التحضير والخواص الكيميائية للمعادن. تآكل. الخواص الكيميائية للمعادن نتائج التعلم المخطط لها

تآكل المعادن(التآكل - التآكل) هو تفاعل فيزيائي وكيميائي للمعادن والسبائك مع البيئة، ونتيجة لذلك تفقد خصائصها. يعتمد التآكل على التفاعل عند حدود الطور بين المادة والبيئة: 3Fe+2O2=Fe3O4.

حسب ظروف حدوثه ينقسم التآكل إلى: 1) الاتصال؛ 2) فتحة؛ 3) على طول خط الماء. 4) في مناطق البداية؛ 5) في مناطق الترطيب المتغير. 6) المضي قدما من خلال تكثيف الأبخرة الحمضية. 7) الإشعاع. 8) تحدث أثناء نقل الحرارة. 9) تتشكل بواسطة التيارات الشاردة.

أنواع التآكل:

التآكل الكيميائي أو الغازي (يتم تدمير المعادن والسبائك عن طريق التفاعل مع الأكسجين والهيدروجين والغازات الأخرى في غياب الرطوبة).

التآكل الكهروكيميائي (حدوث تلامس معدن أو سبيكة في محلول إلكتروليت).

التآكل الكيميائي. ويمثلها عمليات أكسدة المعادن وتقليل عامل التآكل (غالبًا الأكسجين): 2Me + O2 = 2MeO.

يلعب تآكل الغاز دورًا مهمًا - تآكل المعادن عند درجات حرارة عالية في الغازات الجافة (منتجات احتراق الوقود، إلخ).

العوامل المؤثرة على معدل تآكل الغاز:

1) طبيعة المعدن (السبيكة)؛

2) تكوين بيئة الغاز.

3) الخواص الميكانيكية لمنتجات التآكل الناتجة (أفلام الأكسيد)؛

4) درجة الحرارة.

التآكل الكهروكيميائيوالأكثر شيوعًا، أنها تشمل عمليات أكسدة المعادن واختزال عامل التآكل، والتي تحدث بشكل منفصل في بيئة المنحل بالكهرباء (محاليل الأملاح والأحماض والتربة وما إلى ذلك).

مسار التآكل الكهروكيميائي هو مزيج من تفاعلين مترافقين: التفاعل الأنودي (الأكسدة) Me = Mez+ + ze- والتفاعل الكاثودي (الاختزال) D + ze-+ (Dze-)، حيث د– مزيل الاستقطاب (المؤكسد) الذي يربط إلكترونات المعدن (الأكسجين وأيونات الهيدروجين وبعض المعادن).

عملية صدأ الحديد: 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe2++ 4OH-.

في الفولاذ الكربوني، غالبًا ما تظهر العناصر الجلفانية ذات الكاثود والأنود. يحدث هذا بسبب تمايز الأسطح الفولاذية إلى مناطق ذات إمكانات إلكترونية مختلفة.

ينقسم التآكل الكهروكيميائي حسب البيئة المسببة للتآكل إلى:

1) الغلاف الجوي. 2) التربة. 3) الميكروبيولوجية. 4) السائل.

تعتمد شدة التآكل على التركيب الكيميائي للمعدن (سبائكه)، ومحتوى الشوائب وعامل الأكسدة نفسه، وتركيزه، ورطوبة الهواء.

50. حماية المعادن من التآكل

تعتمد حماية المعادن والسبائك من التآكل في البيئات العدوانية على:

1) زيادة مقاومة التآكل للمادة نفسها؛ 2) الحد من عدوانية البيئة. 3) منع ملامسة المادة للبيئة باستخدام طبقة عازلة؛ 4) تنظيم إمكانات القطب للمنتج المحمي في بيئة معينة.

هناك طرق تستخدم للحماية من التآكل الجلفاني:

1) استخدام السبائك المقاومة كيميائيا؛ 2) حماية سطح المعدن أو السبائك بالطلاء؛ 3) الحد من نشاط البيئة المسببة للتآكل. 4) الطرق الكهروكيميائية.

السبائك الأكثر مقاومة كيميائيًا هي الفولاذ المقاوم للصدأ (13% كروم) والفولاذ المقاوم للأحماض (18% كروم، 8-10% نيكل).

لطلاء المعادن، يتم استخدام أنواع مختلفة من الطلاءات - الطلاءات المعدنية وغير المعدنية التي تتشكل أثناء المعالجة الكهروكيميائية والكيميائية لسطح المعادن. الطلاءات المعدنية– الكروم والنيكل والزنك والكادميوم والألومنيوم والقصدير وغيرها. ويتم تطبيقها باستخدام طرق الطلاء الكهربائي.

الطلاءات غير المعدنية– الورنيش والدهانات والمينا وراتنجات الفينول فورمالدهايد وغيرها.

الطلاءات الناتجة عن معالجة المعادن- أفلام الأكسيد أو الملح (أكسدة الألومنيوم).

تعتبر طريقة تقليل عدوانية البيئة أكثر فاعلية بالنسبة للمنتجات المستخدمة بكميات صغيرة من السائل. أكثر الوسائط العدوانية شيوعًا هي الماء والمحاليل المائية للقلويات والأحماض والتربة والغلاف الجوي. تعتمد عدوانية البيئات المائية على تركيز الأكسجين المذاب وثاني أكسيد الكربون. فيزيائياً، يمكن إزالة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون عن طريق تسخين الماء تحت ضغط منخفض، أو كيميائياً عن طريق تمريره عبر طبقة من الفولاذ أو برادة الحديد، أو عن طريق معالجته بعامل اختزال. تتم أيضًا إزالة عدوانية البيئات المائية باستخدام مثبطات التآكل. مثبطات انوديك– الهيدروكسيد والكربونات والفوسفات والنتريت وبنزوات الصوديوم. مثبطات الكاثود– كبريتات الزنك، بيكربونات الصوديوم.

يتم تحقيق أفضل تأثير بالاشتراك مع مثبطات الكاثودية. تستخدم المثبطات العضوية في البيئات الحمضية. هناك مثبطات - تقوم بنقل المعدن إلى حالة سلبية (المؤكسدات من نوع البيروكسيد، مركبات المعادن النبيلة).

تعتمد عدوانية الجو على رطوبته ومساحته (الصناعية والريفية وغيرها). يعتمد تأثير الغلاف الجوي على استرطابية منتجات التآكل المعدني وجزيئات الغبار على السطح. يتم تقليل استرطابية منتجات تآكل الفولاذ عن طريق صناعة السبائك بالنحاس بكميات صغيرة. يتم تحديد عدوانية التربة للتآكل من خلال محتوى الأكسجين والرطوبة والتوصيل الكهربائي ودرجة الحموضة.

يُطلق على التآكل عادةً اسم التدمير التلقائي للمعادن نتيجة تفاعلها الكيميائي والكهروكيميائي مع البيئة الخارجية وتحولها إلى مركبات مستقرة (أكاسيد وهيدروكسيدات وأملاح).

بالمعنى الدقيق للكلمة، التآكل عبارة عن مجموعة من عمليات الأكسدة والاختزال التي تحدث عندما تتلامس المعادن مع بيئة عدوانية، مما يؤدي إلى تدمير المنتجات المعدنية. نقصد بالبيئة العدوانية الغلاف الجوي الأكسيد (وجود الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض يجعله أكسيدًا)، خاصة في وجود الماء أو محاليل الإلكتروليت.

واستنادا إلى آلية العملية، يتم التمييز بين التآكل الكيميائي والكهروكيميائي للمعادن. التآكل الكيميائي هو تفاعل كيميائي شائع بين ذرات المعدن والعوامل المؤكسدة المختلفة. ومن أمثلة التآكل الكيميائي أكسدة المعادن بالأكسجين عند درجة حرارة عالية، وأكسدة سطح الألومنيوم في الهواء، وتفاعل المعادن مع الكلور والكبريت وكبريتيد الهيدروجين.ح2س، الخ.

يحدث التآكل الكهروكيميائي في المحاليل، أي بشكل رئيسي عندما تتلامس المعادن مع محاليل الإلكتروليت، خاصة في الحالات التي تتلامس فيها المعادن مع معادن أقل نشاطًا. ويعتمد معدل التآكل بشكل كبير على نشاط المعادن، وكذلك على تركيز وطبيعة الشوائب في الماء. في الماء النقي، لا تتآكل المعادن تقريبًا، وعند ملامستها للمعادن الأكثر نشاطًا، حتى في المحاليل الإلكتروليتية، فإنها لا تتآكل.

سبب تآكل المعادن

توجد العديد من المعادن، بما في ذلك الحديد، في القشرة الأرضية على شكل أكاسيد. يعد الانتقال من المعدن إلى الأكسيد عملية مواتية للطاقة، وبعبارة أخرى، الأكاسيد هي مركبات أكثر استقرارا من المعادن. من أجل عكس العملية واستخراج المعدن من الخام، من الضروري إنفاق الكثير من الطاقة، لذلك يميل الحديد إلى العودة إلى أكسيد - كما يقولون، يصدأ الحديد. الصدأ هو مصطلح للتآكل، وهو عملية أكسدة المعادن تحت تأثير البيئة.

يمكن تصوير دورة المعادن في الطبيعة باستخدام الرسم البياني التالي:

تصدأ المنتجات المعدنية لأن الفولاذ الذي تصنع منه يتفاعل مع الأكسجين والماء الموجود في الغلاف الجوي. أثناء تآكل الحديد أو الفولاذ، تتشكل أشكال رطبة من أكسيد الحديديوم (III) بتركيبات مختلفة(الحديد 2 يا 3 ∙ س ح 2 يا). الأكسيد نافذ للهواء والماء ولا يشكل طبقة واقية على سطح المعدن. لذلك، يستمر تآكل المعدن تحت طبقة الصدأ المتكونة.

عندما تتلامس المعادن مع الهواء الرطب، فإنها تكون دائمًا عرضة للتآكل، ولكن هناك عوامل كثيرة تؤثر على معدل الصدأ. ومنها ما يلي: وجود شوائب في المعدن؛ وجود الأحماض أو الشوارد الأخرى في المحاليل التي تتلامس مع سطح الحديد؛ الأكسجين الموجود في هذه المحاليل.

آلية التآكل الكهروكيميائي للسطح المعدني

في معظم الحالات، يكون التآكل عملية كهروكيميائية. تتشكل الخلايا الكهروكيميائية على سطح المعدن، حيث تعمل مناطق مختلفة كمناطق أكسدة ومناطق اختزال.

فيما يلي تفاعلان لعملية الصدأ بالأكسدة والاختزال:

يمكن كتابة المعادلة الشاملة لتفاعل تآكل الحديد على النحو التالي:

من الناحية التخطيطية، يمكن تمثيل العمليات التي تحدث على سطح الحديد أو الفولاذ عند ملامسته للماء على النحو التالي:

يحدد تركيز الأكسجين المذاب في قطرة ماء المناطق الموجودة على سطح المعدن هي موقع الاختزال وأيها هي موقع الأكسدة.

عند حواف القطرة، حيث يكون تركيز الأكسجين المذاب أعلى، يتم اختزال الأكسجين إلى أيونات الهيدروكسيد.

تتحرك الإلكترونات اللازمة لاختزال الأكسجين من مركز القطرة، حيث يتم إطلاقها أثناء أكسدة الحديد وحيث يكون تركيز الأكسجين المذاب منخفضًا. تدخل أيونات الحديد في المحلول. تتحرك الإلكترونات المحررة على طول السطح المعدني حتى حواف القطرة.

ما سبق يوضح سبب شدة التآكل في مركز قطرة الماء أو تحت طبقة من الطلاء: هذه هي المناطق التي يكون فيها إمداد الأكسجين محدودًا. هنا يتشكل ما يسمى بـ "القذائف" التي يدخل فيها الحديد إلى المحلول.

ينشأ الصدأ نتيجة لسلسلة من العمليات الثانوية في محلول تنتشر فيه أيونات الحديد وأيونات الهيدروكسيد من سطح المعدن. لا تتشكل طبقة واقية على السطح.

ويعتمد نشاط تفاعل اختزال الأكسجين على حموضة البيئة، ولذلك يتسارع التآكل في البيئة الحمضية. تساهم أي شوائب ملحية، مثل كلوريد الصوديوم الموجود في رذاذ مياه البحر، في تكوين الصدأ لأنها تزيد من التوصيل الكهربائي للمياه.

قد لا يتم حل مشكلة التآكل بشكل كامل أبدًا، وأفضل ما يمكن أن نأمله هو إبطائها، وليس إيقافها.

طرق الحماية من التآكل

اليوم هناك عدة طرق لمنع التآكل.

فصل المعدن عن البيئة العدوانية - الطلاء، والتزييت بالزيوت، والطلاء بالمعادن غير النشطة أو المينا (I)، مما يجعل سطح المعادن ملامسًا للمعادن الأكثر نشاطًا (II). استخدام مثبطات التآكل (مثبطات التآكل) والسبائك المقاومة للتآكل (III).

I. إن أبسط طريقة لحماية الفولاذ من التآكل هي عزل المعدن عن الهواء الجوي. يمكن القيام بذلك باستخدام الزيت أو الشحوم أو وضع طبقة واقية من الطلاء.

تُستخدم الآن الطلاءات الواقية المصنوعة من البوليمرات العضوية على نطاق واسع. يمكن تصنيع الطلاء بألوان مختلفة وهو حل مرن إلى حد ما لمشكلة التآكل. حتى إلقاء نظرة سريعة على الأشياء التي تحيط بنا في الحياة اليومية توفر الكثير من الأمثلة على هذا الحل: ثلاجة، ومجفف أطباق، وصينية، ودراجة، وما إلى ذلك.

ثانيا. في بعض الأحيان يتم طلاء الحديد بطبقة رقيقة من معدن آخر. تقوم بعض الشركات المصنعة بتصنيع هياكل السيارات من الفولاذ المجلفن المطلي بالزنك. مع هذا العلاج، يتم تشكيل طبقة من أكسيد الزنك الملتصقة بقوة بالقاعدة، وإذا لم يتضرر الطلاء الجلفاني، فإنه يحمي جيدًا من الخدمة.

حتى لو كان هذا الطلاء به عيوب، فإن الجسم الفولاذي للآلة لا يزال محميًا من التدمير السريع لأنه في هذا النظام يفضل الزنك أن يتآكل بدلاً من الحديد، لأن الزنك معدن أكثر تفاعلاً من الحديد. في هذه الحالة، يتم التضحية بالزنك. تم تقديم أحد أقدم المقترحات لاستخدام المعادن المضحية ("الأضاحي") في عام 1824 لحماية الطلاء المعدني لهياكل القوارب البحرية من التآكل.

اليوم، تُستخدم كتل الزنك لحماية منصات النفط البحرية من التآكل: حيث يتم نقل التآكل الناتج عن الهياكل الفولاذية المعقدة باهظة الثمن إلى قطع معدنية يسهل استبدالها. ما هو مبدأ هذه الحماية؟ دعونا نوضح ذلك باستخدام الرسم التخطيطي.

على فترات معينة على طول الدعم بأكمله الموجود في البحر، يتم إرفاق كتل الزنك. نظرًا لأن الزنك أكثر نشاطًا من الحديد (الموجود على اليسار في سلسلة الجهد الكهروكيميائي)، فإن الزنك يتأكسد في الغالب، ويظل سطح الحديد في الغالب دون مساس. من حيث المبدأ، يمكن استخدام أي معدن يقع على يسار الحديد في سلسلة الجهد الكهروكيميائي لحماية منتجات الصلب.

ويستخدم مبدأ مماثل لحماية الهياكل الخرسانية المسلحة للمباني السكنية، حيث تكون جميع قضبان الحديد متصلة ببعضها البعض ومتصلة بقطعة من المغنيسيوم مدفونة في الأرض.

ثالثا. الحل الشائع جدًا لمشكلة الحماية من التآكل هو استخدام السبائك المقاومة للتآكل. يتم استخدام العديد من المنتجات الفولاذية في الحياة اليومية، وخاصة تلك التي تكون على اتصال دائم بالمياه: أدوات المطبخ، والملاعق، والشوك، والسكاكين، وحوض الغسالة، وما إلى ذلك. - مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الذي لا يحتاج إلى حماية إضافية.

تم اختراع الفولاذ الصلب في عام 1913 من قبل الكيميائي شيفيلد هاري برييرلي. لقد قام بالتحقيق في التآكل السريع لسرقة براميل البندقية وقرر تجربة الفولاذ الذي يحتوي على نسبة عالية من الكروم لمعرفة ما إذا كان من الممكن إطالة عمر السلاح بهذه الطريقة.

عادة، عند تحليل الفولاذ، يتم إذابة العينة في الحمض. واجه بريرلي، الذي أجرى مثل هذا التحليل، صعوبات غير متوقعة. ولم يذوب فولاذه الذي يحتوي على نسبة عالية من الكروم. كما لاحظ أن العينات المتبقية في المختبر احتفظت بلمعانها الأصلي. أدرك بريرلي على الفور أنه اخترع الفولاذ المقاوم للتآكل.

واجه اختراع هاري بريارلي بعض الأحكام المسبقة. اعتقد أحد كبار صانعي الأواني المعدنية في شيفيلد أن فكرة بريارلي كانت "ضد الطبيعة" وقال آخر إن "مقاومة التآكل ليست ميزة كبيرة في السكاكين التي تتطلب التنظيف بعد كل استخدام". اليوم نحن نعتبر من المسلم به أن أواني الطهي تحتفظ بلمعانها ولا تتأثر بالأحماض الموجودة في الطعام.

غير القابل للصدأ لا يتآكل الفولاذ بسبب تشكل طبقة من أكسيد الكروم (III) على سطحه. وعلى عكس الصدأ، لا يتأثر هذا الأكسيد بالماء، ويلتصق بإحكام على سطح المعدن. بسمك بضعة نانومترات فقط، يكون فيلم الأكسيد غير مرئي للعين المجردة ولا يخفي اللمعان الطبيعي للمعدن. وفي الوقت نفسه، فهو لا يمكن اختراقه للهواء والماء ويحمي المعدن. علاوة على ذلك، إذا قمت بكشط الطبقة السطحية، فسوف تتعافى بسرعة.

لسوء الحظ، الفولاذ المقاوم للصدأ باهظ الثمن، وعلينا أن نأخذ ذلك في الاعتبار عند اختيار الفولاذ الذي سنستخدمه. في التكنولوجيا الحديثة، غالبا ما يستخدم الفولاذ عالي المقاومة بالتركيبة التالية: 74% حديد، 18% كروم، 8% نيكل.

نظرًا لأن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ ليس له دائمًا ما يبرره اقتصاديًا، كما هو الحال مع استخدام الطبقات الواقية من مواد التشحيم والدهانات، فإنهم يستخدمون اليوم في كثير من الأحيان طبقة رقيقة من الزنك (الحديد المجلفن) أو القصدير (الحديد المعلب) لتغليف منتجات الحديد. غالبًا ما يستخدم هذا الأخير في صناعة الأطعمة المعلبة.

طريقة حماية الأغذية المعلبة عن طريق طلاء السطح المعدني الداخلي بالقصدير اقترحها الإنجليزي بيتر دوراند. مع هذه الحماية، تظل الأطعمة المعلبة صالحة للأكل لفترة طويلة. ولسوء الحظ، فإن صناعة الأغذية والمشروبات المعلبة لا تخلو من التحديات. تخلق المنتجات المختلفة بيئات مختلفة داخل العلبة، والتي لها تأثيرات مختلفة على المعدن ويمكن أن تسبب التآكل.

في بداية القرن العشرين، بدأ إنتاج البيرة المعلبة. ومع ذلك، فإن المنتج الجديد لم يحقق نجاحًا فوريًا، والسبب في ذلك هو تدمير البنوك من الداخل. نادرًا ما كانت الطبقة الرقيقة من القصدير المستخدمة لتغطية الجرار صلبة. في أغلب الأحيان كان لديه عيوب طفيفة. في المحلول المائي، يتأكسد الحديد بشكل أسرع من القصدير (بسبب نشاطه العالي). أيونات الحديدالحديد 2+ يذوب في البيرة (وهو علاج جيد عمومًا لفقر الدم) ويعطي المشروب طعمًا معدنيًا، بالإضافة إلى تقليل شفافيته. هذا قلل من شعبية البيرة المعلبة. ومع ذلك، تمكن المصنعون من التغلب على هذه المشكلة بعد أن بدأوا في طلاء الجزء الداخلي من العلب بورنيش عضوي خامل خاص.

تحتوي الفاكهة المعلبة على أحماض عضوية، مثل حامض الستريك. وفي المحلول، تعمل هذه الأحماض على تعزيز ارتباط أيونات القصديرسن 2+ وبالتالي زيادة معدل ذوبان طلاء القصدير، لذلك في الفواكه المعلبة (الخوخ، وما إلى ذلك) يتآكل القصدير بشكل أساسي. وأيونات القصدير التي تدخل الطعام بهذه الطريقة غير سامة. إنها لا تغير طعم الفواكه المعلبة بشكل كبير، إلا أنها تزودها بطعم جزيرة. ومع ذلك، إذا تم تخزين مثل هذه الجرة لفترة طويلة جدا، فقد تنشأ مشاكل. سوف تنهار الطبقة الرقيقة من القصدير المؤكسدة في النهاية تحت تأثير الأحماض العضوية وتبدأ في تآكل طبقة الحديد بسرعة كبيرة.

"طرق حماية المعادن من التآكل" - الحماية الأضاحية الجلفانية. التآكل الكيميائي. آلية التآكل. العديد من المعادن تتآكل. يتم تدمير الأنود. سد الصدأ. الفوسفات. عملية التآكل. هزيمة. الأسطح. تكسير التآكل. التآكل الكهروكيميائي. الحماية من التآكل. الجلفنة الباردة.

"تآكل المعادن وأنواعه" - تصنيف أنواع التآكل. المهام المعرفية. أنابيب الإختبار. خبرة مختبرية. العوامل التي تثير عملية التآكل. تآكل. العمليات التي تحدث في الكاثود. عملية التآكل. شدة التآكل. طرق الحماية من التآكل. أمثلة على حماية المنتجات المعدنية. مهمة مبتكرة. مهام.

"تآكل المعادن" - لماذا هناك حاجة للمعادن؟ يسمى تدمير المعادن والسبائك تحت تأثير البيئة بالتآكل. الخصائص الفيزيائية للمعادن. تآكل المعادن. طرق الحصول على المعادن. التحليل الكهربائي. اتصال معدني. ومن بين المعدنين، يتآكل المعدن الأكثر نشاطًا. الخصائص الفيزيائية العامة للمعادن. الخواص الكيميائية للمعادن.

"أنواع تآكل المعادن" - السلسلة الكهروكيميائية لضغوط المعادن. التآكل الكهروكيميائي. تآكل. أنواع الحماية من التآكل. التآكل الكيميائي. آثار. فأر صدئ. طرق الحماية من التآكل. أنواع التآكل. تآكل المعادن. خطر.

"عملية تآكل المعادن" - معادن المجموعات الفرعية الثانوية. تآكل المعادن. خصائص التآكل للمعادن. التآكل - فأر أحمر يقضم خردة معدنية. التدمير التلقائي للمعادن والسبائك. طرق الحماية من التآكل. التآكل الكهروكيميائي. أنواع التآكل. التآكل الكيميائي. عوامل الاختزال هي المعادن. الألومنيوم.

"تآكل المعادن" - المرحلة العملية. طرق الحماية من التآكل. الظروف المواتية للتآكل كلفاني. زيادة درجة الحرارة. المرحلة التاريخية. آلية التآكل الكهروكيميائي. كلما كان المعدن أكثر نشاطا، كلما كان أكثر عرضة للتآكل. العوامل المسببة للتآكل. يؤثر التآكل سلبًا على حياة الناس وصحتهم.

هناك 9 عروض في المجموع

تتعرض المواد المعدنية تحت التأثير الكيميائي أو الكهروكيميائي للبيئة للتدمير، وهو ما يسمى التآكل. تآكل المعادنويحدث نتيجة لذلك تحول المعادن إلى صورة مؤكسدة وتفقد خصائصها، مما يجعل المواد المعدنية غير صالحة للاستعمال.

هناك 3 الميزات التي تميز تآكل:

• تآكل- من وجهة نظر كيميائية، هذه عملية الأكسدة والاختزال.
• تآكلهي عملية عفوية تحدث بسبب عدم استقرار النظام الديناميكي الحراري المعدني - المكونات البيئية.
• تآكلهي عملية تتطور بشكل رئيسي على سطح المعدن. ومع ذلك، من الممكن أن يخترق التآكل عمق المعدن.

أنواع تآكل المعادن

الأكثر شيوعا هي التالية أنواع تآكل المعادن:

1. موحد - يغطي السطح بأكمله بالتساوي
2. غير متساو
3. انتخابية
4. البقع المحلية - تتآكل مناطق فردية من السطح
5. التقرحي (أو تأليب)
6. بقعة
7. بين البلورات - ينتشر على طول حدود البلورة المعدنية
8. تكسير
9. تحت السطح

من وجهة نظر آلية عملية التآكل يمكن تمييز نوعين رئيسيين من التآكل: الكيميائية والكهروكيميائية.

التآكل الكيميائي للمعادن

التآكل الكيميائي للمعادن - وهذا نتيجة لحدوث مثل هذه التفاعلات الكيميائية التي تتشكل فيها ذرات المعدن والذرات التي تشكل جزءًا من العوامل المؤكسدة بعد تدمير الرابطة المعدنية. في هذه الحالة، لا يحدث تيار كهربائي بين الأجزاء الفردية من سطح المعدن. هذا النوع من التآكل متأصل في الوسائط غير القادرة على توصيل التيار الكهربائي - وهي الغازات والسوائل غير المنحلة بالكهرباء.

يمكن أن يكون التآكل الكيميائي للمعادن غازيًا أو سائلًا.

تآكل الغاز للمعادن - وهذا نتيجة لعمل بيئات الغاز أو البخار العدوانية على المعدن عند درجات حرارة عالية، في غياب تكثف الرطوبة على سطح المعدن. هذه هي، على سبيل المثال، الأكسجين، ثاني أكسيد الكبريت، كبريتيد الهيدروجين، بخار الماء، الهالوجينات. يمكن أن يؤدي هذا التآكل في بعض الحالات إلى التدمير الكامل للمعدن (إذا كان المعدن نشطا)، وفي حالات أخرى يمكن أن يتشكل فيلم واقي على سطحه (على سبيل المثال، الألومنيوم والكروم والزركونيوم).

التآكل السائل للمعادن - يمكن أن يحدث في غير الشوارد مثل النفط وزيوت التشحيم والكيروسين وما إلى ذلك. هذا النوع من التآكل، في وجود كمية صغيرة من الرطوبة، يمكن أن يكتسب بسهولة طبيعة كهروكيميائية.

للتآكل الكيميائييتناسب معدل تدمير المعدن مع السرعة التي يخترق بها العامل المؤكسد طبقة أكسيد المعدن التي تغطي سطحه. قد تظهر أو لا تظهر أفلام أكسيد المعادن خصائص وقائية، والتي يتم تحديدها بالاستمرارية.

استمراريةويقدر أن يكون مثل هذا الفيلم عامل بيلينج-Badwords: (α = V ok /V Me)نسبة إلى حجم الأكسيد المتكون أو أي مركب آخر بالنسبة إلى حجم المعدن المنفق في تكوين هذا الأكسيد

α = V ok /V Ме = М ok ·ρ Ме /(n·A Me ·ρ ok),

حيث V ok هو حجم الأكسيد المتكون

V Me هو حجم المعدن المستهلك لتكوين الأكسيد

م طيب - الكتلة المولية للأكسيد الناتج

ρ أنا – كثافة المعادن

ن – عدد ذرات المعدن

A Me هي الكتلة الذرية للمعدن

ρ طيب - كثافة الأكسيد المتكون

أفلام أكسيد، والتي α < 1 , ليست مستمرةومن خلالها يخترق الأكسجين بسهولة سطح المعدن. مثل هذه الأفلام لا تحمي المعدن من التآكل. وتتكون من أكسدة الفلزات القلوية والفلزات القلوية الأرضية (باستثناء البريليوم) مع الأكسجين.

أفلام أكسيد، والتي 1 < α < 2,5 صلبةوتكون قادرة على حماية المعدن من التآكل.

بالقيم ألفا > 2.5 لم يعد يتم استيفاء شرط الاستمراريةونتيجة لذلك فإن هذه الأفلام لا تحمي المعدن من التدمير.

أدناه هي القيم α لبعض أكاسيد المعادن

التآكل الكهروكيميائي للمعادن

التآكل الكهروكيميائي للمعادنهي عملية تدمير المعادن في البيئات المختلفة والتي يصاحبها ظهور تيار كهربائي داخل النظام.

مع هذا النوع من التآكل، تتم إزالة الذرة من الشبكة البلورية نتيجة عمليتين مقترنتين:

• الأنود – يدخل المعدن على شكل أيونات إلى المحلول .
• الكاثودية - ترتبط الإلكترونات المتكونة أثناء عملية الأنوديك بمادة إزالة الاستقطاب (المادة عبارة عن عامل مؤكسد).

تسمى عملية إزالة الإلكترونات من مواقع الكاثود بإزالة الاستقطاب، وتسمى المواد التي تعزز الإزالة مزيلات الاستقطاب.

الأكثر انتشارا تآكل المعادن مع إزالة استقطاب الهيدروجين والأكسجين.

إزالة استقطاب الهيدروجينيتم إجراؤها عند الكاثود أثناء التآكل الكهروكيميائي في بيئة حمضية

2H + +2e - = ح 2 تفريغ أيون الهيدروجين

2H3O + +2e - = H2 + 2H2O

إزالة استقطاب الأكسجينيتم إجراؤها عند الكاثود أثناء التآكل الكهروكيميائي في بيئة محايدة

O2 + 4H + +4e - = H2O تخفيض الأكسجين المذاب

يا 2 + 2H 2 يا + 4ه - = 4OH -

جميع المعادن، في علاقتها التآكل الكهروكيميائي, يمكن تقسيمها إلى 4 مجموعات، والتي يتم تحديدها حسب قيمها:

1. معادن نشطة (عدم الاستقرار الديناميكي الحراري العالي) - هذه كلها معادن تقع في نطاق المعادن القلوية - الكادميوم (E 0 = -0.4 فولت). تآكلها ممكن حتى في البيئات المائية المحايدة التي لا يوجد فيها أكسجين أو عوامل مؤكسدة أخرى.
2. معادن متوسطة النشاط (عدم الاستقرار الديناميكي الحراري) - يقع بين الكادميوم والهيدروجين (E 0 = 0.0 V). وفي البيئات المحايدة، وفي غياب الأكسجين، فإنها لا تتآكل، ولكنها عرضة للتآكل في البيئات الحمضية.
3. معادن منخفضة النشاط (الاستقرار الديناميكي الحراري المتوسط) - يقع بين الهيدروجين والروديوم (E 0 = +0.8 V). إنها مقاومة للتآكل في البيئات المحايدة والحمضية التي لا يوجد فيها أكسجين أو عوامل مؤكسدة أخرى.
4. المعادن النبيلة (ثبات ديناميكي حراري عالي) - الذهب والبلاتين والإيريديوم والبلاديوم. يمكن أن تكون عرضة للتآكل فقط في البيئات الحمضية في وجود عوامل مؤكسدة قوية.

التآكل الكهروكيميائييمكن أن تحدث في بيئات مختلفة. اعتمادا على طبيعة البيئة، يتم تمييز الأنواع التالية من التآكل الكهروكيميائي:

• التآكل في المحاليل الكهربية- في محاليل الأحماض والقواعد والأملاح وفي المياه الطبيعية.
• التآكل الجوي- في الظروف الجوية وفي أي بيئة غازية رطبة. هذا هو النوع الأكثر شيوعا من التآكل.

على سبيل المثال، عندما يتفاعل الحديد مع المكونات البيئية، تكون بعض أقسامه بمثابة الأنود، حيث تحدث أكسدة الحديد، وأخرى بمثابة الكاثود، حيث يحدث اختزال الأكسجين:

ج: Fe – 2e – = Fe 2+

ك: O 2 + 4H + + 4e - = 2H 2 O

الكاثود هو السطح الذي يكون فيه تدفق الأكسجين أكبر.

• تآكل التربة- اعتمادا على تكوين التربة، فضلا عن تهويتها، يمكن أن يحدث التآكل بشكل أكثر أو أقل كثافة. تعتبر التربة الحمضية هي الأكثر عدوانية، في حين أن التربة الرملية هي الأقل.
• تآكل التهوية- يحدث عندما يكون هناك وصول غير متساو للهواء إلى أجزاء مختلفة من المادة.
• التآكل البحري– يحدث في مياه البحر بسبب وجود الأملاح الذائبة والغازات والمواد العضوية فيها .
• التآكل الحيوي– يحدث نتيجة لنشاط البكتيريا والكائنات الحية الأخرى التي تنتج غازات مثل ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين وغيرها والتي تساهم في تآكل المعادن.
• التآكل الكهربائي– يحدث تحت تأثير التيارات الشاردة في الهياكل تحت الأرض نتيجة تشغيل السكك الحديدية الكهربائية وخطوط الترام وغيرها من الوحدات.

طرق الحماية من تآكل المعادن

الطريقة الرئيسية لحماية المعدن من التآكل هي إنشاء طبقات واقية– معدنية أو غير معدنية أو كيميائية.

الطلاءات المعدنية.

طلاء معدنييتم تطبيقه على المعدن الذي يحتاج إلى الحماية من التآكل بطبقة من معدن آخر مقاوم للتآكل في نفس الظروف. إذا كان الطلاء المعدني مصنوعًا من المعدن المزيد من الإمكانات السلبية (اكثر نشاطا ) من المحمي، ويسمى طلاء انوديك. إذا كان الطلاء المعدني مصنوعًا من المعدن إمكانات أكثر إيجابية(أقل نشاطا) من المحمية فيسمى طلاء الكاثود.

على سبيل المثال، عند وضع طبقة من الزنك على الحديد، إذا تم المساس بسلامة الطلاء، فإن الزنك يعمل كأنود وسيتم تدميره، بينما تتم حماية الحديد حتى يتم استخدام الزنك بالكامل. طلاء الزنك في هذه الحالة انوديك.

الكاثودقد يكون الطلاء الذي يحمي الحديد، على سبيل المثال، من النحاس أو النيكل. إذا تم انتهاك سلامة هذا الطلاء، فسيتم تدمير المعدن المحمي.

الطلاءات غير المعدنية.

يمكن أن تكون هذه الطلاءات غير عضوية (ملاط أسمنتي، كتلة زجاجية) وعضوية (مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع، ورنيش، دهانات، قار).

الطلاءات الكيميائية.

في هذه الحالة، يخضع المعدن المحمي للمعالجة الكيميائية من أجل تشكيل طبقة مقاومة للتآكل من مركبه على السطح. وتشمل هذه:

أكسدة - الحصول على أفلام أكسيد مستقرة (Al 2 O 3، ZnO، إلخ)؛

الفوسفات – الحصول على طبقة واقية من الفوسفات (Fe 3 (PO 4) 2, Mn 3 (PO 4) 2);

نيترة – سطح المعدن (الصلب) مشبع بالنيتروجين؛

اللون الأزرق – تفاعل السطح المعدني مع المواد العضوية.

تدعيم – الحصول على سطح المعدن على اتصاله بالكربون.

تغيير تركيبة المعدن التقنيكما يساعد على زيادة مقاومة المعدن للتآكل. في هذه الحالة، يتم إدخال مركبات في المعدن مما يزيد من مقاومته للتآكل.

التغييرات في تكوين البيئة المسببة للتآكل(إدخال مثبطات التآكل أو إزالة الشوائب من البيئة) يعد أيضًا وسيلة لحماية المعدن من التآكل.

الحماية الكهروكيميائيةيعتمد على توصيل الهيكل المحمي بالكاثود الخاص بمصدر تيار مباشر خارجي، ونتيجة لذلك يصبح الكاثود. الأنود عبارة عن خردة معدنية تحمي الهيكل من التآكل عند تدميره.

حماية المداس – أحد أنواع الحماية الكهروكيميائية – هو كما يلي.

لوحات من معدن أكثر نشاطا، تسمى حامية. الحامي - معدن ذو إمكانات أكثر سلبية - هو الأنود، والهيكل المحمي هو الكاثود. يؤدي توصيل الحامي والهيكل المحمي بالموصل الحالي إلى تدمير الحامي.