Что обычно используют для защиты стальных корпусов морских судов

Обновлено: 25.04.2024

Из различных видов коррозии в морских условиях основной является электрохимическая — разрушение поверхности металла в жидкостях, проводящих электрический ток (электролитах) . Если в электролит поместить соединенные между собой электроды — металлы, имеющие разный потенциал, то электрод с более низким значением потенциала (анод) будет разрушаться, а по проводнику, соединяющему электроды, будет проходить электрический ток.

В судовых условиях электролитом является морская вода, а роль электродов выполняют стальной корпус и бронзовые втулки в дейдвудной трубе и рулевых петлях, а также бронзовый или латунный гребной винт. Медь и ее сплавы, обладая более высоким потенциалом, при контакте со сталью создают катод. В результате этого сталь, являющаяся анодом, подвергается значительному коррозионному разрушению, особенно на участках, близко расположенных к контакту. При отсутствии разнородных металлов гальванические пары образуют сталь с прокатной окалиной, которая имеет потенциал более положительный, чем потенциал железа, поэтому она по отношению к местам, не имеющим окалины, играет роль катода. Это вызывает бурный процесс электрохимического разрушения анодных участков. Подобным же образом действуют различные примеси и шлаковые включения, содержащиеся в стали, а также окрашенные участки.

Борьба с коррозией проводится различными способами. Но все они являются разновидностью одного из следующих методов: легирование, ингибиторная защита, защитные покрытия и электрохимическая защита.

Выбор способа защиты зависит от назначения конструкции и условий ее эксплуатации.

Легирование. Для повышения коррозионной стойкости стали в качестве легирующих элементов применяют хром, никель, титан, молибден и некоторые другие элементы. Но достаточная эффективность нержавеющей стали в морской воде обеспечивается только при содержании в ней легирующих элементов свыше 18 %, что значительно повышает стоимость стали. Поэтому легирование не нашло широкого распространения в судостроении. Из нержавеющей стали изготовляют только винты и подводные крылья, а в судовом машиностроении она используется в качестве заменителя цветных металлов.

Ингибиторная защита. Ингибиторами, или замедлителями коррозии, называют такие вещества, которые при добавлении в небольших количествах к агрессивной среде замедляют или предупреждают коррозию.

Ингибиторную защиту применяют только в закрытых помещениях. Поэтому этот вид защиты может найти применение главным образом на нефтеналивных судах для предупреждения коррозии внутренних поверхностей грузовых танков. В этом случае ингибиторы могут вводиться как в нефтепродукты, так и в принимаемую балластную воду. Общее количество вводимого при этом замедлителя обычно составляет несколько сотых процента. Обычно замедлитель вводят в раствор, которым промывают танки после удаления груза или балласта.

Защитные покрытия. Наиболее простая защита от коррозии — это нанесение на поверхность металла защитной пленки. В зависимости от вида защитной пленки Покрытия бывают лакокрасочные, металлические, неметаллические и оксидные.

Лакокрасочные покрытия наиболее широко применяют в судостроении. Этому способствуют сравнительно низкая их стоимость и простота выполнения, а также вполне удовлетворительная эффективность в случае качественного выполнения всех подготовительных и окрасочных работ. Нанесенные тонким слоем на поверхность, лакокрасочные покрытия после высыхания превращаются в плотную эластичную пленку, которая не только отделяет металл от внешней среды, но и препятствует образованию гальванических пар на поверхности металла.

Металлические покрытия применяют значительно реже. В качестве покрытий могут применяться различные металлы (медь, цинк, олово, никель, хром и др.). В судостроении наиболее широко используется цинкование, которому подвергаются большинство трубопроводов судовых систем и некоторые дельные вещи. Цинковое покрытие, имея хорошее сцепление с основным металлом, обладает сравнительно низкой механической прочностью. Поэтому его необходимо оберегать от ударов твердыми и острыми предметами, которые могут вызывать местные повреждения и царапины защитного слоя.

Неметаллические покрытия имеют низкую стоимость. Во многих случаях их применение дает значительную экономию средств. Отсеки двойного дна и пики обычно покрывают водным раствором цемента, а малодоступные места заливают бетоном. Цемент и бетон наиболее целесообразно использовать также для покрытия льял, ватервейсов и других мест, где скапливается вода.

На судах, перевозящих грузы, способствующие коррозионному разрушению, можно производить битумирование внутренних поверхностей грузовых трюмов. Нанесение битумного покрытия требует предварительной грунтовки поверхности смесью нефтяного битума с бензином. Покрытие наносят на защищаемую поверхность вручную или специальным насосом. Перед нанесением битум или мастику нагревают до температуры около 200 “С.

Широкое внедрение в народное хозяйство пластмассовых материалов позволяет значительно расширить номенклатуру и область применения неметаллических покрытий. К таким покрытиям относится, например, защитный материал типа «Нева».

10. Железо в контакте с медью подвергается коррозии сильнее потому, что:
а) медь – это катализатор реакции образования ржавчины
б) железо является более активным металлом, чем медь +
в) атомы меди отдают электроны легче, чем атомы железа

11. Определите покрытие луженого железа:
а) Zn
б) Mg
в) Sn +

12. Как называется более активный металл, предотвращающий коррозию менее активного металла:
а) активатор
б) протектор +
в) катализатор

Тестовая работа по теме: "Коррозия металлов" 9 класс (21.10. 20 г.)

1. Самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой:
а) коррозия
б) распад
в) развал

2. Причиной коррозии служит такая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде:
а) статическая
б) термодинамическая
в) структурная

3. Гидроксид железа Fe(OH)3 и является тем, что называют:
а) окислением
б) патиной
в) ржавчиной

4. Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от:
а) температуры
б) материала
в) лунного цикла

5. По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения, коррозия может быть:
а) газовая
б) коррозия при трении
в) коррозия при переменном погружении

6. Что вызывает коррозию металлов и сплавов:
а) вода и кислород
б) краски
в) растворы солей

7. Как называют вещества, введение которых уменьшает агрессивность среды:
а) катализаторы коррозии
б) ингибиторы коррозии
в) активаторы коррозии

8. Что обычно используют для защиты стальных корпусов морских судов:
а) Zn
б) Na
в) Fe

9. Что является продуктом коррозии железа:
а) серая ржавчина
б) зелёная ржавчина
в) бурая ржавчина

11. Определите покрытие луженого железа:
а) Zn
б) Mg
в) Sn

12. Как называется более активный металл, предотвращающий коррозию менее активного металла:
а) активатор
б) протектор
в) катализатор

Тема: Коррозия металлов. Способы защиты металлов от коррозии. .

изучить сущность процесса коррозии металлов и способы защиты от коррозии; научить использовать приобретённые знания для объяснения явлений окружающей среды;

развивать умения наблюдать, сравнивать, обобщать, делать самостоятельные выводы, работать с учебником; развивать познавательный интерес к предмету, используя межпредметные связи;

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

наглядности

I. Организационный момент . Приветствует учеников, проверяет готовность к уроку, желает успеха.

Ученики осмысливают поставленную цель.

II. Проверка домашней работы.

Решите цепочку превращений:

1. Наружный слой металлов имеет электронов: а)1-3, б) 7, в) 4-7, г) 0.

2. Металлы имеют связь: а) ковалентную, б) водородную, в) металлическую, г) ионную.

3. Металлические свойства в группах с увеличением порядкового номера: а) сначала >, затем

4. s , р - металлы не встречаются в свободном виде, так как: а) их мало, б) очень активны, в) гигроскопичны, г) получают электролизом.

5. Металлы нельзя получить: а) А l -термией, б) Из оксида с помощью С и СО, в) взаимодействием кислоты с металлом, г) восстановление из оксида Н₂.

6. Металлы не выделяют водород из: а) HCl , б) H ₃ PO ₄ , в) H ₂ SO ₄ , г) HNO ₃

7. Металлы имеют разную пластичность, так как: а) образуют ионы металлов, б) свободные частицы, в) разная упаковка в кристаллической решетке, г) им это не присуще.

8. Металлы V - V ΙΙ групп хрупкие, так как: а) много свободных электронов, б) нетипичные металлы, в) нет блеска, г) отличаются строением.

9. Переходные металлы: а) Na , K ; б) Al , Zn ; в) Mg , Ca ; г) нет таких.

10. Разложение электролитов током – это: а) гидролиз, б) электролиз, в) гидратация, г) нет такого процесса.

1а2в3в4б5в6г7в8а9б10б

Ученики отвечают на разноуровневые вопросы.

Подготовка учащихся к активному восприятию нового материала

Задания для групп:

1. Изучите теоретический материал по своему направлению

2. Подготовьте спикера

3. Оформите постеры для ответа.

Учитель: Для того, чтобы продуктивно дать отпор «Рыжему дьяволу» мы должны немного отдохнуть.

6. Физминутка

7. Выступления групп с защитой постеров.

Виды коррозии

· По характеру разрушения металла различают коррозию сплошную, язвенную и точечную (демонстрация фотографий коррозии металлов).

· химическая (газовая) коррозия – происходит в сухих газах, при полном отсутствии влаги.

вос-ль С u 0 – 2 e → Cu 2+ /2/ окисление

ок-ль O ₂ 0 +4 e →2 O 2- /1/ восстановление

Вывод: кислород оказывает огромное влияние на процесс коррозии, являясь одним из наиболее агрессивных ее факторов.

· электрохимическая коррозия – происходит в среде электролита с возникновением электрического тока. Это такая коррозия, в результате которой наряду с химическими процессами (процесс окисления), происходят электрические (перенос электронов от одного участка изделия к другому).

Учитель вспоминает еще раз о разрушении Эйфелевой башни, она ржавеет и разрушается. Это сложный процесс, который включает несколько стадий. Суммарно оно выглядит следующим образом:

4 Fe + 6 H ₂ O _(влага) + 3 O _{2(воздух)} → 4 Fe ( OH )₃ (учащиеся самостоятельно рассматривают окислительно – восстановительые процессы, делают выводы).

Однако химически чистое железо почти не корродирует. Техническое железо, содержащее различные примеси, например, в чугунах и сталях, ржавеет. Если на контакт двух металлов (железо и медь) попадает раствор электролита, например, соляная кислота, то образуется гальванический элемент, и начинается окислительно-восстановительная реакция. В результате реакции более активный металл (железо) окисляется и переходит в раствор, а ионы водорода восстанавливаются на менее активном металле (меди):

в-ль Fe 0 – 2 e → Fe 2+ (ок-ие)

ок-ль 2H + + 2e → H₂ (вос-ие)

Способы защиты металлов от коррозии.

Далее учитель рассказывает о том, что еще в Древнем Египте было замечено, что латунные изделия (сплав меди и цинка) со временем покрываются слоем губчатой меди, а цинк окисляется. В средние века было рассмотрено отбеливание монет из сплава меди с серебром в растворе винного камня, при этом медь растворялась, а на поверхности монеты оставалось серебро.

1.Защитные поверхностные покрытия:

а) металлическое (цинк, олово, никель, свинец)

б) неметаллические (лаки, краски, эмали…)

2.Создание сплавов с антикоррозионными свойствами – легирование

металлов (никель, кобальт, хром, вольфрам…)

3. Введение ингибиторов

4. Протекторная защита

IV. Закрепление урока.

Обобщим наш материал, 1.Я задаю первый вопрос, кто на него ответит, задает свой любому ученику класса. (3 минуты),

2. Игра « учитель всегда прав», в этой игре учитель в своих утверждениях делает ошибки и учащиеся должны найти и аргументировать эту ошибку.

3. Тест – пятиминутка:

1. Коррозию металлов и сплавов вызывает

А) вода и кислород

Б) оксиды углерода и серы

В) растворы солей

Г) все перечисленные компоненты

2. Наиболее сильно металл коррозирует

А) в растворе хлорида натрия

Б) в кипяченой дистиллированной воде

В) в сухом воздухе

Г) в дистиллированной воде

3. Для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют

4.Более активный металл, предотвращающий коррозию менее активного металла, называется

А) катализатор коррозии

Б) активатор коррозии

В) ингибитор коррозии

5. Вещества, введение которых уменьшает агрессивность среды, называют

А) катализаторы коррозии

Б) активаторы коррозии

В) ингибиторы коррозии

Ученики отвечают на вопросы учителя аргументируют свои ответы.

Ученики отвечают на вопросы тестов

V. Итог урока . Этап рефлексии:

Рефлексия: «Три М».

Учащимся предлагается назвать три момента, которые у них получились хорошо в процессе урока, и предложить одно действие, которое улучшит их работу на следующем уроке.

Китайская мудрость гласит «Даже если вы достигли вершины горы, продолжайте карабкаться дальше. Многие армянские сказки заканчиваются фразой: «… первое яблоко тому, кто рассказывал. Второе – тому, кто слушал. А третье-кому? Тому – кто понял». Я уверена, что сегодня с урока вы уходите с яблоками, хотя и виртуальным. Спасибо за сотрудничество! Урок окончен! До свидания! Всем добра и успехов!

Подведение итогов урока.

Учащиеся называют три момента, которые у них получились хорошо в процессе урока, и предложить одно действие

VI. Домашнее задание. Объясняет особенности выполнения домашней работы.

16. Железо в контакте с медью подвергается коррозии сильнее потому, что:
а) медь – это катализатор реакции образования ржавчины
б) железо является более активным металлом, чем медь +
в) атомы меди отдают электроны легче, чем атомы железа

17. Определите покрытие луженого железа:
а) Zn
б) Mg
в) Sn +

18. Как называется более активный металл, предотвращающий коррозию менее активного металла:
а) активатор
б) протектор +
в) катализатор

19. Пассивность это состояние относительно высокой коррозионной стойкости металла вызванное этим:
а) жидкой средой
б) нейтральной средой
в) средой с сильными окислителями +

20. Что является причиной коррозии:
а) содержание в металле неметаллических примесей
б) термодинамическая неустойчивость металлов +
в) внутренняя структура металла или сплава

21. По характеру разрушения существует такая коррозия:
сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность:
а) равномерная +
б) точечная
в) язвенная

22. По характеру разрушения существует такая коррозия:
сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность:
а) пятнами
б) неравномерная +
в) пятнами

23. По характеру разрушения существует такая коррозия:
сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность:
а) межкристаллитная
б) пятнами
в) избирательная +

24. По характеру разрушения существует такая коррозия:
локальная коррозия, охватывающая отдельные участки:
а) неравномерная
б) пятнами +
в)

25. По характеру разрушения существует такая коррозия:
локальная коррозия, охватывающая отдельные участки:
а) избирательная
б) неравномерная
в) точечная +

26. По характеру разрушения существует такая коррозия:
локальная коррозия, охватывающая отдельные участки:
а) равномерная
б) сквозная +
в) избирательная

27. Главная классификация производится по механизму протекания процесса. Различают … вида:
а) два +
б) три
в) четыре

28. Различают … основных вида коррозии:
а) 2
б) 3
в) 4 +

29. Один из основных видов коррозии:
а) электрохимическая
б) электрофизическая
в) электронная

30. Один из основных видов коррозии:
а) физическая
б) кислородная +
в) динамическая

«Ржа ест железо» — гласит русская народная поговорка. Ржавчина, которая появляется на поверхности стальных и чугунных изделий, — это яркий пример коррозии.

У поэта В. Шефнера есть очень образные строчки:

Ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведённого в мире железа. Однако не только потеря металлов, но и порча изготовленных из них изделий обходится очень дорого. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и коммуникаций во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены.

Коррозия вызывает серьёзные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно влияет на здоровье и жизнь людей. Понятно, почему на защиту металлов и сплавов от коррозии тратят большие средства.

Коррозию металлов и сплавов (их окисление) вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, водные растворы солей (морская вода, грунтовые воды). Эти компоненты непосредственно окисляют металлы — происходит химическая коррозия.

Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа. Особенно сильно корродирует металл во влажном воздухе и при соприкосновении с водой (рис. 43). Упрощённо этот процесс можно выразить следующим уравнением химической реакции:

Химически чистое железо почти не корродирует, а техническое железо, которое содержит различные примеси, например в чугунах и сталях, ржавеет. Следовательно, одной из причин возникновения коррозии является наличие примесей в металле, т. е. его неоднородность.

Сущность процесса коррозии для этого случая покажем на следующем примере. Если два различных металла, находящихся в контакте между собой, опустить в водный раствор электролита (в реальных условиях это, например, грунтовые воды, сконденсированная влага из атмосферы), то металл более активный, расположенный в электрохимическом ряду напряжений левее, будет разрушаться, предохраняя менее активный металл от коррозии.

Например, при контакте железа с медью в водной среде железо, как более активный металл, постепенно корродирует, переходя в воду в виде ионов железа (рис. 44, а).

Электроны, высвободившиеся из атомов железа, перейдут к меди и на её поверхности соединятся с ионами водорода, выделившимися из компонентов водной среды (например, серной или других кислот; вам, очевидно, известно выражение «кислотные дожди»). Этот электрохимический процесс можно представить так:

И наоборот, при контакте железа с более активным цинком последний, разрушаясь, защищает железо от коррозии (рис. 44, б).

Для борьбы с коррозией существует много способов. Назовём некоторые из них.

1. Нанесение защитных покрытий на поверхности предохраняемого от коррозии металла. Для этого часто используют масляные краски, эмали, лаки (рис. 45). Эти неметаллические покрытия дешёвые, но обычно недолговечные. Раз в два года, а иногда и чаще их требуется обновлять. Так, например, красят Эйфелеву башню в Париже.

Предохраняемый металл можно покрыть слоем другого металла: золота, серебра, хрома, никеля, олова, цинка и др.

Один из самых старых способов — это лужение, или покрытие железного листа слоем олова. Такое железо называют белой жестью.

2. Использование нержавеющих сталей, содержащих специальные добавки. Например, «нержавейка», из которой изготавливают столовые приборы, содержит до 12% хрома и до 10% никеля. Лёгкие нержавеющие сплавы включают алюминий или титан. Всякий, кто был во Всероссийском выставочном центре, видел перед входом обелиск «Покорителям космоса», облицованный пластинками из титанового сплава (рис. 46). На его блестящей поверхности нет ни одного пятнышка ржавчины.

3. Введение в рабочую среду, где находятся металлические детали, веществ, которые в десятки и сотни раз уменьшают агрессивность среды. Такие вещества называют ингибиторами коррозии.

Ингибиторы коррозии вводят в замкнутые системы охлаждения, в нефтепродукты и даже впрыскивают в газопроводы для снижения коррозии труб изнутри. Для предотвращения коррозии железа в серной кислоте к ней добавляют в качестве ингибитора азотную кислоту.

4. Создание контакта с более активным металлом — протектором. Например, для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют цинк (рис. 47). На суше металлические конструкции линии электропередачи (ЛЭП) и трубопроводов соединяют с листом или куском более активного металла. С этой же целью к деталям конструкции мостов приваривают куски цинка.

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

1. Медь на воздухе покрывается тонким слоем оксида, придающим ей тёмную окраску, но во влажном воздухе и в присутствии углекислого газа на её поверхности образуются соединения зелёного цвета ((СиOН)₂СO₃). Напишите уравнения реакций коррозии меди.

2. Щелочные и щёлочноземельные металлы хранят под слоем керосина для предотвращения контакта с воздухом, так как они интенсивно взаимодействуют с составными частями воздуха. Напишите уравнения возможных реакций, сопровождающих коррозию этих металлов.

3. Что такое ингибиторы коррозии? Что такое протекторы? Чем отличается механизм их действия при защите металлов от коррозии?

4. Лужёное железо, покрытое защитной оловянной плёнкой, поцарапали. Что будет происходить с изделием?

5. О каком материале строка В. В. Маяковского: «По крыше выложили жесть. » ?

6. В начале XX в. из нью-йоркского порта вышла в открытый океан красавица яхта. Её владелец, американский миллионер, не пожалел денег, чтобы удивить свет. Корпус яхты был сделан из очень дорогого в то время алюминия, листы которого скреплялись медными заклёпками. Это было красиво — сверкающий серебристым блеском корабль, усеянный золотистыми головками заклёпок! Однако через несколько дней обшивка корпуса начала расходиться и яхта быстро пошла ко дну. Почему?

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: