Korozja chemiczna występuje, gdy na metal działają agresywne gazy i pary(m.in. tlen, chlor, siarkowodór).
Korozja zachodzi na powierzchni przewodnika w wyniku reakcji utleniania metalu.
Reakcjom chemicznym zachodzącym w procesie korozji chemicznej nie towarzyszy przenoszenie ładunku elektrycznego w układzie. Produkty korozji powstają bezpośrednio na powierzchni metalu – stąd szybkość i charakter korozji chemicznej określone są własnościami powstających warstewek.
Jeśli produktem korozji jest związek chemiczny loty lub tworzący warstwę nieciągła to reakcja może przebiegać w dalszym ciągu na granicy faz, aż do całkowitego zniszczenia przewodnika. W przypadku natomiast warstwy ciągłej dalsza reakcja może zachodzić tylko wówczas, gdy czynnik działający korozyjnie dyfunduje przez tę warstwę. Warstwa na powierzchni metalu ma trwałe własności ochronne wtedy tylko, gdy temperaturowe współczynniki rozszerzalności liniowej metalu i jego tlenku są jednakowe lub tylko nieznacznie różnią się od temperatury – jej wzrost przyspiesza korozję.
- ogólna korozja powierzchniowa, przy której jest zaatakowana cała powierzchnia metalu stykającego się ze środowiskiem korozyjnym;
- korozja wżerowa, polegająca na miejscowym naruszeniu struktury materiału przeradzając się stopniowo w głębokie dziury, przez co jest bardzo niebezpieczna dla wszelkiego rodzaju rurociągów i kabli elektrycznych;
- korozja międzykrystaliczna, która rozwija się wzdłuż pewnych dróg w metalu, tymi drogami są przede wszystkim granice ziaren metalu.
Omówić korozję elektrochemiczną
Korozja elektrochemiczna występuje w obecności roztworów o charakterze elektrolitycznym. Poległe na utlenianiu metalu i redukcji substancji w roztworze. Rozróżnia się przy tym dwa procesy: jeden tzw. Anodowy polegający na przechodzeniu metalu(anody) do roztworu w postaci uwolnionych jonów, i drugi, tzw. Katodowy, polegający na zobojętnieniu elektronów w metalu przez atomy, cząsteczki lub jony mogące ulegać redukcji na katodzie(akceptorze elektronów).
Cechą charakterystyczna korozji elektrochemicznej jest przenoszenie ładunków elektrycznych w czasie procesu korozyjnego. Mogą przy tym zaistnieć dwie sytuacje: przepływ prądu wywołany jest źródłem zewnętrznym lub przepływ prądu wytworzony jest przez zwarte ogniwo elektrochemiczne.
Wielkością charakteryzującą zdolność przechodzenia jonów metalu do roztworu jest tzw. Potencjał normalny danego metalu. Przy tym potencjał bardziej ujemny wskazuje na większa skłonność atomów metalu do przechodzenia do roztworu, a więc na mniejszą jego odporność na korozję. Gdy w elektrolicie znajdują się dwa rożne stykające się ze sobą metale, wówczas następuje szybsza korozja metalu o niższym potencjale elektrochemicznym i częściowe lub nawet całkowite zahamowanie korozji metalu o wyższym potencjale elektrochemicznym. Dość duży wpływ na przebieg korozji wywiera wtedy także konduktywność elektrolitu. Jeśli konduktywność elektrolitu jest duża, to ubytek masy z anody jest większy i bardziej równomiernie rozłożony. W miarę zmniejszania się konduktywności elektrolitu obszar korozji przesuwa się bliżej miejsca styczności metalu i ubytek masy maleje. W miejscu styczności natomiast dwóch metali intensywność korozji nie zależy praktycznie od konduktywności elektrolitu i jest ona wywołana przede wszystkim przyelektrodowymi procesami polaryzacyjnymi.
Jakie czynniki mają wpływ na szybkość procesów korozyjnych? Wymienić i omówić.
- temperatura, podwyższenie temperatury z reguły przyspiesza proces korozji,
- skład środowiska, zmiana składu środowiska może zmniejszać lub zwiększać szybkość procesu anodowego, niszcząc warstewkę ochronną. Inne substancje (inhibitory) mogą zmniejszać szybkość korozji. Znaczny wpływ n przebieg korozji wskazuje stężenie jonów wodorowych H+ w rozworze(tj. PH środowiska)
- konduktywność elektrolitów: przy dużej konduktywności elektrolitu ubytek masy z anody (metal o niższym potencjale normalnym) jest większy.
Korozja ma ułatwiony rozwój w przypadku stopu niejednorodnego, składającego się z mieszaniny kryształów metali o różnych potencjałach elektrochemicznych. Korozja rozwija się wtedy na granicy ziaren kryształów metali składowych.
Prądami błądzącymi nazywa się prądy upływające do środowiska elektrolitycznego np. do ziemi , z niedostatecznie od tego środowiska izolowanych części obwodów elektrycznych. Takim obwodem jest np. obwód zasilania pojazdów trakcji elektrycznej, którego część powrotną stanowią szyny.
Przepływ prądu trakcyjnego przez ziemię jest zjawiskiem nie szkodliwym z energetycznego punktu widzenia. Może on jednak prowadzić do korozyjnych uszkodzeń elementów metalowych konstrukcji podziemnych, jeśli część prądu płynącego w ziemi przedostanie się do tych konstrukcji, a następnie znów z nich wypłynie, aby poprzez ziemię powrócić do źródła.
Prąd stały wypływający z metalowej konstrukcji do ziemi, polaryzuje ją anodowo, wywołując proces korozji elektrochemicznej.
Wymienić metody ochrony przed korozją.
- pasywna powłoki ochronne (pasywacja powierzchni, powłoki nakładane(metaliczne i niemetaliczne)),
- aktywne: osłabienie agresywności środowiska (usuwanie stymulatorów wprowadzanie niemetaliczne), ochrona katodowa (z protektorem, z zewnętrznym źródłem prądu, z drenażem elektrycznym ).
Omówić pasywne sposoby ochrony przed korozją.
Do pasywnych sposobów ochrony przed korozją należą powłoki ochronne. Powłoki ochronne mogą być wytwarzane chemicznie lub elektrochemicznie na powierzchni chronionego metalu albo nań nakładane.
Wytwarzanie chemiczne powłok hamujących procesy anodowe przez przesuwanie potencjału elektrochemicznego metalu w kierunku wartości dodatnich nazywają się pasywacją. Pasywatory, zwykle nieograniczone związki utleniające, dodane do roztworu powodującego korozje, wywołują zmianę procesu anodowego. Zamiast rozpuszczania się metalu, następuje tworzenie się na jego powierzchni tlenków, wskutek czego wzrasta jego potencjał elektrochemiczny, hamując proces korozyjny.
Stan pasywny powierzchni metalu można utrzymać za pomocą zewnętrznego źródła prądu i katod pomocniczych – jest to tzw. Ochrona anodowa.
Nakładane powłoki ochronne mogą być metaliczne albo nie metaliczne.
Metaliczne powłoki wytwarza się wieloma metodami: przez zanurzenie w ciekłym metalu, platerowanie (zwalcowanie na gorąco), natryskiwanie, dyfuzje(w wysokiej temperaturze), napawanie, elektrolizę.
Powłoka może być wykonana z metalu o niższym lub wyższym potencjale normalnym od potencjału metalu chronionego.
W pierwszym przypadku działanie powłoki jest podwójne:
Mechaniczne(izolowanie metalu od dostępu powietrza i wilgoci) oraz elektrochemiczne(działanie jak anody w przypadku uszkodzenia powłoki i utworzenia się ogniw elektrochemicznych) – przykładem jest powszechnie stosowane cynkowanie blach żelaznych, w drugim przypadku powłoka działa tylko mechanicznie – w przypadku jej uszkodzenia występuje, przyspieszona procesami elektrochemicznymi korozja.
1. Osłabienie agresywności środowiska
– przez usunięcie stymulatorów procesów korozyjnych. Usunięcie lub zmniejszenie ilości substancji korodujących jak : tlen, woda, dwutlenek węgla lub innych zanieczyszczeń atmosfery za pomocą procesów fizycznych lub chemicznych może znacznie ograniczyć procesy korozyjne.
– przez wprowadzenie inhibitorów. Inhibitory(opóźniacze), najczęściej w postaci związków organicznych, dodane w niewielkich ilościach do środowiska korozyjnego działają hamująco na przebieg procesów anodowych, katodowych lub obu rodzajów procesów jednocześnie.
– przez wprowadzenie pasywatorów. Pasywatory są to nieograniczone związki utleniające, które dodane do korodującego roztworu - powodują zmianę procesu anodowego , zamiast rozpuszczania się metalu następuje tworzenie na jego powierzchni tlenków powodujących przesunięcie potencjału elektrochemicznego kierunku dodatnim. Stan pasywny powierzchni metalu można utrzymać za pomocą zewnętrznej siły elektromotorycznej i katody pomocniczej; jest to tzw. Ochrona anodowa. Zapewnia go również wprowadzony do roztworu czynnik utleniający, utrzymując odpowiedni potencjał powierzchni metalu.
2). Ochrona katodowa – polega na połączeniu chronionego metalu z protektorem, tj. metalem o potencjale elektrochemicznym niższym niż potencjał chronionego metalu, bądź na dołączeniu chronionego metalu do ujemnego bieguna zewnętrznego źródła napięcia, którego anoda jest zanurzona w roztworze stanowiącym środowisko korodujące. Anoda powinna być tak skuteczna, aby rozkład prądu był możliwie równomierny na całej powierzchni chronionego metalu. W urządzeniach zakopanych w ziemi anodę umieszcza się w obszarze gleby o malej rezystywności i blisko źródła zasilania. Ochrona katodowa daje dobre wyniki wówczas gdy chroniona konstrukcja metalowa jest elektrycznie ciągła i znajduje się w środkowej w środowisku przewodzącym prąd elektryczny (rurociągi, kable elektroenergetyczne). Przy ochronie przed korozyjnym działaniem prądów błądzących stosuje się ochronę katodowa z tzw. Drenażem. Uzyskuje się poprzez połączenie przewodem obiektu chronionego ze źródłem prądów błądzących w punkcie o najniższym jego potencjale.
Podać podział i podstawowe własności materiałów pod względem magnetycznym
- materiały diamagnetyczne, które magnetyzują się w bardzo słabym stopniu i w kierunku przeciwnym do kierunku działania zewnętrznego pola magnetycznego. Ten rodzaj magnetyzacji jest proporcjonalny o zewnętrznego pola magnetycznego i jest niezależny od temperatury. Przykładem materiałów tego typu są: gazy szlachetne, miedź, srebro, cynk, bizmut, złoto, węgiel, itd.
- Materiały paramagnetyczne, które magnetyzują się również w niewielkim stopniu, lecz w kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola magnetycznego. Ten rodzaj magnetyzmu jest na ogół proporcjonalny do zewnętrznego pola magnetycznego i odwrotnie proporcjonalny do temperatury bezwzględnej. Przykładami takich materiałów są: metale alkaiczne oraz platyna magnez, aluminium itd.
- Materiały ferromagnetyczne, które magnetyzują się w bardzo silnym stopniu i w kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola magnetycznego oraz wykazują przy okresowej zmianie kierunku pola własności histerezy( tj. zachowują w mniejszym lub w większym stopniu magnetyzacje po zaniku zewnętrznego pola ). Ten rodzaj magnetyzmu nie jest proporcjonalny do zewnętrznego pola magnetycznego i jest odwrotnie proporcjonalny do różnicy temperatur: bezwzględnej i krytycznej, charakterystycznych dla danego materiału. Typowymi przykładami takich materiałów są żelazo, nikiel i kobalt.
Co to jest polaryzacja magnetyczna
Polaryzacja magnetyczna danego ośrodka jest to stan, w którym każdemu dowolnie małemu elementowi substancji można przypisać moment dipolowy. Zaś z każdym punktem tego ośrodka związany jest wektor polaryzacji magnetycznej.
Wektor polaryzacji magnetycznej jest to wypadkowy moment magnetyczny przypadający na jednostkę objętości. Określa on stopień uporządkowania dipoli magnetycznych w materiale. Wektor polaryzacji magnetycznej M jest zależny od natężenia zewnętrznego pola magnetycznego H i wyraża się wzorem:
M=n*u*H
U – przenikalność magnetyczna w próżni, n – podatność magnetyczna materiału
Wartość n dla ciał dia- i paramagnetycznych są bliskie zeru i niezależne od H. Dla ferromagnetyków natomiast, wartość n przyjmuje wartości bardzo duże i jest silnie zależne od wartości H.
Omówić proces magnesowania.
Proces magnesowania można objaśnić zachowaniem się domen. Domeny wewnątrz materiału nie poddanego działaniu zewnętrznego pola magnetycznego ustawiają się tworząc jak gdyby zamknięty obwód magnetyczny. Wskutek tego materiał pozostaje na zewnątrz magnetycznie obojętny. Z chwilą, gdy materiał znajduje się w polu, następuje rozbudowa tych domen, których wypadkowy wektor polaryzacji magnetycznej jest najbardziej zbliżony do kierunku wektora natężenia zewnętrznego pola magnetycznego. Początkowo następuje odwracalne, a następnie nie odwracalne przesuwanie się ścian domen, ostatnim etapem mającym znaczenie z punktu widzenia technicznego są obroty domen o charakterze odwracalnym. Uporządkowanie domen jest równoznaczne z tzw. Technicznym nasyceniem magnetycznym.
amigos83