CC BY
26АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ХИМИЧЕСКУЮ КОРРОЗИЮ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ И ДИАГНОСТИКА КОРРОЗИИ
Бегижон Мамитович Тажибоев Мадина Равшанбек кизи Мамажонова
Андижанский машиностроительный институт
АННОТАЦИЯ
Эта статья написана о коррозии металлов и неметаллических конструкций, роли температуры в химической коррозии деталей автомобиля и методах диагностики коррозии.
Ключевые слова: коррозия, коррозия, температура, коррозионная дигностика, химическая коррозия.
ANALYSIS OF TEMPERATURE EFFECT ON CHEMICAL CORROSION OF CAR PARTS AND DIAGNOSIS OF CORROSION
ABSTRACT
This article is written about the corrosion of metals and nonmetals, the role of heat in the meeting of car details with chemical corrosion, and the methods for diagnosing corrosion.
Keywords: corrosion, erosion, temperature, corrosion dignostics, chemical corrosion.
ВВЕДЕНИЕ
Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. При изучении процессов коррозии под металлами подразумеваются простые металлы и их сплавы, а также металлические изделия и конструкции. Средой, в которой происходит коррозия металлов, обычно являются различные жидкости и газы. Среда, вызывающая коррозию, называется коррозионной или агрессивной. В результате взаимодействия металла и коррозионной среды образуются химические соединения, называемые продуктами коррозии[1, 2].
Явление коррозии металла представляет собой протекающую на поверхности химическую или электрохимическую гетерогенную реакцию, вследствие которой металл переходит в окисленное состояние. Предметом науки о коррозии и защите металлов является изучение природы процессов физико-химического разрушения поверхности металлов и сплавов. Наука о коррозии
металлов базируется в основном на двух смежных научных дисциплинах: металловедении и физической химии. Научная направленность лежит в исследовании и установлении общих закономерностей разрушения металлической структуры (решетки) под влиянием физико-химического воздействия внешней среды. Основной задачей науки о коррозии является разработка и повышение эффективности методов защиты металлов и металлических конструкций (машин, аппаратов, сооружений, и т. д.) от коррозии в самых разнообразных условиях их эксплуатации [3].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Скорость и характер процесса химической коррозии металлов зависят от многих факторов. Внешними называют факторы, связанные с составом коррозионной среды и условиями коррозии (температура, давление, скорость движений среды и др.). Внутренними называют факторы, связанные с составом и структурой сплава, внутренними напряжениями в металле, характером обработки поверхности и др.
Температура. Существенное влияние на скорость процессов химической коррозии металлов оказывает температура. С повышением температуры процессы окисления металлов протекают значительно быстрее, несмотря на уменьшение их термодинамической вероятности. Характер влияния температуры на скорость окисления металлов определяется температурной зависимостью константы скорости химической реакции к (при кинетическом контроле процесса окисления металлов) или коэффициента диффузии (при диффузионном контроле процесса). Эта зависимость выражается одним и тем же экспоненциальным законом (уравнение Аррениуса), связывающим температуру с относительной долей частиц, обладающих энергией выше некоторого порогового значения (рис. 1а):
коэффициент диффузии;А - постоянная, формально равная к при 1/Т = 0;
Q - энергия (теплота) активации химической реакции диффузии^ =1,987 кал/моль или кал/г-атом - газовая постоянная; Т - абсолютная температура.
Прологарифмировав уравнение (1), получим
График этой зависимости в координатах 1/Т — ^ k выражается прямой, для которой Q/(2,303R) = - tg а = tg в; ^ A = ^ k при 1/Г =0 (рис. 44б).
k = A e-Q/RT
lg k = lgA - Q/(2,303 RT)
(2)
Величину Q, которую определяют из опытных данных зависимости ^ к = f (1/Т) принято называть кажущейся или эффективной энергией (теплотой) активации процесса, которая для гетерогенных химических реакций меньше их истинной энергии активации О* на величину теплоты адсорбции реагирующего вещества, т. е.
О = О* - X,
где X - теплота адсорбции реагирующего вещества на металла[2, 3, 4].
Результаты
1/Т
а б
Рис. 1. Температурная зависимость константы скоростихимической реакции и
коэффициента диффузии.
График температурной зависимости скорости химической коррозии металла (рис. 1б) используют для нахождения значений скорости при различных температурах. Он может также быть использован для определения постоянных А и О уравнений (1 и 2) из опытных данных. Однако графический метод не дает достаточной точности, особенно при определении постоянной А, из-за того, что опытные точки лежат на большом расстоянии от оси ординат 1/Т = 0. Поэтому для определения значений постоянных уравнения опытные данные обрабатывают методом наименьших квадратов и получают прямую у = а + Ьх.
Соотношение (4.1) между скоростью химической коррозии металлов и температурой может быть нарушено, если с изменением температуры изменяется структура или другие свойства металла или образующейся на нем пленки продуктов коррозии. Довольно часто прямая к (или у) = А(1/Т) имеет изломы (рис. 2 и 3) и ее отдельным участкам соответствуют разные значения эффективной энергий активации Q.
На рис. 2 приведены экспериментальные данные окисления меди в кислороде. График этой зависимости имеет явно выраженный излом и может быть описан уравнением к = А1 е-°шт + А е-°2/КТ .
1 2 3
1/T 10"3
Рис. 2. Зависимость ^ = А(1/Г) для окисления меди в кислороде
Энергии активации, вычисленные для высокотемпературного и низкотемпературного участков графика, равны соответственно 157,6 и 84,0 кДж/г-атом. В условиях высокотемпературного окисления оксид меди неустойчив, так что закись меди Си2О остается единственным присутствующим оксидом. Для диффузии ионов меди в Cu2O, было экспериментально определено значение теплоты активации процесса - 158 кДж/г-атом. Это позволяет сделать вывод о том, что скорость высокотемпературного окисления меди определяет этот диффузионный процесс. При низких температурах скорость окисления меди должна определяться другим процессом, связанным с оксидом меди СиО[5].
Комментарии
Температура оказывает влияние на состав образующихся пленок и закон их роста. На рис. 3 а представлена температурная зависимость скорости окисления ^ железа и стали, которая возрастает по закону, близкому к экспоненциальному. На рис. 46б эта зависимость построена в координатах 1/Т
— ^ ^ и представляет ломаную линию. По данным Н.П.Жука и Б. В. Линчевского, каждому излому ломаной линией соответствует изменение, происходящее в металле (эвтектоидное, магнитное и аллотропическое превращения) и в прилегающем к нему слое окалины (появление подслоя FeO). В табл. 10 приведены данные об изменении строения окалины и закона ее роста во времени с изменением температуры.
Большое влияние на скорость окисления металла оказывает режим нагрева. Колебания температуры, особенно попеременные нагрев и охлаждение, вызывают разрушение пленок за счет возникающих внутренних напряжений, в результате этого скорость окисления металлов увеличивается.
А б
Рис.3. Температурная зависимость скорости окисления железа на воздухе.
Таблица 1
Схема процесса образования окалины при окислении стали.
т, °с Стадия процесса и превращения в окалине и металле Закон роста окалшш
20-200 образование пленки из у—РеаОз логарифмичесыш
200-400 слой о—Ре^О^ на внешней стороне окалины ^югашФмическхщ
400-575 подслой Рез04 на внутренней стороне окалины степетшой с п>2
575 -730 подслой РеО на внутренней стороне окалины степенной с п>2
730-780 магнитное (а-Ре^|3—Ре) и эвтектои^дное (перлит^аустенит) превращение в стали парабо тический
780-1150 аллотропическое превращение в стали ф-Ре-» у—Ре) параболический
выше частичная диссоциация Ре^Оз сложно-
1 150 гтар^о^тческий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диагностика коррозии металлоконструкций включает следующие основные направления:
а) диагностика текущего (мгновенного) коррозионного состояния конструкции; такая диагностика позволяет в любой момент времени после начала эксплуатации конструкции определять уровень коррозионного износа;
б) моделирование коррозионных отказов (разработка математических моделей, которые устанавливают связь между математическими методами расчета развития коррозии и действительной физической природой
коррозионной кинетики);
в) прогнозирование коррозионного состояния конструкций, т. е.
вероятностное определение коррозионной стойкости металлической конструкции в будущем [6, 7].
Диагностика коррозии необходима в связи с тем, что надежность машин и оборудования во многом определяется коррозионной стойкостью конструкционных материалов. Под надежностью оборудования в данном случае понимают комплекс свойств оборудования, определяемых либо частными свойствами, такими, как безотказность в работе, ремонтопригодность и долговечность, либо совокупностью этих свойств.
Выделяют несколько видов надежности оборудования, в том числе конструкционную и эксплуатационную. Каждый из них прямо связан с коррозионной стойкостью конструкционных материалов - так, конструкционная надежность изделия или аппарата определяется качеством конструкционных материалов [6].
Эксплуатационная надежность зависит от качества монтажа, условий эксплуатации и ремонта оборудования, от условий хранения резервных элементов.
Различают три периода интенсивности коррозионных разрушений металлического объекта:
I - период пуска и ликвидации технических дефектов. Возможны серьезные коррозионные повреждения оборудования из-за неправильной организации защиты от коррозии, нарушений технологического режима, некачественного монтажа и т. д.
II - период установившегося режима работы оборудования. В этом периоде из-за коррозии наблюдается постоянная интенсивность отказов, однако эти отказы носят характер случайных событий и проявляются в результате неявных причин.
- период износа (старения) оборудования. Частота коррозионных повреждений возрастает из-за катастрофических физических разрушений и коррозионного износа конструкционных материалов. Оценивая коррозионную стойкость конструкционных материалов различных машин и аппаратов, следует помнить о том, что проектные предпосылки и тезисы, данные диагностических наблюдений, взятые за основу при планировании мероприятий по защите от коррозии оборудования и реализованные на данном производстве, не всегда гарантируют успех при их переносе на другое родственное производство. Чаще всего необходимы непосредственные испытания коррозионной стойкости конструкционных материалов.
1. Акимов Г. В. Теория и методы исследования коррозии металлов.- М.: АН
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
СССР, 1945.- 414 с
2. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов.- М.: Металлургия, 1976.- 472 с.
3. Скалли Дж. Основы учения о коррозии и защите металлов.- М.: Мир, 1978.-
4. Скорчеллетти В. В. Теоретические основы коррозии металлов.- Л.: Химия, 1973.- 263 с.
5. Томашов Н. Д. Теория коррозии и защиты металлов.- М.: Изд-во АН СССР, 1959.- 592 c
6. Muhiddinov N., Tojiboyev B., Karimov R., Jalilov R., "Ikkilamchi termoplast polimerlar asosida qurilish sanoati uchun polimerkeramik kompozitsion materiallarni olish jarayonini takomillashtirish'' Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences. Oktabr 2021. 386-392 betlar.
7. Muhiddinov N., Raxmatullayev M., "To improve the technology of obtaining polymer composite materials on the basis of fillers that provide special properties." Texas Journal of Multidisciplinary Studies., ISSN NO : 2770-0003. 17-12-2021., 168171 lists. http://zienjournals.com/index.php/tjm/article/view/458
8. Muhiddinov N., Tojiboyev B., "Mechanical use of polimer compositional materials" Indonesian jurnal of innovation studies. 10.02.2020
9. Muhiddinov N., Tojiboyev B., "Polimer kompozitsion materiallarda dispers to'ldiruvchilarning umumiy xususiyatlari" "Ilm-fan, talim va ishlab chqarishning innovatsion rivojlantirishdagi zamonaviy muammolari" mavzusida ilmiy -amaliy (International scientific-practical conference on the topic of "modern issues of modern issues of innovative development of science, education and production). Andijon, 2020-yil- B. 795-799.
10. Tojiboyev Begijon Mamitovich | Mamajonova Madina Ravshanbek Qizi "Modern Methods of Corrosion of Car Details and Their Protection"
Published in International Journal of Trend in Scientific Research and Development (ijtsrd), ISSN: 2456-6470, Special Issue | Integrated Innovation on Technical Science and Economic Development, December 2021, pp.14-16, URL: https://www.iitsrd.com/papers/iitsrd49202.pdf
223 с.
