41. Omówić korozję chemiczną.
Korozja chemiczna występuje, gdy na metal działają agresywne gazy i pary (m.in. tlen, chlor, siarkowodór). Korozja zachodzi na powierzchni przewodnika w wyniku reakcji utleniania metalu.
Reakcjom chemicznym zachodzącym w procesie korozji chemicznej nie towarzyszy przenoszenie ładunku elektrycznego w układzie. Produkty korozji powstają bezpoœrednio na powierzchni metalu - stąd szybkoœć i charakter korozji chemicznej okreœlone są własnoœciami powstających warstewek.
Jeœli produktem korozji jest związek chemiczny lotny lub tworzący warstwę nieciągłą, to reakcja może przebiegać w dalszym ciągu na granicy faz, aż do całkowitego zniszczenia przewodnika. W przypadku natomiast warstwy ciągłej dalsza reakcja może zachodzić tylko wówczas, gdy czynnik działający korozyjnie dyfunduje przez tę warstwę. Warstwa na powierzchni metalu ma trwałe własnoœci ochronne wtedy tylko, gdy temperaturowe współczynniki rozszerzalnoœci liniowej metalu i jego tlenku są jednakowe lub tylko nieznacznie różnią 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 stykającego się ze œrodowiskiem korozyjnym;
- korozja wżerowa, polegająca na miejscowym naruszeniu struktury materiału przeradzającym się stopniowo w głębokie dziury, przez co jest bardzo niebezpieczna dla wszelkiego rodzaju rurociągów i kabli elektrycznych;
- korozja międzykrystaliczna, która rozwija się wzdłuż pewnych dróg w metalu; tymi drogami są przede wszystkim granice ziaren metalu.
42. Omówić korozję elekrochemiczną.
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, polegający na przechodzeniu metalu (anody) do roztworu w postaci uwolnionych jonów, i drugi, tzw. katodowy, polegający na zobojętnieniu elektronów w metalu przez atomy, cząsteczki lub jony mogące ulegać redukcji na katodzie (akceptorze elektronów).
Cechą charakterystyczną korozji elektrochemicznej jest przenoszenie ładunków elektrycznych w czasie procesu korozyjnego. Mogą przy tym zaistnieć dwie sytuacje: przepływ prądu wywołany jest Ÿródłem zewnętrznym lub przepływ prądu wytworzony jest przez zwarte ogniwo elektrochemiczne.
Wielkoœcią charakteryzującą zdolnoœć przechodzenia jonów metalu do roztworu jest tzw. potencjał normalny danego metalu. Przy tym potencjał bardziej ujemny wskazuje na większą skłonnoœć atomów metalu do przechodzenia do roztworu, a więc na mniejszą jego odpornoœć na korozję. Gdy w elektrolicie znajdują się dwa różne stykające się ze sobą 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 mają 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, niszcząc warstewkę ochronną. Inne substancje (inhibitory) mogą 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, składającego się z mieszaniny kryształów metali o różnych potencjałach elektrochemicznych. Korozja rozwija się wtedy na granicy ziaren kryształów metali składowych.
44. Jaki wpływ na korozję mają prądy błądzące?
Prądami błądzącymi nazywa się prądy upływające 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 powrotną stanowią szyny.
Przepływ prądu trakcyjnego przez ziemię jest zjawiskiem nieszkodliwym z energetycznego punktu widzenia. Może on jednak prowadzić do korozyjnych uszkodzeń elementów metalowych konstrukcji podziemnych, jeœli częœć prądu płynącego w ziemi przedostanie się do tych konstrukcji, a następnie znów z nich wypłynie, aby poprzez ziemię powrócić do Ÿródła.
Prąd stały, wypływający z metalowej konstrukcji do ziemi, polaryzuje ją anodowo, wywołując proces korozji elektrochemicznej.
45. Wymienić metody ochrony przed korozją.
- 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 prądu, z drenażem elektrycznym).
46. Omówić pasywne sposoby ochrony przed korozją.
Do pasywnych sposobów ochrony przed korozją należą powłoki ochronne.
Powłoki ochronne mogą być wytwarzane chemicznie lub elektrochemicznie na powierzchni chronionego metalu albo nań nakładane.
Wytwarzanie chemiczne powłok hamujących procesy anodowe przez przesuwanie potencjału elektrochemicznego metalu w kierunku wartoœci dodatnich nazywają się pasywacją. Pasywatory, zwykle nieorganiczne związki utleniające, dodane do roztworu powodującego korozję, wywołują zmianę procesu anodowego. Zamiast rozpuszczania się metalu, następuje tworzenie się na jego powierzchni tlenków, wskutek czego wzrasta jego potencjał elektrochemiczny, hamując proces korozyjny.
Stan pasywny powierzchni metalu można utrzymać za pomocą zewnętrznego Ÿródła prądu i katod pomocniczych - jest to tzw. ochrona anodowa.
Nakładane powłoki ochronne mogą być metaliczne lub niemetaliczne.
Metaliczne powłoki wytwarza się wieloma metodami przez: zanurzanie w ciekłym metalu, platerowanie (zwalcowywanie na gorąco), 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 są aktywne metody ochrony przed korozją? Omówić.
1) Osłabianie agresywnoœci œrodowiska
- przez usunięcie stymulatorów procesów korozyjnych. Usunięcie lub zmniejszenie iloœci substancji korodujących, jak: tlen, woda, dwutlenek węgla lub innych zanieczyszczeń atmosfery za pomocą procesów fizycznych lub chemicznych może znacznie ograniczyć procesy korozyjne.
- przez wprowadzenie inhibitorów. Inhibitory (opóŸniacze), najczęœciej w postaci związków organicznych, dodane w niewielkich iloœciach do œrodowiska korozyjnego działają hamująco na przebieg procesów anodowych, katodowych lub obu rodzajów procesów jednoczeœnie.
- przez wprowadzenie pasywatorów. Pasywatory są to nieorganiczne związki utleniające, które dodane do korodującego roztworu - powodują zmianę procesu anodowego, zamiast rozpuszczania się metalu następuje tworzenie na jego powierzchni tlenków powodujących przesunięcie potencjału elektrochemicznego w kierunku dodatnim. Stan pasywny powierzchni metalu można utrzymać za pomocą zewnętrznej siły elektromotorycznej i katody pomocniczej; jest to tzw. ochrona anodowa. Zapewnia go również wprowadzony do roztworu czynnik utleniający, utrzymując odpowiedni potencjał powierzchni metalu.
2) Ochrona katodowa
Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionego metalu z protektorem, tj. metalem o potencjale elektrochemicznym niższym niż potencjał chronionego metalu, bądŸ na dołączeniu chronionego metalu do ujemnego bieguna zewnętrznego Ÿródła napięcia, którego anoda jest zanurzona w roztworze stanowiącym œrodowisko korodujące. Anoda powinna być tak skuteczna, aby rozkład prądu był możliwie równomierny na całej powierzchni chronionego metalu. W urządzeniach 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 ciągła i znajduje się w œrodowisku przewodzącym prąd elektryczny (rurociągi, kable elektroenergetyczne).
Przy ochronie przed korozyjnym działaniem prądów błądzących stosuje się ochronę katodową z tzw. drenażem. Uzyskuje się poprzez połączenie przewodem obiektu chronionego ze Ÿródłem prądów błądzących w punkcie o najniższym jego potencjale.
48. Podać podział i podstawowe własnoœci materiałów pod względem magnetycznym.
- materiały diamagnetyczne, które magnetyzują 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 są: gazy szlachetne, miedŸ, srebro, cynk, bizmut, złoto, węgiel itd.
- materiały paramagnetyczne, które magnetyzują 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 są: metale alkaliczne oraz platyna, magnez, aluminium itd.
- materiały ferromagnetyczne, które magnetyzują się w bardzo silnym stopniu i w kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola magnetycznego oraz wykazują przy okresowej zmianie kierunku pola własnoœci histerezy (tj. zachowują 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 są: 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 związany jest wektor polaryzacji magnetycznej.
Wektor polaryzacji magnetycznej jest to wypadkowy moment magnetyczny przypadający na jednostkę objętoœci. Okreœla on stopień uporządkowania 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 przenikalnoœcią magnetyczną próżni, a n - podatnoœcią magnetyczną materiału. Wartoœci n dla ciał dia- i paramagnetycznych są 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 wewnątrz materiału nie poddanego działaniu zewnętrznego pola magnetycznego ustawiają się tworząc jak gdyby zamknięty obwód magnetyczny. Wskutek tego materiał pozostaje na zewnątrz magnetycznie obojętny. Z chwilą, 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. Początkowo następuje odwracalne, a następnie nieodwracalne przesuwanie się œcian domen; ostatnim etapem mającym znaczenie z punktu widzenia technicznego są obroty domen o charakterze odwracalnym. Uporządkowanie domen jest równoznaczne z tzw. technicznym nasyceniem magnetycznym.