41. Omówić korozję chemicznš.
Korozja chemiczna występuje, gdy na metal działajš agresywne gazy i pary (m.in. tlen, chlor, siarkowodór). Korozja zachodzi na powierzchni przewodnika w wyniku reakcji utleniania metalu.
Reakcjom chemicznym zachodzšcym w procesie korozji chemicznej nie towarzyszy przenoszenie ładunku elektrycznego w układzie. Produkty korozji powstajš bezpoœrednio na powierzchni metalu - stšd szybkoœć i charakter korozji chemicznej okreœlone sš własnoœciami powstajšcych warstewek.
Jeœli produktem korozji jest zwišzek chemiczny lotny lub tworzšcy warstwę niecišgłš, to reakcja może przebiegać w dalszym cišgu na granicy faz, aż do całkowitego zniszczenia przewodnika. W przypadku natomiast warstwy cišgłej dalsza reakcja może zachodzić tylko wówczas, gdy czynnik działajšcy korozyjnie dyfunduje przez tę warstwę. Warstwa na powierzchni metalu ma trwałe własnoœci ochronne wtedy tylko, gdy temperaturowe współczynniki rozszerzalnoœci liniowej metalu i jego tlenku sš jednakowe lub tylko nieznacznie różniš się od siebie.
Intensywnoœć przebiegu reakcji utleniania zależna jest też od temperatury - jej wzrost przyspiesza korozję.
Rodzaje korozji chemicznej:
- ogólna korozja powierzchniowa, przy której jest zaatakowana cała powierzchnia metalu stykajšcego się ze œrodowiskiem korozyjnym;
- korozja wżerowa, polegajšca na miejscowym naruszeniu struktury materiału przeradzajšcym się stopniowo w głębokie dziury, przez co jest bardzo niebezpieczna dla wszelkiego rodzaju rurocišgów i kabli elektrycznych;
- korozja międzykrystaliczna, która rozwija się wzdłuż pewnych dróg w metalu; tymi drogami sš przede wszystkim granice ziaren metalu.
42. Omówić korozję elekrochemicznš.
Korozja elektrochemiczna występuje w obecnoœci roztworów o charakterze elektrolitycznym. Polega ona na utlenianiu metalu i redukcji substancji w roztworze. Rozróżnia się przy tym dwa procesy: jeden, tzw. anodowy, polegajšcy na przechodzeniu metalu (anody) do roztworu w postaci uwolnionych jonów, i drugi, tzw. katodowy, polegajšcy na zobojętnieniu elektronów w metalu przez atomy, czšsteczki lub jony mogšce ulegać redukcji na katodzie (akceptorze elektronów).
Cechš charakterystycznš korozji elektrochemicznej jest przenoszenie ładunków elektrycznych w czasie procesu korozyjnego. Mogš przy tym zaistnieć dwie sytuacje: przepływ pršdu wywołany jest Ÿródłem zewnętrznym lub przepływ pršdu wytworzony jest przez zwarte ogniwo elektrochemiczne.
Wielkoœciš charakteryzujšcš zdolnoœć przechodzenia jonów metalu do roztworu jest tzw. potencjał normalny danego metalu. Przy tym potencjał bardziej ujemny wskazuje na większš skłonnoœć atomów metalu do przechodzenia do roztworu, a więc na mniejszš jego odpornoœć na korozję. Gdy w elektrolicie znajdujš się dwa różne stykajšce się ze sobš metale, wówczas następuje szybsza korozja metalu o niższym potencjale elektrochemicznym i częœciowe lub nawet całkowite zahamowanie korozji metalu o wyższym potencjale elektochemicznym. Doœć duży wpływ na przebieg korozji wywiera wtedy także konduktywnoœć elektrolitu. Jeœli konduktywnoœć elektrolitu jest duża, to ubytek masy z anody jest większy i bardziej równomiernie rozłożony. W miarę zmniejszania się konduktywnoœci elektrolitu obszar korozji przesuwa się bliżej miejsca stycznoœci metalu i ubytek masy maleje. W miejscu stycznoœci natomiast dwóch metali intensywnoœć korozji nie zależy praktycznie od konduktywnoœci elektrolitu i jest ona wywołana przede wszystkim przyelektrodowymi procesami polaryzacyjnymi.
43. Jakie czynniki majš wpływ na szybkoœć procesów korozyjnych? Wymienić i omówić.
- temperatura; podwyższenie temperatury z reguły przyspiesza proces korozji,
- skład œrodowiska; zmiana składu œrodowiska może zmniejszać lub zwiększać szybkoœć procesu anodowego, niszczšc warstewkę ochronnš. Inne substancje (inhibitory) mogš zmniejszać szybkoœć korozji. Znaczny wpływ na przebieg korozji wykazuje stężenie jonów wodorowych H+ w roztworze (tj. PH œrodowiska),
- konduktywnoœć elektrolitu; przy dużej konduktywnoœci elektrolitu ubytek masy z anody (metal o niższym potencjale normalnym) jest większy.
Korozja ma ułatwiony rozwój w przypadku stopu niejednorodnego, składajšcego się z mieszaniny kryształów metali o różnych potencjałach elektrochemicznych. Korozja rozwija się wtedy na granicy ziaren kryształów metali składowych.
44. Jaki wpływ na korozję majš pršdy błšdzšce?
Pršdami błšdzšcymi nazywa się pršdy upływajšce do œrodowiska elektrolitycznego, np. do ziemi, z niedostatecznie od tego œrodowiska izolowanych częœci obwodów elektrycznych. Takim obwodem jest np. obwód zasilania pojazdów trakcji elektrycznej, którego częœć powrotnš stanowiš szyny.
Przepływ pršdu trakcyjnego przez ziemię jest zjawiskiem nieszkodliwym z energetycznego punktu widzenia. Może on jednak prowadzić do korozyjnych uszkodzeń elementów metalowych konstrukcji podziemnych, jeœli częœć pršdu płynšcego w ziemi przedostanie się do tych konstrukcji, a następnie znów z nich wypłynie, aby poprzez ziemię powrócić do Ÿródła.
Pršd stały, wypływajšcy z metalowej konstrukcji do ziemi, polaryzuje jš anodowo, wywołujšc proces korozji elektrochemicznej.
45. Wymienić metody ochrony przed korozjš.
- pasywne: powłoki ochronne (pasywacja powierzchni, powłoki nakładane (metaliczne i niemetaliczne)),
- aktywne: osłabianie agresywnoœci œrodowiska (usuwanie stymulatorów, wprowadzanie inhibitorów), ochrona katodowa (z protektorem, z zewnętrznym Ÿródłem pršdu, z drenażem elektrycznym).
46. Omówić pasywne sposoby ochrony przed korozjš.
Do pasywnych sposobów ochrony przed korozjš należš powłoki ochronne.
Powłoki ochronne mogš być wytwarzane chemicznie lub elektrochemicznie na powierzchni chronionego metalu albo nań nakładane.
Wytwarzanie chemiczne powłok hamujšcych procesy anodowe przez przesuwanie potencjału elektrochemicznego metalu w kierunku wartoœci dodatnich nazywajš się pasywacjš. Pasywatory, zwykle nieorganiczne zwišzki utleniajšce, dodane do roztworu powodujšcego korozję, wywołujš zmianę procesu anodowego. Zamiast rozpuszczania się metalu, następuje tworzenie się na jego powierzchni tlenków, wskutek czego wzrasta jego potencjał elektrochemiczny, hamujšc proces korozyjny.
Stan pasywny powierzchni metalu można utrzymać za pomocš zewnętrznego Ÿródła pršdu i katod pomocniczych - jest to tzw. ochrona anodowa.
Nakładane powłoki ochronne mogš być metaliczne lub niemetaliczne.
Metaliczne powłoki wytwarza się wieloma metodami przez: zanurzanie w ciekłym metalu, platerowanie (zwalcowywanie na goršco), natryskiwanie, dyfuzję (w wysokiej temperaturze), napawanie, elektrolizę.
Powłoka może być wykonana z metalu o niższym lub wyższym potencjale normalnym od potencjału metalu chronionego.
W pierwszym przypadku działanie powłoki jest podwójne: mechaniczne (izolowanie metalu od dostępu powietrza i wilgoci) oraz elektrochemiczne (działanie jak anody w przypadku uszkodzenia powłoki i utworzenia się ogniw elektrochemicznych) - przykładem jest powszechnie stosowane cynkowanie blach żelaznych. W drugim przypadku, powłoka działa tylko mechanicznie - w przypadku jej uszkodzenia występuje, przyspieszona procesami elektrochemicznymi, korozja.
47. Jakie sš aktywne metody ochrony przed korozjš? Omówić.
1) Osłabianie agresywnoœci œrodowiska
- przez usunięcie stymulatorów procesów korozyjnych. Usunięcie lub zmniejszenie iloœci substancji korodujšcych, jak: tlen, woda, dwutlenek węgla lub innych zanieczyszczeń atmosfery za pomocš procesów fizycznych lub chemicznych może znacznie ograniczyć procesy korozyjne.
- przez wprowadzenie inhibitorów. Inhibitory (opóŸniacze), najczęœciej w postaci zwišzków organicznych, dodane w niewielkich iloœciach do œrodowiska korozyjnego działajš hamujšco na przebieg procesów anodowych, katodowych lub obu rodzajów procesów jednoczeœnie.
- przez wprowadzenie pasywatorów. Pasywatory sš to nieorganiczne zwišzki utleniajšce, które dodane do korodujšcego roztworu - powodujš zmianę procesu anodowego, zamiast rozpuszczania się metalu następuje tworzenie na jego powierzchni tlenków powodujšcych przesunięcie potencjału elektrochemicznego w kierunku dodatnim. Stan pasywny powierzchni metalu można utrzymać za pomocš zewnętrznej siły elektromotorycznej i katody pomocniczej; jest to tzw. ochrona anodowa. Zapewnia go również wprowadzony do roztworu czynnik utleniajšcy, utrzymujšc odpowiedni potencjał powierzchni metalu.
2) Ochrona katodowa
Ochrona katodowa polega na połšczeniu chronionego metalu z protektorem, tj. metalem o potencjale elektrochemicznym niższym niż potencjał chronionego metalu, bšdŸ na dołšczeniu chronionego metalu do ujemnego bieguna zewnętrznego Ÿródła napięcia, którego anoda jest zanurzona w roztworze stanowišcym œrodowisko korodujšce. Anoda powinna być tak skuteczna, aby rozkład pršdu był możliwie równomierny na całej powierzchni chronionego metalu. W urzšdzeniach zakopanych w ziemi anodę umieszcza się w obszarach gleby o małej rezystywnoœci i blisko Ÿródła zasilania. Ochrona katodowa daje dobre wyniki wówczas, gdy chroniona konstrukcja metalowa jest elektrycznie cišgła i znajduje się w œrodowisku przewodzšcym pršd elektryczny (rurocišgi, kable elektroenergetyczne).
Przy ochronie przed korozyjnym działaniem pršdów błšdzšcych stosuje się ochronę katodowš z tzw. drenażem. Uzyskuje się poprzez połšczenie przewodem obiektu chronionego ze Ÿródłem pršdów błšdzšcych w punkcie o najniższym jego potencjale.
48. Podać podział i podstawowe własnoœci materiałów pod względem magnetycznym.
- materiały diamagnetyczne, które magnetyzujš się w bardzo słabym stopniu i w kierunku przeciwnym do kierunku działania zewnętrznego pola magnetycznego. Ten rodzaj magnetyzacji jest proporcjonalny do zewnętrznego pola magnetycznego i jest niezależny od temperatury. Przykładem materiałów tego typu sš: gazy szlachetne, miedŸ, srebro, cynk, bizmut, złoto, węgiel itd.
- materiały paramagnetyczne, które magnetyzujš się również w niewielkim stopniu, lecz w kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola magnetycznego. Ten rodzaj magnetyzmu jest na ogół proporcjonalny do zewnętrznego pola magnetycznego i odwrotnie proporcjonalny to temperatury bezwzględnej. Przykładami takich materiałów sš: metale alkaliczne oraz platyna, magnez, aluminium itd.
- materiały ferromagnetyczne, które magnetyzujš się w bardzo silnym stopniu i w kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola magnetycznego oraz wykazujš przy okresowej zmianie kierunku pola własnoœci histerezy (tj. zachowujš w mniejszym lub większym stopniu magnetyzację po zaniku zewnętrznego pola). Ten rodzaj magnetyzmu nie jest proporcjonalny do zewnętrznego pola magnetycznego i jest odwrotnie proporcjonalny do różnicy temperatur: bezwzględnej i krytycznej, charakterystycznych dla danego materiału. Typowymi przykładami takich materiałów sš: żelazo, nikiel i kobalt.
49. Co to jest polaryzacja magnetyczna?
Polaryzacja magnetyczna danego oœrodka jest to stan, w którym każdemu dowolnie małemu elementowi substancji można przypisać moment dipolowy. Zaœ z każdym punktem tego oœrodka zwišzany jest wektor polaryzacji magnetycznej.
Wektor polaryzacji magnetycznej jest to wypadkowy moment magnetyczny przypadajšcy na jednostkę objętoœci. Okreœla on stopień uporzšdkowania dipoli magnetycznych w materiale. Wektor polaryzacji magnetycznej M jest zależny od natężenia zewnętrznego pola magnetycznego H i wyraża się wzorem: M=n*u*H gdzie: u jest przenikalnoœciš magnetycznš próżni, a n - podatnoœciš magnetycznš materiału. Wartoœci n dla ciał dia- i paramagnetycznych sš bliskie zeru i niezależne od H. Dla ferromagnetyków natomiast, wartoœć n przyjmuje wartoœci bardzo duże i jest silnie zależna od wartoœci H.
50. Omówić proces magnesowania.
Proces magnesowania można objaœnić zachowaniem się domen. Domeny wewnštrz materiału nie poddanego działaniu zewnętrznego pola magnetycznego ustawiajš się tworzšc jak gdyby zamknięty obwód magnetyczny. Wskutek tego materiał pozostaje na zewnštrz magnetycznie obojętny. Z chwilš, gdy materiał znajduje się w polu, następuje rozbudowa tych domen, których wypadkowy wektor polaryzacji magnetycznej jest najbardziej zbliżony do kierunku wektora natężenia zewnętrznego pola magnetycznego. Poczštkowo następuje odwracalne, a następnie nieodwracalne przesuwanie się œcian domen; ostatnim etapem majšcym znaczenie z punktu widzenia technicznego sš obroty domen o charakterze odwracalnym. Uporzšdkowanie domen jest równoznaczne z tzw. technicznym nasyceniem magnetycznym.