Основные законы роста пленок при химической коррозии. Линейный, логарифмический или параболический закон роста оксидных пленок. Рациональное конструирование, ингибирование и легирование. Выбор метода и электрохимические способы защиты от коррозии.
Аннотация к работе
Результатом процесса является «коррозионный эффект», ухудшающий функциональные характеристики металла оборудования, среды и технических систем, расценивающийся как «эффект повреждения» или «коррозионная порча». Очевидно, что экономические потери, связанные с коррозией металлов, определяются не столько стоимостью прокорродировавшего металла, сколько стоимостью ремонтных работ, убытками за счет временного прекращения функционирования инженерных систем, затратами на предотвращение аварий, в некоторых случаях абсолютно недопустимых с точки зрения экологической безопасности. Оценки затрат, связанных с коррозией (по данным зарубежных источников) приводят к выводу, что общие годовые расходы на борьбу с последствиями коррозии составляют 1,5-2% валового национального продукта.Рассмотрим законы роста оксидных пленок на металлах. Процесс образования оксидной пленки состоит из нескольких стадий: 1. Превращение хемосорбированной пленки в состояние оксида металла. При этом образуется первичная тончайшая пленка оксида металла. Некоторые из перечисленных стадий могут протекать последовательно (например, стадии 1 - 5), а другие - одновременно (например, стадии 7 - 9).Если образующаяся оксидная пленка имеет большое количество пор, то она не препятствует доступу окислителя к поверхности металла. В этом случае самой медленной стадией является стадия химической реакции металла и окислителя, т.е. наблюдается кинетический контроль процесса роста оксидной пленки. В дифференциальной форме скорость образования пористой оксидной пленки описывается уравнением dh / dt = KCC, где h - толщина оксидной пленки;Замедленные стадии диффузии наблюдаются, если образуется сплошная пленка оксида металла. Согласно Пиллингу, Бедворсу и Францевичу, сплошная пленка оксида металла, обладающая хорошими защитными свойствами, растет, если отношение молекулярного объема оксида к атомарному объему металла находится в пределах от 1 до 2,5. При замедленной диффузии окислителя, когда ее скорость значительно меньше скорости химической реакции, концентрация окислителя на внутренней поверхности оксида металла равна нулю и скорость образования оксида может быть описана дифференциальным уравнением: dh / dt = КДС0 / h, где кд - коэффициент диффузии окислителя в оксиде; Разделив переменные и взяв определенный интеграл (при t = 0, h = 0), получим выражение h2 = 2кд C0 t, называемое параболическим законом роста оксидных пленок. В последнем случае рост оксида металла происходит внутри пленки оксида, причем граница роста непрерывно перемещается в соответствии с соотношением коэффициентов диффузии ионов металла и окислителя.После установления стационарного режима окисления скорости стадий 7, 9 и 10 выравниваются: KCC = кд (C0 - С) / h. Из этого уравнения алгебраическим путем можно найти значение концентрации окислителя на границе раздела металлоксид металла: С = КДС0 / (кд kc h). Закон роста оксидных пленок на металлах при кинетическом контроле процесса может быть представлен и степенным уравнением: hn = kt.Рост сплошных тонких пленок на меди, тантале, алюминии, железе и никеле при низких температурах и давлении кислорода сопровождается значительно большим самоторможением процесса, чем это следует из параболического закона роста сплошных оксидных пленок на металлах. Хауффе и Ильшнер предложили использовать представления о туннельном механизме переноса электронов в тонких пленках (до 5 нм), согласно которым число электронов N с массой m и кинетической энергией Е = 1/2MV 2, способных проникнуть сквозь энергетический барьер высотой U и шириной h, равно h Так как скорость образования тонкой оксидной пленки пропорциональна числу электронов, проникающих путем туннельного эффекта, то уравнение для ее расчета в дифференциальной форме принимает вид k h m U E dt При окислении многих металлов наблюдается смена лимитирующей стадии процесса роста оксидной пленки в зависимости от парциального давления кислорода и температуры. Например, на латунях с содержанием цинка до 14 % образуется слои смешанного оксида меди и цинка с содержанием цинка и меди в нем пропорциональным содержанию этих металлов в сплаве, а на латунях с содержанием цинка более 20 % растет защитная пленка, состоящая только из оксида цинка.На первой стадии между поверхностными атомами и кислородом возникает ионная связь: атом кислорода забирает у металла два электрона. При этом возникает очень сильная связь, намного сильнее, чем связь кислорода с металлом в окисле. После полного насыщения поверхности окислителем, что происходит почти мгновенно, при низких температурах за счет ванн-дер-вальсовых сил может наблюдаться и физическая адсорбция молекул окислителя. На второй стадии, изза химического взаимодействия, окислительный компонент среды отнимает у металла валентные электроны и с ним же реагирует, образуя продукт коррозии.
План
Содержание
Введение
1. Основные законы роста пленок при химической коррозии
1.1 Линейный закон роста оксидных пленок
1.2 Параболический закон роста оксидных пленок
1.3 Степенной закон роста оксидных пленок
1.4 Логарифмический закон роста оксидных пленок
2. Защитные свойства пленок при химической коррозии
3. Рациональное конструирование, метод защиты от коррозии