Apakah kakisan kimia dan bagaimana untuk menghapuskannya?

Karat kimia adalah proses yang merangkumi pemusnahan logam apabila berinteraksi dengan persekitaran luaran yang agresif. Pelbagai jenis kimia proses kakisan tidak berkaitan dengan kesan arus elektrik. Dalam jenis kakisan ini, tindak balas oksidatif berlaku, di mana bahan yang dimusnahkan adalah pada masa yang sama ejen pengurangan untuk unsur-unsur medium.

Kandungan:

• Kakisan gas
• Ciri-ciri filem oksida
• Kadar kakisan
• Kakisan dalam cecair bukan elektrolit
• Kaedah Perlindungan Korosi
• Pelapisan organosilikat

Pengkelasan pelbagai persekitaran agresif termasuk dua jenis kemusnahan logam:

• kakisan kimia dalam cecair bukan elektrolit;
• kakisan gas kimia.

Kakisan gas

Bentuk karat kimia yang paling umum - gas - adalah proses menghakis yang berlaku pada gas pada suhu tinggi. Masalah ini adalah tipikal untuk operasi pelbagai jenis peralatan dan bahagian teknologi (kelengkapan relau, enjin, turbin, dan sebagainya). Di samping itu, suhu ultrahigh digunakan dalam pemprosesan logam di bawah tekanan tinggi (pemanasan sebelum melancarkan, setem, memalsukan, proses termal, dan lain-lain).

Ciri-ciri keadaan logam pada suhu tinggi ditentukan oleh dua sifatnya - rintangan haba dan rintangan haba. Rintangan haba adalah tahap kestabilan sifat mekanik logam pada suhu ultrahigh. Di bawah kestabilan sifat mekanikal merujuk kepada pemeliharaan kekuatan untuk masa yang lama dan rintangan rayap. Rintangan haba adalah rintangan logam ke aktiviti menghakis gas pada suhu tinggi.

Kadar pengembangan kakisan gas ditentukan oleh beberapa penunjuk, termasuk:

• suhu atmosfera;
• komponen termasuk dalam logam atau aloi;
• parameter alam sekitar di mana gas berada;
• tempoh hubungan dengan medium gas;
• sifat produk menghakis.

Proses kakisan lebih dipengaruhi oleh sifat dan parameter filem oksida yang telah muncul di permukaan logam. Pembentukan oksida boleh dibahagikan kepada dua tahap:

• penjerapan molekul oksigen pada permukaan logam yang berinteraksi dengan atmosfera;
• hubungi permukaan logam dengan gas, mengakibatkan sebatian kimia.

Tahap pertama dicirikan oleh kemunculan ikatan ionik, hasil daripada interaksi atom oksigen dan permukaan, apabila atom oksigen mengambil sepasang elektron dari logam. Ikatan yang telah dibangkitkan dibezakan dengan kekuatan yang luar biasa - ia lebih besar daripada ikatan oksigen dengan logam dalam oksida.

Penjelasan mengenai hubungan ini terletak pada kesan medan atom pada oksigen. Sebaik sahaja permukaan logam dipenuhi dengan agen pengoksidaan (dan ini berlaku sangat cepat), pada suhu rendah, terima kasih kepada kekuatan van der Waals, penjerapan molekul pengoksidaan bermula. Hasil tindak balas adalah penampilan filem monomolecular nipis, yang dari masa ke masa menjadi lebih tebal, yang mempersulit akses oksigen.

Pada peringkat kedua, tindak balas kimia berlaku di mana unsur pengoksidaan medium mengambil elektron valensi daripada logam. Karat kimia adalah hasil akhir tindak balas.

Ciri-ciri filem oksida

Klasifikasi filem oksida termasuk tiga jenis:

• nipis (tidak kelihatan tanpa peranti khas);
• sederhana (perubahan warna);
• tebal (kelihatan kepada mata kasar).

Filem oksida yang dihasilkan mempunyai keupayaan perlindungan - ia melambatkan atau bahkan menghalang perkembangan kakisan kimia. Juga, kehadiran filem oksida meningkatkan rintangan haba logam.

Walau bagaimanapun, filem yang benar-benar berkesan mesti memenuhi beberapa ciri:

• tidak berputar;
• mempunyai struktur yang berterusan;
• mempunyai sifat pelekat yang baik;
• berbeza dalam ketidakmampuan kimia berhubung dengan atmosfera;
• menjadi keras dan tahan haus.

Salah satu syarat di atas - struktur padu amat penting. Kondisi kesinambungan adalah lebihan jumlah molekul filem oksida melebihi jumlah atom logam. Kesinambungan adalah keupayaan oksida untuk menutup seluruh permukaan logam dengan lapisan berterusan. Sekiranya keadaan ini tidak dipenuhi, filem itu tidak boleh dianggap sebagai pelindung. Walau bagaimanapun, terdapat pengecualian kepada peraturan ini: untuk beberapa logam, sebagai contoh, untuk magnesium dan unsur-unsur kumpulan alkali-bumi (tidak termasuk berilium), kesinambungan tidak termasuk petunjuk kritikal.

Untuk menentukan ketebalan filem oksida, beberapa teknik digunakan. Kualiti pelindung filem boleh dijelaskan pada masa pembentukannya. Untuk melakukan ini, kita mengkaji kadar pengoksidaan logam, dan parameter perubahan dalam kelajuan dari masa ke masa.

Untuk oksida yang sudah terbentuk, kaedah lain digunakan, yang terdiri daripada mempelajari ketebalan dan ciri-ciri pelindung filem. Untuk melakukan ini, reagen digunakan pada permukaan. Seterusnya, pakar merakam masa yang diperlukan untuk reagen untuk menembusi, dan berdasarkan data yang diperoleh, mereka menyimpulkan bahawa ketebalan filem.

Beri perhatian! Malah filem oksida yang akhirnya terbentuk terus berinteraksi dengan medium pengoksidaan dan logam.

Kadar kakisan

Keamatan dengan kakisan kimia yang terbentuk bergantung kepada rejim suhu. Pada suhu tinggi, proses oksidatif berkembang lebih pesat. Selain itu, penurunan peranan faktor termodinamik dalam proses tindak balas tidak menjejaskan proses.

Kepentingan yang penting adalah penyejukan dan pemanasan yang berubah-ubah. Kerana tekanan haba, retak muncul dalam filem oksida. Melalui lubang-lubang, unsur pengoksidaan menyentuh permukaan. Akibatnya, lapisan baru filem oksida terbentuk, dan bekas itu dikupas.

Tidak peranan paling kecil dimainkan oleh komponen-komponen medium gas. Faktor ini adalah individu untuk pelbagai jenis logam dan konsisten dengan turun naik suhu. Sebagai contoh, tembaga mudah terdedah kepada kakisan jika bersentuhan dengan oksigen, tetapi tahan terhadap proses ini dalam persekitaran sulfur oksida. Untuk nikel, sebaliknya, oksida sulfurik adalah maut, dan kestabilan diperhatikan dalam oksigen, karbon dioksida dan persekitaran akuatik. Tetapi krom tahan terhadap semua persekitaran ini.

Beri perhatian! Jika tahap tekanan pemisahan oksida melebihi tekanan unsur pengoksidaan, proses pengoksidaan berhenti dan logam memperoleh kestabilan termodinamik.

Komponen aloi juga mempengaruhi kadar tindak balas oksidatif. Sebagai contoh, mangan, sulfur, nikel dan fosforus tidak menyumbang kepada pengoksidaan besi. Tetapi aluminium, silikon dan kromium menjadikan proses lebih perlahan. Kobalt, tembaga, berilium dan titanium memperlahankan pengoksidaan besi lebih banyak lagi. Vanadium, tungsten dan molibdenum aditif akan membantu menjadikan proses lebih sengit, yang dijelaskan oleh kelemahan dan ketidakstabilan logam ini. Reaksi pengoksidaan berlangsung dengan perlahan dengan struktur austenit, kerana ia paling disesuaikan dengan suhu tinggi.

Satu lagi faktor di mana kadar kakisan bergantung adalah ciri permukaan yang dirawat. Permukaan licin mengoksida lebih perlahan, dan permukaan yang tidak rata lebih cepat.

Kakisan dalam cecair bukan elektrolit

Cecair tidak konduktif (mis.cecair bukan elektrolit) termasuk bahan organik seperti:

• benzene;
• kloroform;
• alkohol;
• karbon tetraklorida;
• fenol;
• minyak;
• petrol;
• minyak tanah, dll.

Di samping itu, sejumlah kecil cecair tak organik, seperti cecair bromin dan sulfur cair, dikelaskan sebagai cecair bukan elektrolit.

Perlu diperhatikan bahawa pelarut organik sendiri tidak bertindak balas dengan logam, bagaimanapun, dengan adanya sejumlah kecil kekotoran, proses interaksi yang sengit berlaku.

Unsur-unsur sulfur dalam minyak meningkatkan kadar kakisan. Juga, suhu tinggi dan kehadiran oksigen dalam cecair meningkatkan proses kakisan. Kelembapan menguatkan perkembangan kakisan selaras dengan prinsip elektromekanikal.

Faktor lain dalam perkembangan pesat kakisan adalah bromin cair. Pada suhu normal, ia amat merosakkan keluli karbon tinggi, aluminium dan titanium. Kurang signifikan adalah kesan bromin pada besi dan nikel. Rintangan terbesar kepada bromin cair ditunjukkan oleh plumbum, perak, tantalum dan platinum.

Belerang lebur memasuki reaksi agresif dengan hampir semua logam, terutamanya dengan plumbum, timah dan tembaga. Gred karbon keluli dan sulfur titanium kurang terjejas dan hampir memusnahkan aluminium.

Langkah-langkah perlindungan untuk struktur logam yang terletak di media cecair tidak konduktif dilakukan dengan menambahkan logam tahan terhadap medium tertentu (contohnya, keluli dengan kandungan kromium yang tinggi). Selain itu, salutan pelindung khas digunakan (contohnya, dalam persekitaran di mana terdapat banyak sulfur, salutan aluminium digunakan).

Kaedah Perlindungan Korosi

Kaedah kawalan kakisan termasuk:

• memproses logam asas dengan lapisan pelindung (contohnya, menggunakan cat);
  
• penggunaan perencat (mis. kromat atau arsenit);
• pengenalan bahan yang tahan terhadap proses kakisan.

Pemilihan bahan tertentu bergantung kepada keberkesanan potensi (termasuk teknologi dan kewangan) penggunaannya.

Prinsip-prinsip moden perlindungan logam adalah berdasarkan teknik-teknik seperti:

1. Meningkatkan ketahanan bahan kimia. Bahan tahan kimia (plastik polimer tinggi, kaca, seramik) telah berjaya membuktikan diri mereka sendiri.
2. Pengasingan bahan dari persekitaran yang agresif.
3. Mengurangkan keupayaan persekitaran teknologi. Contoh-contoh tindakan tersebut termasuk meneutralkan dan menghilangkan keasidan dalam persekitaran yang menghakis, serta penggunaan pelbagai inhibitor.
4. Perlindungan elektrokimia (mengenakan arus luaran).

Kaedah di atas dibahagikan kepada dua kumpulan:

1. Rintangan kimia yang semakin meningkat dan penebat digunakan sebelum kerja logam dijalankan.
2. Mengurangkan agresif alam sekitar dan perlindungan elektrokimia telah digunakan dalam proses menggunakan produk logam. Penggunaan kedua-dua teknik ini memungkinkan untuk memperkenalkan kaedah-kaedah baru perlindungan, sebagai akibat daripada perlindungan yang diberikan oleh perubahan keadaan operasi.

Salah satu kaedah yang paling biasa digunakan untuk melindungi logam - salutan anti karat galvanik - adalah tidak menguntungkan dari segi ekonomi untuk kawasan permukaan yang besar. Alasannya adalah kos tinggi proses persediaan.

Tempat utama di antara kaedah perlindungan ialah salutan logam dengan cat dan varnis. Populariti kaedah memerangi kakisan ini adalah disebabkan gabungan beberapa faktor:

• sifat pelindung tinggi (hydrophobicity, penolakan cecair, kebolehtelapan gas yang rendah dan kebolehtelapan wap);
• manufacturability;
• peluang yang mencukupi untuk penyelesaian hiasan;
• pemeliharaan;
• justifikasi ekonomi.

Pada masa yang sama, penggunaan bahan yang tersedia secara meluas tidak tanpa kelemahan:

• pembasuhan permukaan logam yang tidak lengkap;
• lekatan patah salutan ke logam asas, yang membawa kepada pengumpulan elektrolit di bawah salutan tahan karat dan, dengan itu, menyumbang kepada kakisan;
• keliangan, menyebabkan peningkatan kebolehtelapan kelembapan.

Walau bagaimanapun, permukaan yang dicat melindungi logam daripada proses menghakis walaupun dengan kerosakan fragmen pada filem itu, sementara pelapisan galvanik yang tidak sempurna juga boleh mempercepatkan kakisan.

Pelapisan organosilikat

Untuk perlindungan hakisan yang berkualiti tinggi, penggunaan logam dengan tahap hidrofobisiti yang tinggi, impermeability dalam persekitaran air, gas dan stim adalah disyorkan. Bahan-bahan ini termasuk organosilikat.

Pengikatan kimia praktikal tidak berlaku untuk bahan-bahan organosilikat. Sebab-sebab kebohongan ini dalam peningkatan kestabilan kimia komposisi sedemikian, ketahanan terhadap cahaya, kualiti hidrofobik dan penyerapan air yang rendah. Organosilat juga tahan terhadap suhu rendah, mempunyai sifat pelekat yang baik dan rintangan haus.

Masalah pemusnahan logam akibat kesan kakisan tidak hilang, walaupun perkembangan teknologi untuk memerangi mereka. Sebabnya ialah peningkatan berterusan dalam pengeluaran logam dan keadaan operasi yang semakin sukar dari mereka. Tidak mustahil untuk menyelesaikan masalah pada tahap ini, sehingga usaha saintis berfokus pada mencari peluang untuk memperlambat proses korosi.