприз в том, что мы мог бы сделать это вообще ».

Остальные соавторы статьи 12 May Science Питер Дж. Энг, Мэтью Ньювилл, Стивен Р. Саттон и Марк Л.Реки с Университетом Чикагский консорциум по передовой радиации Источники; и Гленн А. Уэйчунас из организации "Лоуренс" Национальная лаборатория Беркли.

-30-

Марк Шварц

Сравнение химической стабильности и коррозионной стойкости пленок оксидов металлов группы IV, образованных термическим и плазменным осаждением атомных слоев

Состав, морфология и структура

Химический состав всех образцов TALD и PEALD на Si после осаждения был исследован с помощью XPS , как видно на рис.1. Сильные дублетные пики Ti 2p (a), Zr 3d (b) и Hf 4f (c) с соответствующей энергией расщепления 5,7, 2,4 и 1,7 эВ, а также сильные O 1s сигнал при 529,83 эВ (d, показаны только TALD и PEALD HfO 2 ) подтверждает образование пленок TiO 2 , ZrO 2 и HfO 2 с помощью TALD и PEALD. Здесь слабый пик O 1s при 531,73 эВ может происходить из-за поверхностного адсорбционного кислорода пленок HfO 2 .

Рисунок 1

Узкое сканирование Ti 2p , Zr 3d и Hf 4f XPS-спектры TALD и PEALD после осаждения TALD и PEALD ( a ) TiO 2 , ( b ) ZrO 2 и ( c ) HfO 2 пленки на Si. ( d ) Типичные XPS-спектры O 1s XPS после осаждения пленок TALD и PEALD HfO 2 на Si.

После отжига при 600 ° C не наблюдается явного изменения РФЭС-спектров пленок ZrO 2 и HfO 2 на Si.Однако обнаружено, что после термообработки 450 ° C и 900 ° C сигнал Si 2p появляется на поверхности пленок TiO 2 / Si. На рис. 2 (а) представлены Si 2p-XPS-спектры с узким сканированием на поверхности отожженных пленок TALD- и PEALD-TiO 2 после осаждения при 450 и 900 ° C. На поверхности осажденных образцов TALD и PEALD сигнал Si 2p не обнаруживается. После отжига при 450 ° C на обоих образцах наблюдаются пики Si 2p при 101,98 эВ, связанные с химической связью Ti-O-Si. При дальнейшем повышении температуры отжига до 900 ° C пики Si 2p смещаются в сторону более высокой энергии связи 102.48 эВ, что указывает на то, что больше Si от подложки диффундирует на поверхность пленки TiO 2 и производит больше силиката Ti 23,24 .

Рис. 2

( a ) Si 2p-XPS-спектры узкого сканирования после осаждения при 200 ° C, 450 ° C и 900 ° C отожженных пленок TALD и PEALD TiO 2 на поверхности Si. Профили глубины XPS для ( b ) после осаждения при 200 ° C, ( c ) 450 ° C и ( d ) 900 ° C отожженных пленок TALD-TiO 2 на Si с использованием ионов Ar + травление.

Данные по составу XPS подтверждают, что атомное соотношение Si: Ti на поверхности пленки составляет 0,25: 1,00 при 450 ° C и 0,31: 1,00 при 900 ° C для образцов TALD, а на поверхности образцов PEALD атомное соотношение Si : Ti составляет 0,28: 1,00 при 450 ° C и 0,55: 1,00 при 900 ° C, соответственно. Содержание элемента Si на поверхности отожженных пленок TiO 2 довольно велико, поэтому анализ глубины XPS на отожженных пленках TALD TiO 2 после осаждения при 450 и 900 ° C проводился с помощью 1000 эВ Ar . Распыление ионов + для выяснения источника Si, как показано на рис.2 (б – г). Атомное процентное содержание различных элементов регистрировалось каждые 60 с, а скорость травления составляла около 0,56 Å / с. Сигнал Si практически отсутствует для поверхности пленки TiO 2 после осаждения, но на отожженной поверхности пленки TiO 2 отчетливо можно наблюдать ~ 5 ат.% Si. После первого процесса травления содержание Si резко уменьшается до нуля с увеличением содержания Ti и O, соотношение которых составляет 1,8 ~ 2,1, что в основном согласуется со стехиометрическим TiO 2 . Когда доходит до 420 с, Si начинает появляться и постепенно увеличивается, а содержание Ti и O становится низким.Межфазный диффузионный слой (TiO 2 ) m (SiO 2 ) n образуется между пленками TiO 2 и подложкой Si, поскольку пленка TiO 2 термодинамически нестабильна на подложке Si, которая легко диффундирует. в пленку и вступает в реакцию с TiO 2 во время термической обработки, в результате чего образуется силикат Ti 25,26 . Кроме того, с повышением температуры отжига толщина межфазного диффузионного слоя становится больше, что можно проверить с помощью следующего измерения толщины.

FTIR-спектры также использовались для получения информации о химических группах TALD-образцов до и после термического отжига, как показано на рис. 3. Образец после осаждения показывает связь Ti-O при 614 см -1 с Ti-Cl связь на 811 см -1 , связь C-Cl на 739 см -1 и связь C-OH на 1108 см -1 , что указывает на остаток хлора в пленке от предшественника TiCl 4 и поверхностное загрязнение органическим углеродом из-за более низкой температуры осаждения 200 ° C.Помимо связи Ti-O, пленки TiO 2 , отожженные при 450 ° C и 900 ° C, по-прежнему демонстрируют моды Ti-O-Si и Si-O 1024 см −1 и 1148 см −1 с исчезновением связей Ti-Cl, C-Cl и C-OH, подтверждая диффузию элемента Si в пленки и удаление остатка Cl и органического компонента после высокотемпературного отжига.

Рис. 3

FTIR-спектры отожженных пленок TALD TiO 2 после осаждения при 200 °, 450 ° C и 900 ° C.

СЭМ и АСМ были проведены для характеристики морфологии поверхности пленки.Кроме того, толщину пленки можно определить с помощью спектроскопической эллипсометрии и изображений поперечного сечения, полученных с помощью СЭМ. Толщины осажденных и отожженных пленок TALD и PEALD TiO 2 , ZrO 2 и HfO 2 , полученные методом спектроскопической эллипсометрии до химического испытания, приведены в таблице 1. Очевидно, пленки ZrO 2 и HfO 2 становятся разжижается после отжига, что можно объяснить удалением кислородных вакансий и уплотнением пленок. Однако пленки TiO 2 становятся толще после термической обработки, особенно для образцов с температурой 900 ° C с заметным увеличением толщины.Этот результат также подтверждается изображениями поперечного сечения пленок TALD TiO 2 на подложке Si, полученными методом FESEM, как показано на рис. 4.

Таблица 1 Толщина осажденного и отожженного TiO 2 , ZrO 2 и Пленки HfO 2 , полученные методами TALD и PEALD методом спектроскопической эллипсометрии. Рис. 4

Изображения поперечного сечения пленок TALD TiO 2 перед химическим тестом, полученные методом FESEM. ( a ) после осаждения при 200 ° C. ( b ) Отжиг при 450 ° C.( c ) 900 ° C отжиг.

Рис. 5 представляет собой АСМ изображения осажденных и отожженных пленок TALD и PEALD TiO 2 . Благодаря преимуществу технологии ALD, однородности большой площади, пленки после осаждения при температуре 200 ° C и отожженные пленки при 450 ° C имеют небольшую шероховатость со среднеквадратичным значением 0,2 нм, особенно для образцов, сформированных методом TALD. Из рис. 5 (c, f) видно, что после 3-часового постотжига при 900 ° C в атмосфере N 2 морфология поверхности пленок TALD- и PEALD-TiO 2 сильно изменилась с ростом мелких частиц. и сбор, шероховатость поверхности увеличилась до 1.8 нм и 3,1 нм соответственно. Обычно термическая обработка при высокой температуре может увеличить размер зерна в пленках, что приведет к лучшей кристалличности. Дальнейшее обсуждение структуры образцов будет проводиться в соответствии с данными XRD и XPS.

Рис. 5

АСМ-изображения осажденных и отожженных пленок TALD и PEALD TiO 2 . TALD: ( a ) после осаждения при 200 ° C, ( b ) отжиг при 450 ° C и ( c ) отжиг при 900 ° C; PEALD: ( d ) после осаждения при 200 ° C, ( e ) отжиг при 450 ° C и ( f ) отжиг при 900 ° C.

Аналогичным образом, АСМ-изображения осажденных и отожженных пленок TALD ZrO 2 и HfO 2 представлены на рис. 6. После отжига при 600 ° C пленки ZrO 2 имеют относительно плоские поверхности (RMS: 1,42). нм) без легко распознаваемых зерен, что свидетельствует о плохой кристалличности. Паттерн GIXRD на рис. 7 (b) также подтверждает это. В то время как отожженные при 600 ° C пленки HfO 2 содержат довольно много частиц размером 20 ~ 30 нм с улучшенным среднеквадратичным значением 2,56 нм. Результат XRD на рис. 7 (c) показывает, что образовалась стабильная моноклинная фаза HfO 2 .

Рис. 6

АСМ-изображения осажденных и отожженных пленок TALD ZrO 2 и HfO 2 . ( a , c ) As, осажденные при 250 ° C; ( b , d ) Отжиг при 600 ° C.

Рис. 7

Образцы GIXRD после осаждения и отжига ультратонких пленок TALD TiO 2 , ZrO 2 и HfO 2 .

Из-за меньшей толщины пленок оксидов металлов, нанесенных методом ALD, для фазового анализа был введен GIXRD с помощью синхротронного излучения.На рис. 7 показаны диаграммы GIXRD для ультратонких пленок TALD TiO 2, ZrO 2 и HfO 2 после осаждения и отжига. Осажденные образцы TiO 2 при 200 ° C на рис. 7 (а) являются аморфными без каких-либо дифракционных пиков. Образцы, отожженные при 450 ° C, показывают относительно более сильный (101) пик при 25,2 ° и слабые пики (004), (200), (105) и (211), которые могут быть отнесены к фазе анатаза. Кроме того, широкий пик при 27,5 ° соответствует слабой фазе рутила. Таким образом, смесь основных фаз анатаза и легкого рутила существует в пленках TiO 2 при 450 ° C.Тем не менее, после отжига при 900 ° C кристалличность пленки TiO 2 ухудшается, что подтверждается уменьшением интенсивности пика (101) и исчезновением некоторых слабых пиков. Сообщалось, что TiO 2 образует фазу анатаза при термической обработке при температуре от 300 до 500 ° C, а затем превращается в структуру рутила при отжиге при температуре выше 800 ° C 27 . Здесь очевидное фазовое несоответствие можно объяснить сильной диффузией Si между ультратонкими пленками TiO 2 и подложкой Si, что приводит к межфазному диффузионному слою и плохой кристалличности TiO 2 .Между тем, пленки TiO 2 , легированные кремнием, также предотвращают превращение анатаза в рутиловую фазу. Результаты XRD хорошо согласуются с упомянутыми выше анализами XPS и FTIR.

Сравнивая GIXRD-картины пленок ZrO 2 и HfO 2 после 10-минутного RTA 600 ° C (рис. 7 (b, c)), очевидно, что пленки HfO 2 изменились с аморфной на моноклинную фазу с резким пики. Расчетный размер зерна составляет 23,3 нм по уравнению Шерера, что согласуется с наблюдениями АСМ.Хотя при тех же условиях отжига, кристалличность пленок ZrO 2 не так хороша, как у HfO 2 , а слабый и широкий пик диффузии при 30,5 ° указывает на тенденцию кристалличности.

Химическая стабильность в химических жидких средах

Для изучения антикоррозионных свойств оксидов металлов IV группы мы погрузили подмножество осажденных и отожженных образцов TALD и PEALD в различные химические жидкие среды с диапазоном значений pH, включая кислотные. растворы (1 моль / л H 2 SO 4 , 1 моль / л HCl), щелочной раствор (1 моль / л KOH) и нейтральные растворы (1 моль / л KCl, 18 МОм чистой воды).Толщина пленки определялась с помощью спектроскопической эллипсометрии через определенные промежутки времени. На рисунке 8 показана зависимость изменения толщины от времени погружения для всех пленок TALD / PEALD-TiO 2 после осаждения и после отжига в различных химических средах, чтобы оценить влияние метода отжига и осаждения на стойкость TiO к травлению. 2 фильмов.

Рисунок 8

Изменение толщины в зависимости от времени погружения для всех пленок TALD / PEALD TiO после осаждения и после отжига в различных химических жидких средах: ( a ) 1 моль / л · H 2 SO 4 , ( b ) 1 моль / л HCl, ( c ) 1 моль / л KOH, ( d ) 1 моль / л KCl и ( e ) 18 МОм вода.

С точки зрения изменения толщины пленки тонкие пленки TiO 2 в щелочных и нейтральных растворах 1 моль / л KOH и 1 моль / л KCl очень стабильны, и толщина пленки практически не изменилась, даже если -осажденные при 200 ° C без пост-отжига, как показано на рис. 8 (c, d). На рис. 8 (e), после осаждения и отожженных при 450 ° C образцов TiO 2 в воде 18 МОм наблюдается небольшое увеличение толщины из-за роли гидратации; после 900 ° C после отжига толщина пленки остается постоянной.

Однако осажденные тонкие пленки TiO 2 нестабильны в кислых растворах с медленным растворением во время погружения, что приводит к визуальному изменению цвета отражения пленок. Скорости травления в 1 моль / л H 2 SO 4 и 1 моль / л HCl на рис. 8 (a, b) приведены в таблице 2.

Таблица 2 Скорости травления TALD- и PEALD-TiO 2 пленок в 1 моль / л H 2 SO 4 и 1 моль / л HCl.

Очевидно, водный раствор H 2 SO 4 более коррозионный по отношению к осажденным пленкам TiO 2 , чем раствор HCl при той же молярной концентрации, поскольку серная кислота является бинарной сильной кислотой, которая может ионизировать вдвое больше H + соляной кислоты однократной.Более того, скорость травления образцов PEALD после осаждения в кислоте падает примерно на 41% по сравнению с образцами TALD после осаждения, что можно отнести к тому факту, что образцы, полученные из PEALD, имеют повышенную плотность пленки и более низкую концентрацию примесей из-за O 2 более высокая поверхностная реактивность плазмы, чем только процесс с тепловой энергией 28 .

После отжига при 450 ° C и 900 ° C в течение 3 часов химическая стабильность ультратонких пленок TALD и PEALD TiO 2 на Si значительно улучшилась при почти неизменной толщине в сильнокислых растворах в течение 20-дневного периода испытаний (рис.8 (а, б). Как описано выше на рис. 2 и 7 (а), результаты РФЭС и РФА подтверждают, что более длительный отжиг при 450 ° C и 900 ° C в течение 3 часов вызывает диффузию Si в пленки TiO 2 с образованием аморфного Ti- силикат, содержащий частичный кристаллический анатаз TiO 2 основной фазы. Аморфный силикат Ti и кристаллический TiO 2 демонстрируют лучшие характеристики защиты от кислотной коррозии, чем аморфный TiO 2 . В частности, формирование ультратонких слоев TiO 2 , легированных 5% Si, на поверхности образцов на рис.2 (c, d) также играет важную роль в повышении кислотостойкости.

Зависимость изменения толщины от времени погружения для всех пленок TALD / PEALD-ZrO 2 после осаждения и после отжига в различных химических средах показана на рис. 9. За исключением пленок TALD ZrO 2 после осаждения, растворение в 1 моль / л HCl со скоростью травления 1,06 нм / день все другие образцы ZrO 2 демонстрируют лучшую стабильность в различных водных средах в течение всего 20-дневного испытания, включая отожженные образцы TALD и все образцы PEALD.При этом влияние PEALD гораздо более значимо без какого-либо травления, чем в случае TiO 2 плазма O 2 содержит больше реакционноспособных радикалов и ионных частиц, что способствует росту устойчивых к коррозии пленок ZrO 2 . Между тем отжиг при высокой температуре может удалить остаточные примеси в пленках, что приведет к тенденции к уплотнению и кристаллизации пленок ZrO 2 . Это оказывает положительное влияние на улучшение антикоррозионных свойств пленок ZrO 2 , как показано на рис.9 (б).

Рис. 9

Изменение толщины в зависимости от времени для всех пленок TALD / PEALD-ZrO после осаждения при 250 ° C и отожженных при 600 ° C TALD / PEALD-ZrO 2 в различных химических жидких средах: ( a ) 1 моль / лГ 2 SO 4 , ( b ) 1 моль / л HCl, ( c ) 1 моль / л КОН и ( d ) 18 МОм вода.

На рисунке 10 показаны характеристики защиты от травления всех пленок TALD и PEALD HfO 2 в различных химических жидких средах. Среди трех видов оксидов металлов IV группы пленки HfO 2 могут быть лучшим кандидатом в качестве барьерного слоя в щелочных средах, потому что после длительного погружения в любые кислые, щелочные и нейтральные растворы все образцы HfO 2 показывают Незначительное изменение толщины, независимо от TALD и PEALD или до и после отжига.Итак, мы выбрали пленки HfO 2 в качестве одного кандидата для дальнейшего изучения коррозионной стойкости с помощью электрохимических измерений.

Рисунок 10

Изменение толщины в зависимости от времени для всех 250 ° C после осаждения, 600 ° C-отожженных пленок TALD / PEALD-HfO 2 пленок в различных химических жидких средах: ( a ) 1 моль / лГ 2 SO 4 , ( b ) 1 моль / л HCl, ( c ) 1 моль / л КОН и ( d ) 18 МОм вода.

Электрохимический результат

Мы нанесли 300 циклов пленки HfO 2 (толщиной ~ 36 нм) на нержавеющую сталь 304 (304 SS) с помощью TALD и PEALD.Сообщалось, что антикоррозионные свойства тонких пленок ALD Al 2 O 3 на стали могут быть улучшены с помощью предварительной плазменной обработки H 2 –Ar 29 . В нашем эксперименте нержавеющая сталь 304 обрабатывалась in situ 50 с плазменным импульсом H 2 -Ar перед осаждением HfO 2 , чтобы изучить эффект предварительной обработки H 2 .

Поляризационные кривые и графики Боде для данных EIS, измеренных на OCP для чистой и покрытой нержавеющей стали 304 SS в 1 моль / л KCl, показаны на рис.11. На поляризационных кривых каждого образца можно наблюдать только пик потенциала коррозии, что указывает на то, что покрывающие пленки HfO 2 электрохимически инертны 30 . По сравнению с 304 SS без покрытия, потенциал коррозии (E corr ) нержавеющей стали 304 SS с покрытием TALD и PEALD-HfO 2 с предварительной обработкой плазмой H 2 и без нее смещается в сторону более отрицательного потенциала, что приводит к повышению коррозионной стойкости . Плотность тока коррозии (I corr ) является еще одним ключевым фактором для оценки кинетики реакции коррозии, которая обычно пропорциональна скорости коррозии и может быть получена с помощью анализа соответствия Тафеля 16,31 .Кроме того, поляризационное сопротивление (R p ) и пористость (P) рассчитаны и представлены в таблице 3 с использованием уравнений 1 и 2.

Рисунок 11

( a ) Кривые поляризации и ( b ) графики Боде. из необработанной нержавейки 304 без покрытия и TALD- и PEALD-HfO 2 Нержавеющая сталь 304 с покрытием с предварительной обработкой плазмой H 2 и без нее.

Таблица 3 Параметры, относящиеся к поляризационным кривым на рис. 11 (a) для необработанной нержавеющей стали 304 SS и TALD- и PEALD-HfO 2 с покрытием 304 SS с предварительной обработкой плазмой H 2 и без нее.

Покрытия HfO 2 приводят к заметному снижению плотности тока коррозии (I corr ) с 1,09 × 10 −7 A / см 2 для чистой нержавеющей стали 304 до ~ 10 −10 A / см 2 с падением на три порядка. Соответственно, сопротивление поляризации (R p ) увеличивается на три порядка. Пористость (P) представляет собой номинальную долю непокрытой поверхности подложки из нержавеющей стали 304 SS, основанную на соотношении поляризационного сопротивления без покрытия HfO 2 и с ним.Чем меньше пористость (P), тем выше коррозионная стойкость. Среди всех образцов PEALD-HfO 2 с покрытием 304 SS с предварительной плазменной обработкой H 2 демонстрирует наиболее обнадеживающие антикоррозионные свойства с самым отрицательным потенциалом -0,48 В, самой низкой плотностью тока коррозии 5,25 × 10 -11 А. / см 2 , наибольшее сопротивление поляризации 3,43 × 10 8 Ом · см 2 и наименьшая пористость 0,01. Это можно приписать комбинированной роли предварительной обработки плазмы H 2 и высокой активности плазмы O 2 во время PEALD.Удаление органических загрязнений и улучшение адгезии к нержавеющей стали 304, вызванное предварительной обработкой плазмой H 2 , способствует улучшению антикоррозионных свойств 29 .

Спектры электрохимического импеданса (графики Боде) различных образцов представлены на рис. 11 (б). Свойства покрытия HfO 2 оцениваются от низкой частоты до высокой частоты.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *