Ano ang kaagnasan ng kemikal at kung paano matanggal ito?

Ang kaagnasan ng kemikal ay isang proseso na binubuo sa pagkasira ng isang metal kapag nakikipag-ugnay sa isang agresibong panlabas na kapaligiran. Ang iba't ibang mga kemikal na proseso ng kaagnasan ay hindi nauugnay sa mga epekto ng electric current. Sa ganitong uri ng kaagnasan, ang isang reaksyon ng oxidative ay nangyayari, kung saan ang materyal na masisira ay kasabay ng pagbabawas ng ahente para sa mga elemento ng daluyan.

Nilalaman:

• Kaagnasan ng gas
• Mga katangian ng film ng oxide
• Ang rate ng kaagnasan
• Ang kaagnasan sa mga di-electrolyte na likido
• Mga Pamamaraan sa Proteksyon ng Kaagnasan
• Organosilicate coatings

Ang pag-uuri ng iba't ibang mga agresibo na kapaligiran ay may kasamang dalawang uri ng pagkasira ng metal:

• kaagnasan ng kemikal sa mga likido na hindi electrolyte;
• kaagnasan ng gas na gas.

Kaagnasan ng gas

Ang pinakakaraniwang anyo ng kaagnasan ng kemikal - gas - ay isang proseso ng kinakaing unti-unting nangyayari sa mga gas sa nakataas na temperatura. Ang problemang ito ay pangkaraniwan para sa pagpapatakbo ng maraming uri ng mga teknolohikal na kagamitan at mga bahagi (fittings ng mga hurno, engine, turbines, atbp.). Bilang karagdagan, ang mga temperatura ng ultrahigh ay ginagamit sa pagproseso ng mga metal sa ilalim ng mataas na presyon (pag-init bago ang pag-ikot, panlililak, pagpapatawad, mga proseso ng thermal, atbp.).

Ang mga tampok ng estado ng mga metal sa nakataas na temperatura ay natutukoy ng dalawa sa kanilang mga katangian - paglaban ng init at paglaban sa init. Ang paglaban sa init ay ang antas ng katatagan ng mga mekanikal na katangian ng isang metal sa mga temperatura ng ultrahigh. Sa ilalim ng katatagan ng mga mekanikal na katangian ay tumutukoy sa pagpapanatili ng lakas sa loob ng mahabang panahon at paglaban ng kilabot. Ang paglaban ng init ay ang paglaban ng isang metal sa kinakaing unti-unting aktibidad ng mga gas sa nakataas na temperatura.

Ang rate ng pag-unlad ng kaagnasan ng gas ay natutukoy ng isang bilang ng mga tagapagpahiwatig, kabilang ang:

• temperatura ng kapaligiran;
• mga sangkap na kasama sa isang metal o haluang metal;
• mga parameter ng kapaligiran kung saan matatagpuan ang mga gas;
• tagal ng pakikipag-ugnay sa daluyan ng gas;
• mga katangian ng mga kinakaing unti-unti.

Ang proseso ng kaagnasan ay higit na naiimpluwensyahan ng mga katangian at mga parameter ng film na oxide na lumitaw sa ibabaw ng metal. Ang pagbuo ng oksiheno ay maaaring nahahati sa dalawang yugto:

• adsorption ng oxygen molecules sa isang metal na ibabaw na nakikipag-ugnay sa kapaligiran;
• pakikipag-ugnay sa ibabaw ng metal na may gas, na nagreresulta sa isang compound ng kemikal.

Ang unang yugto ay nailalarawan sa pamamagitan ng hitsura ng isang ionic bond, bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng oxygen at ibabaw ng mga atom, kapag ang isang oxygen na atom ay tumatagal ng isang pares ng mga electron mula sa metal. Ang bono na lumitaw ay nakikilala sa pamamagitan ng pambihirang lakas - ito ay mas malaki kaysa sa bono ng oxygen na may metal sa oksiheno.

Ang paliwanag para sa koneksyon na ito ay namamalagi sa epekto ng larangan ng atom sa oxygen. Sa sandaling ang ibabaw ng metal ay napuno ng isang ahente ng pag-oxidizing (at nangyari ito nang napakabilis), sa mababang temperatura, salamat sa lakas ng van der Waals, nagsisimula ang adsorption ng mga molekulang oxidizing. Ang resulta ng reaksyon ay ang hitsura ng manipis na monomolecular film, na sa paglipas ng panahon ay nagiging mas makapal, na nagpapalala sa pag-access ng oxygen.

Sa ikalawang yugto, isang reaksyon ng kemikal ang nangyayari kung saan ang elemento ng pag-oxidizing ng medium ay tumatagal ng mga valence electrons mula sa metal. Ang kaagnasan ng kemikal ay ang resulta ng reaksyon.

Mga katangian ng film ng oxide

Ang pag-uuri ng mga pelikulang oksido ay may kasamang tatlong uri:

• manipis (hindi nakikita nang walang mga espesyal na aparato);
• daluyan (pagkawalan ng kulay);
• makapal (nakikita sa mata na hubad).

Ang nagresultang film na oxide ay may mga proteksiyon na kakayahan - nagpapabagal o kahit na ganap na pinipigilan ang pagbuo ng kaagnasan ng kemikal. Gayundin, ang pagkakaroon ng isang film ng oxide ay nagdaragdag ng paglaban ng init ng metal.

Gayunpaman, ang isang tunay na epektibong pelikula ay dapat matugunan ang isang bilang ng mga katangian:

• hindi mapusok;
• magkaroon ng isang tuluy-tuloy na istraktura;
• magkaroon ng mahusay na mga katangian ng malagkit;
• naiiba sa kemikal na pagkawalang-kilos na may kaugnayan sa kapaligiran;
• maging matigas at magsuot ng lumalaban.

Isa sa mga kondisyon sa itaas - ang isang matatag na istraktura ay lalong mahalaga. Ang kalagayan ng pagpapatuloy ay ang labis na dami ng mga molekula ng pelikulang oksido sa dami ng mga metal atoms. Ang pagpapatuloy ay ang kakayahan ng oxide na masakop ang buong ibabaw ng metal na may tuluy-tuloy na layer. Kung hindi nakamit ang kondisyong ito, ang pelikula ay hindi maaaring ituring na proteksiyon. Gayunpaman, may mga pagbubukod sa panuntunang ito: para sa ilang mga metal, halimbawa, para sa magnesiyo at mga elemento ng mga pangkat ng alkalina-lupa (hindi kasama ang beryllium), ang pagpapatuloy ay hindi kabilang sa mga kritikal na tagapagpahiwatig.

Upang matukoy ang kapal ng film na oxide, maraming mga pamamaraan ang ginagamit. Ang mga proteksyon na katangian ng pelikula ay maaaring linawin sa oras ng pagbuo nito. Upang gawin ito, pag-aralan namin ang rate ng oksihenasyon ng metal, at ang mga parameter ng pagbabago sa bilis sa paglipas ng panahon.

Para sa nabuo na oxide, isa pang pamamaraan ang ginagamit, na binubuo sa pag-aaral ng kapal at proteksiyon na mga katangian ng pelikula. Upang gawin ito, ang isang reagent ay inilalapat sa ibabaw. Susunod, naitala ng mga eksperto ang oras na kinakailangan para tumagos ang reagent, at batay sa nakuha na data, tinapos nila na ang kapal ng pelikula.

Magbayad ng pansin! Kahit na sa wakas nabuo ng oxide film ay patuloy na nakikipag-ugnay sa medium na pang-oxidizing at metal.

Ang rate ng kaagnasan

Ang intensity na kung saan ang kaagnasan ng kemikal ay bubuo depende sa rehimen ng temperatura. Sa mataas na temperatura, ang mga proseso ng oxidative ay bubuo nang mas mabilis. Bukod dito, ang pagbaba sa papel ng thermodynamic factor sa kurso ng reaksyon ay hindi nakakaapekto sa proseso.

Ang malaking kahalagahan ay ang paglamig at variable na pag-init. Dahil sa mga thermal stresses, lumilitaw ang mga bitak sa pelikulang oxide. Sa pamamagitan ng mga butas, ang elemento ng oxidizing ay tumatama sa ibabaw. Bilang isang resulta, ang isang bagong layer ng film na oxide ay nabuo, at ang dating ay peeled off.

Hindi bababa sa papel na ginagampanan ng mga sangkap ng gaseous medium. Ang kadahilanan na ito ay indibidwal para sa iba't ibang uri ng mga metal at naaayon sa pagbabago ng temperatura. Halimbawa, ang tanso ay maaaring mabilis na makakonekta kung ito ay nasa pakikipag-ugnay sa oxygen, ngunit lumalaban sa prosesong ito sa isang kapaligiran ng asupre oksido. Para sa nikel, sa kabilang banda, ang asupre oksido ay nakamamatay, at ang katatagan ay sinusunod sa oxygen, carbon dioxide at ang aquatic environment. Ngunit ang chrome ay lumalaban sa lahat ng mga kapaligiran na ito.

Magbayad ng pansin! Kung ang antas ng presyon ng dissociation ng oxide ay lumampas sa presyon ng elemento ng oxidizing, ang proseso ng oksihenasyon ay tumigil at ang metal ay nakakakuha ng thermodynamic na katatagan.

Ang mga sangkap ng haluang metal ay nakakaapekto rin sa rate ng reaksyon ng oxidative. Halimbawa, ang mangganeso, asupre, nikel at posporus ay hindi nag-aambag sa oksihenasyon ng bakal. Ngunit ang aluminyo, silikon at kromo ay ginagawang mas mabagal ang proseso. Ang kobalt, tanso, beryllium at titanium ay nagpapabagal sa oksihenasyon ng bakal kahit na higit pa. Ang vanadium, tungsten at molibdenum additives ay makakatulong upang gawing mas matindi ang proseso, na ipinaliwanag ng fusibility at pagkasumpungin ng mga metal na ito. Ang mga reaksyon ng oksihenasyon ay nagpapatuloy nang marahan sa istruktura ng austenitik, dahil pinaka inangkop ito sa mataas na temperatura.

Ang isa pang kadahilanan kung saan nakasalalay ang rate ng kaagnasan ay ang katangian ng ginagamot na ibabaw. Ang mga makinis na ibabaw ay nag-oxidize nang mas mabagal, at hindi pantay na ibabaw nang mas mabilis.

Ang kaagnasan sa mga di-electrolyte na likido

Ang mga non-conductive fluid (i.e.mga di-electrolyte na likido) ay nagsasama ng mga tulad na organikong sangkap tulad ng:

• benzene;
• chloroform;
• mga alkohol;
• carbon tetrachloride;
• phenol;
• langis;
• gasolina;
• kerosene, atbp.

Bilang karagdagan, ang isang maliit na halaga ng mga tulagay na likido, tulad ng likidong bromine at tinunaw na asupre, ay inuri bilang mga di-electrolyte na likido.

Dapat pansinin na ang mga organikong solvents mismo ay hindi gumanti sa mga metal, gayunpaman, sa pagkakaroon ng isang maliit na halaga ng mga impurities, isang matinding proseso ng pakikipag-ugnay ang nangyayari.

Ang mga elemento ng asupre sa langis ay nagdaragdag ng rate ng kaagnasan. Gayundin, ang mataas na temperatura at ang pagkakaroon ng oxygen sa likido ay nagpapabuti sa mga proseso ng kaagnasan. Ang kahalumigmigan ay pinatindi ang pagbuo ng kaagnasan alinsunod sa prinsipyo ng electromekanikal.

Ang isa pang kadahilanan sa mabilis na pag-unlad ng kaagnasan ay likido bromine. Sa normal na temperatura, partikular na nakasisira sa mga high-carbon steels, aluminyo at titan. Ang hindi gaanong kabuluhan ay ang epekto ng bromine sa iron at nikel. Ang pinakadakilang pagtutol sa likidong bromine ay ipinakita ng tingga, pilak, tantalum at platinum.

Ang tinunaw na asupre ay pumapasok sa isang agresibong reaksyon sa halos lahat ng mga metal, lalo na sa tingga, lata at tanso. Ang mga marka ng carbon na bakal at titanium na asupre ay hindi gaanong apektado at halos ganap na sirain ang aluminyo.

Ang mga panukalang proteksyon para sa mga istrukturang metal na matatagpuan sa non-conductive liquid media ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga metal na lumalaban sa isang tiyak na daluyan (halimbawa, mga steels na may mataas na nilalaman ng kromo. Gayundin, ginagamit ang mga espesyal na proteksiyon na coatings (halimbawa, sa isang kapaligiran kung saan maraming asupre, ginagamit ang coatings ng aluminyo).

Mga Pamamaraan sa Proteksyon ng Kaagnasan

Ang mga pamamaraan ng pagkontrol sa kaagnasan ay kinabibilangan ng:

• pagproseso ang base metal na may proteksyon na layer (halimbawa, pag-apply ng pintura);
  
• ang paggamit ng mga inhibitor (hal. chromates o arsenites);
• ang pagpapakilala ng mga materyales na lumalaban sa mga proseso ng kaagnasan.

Ang pagpili ng isang tiyak na materyal ay nakasalalay sa potensyal na pagiging epektibo (kabilang ang teknolohikal at pinansyal) ng paggamit nito.

Ang mga modernong prinsipyo ng proteksyon ng metal ay batay sa mga ganitong pamamaraan:

1. Pagpapabuti ng pagtutol sa kemikal ng mga materyales. Ang mga materyales na lumalaban sa kemikal (mga plastik na plastik na mataas, baso, keramika) ay matagumpay na napatunayan ang kanilang sarili.
2. Ang paghihiwalay ng materyal mula sa isang agresibong kapaligiran.
3. Pagbawas ng agresibo ng teknolohikal na kapaligiran. Ang mga halimbawa ng naturang mga pagkilos ay kinabibilangan ng neutralisasyon at pagtanggal ng kaasiman sa mga kinakaing unti-unti na kapaligiran, pati na rin ang paggamit ng iba't ibang mga inhibitor.
4. Proteksyon ng elektrokimikal (pagpapataw ng isang panlabas na kasalukuyang).

Ang mga pamamaraan sa itaas ay nahahati sa dalawang pangkat:

1. Ang pagtaas ng resistensya ng kemikal at pagkakabukod ay inilalapat bago isagawa ang gawaing metal.
2. Ang pagbawas ng agresibo ng kapaligiran at proteksyon ng electrochemical ay ginagamit na sa proseso ng paggamit ng isang produktong metal. Ang application ng dalawang pamamaraan na ito ay posible upang ipakilala ang mga bagong pamamaraan ng proteksyon, bilang isang resulta ng kung saan proteksyon ay ibinigay sa pamamagitan ng pagbabago ng mga kondisyon ng operating.

Ang isa sa mga karaniwang ginagamit na pamamaraan ng pagprotekta ng metal - galvanic anti-corrosion coating - ay hindi kapaki-pakinabang sa ekonomiya para sa mga malalaking lugar sa ibabaw. Ang dahilan ay ang mataas na gastos ng proseso ng paghahanda.

Ang nangungunang lugar sa mga pamamaraan ng proteksyon ay ang patong ng mga metal na may mga pintura at barnisan. Ang katanyagan ng pamamaraang ito ng paglaban sa kaagnasan ay dahil sa isang kumbinasyon ng ilang mga kadahilanan:

• mataas na proteksyon mga katangian (hydrophobicity, pagtanggi ng likido, mababang gas pagkamatagusin at singaw pagkamatagusin);
• kakayahang makagawa;
• maraming mga pagkakataon para sa pandekorasyon na solusyon;
• mapanatili;
• pagbibigay-katwiran sa ekonomiya.

Kasabay nito, ang paggamit ng malawak na magagamit na mga materyales ay hindi walang mga drawbacks:

• hindi kumpletong basa sa ibabaw ng metal;
• sirang pagdirikit ng patong na may base metal, na humahantong sa akumulasyon ng electrolyte sa ilalim ng coating-resistant coating at, sa gayon, nag-aambag sa kaagnasan;
• porosity, na humahantong sa nadagdagan na pagkamatagusin ng kahalumigmigan.

At gayon pa man, pinoprotektahan ang ibabaw ng metal mula sa mga kinakaing unti-unti na proseso kahit na may fragmentary na pinsala sa pelikula, habang ang hindi sakdal na mga coatings ng galvanic ay maaari ring mapabilis ang kaagnasan.

Organosilicate coatings

Para sa mataas na kalidad na proteksyon ng kaagnasan, inirerekomenda ang paggamit ng mga metal na may mataas na antas ng hydrophobicity, ang impermeability sa tubig, gas at singaw na kapaligiran. Ang mga materyales na ito ay may kasamang organosilicates.

Ang kaagnasan ng kemikal na praktikal ay hindi nalalapat sa mga materyales na organosilicate. Ang mga kadahilanan para sa kasinungalingan na ito sa pagtaas ng katatagan ng kemikal ng naturang mga komposisyon, ang kanilang paglaban sa ilaw, mga katangian ng hydrophobic at mababang pagsipsip ng tubig. Ang mga organosilicates ay lumalaban din sa mababang temperatura, may mahusay na mga katangian ng malagkit at paglaban sa pagsusuot.

Ang mga problema ng pagkasira ng mga metal dahil sa kaagnasan ay hindi nawawala, sa kabila ng pag-unlad ng mga teknolohiya upang labanan ang mga ito. Ang dahilan ay ang patuloy na pagtaas ng paggawa ng metal at ang lalong mahirap na mga kondisyon ng operating ng mga produkto mula sa kanila. Imposibleng wakasan ang paglutas ng problema sa yugtong ito, kaya ang mga pagsisikap ng mga siyentipiko ay nakatuon sa paghahanap ng mga pagkakataon upang mapabagal ang mga proseso ng kaagnasan.