Metallar korroziyasi nazariyasining asoslari

MUSTAQIL ISH
MAVZU: Materiallar korroziyasi va ularni ximoyalash usulari
Reja:
1) METALLAR KORROZIYASI
2) Materiallar korroziyasi ximoyalash usulari
Guruh: S23-08
METALLAR KORROZIYASI NAZARIYASINING ASOSLARI.
1.1. “Korroziyadan himoya qilish” fanining maqsad va vazifalari
Ushbu fan oliy o‘quv yurtlarining 5321400 – “Neft-gazkimyo sanoati
texnologiyasi” ta’lim yo‘nalishi Davlat ta’lim standartida kiritilgan
«Korroziyadan himoya qilish» fanini o‘rganuvchi talabalar uchun
mo‘ljallangan. Fanning asosiy maqsadi — talabalarda tabiiy va ishlab
chiqarishning barcha sohalarida konstruksion materiallarni tanlash
va ularni korroziyadan himoya qilish bo‘yicha resurs tejamkor
yechimlarni asoslash va tadbiq etish bo‘yicha bilimlar tizimini
shakllantirishdan iborat. Tabiiy va ishlab chiqarish sharoitlarining,
tashkiliy-boshqaruv strukturalari xarakterining, mehnat jarayonlari
o‘ziga xosligining farqlanishi diferensiallansada, korroziyadan
muhandislik himoyalashni ta’minlovchi, asos bo‘lib xizmat qiladigan
quyidagi yo‘nalishlarining yagona ilmiy metodologiyasini ishlab
chiqish zarur: materiallarni turli sharoitlarda ishlatish paytida yuz
beradigan qaytar va qaytmas degradatsiya jarayonlarini tahlil qilish;
umumiy va lokal zararlarni miqdoriy baholash; ob’ektlarning
holati to‘g‘risidagi ma’lumotlarni olish usullari, vositalari va
mezonlarini me’yorlash; korroziyaga chidamli materiallarni yaratish
va tanlash;
metallarni korroziyadan himoya qilish bo‘yicha
kompleks tadbirlarni ishlab chiqish; “Korroziyadan himoya qilish”
kursi komleks fan bo‘lib, fundamental tabiiy va umumkasbiy fanlani
o‘zlashtirishdan olingan bilimlarga tayanadi. “Korroziyadan himoya
qilish” fanini o‘rganish natijasida talaba quyidagilarni bilishi zarur:
elektr o‘tkazuvchi gaz va suyuq muhitlarda korroziya jarayonlari
nazariyasining asoslari;
texnogen i antropogen faktorlar ta’siri
ostida bo‘lgan konstruksion materiallar xossalarining holati va
o‘zgarishi to‘g‘risida umumiy ma’lumot; qurish va ishlab chiqarish
faoliyatida konstruksion materiallarga korrozion ta’sir etuvchi asosiy
manbalar, ularning sifat va miqdoriy xarakteristikalari, jihozlar
ishonchliligini tashxislash yo‘llari va usullari, korroziya ta’sirining
oqibatlari; materiallarni korroziyadan kompleks himoyalashni
ta’minlash konsepsiyasi; 7 Ushbu bilimlarni qo‘llagan holda talaba:
korroziya jarayonlarining borish qonuniyatlariga tashqi va ishlab
chiqarish muhitlarining ta’sir qilish xarakterini baholay olishi;
konstruksion materiallarni tanlay olishi; qurilmalar konstruksiyasi
hamda jihozlar va transport kommunikatsiyalarini atrof muhitning
korrozion ta’siridan himoyalash tadbirlarini asoslab bera olishi lozim.
1.2. Metallar korroziyasiga qarshi kurash muammolarining ijtimoiy,
iqtisodiy va ekologik jihatlari. Hozirgi paytda Yer sharidagi aholi soni
vaqt o‘tishi bilan ortib bormoqda. 1850 yilda u 1,2 mlrd. kishini, 1950
yida esa 2,5 mlrd. kishini tashkil etgan bo‘lsa, 2000 yilga kelib b
ko‘rsatkich 5 mlrd kishidan ortdi. O‘z navbatida insoniyatning
ehtiyojlari ham mutanosib ravishda emas, balki juda yuqori templar
bilan ortib bormoqda. Uzluksiz ortib borayotgan bunday ehtiyojni
faqatgina ishlab chiqarishni jadal rivojlantirish hisobiga qondirish
mumkin. Oxirgi yarim asr mobaynida planetamizdagi aholi soni 1,6
martaga ortgan bo‘lsa, asosiy ishlab chiqarish hajmi 2,5 marta ortgan.
Ishlab chiqarishni tashkil qilish, yo‘lga qo‘yish va amalga oshirish
uchun esa qurilmalar, jihozlar, kommunikatsilar va zamonaviy
mashinalar zarur bo‘ladi. Bularning barchasini metall, qotishma va
kompozitsiyalarsiz tasavvur qilish qiyin. Ular qora va rangli metall
qotishmalaridan, tabiiy va sun’iy kiyoviy bardoshli materiallardan
hamda kompozitsiyalardan tayyorlanadi. Vaqt o‘tishi bilan korroziya
tufayli ular eskiradi, yemiriladi va yaroqsiz holga keladi. Bu esa
nafaqat iqtisodiy zarar, balki global ekologik katastrofalarga olib
keladi
Metall byumlar, jihozlar, konstruksiyalar va qurilmalarning
korroziyasidan planetamiz bo‘yicha ko‘riladigan zarar misli
ko‘rilmagan raqamlarni tashkil qiladi. Masilan birgina Amerika
Qo‘shma Shtatlarida korroziya tufayli ko‘riladigan zarar yiliga 300
mlrd dollarni tashkil qiladi, bu esa mamlakat milliy daromadining 6%
ni tashkil qiladi. Rossiya Federatsiyasida korroziya tufayli har yili
metall fondi umumiy massasining 12% yo‘qoladi, bu esa yillik ishlab
chiqariladigan metallning 30% demakdir. Bunday ulkan bevosita
zarardan tashqari yana juda katta bilvosita zararlar ham muqarrardir.
Ularga metall jihozlar quvvatining yo‘qolishi, avariyalar tufayli
ularning majburiy to‘xtatishdan ko‘riladigan zararlar, shuningdek
ko‘pincha ekologik katastrofalarga olib keluvchi avariya oqibatlarini
bartaraflash uchun ketadigan xarajatlar va boshqalar kiradi.
Korroziya muammolarining dolzarbligi quyidagi uch asosiy jihatlari
bilan aniqlanadi: 8 1) inson halokatiga va atrof muhitning
ifloslanishiga olib keluvchi katastrofa va avariyalarning oldini olish
maqsadida turli ob’ektlar (AES ob’ektlari, samolyotlar, kemalar,
binolar, kommunikatsiya va uzatish tizimlari va b.) ishonchliligini
oshirish: 2) zaxiralari cheklanganligini hisobga olgan holda dunyo
miqyosida metall resurslarini (metall fondini) tejash va saqlab qolish;
3) barcha turdagi mashinalar, rezervuarlar, quvur o‘tkazgichlar,
ko‘priklar, temir yo‘llar va h.k. korroziyasi tufayli ko‘riladigan moddiy
va iqtisodiy zararlarni kamaytirish; 1.3. Asosiy tushuncha va
atamalar Metallar va qotishmalardan tayyorlanadigan barcha
mashina va jihozlar tabiiy yoki texnologik muhitlarda ekspluatatsiya
jarayonida korroziyaga mahkumdir. Korroziya lotincha so‘zdan
olingan bo‘lib «corrodere» — yemirilish degan ma’noni anglatadi.
Metall va qotishmalarning tashqi muhit bilan o‘zaro ta’sirlashishi
natijasida o‘z-o‘zidan yemirilish hodisasi metallarning
korroziyalanishi deyiladi. Bunday o‘zaro ta’sir asosida tashqi muhit
bilan kimyoviy va elektrokimyoviy reaksiya, ba’zida esa mexanik
ta’sir yotadi. Metallarning bunday muhit ta’siriga qarshilik ko‘rsata
olish qobilyati materiallarning bardoshliligi yoki kimyoviy qarshiligi
deyiladi. Korroziyaga uchrayotgan metall — korroziyalanuvchi
metall, korroziya jarayoni kechayotgan muhit esa — korrozion muhit
deyiladi. Korroziya natijasida metallning xossalari o‘zgarib, ko‘pincha
uning funksional xarakteristikalari yomonlashadi. Metall korroziyaga
uchraganda qisman yoki to‘la yemiriladi. Metall bilan korroziyalovchi
muhitning o‘zaro ta’sirlashuvi natijasida hosil bo‘ladigan kimyoviy
birikmalar korroziya mahsulotlari deyiladi. Korroziya mahsulotlari
oksid plyonkalari, metall to‘poni yoki zang ko‘rinishida metall sirtida
qolishi mumkin.
Ularning metall sirti bilan adgeziya darajasiga bog‘liq holda turli
hollar bo‘lishi mumkin. Masalan, temir qotishmalari sirtida zang
yumshoq uqalanib ketadigan po‘k qavat hosil qiladi, korroziya
jarayoni esa metall ichiga chuqur tarqalib, teshib o‘tuvchi yara (yazva)
va teshik hosil qilishi mumkin. Aksincha, aluminiy oksidlanganda
uning sirtida yaxlit, zich oksid plyonka hosil bo‘lib, uni yemirilishdan
saqlaydi. Korroziya – fizik kimyoviy jarayon bo‘lib, uning kechish
qonuniyatlari geterogen sistemalarning umumiy termodinamik va
kinetik qonunlari asosida aniqlanadi. Korroziyaning ichki va tashqi
faktorlari mavjud. Korroziyaning ichki faktorlari metallning tabiati,
tuzilishi (tarkibi, strukturasi va b.) va korroziya tezligiga ta’sirini
xarakterlaydi. Tashqi faktorlar esa tashqi korrozion muhit
tarkibining ta’sirini va korroziyaning borish sharoitini (harorat,
bosim, potensial va b.) aniqlaydi. 9 Korroziyadan himoya qilish deb,
metall korroziyasini kamaytirish yoki to‘xtatish uchun amalga
oshiriladigan jarayon yoki qo‘llaniladigan vositalarga aytiladi. 1.4.
Korroziya jarayonlarining sinflanishi Korroziya jarayonlarini
quyidagi alomatlar bo‘yicha sinflanadi: metallarning tashqi muhit
bilan ta’sirlashish mexanizmi bo‘yicha; korrozion muhit turlari va
jarayonning kechish sharotlari bo‘yicha; korrozion yemirilish
xarakteriga ko‘ra; korrozion muhit bilan birgalikda metallga ta’sir
etuvchi boshqa qo‘shimcha ta’sir turlari bo‘yicha; Korroziya
jarayonining borish mexanizmi bo‘yicha tabiatda metallarning
kimyoviy va elektrokimyoviy korroziyasi mavjud. Kimyoviy
korroziya — metallarning oksidlanishi va muhit oksidlovchi
komponentining qaytarilishi bir vaqtda va bir aktda boradigan
metallning tashqi muhit bilan o‘zaro ta’sir jarayonidir. O‘zaro
ta’sirlashish mahsulotlari fazoviy ajralmasdir. Elektrokimyoviy
korroziya — metallning korrozion muhit (elektrolit eritmasi) bilan
o‘zaro ta’sir jarayoni bo‘lib, bunda metall atomlarining ionlashuvi va
korrozion muhit oksidlovchi komponentining qaytarilishi turli aktda
kechadi va ularning tezligi elektrod potensialiga bog‘liq bo‘ladi.
Korrozion muhit turiga va kechish jarayonining sharoitiga ko‘ra
korroziya bir necha turlarga bo‘linadi. Quyida ularning asosiylarini
sanab o‘tamiz. Gaz korroziyasi — metallarning namlik minimal
(odatda 0,1 % dan ko‘p bo‘lmagan) yoki yuqori haroratda bo‘lgan gaz
muhitidagi kimyoviy korroziyasidir. Korroziyaning bu turi kimyo va
neftkimyo sanoatida eng ko‘p uchraydi. Gaz korroziyasi sulfat
kislotasini olishdagi oltingugurt dioksidining oksidlanish bosqichida,
ammiakni sintez qilish paytida, azot kislotasi va vodorod xloridini
olishda, organik spirtlar olish va neftni krekinglash hamda boshqa
jarayonlarida uchraydi. Atmosfera korroziyasi — metallarning havo
atmosferasida yoki istalgan namli gaz muhitda yuz beradigan
korroziyasidir. Yer osti korroziyasi — metallarning yer osti va tuproq
muhitidagi korroziyasi. Biokorroziya — turli mikroorganizmlar
faoliyati ta’sirida boradigan korroziya. Kontakt korroziyasi —
berilgan elektrolitda turlicha statsionar potensialga ega bo‘lgan
metallar kontakti tufayli yuz beradigan korroziya turi. Radiatsion
korroziya — radioaktiv nurlanish oqibatida ro‘y beradigan korroziya.
Tashqi tok ta’siridagi korroziya — tashqi tok manbai tufayli
kechadigan korroziya. Daydi toklar korroziyasi — daydi toklar tufayli
yuz beradigan korroziya. 10 Kuchlanish ostidagi korroziya —
korrozion muhit va mexanik kuchlanishlarning bir vaqdagi ta’siri
oqibatida yuz beradigan korroziya. Agar kuchlanish cho‘zuvchi bo‘lsa,
u metallning yorilishiga (chatnashiga) olib kelishi mumkin.
Korroziyaning bu turi ayniqsa, mexanik kuchlanishlar ta’siri ostida
bo‘lgan metall konstruksiyalari (o‘qlar, ressoralar, avtoklavlar,
bug‘ qozonlari, turbinalar va b) uchun juda xavfli hisoblanadi.
Agar metall buyumlar davriy ravishda takrorlanuvchi siklik
cho‘zuvchi kuchlanish ta’siri ostida bo‘lsa, ular korrozion
charchashga duchor bo‘ladilar. Bunda metall charchashi
chegarasining pasayishi yuz beradi. Bunday korroziyaga ko‘pincha
avtomobil ressoralari, kanatlar, prokatlovchi stanoklarning vallari,
krivoship-shatun mexanizmlari, tebranma dastgohlar va boshqalar
uchraydi. Kavitatsion korroziya — tashqi muhitning bir vaqtdagi
korrozion va zarbli ta’siri tufayli metallning yemirilishi. Fretting-
korroziya — tashqi muhitning bir vaqtdagi korrozion va titratish
ta’siri tufayli metallning korroziyalanishi. Ishqalanish yoki titrash
tufayli yuz beradigan korroziyani konstruksion materiallarni to‘g‘ri
tanlash, ishqalanish koeffitsientini kamaytirish, qoplamalarni qo‘llash
va h.k. orqali bartaraflash mumkin. Metallar va qotishmalar sirtida
yuz beradigan o‘zgarishlarning xarakteriga ko‘ra ham korrozion
yemirilishlar bir necha turlarga bo‘linadi . Korroziya yaxlit deyiladi
agarda u metallning butun sirtini egallagan bo‘lsa. Yaxlit korroziya
tekis deyiladi agarda jarayon metallning butun sirti bo‘ylab bir xil
tezlikda borsa va notekis deyiladi agarda jarayonning tezligi metall
sirtining turli nuqtalarida turlicha bo‘lsa. Tekis korroziyani havoda
uzoq vaqt ishlatilgan temir quvurlar sirtida kuzatish mumkin.
ichiga chuqurroq kirib tarqaladi. Korroziya mahsuloti metallning
bo‘shliqlarida yig‘ilib qoladi. Korroziyaning bu turi metall
buyumlarning bo‘rtishiga va katlamlarga ajralishiga olib keladi.
Kristallararo korroziya metall donalarining chegarasi bo‘ylab
yemirilishi bilan xarakterlanadi. Bunda metall donalari orasida
uvalanib ketadigan (po‘k) chidamsiz korroziya mahsulotlari hosil
bo‘ladi. Korroziyaning bu turi shu bilan xavfliki, bunda metallning
tashqi ko‘rinishi o‘zgarmaydi, lekin u mustahkamligi va elastikligini
yo‘qotadi, mo‘rt bo‘lib qoladi. Bunday korroziyaga xromli va
xromonikelli po‘latlar, nikelli va aluminiyli qotishmalar uchraydi.
Yoriqli korroziya metall tirqishlarida, prokladkalar ostida, rezbali
birikmalar va boshqa shunga o‘xshash joylarda buyumlarni yemiradi.
Korroziya ko‘rsatkichlari. Korroziya tezligi jarayonning ma’lum bir
ko‘rsatkichi (�) bilan vaqt orasidagi bog‘lanishni o‘rganish orqali
aniqlanishi mumkin. Korroziyaning τ vaqt momentidagi haqiqiy yoki
oniy differensial tezligi ko‘rsatkichdan vaqt bo‘yicha olingan birinchi
tartibli hosilasiga �� �τ teng. Ko‘pincha amalda jarayonning τ vaqt
momentidagi o‘rtacha integral tezligi, ya’ni ∆� ∆τ aniqlanadi.
Korroziya jarayonining eng ko‘p ishlatiladigan ko‘rsatkichlari:
chuqurlik, massa o‘zgarishi, hajm o‘zgarishi, mexanik ko‘rsatkichlari
bo‘lib hisoblanadi. Chuqurlik ko‘rsatkichi (Kh) metallning vaqt birligi
ichida korrozion yemirilish chuqurligini xarakterlaydigan kattalikdir
(masalan, mm/yil). Shuningdek bu kattalik metall sirtida hosil
bo‘ladigan korroziya mahsuloti (plyonkasi) qalinligining vaqt birligi
ichidagi o‘zgarishini ham ifodalashi mumkin (mm/yil). Massaviy
ko‘rsatkich (�� ± ) korroziya tufayli metall massasi o‘zgarishining
metall sirti va vaqtga bo‘lgan nisbati bilan o‘lchanadigan kattalikdir
(g/(m2 ∙soat)): �� ± = � � ∙ � 12 Bu ko‘rsatkich manfiy bo‘ladi
agarda metallning massasi τ vaqtdan so‘ng o‘lchangandan so‘ng
kamaysa va aksincha τ vaqtdan so‘ng o‘lchanganda uning massasi
ortgan bo‘lsa bu kattalik musbat bo‘ladi. Agarda metall korroziyasi
mahsulotining tarkibi ma’lum bo‘lsa, massa o‘zgarishining musbat
ko‘rsatkichini uning manfiy shakliga quyidagi formula bilan qayta
hisoblash orqali o‘tkazish mumkin: Bu yerda �� − va �� + — mos
ravishda korroziya ko‘rsatkichining manfiy va musbat ko‘rsatkichlari;
AMe – metallning atom massasi; Aok – oksidlovchining atom massasi;
nMe – metallning valentligi; nok – oksidlovchining valentligi;
Metallarning tekis korroziyasida manfiy massa ko‘rsatkichidan
korroziyaning cho‘qurlik ko‘rsatkichiga o‘tish mumkin: bunda ρMe –
metallning zichligi (g/sm3 ). Korroziyaning hajmiy ko‘rsatkichi Kv
korroziya jarayonida metallga yutilgan yoki undan ajralgan va
normal sharoitga keltirilgan ∆V gaz hajmining metallning birlik
sirtiga va birlik vaqtga bo‘lgan nisbati bilan o‘lchanadigan kattalikdir
(sm3 /(sm2 ∙soat)): Korroziyaning mexanik ko‘rsatkichi korroziya
jarayoni vaqtida metall ma’lum bir mexanik ko‘rsatkichining %larda
ifodalangan o‘zgarishini ko‘rsatadi. Masalan mustahkamlik
ko‘rsatkichi (Kσ) uchun: στ – τ korroziya vaqtida cho‘zilishdagi
mustahkamlik chegarasining o‘zgarishi; στo – korroziyagacha bo‘lgan
cho‘zilishdagi mustahkamlik chegarasining qiymati. Elektr qarshiligi
o‘zgarishining ko‘rsatkichi yupqa metall listlarini o‘rganishda o‘choq
ko‘rsatkichi tushunchasidan foydalaniladi. O‘choq ko‘rsatkichi KN –
metall sirtidagi korroziya o‘chog‘lari sonining sirt birligi va vaqt
birligiga bo‘lgan nisbati bilan o‘lchanadigan kattalikdir (1/(m2
∙soat)):
|