Методическая разработка урока по дисциплине «Материаловедение» по теме «Коррозия металла. Способы защиты от коррозии»

1. Организационный момент

2. Сообщение темы и целей урока.

На доске записана тема урока: «Коррозия металла. Способы защиты от коррозии»

На экране высвечивается цветной слайд - заставка «ржа ест железо».

Преподаватель: Сегодня мы с вами рассмотрим такое явление, которое называется коррозией металлов. Ущерб, причиняемый коррозией очень велик. Ежегодно около 30% всего выплавляемого металла идет на восстановление потерь от коррозии. Примерно 10 % выплавляемого металла теряется безвозвратно, что составляет около 1,5 млн. т. Сюда следует добавить стоимость изготовления конструкций, разрушенных коррозией, которая, как правило, превышает стоимость самого металла и стоимость продукции, испорченной продуктами коррозии в пищевой и химической промышленности.

Так что же такое – коррозия металлов?

3. Сообщение нового материала.

Преподаватель:Записываем первый пункт темы: «Коррозия, виды коррозии. Виды коррозионных разрушений»

Идут первые кадры фильма «Коррозия металлов. Способы защиты от нее».

Преподаватель: Итак: дадим определение, что:

Коррозией называется разрушение металла под действием внешней агрессивной среды в результате ее химического или электрохимического воздействия (студенты записывают определение).

Преподаватель: По механизму протекания различают два вида коррозии:

• химическую коррозию;
• электрохимическую коррозию.

(Идут следующие кадры фильма, рассказывающие о видах коррозии).

Преподаватель: (предлагает студентам самостоятельно записать определение видов коррозии)

• химическая коррозия, обусловлена воздействием на металл сухих газов и неэлектролитов (например, нефтепродуктов);
• электрохимическая, возникающая под действием жидких электролитов или влажного воздуха (студенты записывают определение в конспект);

(преподаватель демонстрирует образец металла, разрушенных коррозией)

Преподаватель:По характеру коррозионного разрушения различают сплошную и местную коррозию. Сплошная коррозия захватывает всю поверхность металла. Ее делят  на равномерную и неравномерную, в зависимости от того, одинакова ли глубина коррозионного разрушения на разных участка.

Идут следующие кадры фильма, рассказывающие о видах коррозионных разрушений.

Преподаватель:предлагает студентам вклеить в конспект приложение 1 (виды сплошной коррозии) и самостоятельно подписать виды разрушения.

На экране высвечивается слайд с различными видами местной коррозии (приложение 1). Студенты поочередно выходят и подписывают маркером каждый вид.

4. Усвоение нового материала.

Преподаватель: Итак, подведем итог:

1. Что называется коррозией?
2. Какие основные виды коррозии вы знаете?
3. Какие виды коррозии по характеру разрушения вы знаете?

(Студенты устно отвечают на поставленные вопросы).

5. Сообщение нового материала.

Преподаватель: Запишем второй пункт: «Коррозионная стойкость. Коррозионно-стойкие металлы и сплавы».

Преподаватель:Мы рассмотрели понятие «коррозия» и характер возникновения различных видов коррозии. Но коррозия- это зло! Как с ней бороться? Существуют несколько методов. Первый – создание коррозионно-стойких сталей и сплавов.

Коррозионно-стойкими называются стали и сплавы, обладающие устойчивостью против коррозии.

Мерой коррозионной стойкости металлов сплавов  служит скорость коррозии в данной среде при данных условиях. Скорость коррозии может оцениваться глубинным показателем, мм\год или потерей металла в граммах за единицу времени, отнесенной к единице площадь поверхности, г\(м*ч).

Идут следующие кадры фильма, рассказывающие о коррозионной стойкости различных металлов.

Преподаватель:Таким образом: коррозионная стойкость металлов резко повышается при образовании на их поверхности сплошной прочной  оксидной пленки. Это явление называется пассивацией, а металлы, на поверхности которых образуется такая пленка – пассивирующимися. Это титан, хром, цинк и т.д.  Стали, обладающие устойчивостью против коррозии, называются нержавеющими. Коррозионная стойкость достигается при введении в сталь элементов, образующих на ее поверхности тонкие и прочные оксидные пленки, т.е. с помощью явления пассивации. При этом повышается электродный потенциал стали. Наилучший из этих элементов – хром. При введении в сталь более 12 % хрома ее электродный потенциал возрастает  скачкообразно, и она становится устойчивой против коррозии в атмосфере, воде, ряде кислот, щелочей и солей.

Стали, содержащие меньшее количество хрома, подвержены  коррозии так же, как и углеродистые стали. В технике применяют хромистые и  хромоникелевые коррозионно-стойкие стали.

Преподаватель: предлагает студентам вклеить в конспект приложение 2 (нержавеющие стали).

На экране высвечивается слайд «нержавеющие стали и сплавы» приложение 2.

Преподаватель объясняет:

Хромистые коррозионно-стойкие стали  содержат 13, 17 или 25-27 % хрома. В зависимости от структуры, полученной при охлаждении на воздухе, различают:

• хромистые стали ферритного (0,8Х13, 12Х17,15Х25Ти т.д.);
• мартенситно-ферритного (12Х13);
• мартенситного (20Х13) классов.

Стали, содержащие 13 % хрома - наиболее распространенные и дешевые коррозионно-стойкие стали. Стали марок 08Х13, 12Х13 и т.д подвергаются закалке от t=1000°С и отпуску при t=600-700°С. Они хорошо свариваются и обрабатываются давлением. Применяют их для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам, работающих в слабоагрессивных средах.

Стали 30Х13,40Х13 подвергаются закалке и отпуску при t=200-300°С. Они обладают высокой твердостью, прочностью и износостойкостью. Из них изготавливают режущий, мерительный и хирургический инструмент, пружины и подшипники, работающие в коррозионной среде.

Стали 12Х17, 15Х25Е,15Х28 имеют более высокую коррозионную стойкость по сравнению со сталями, содержащими 13 % хрома. Термической обработкой эти стали не упрочняются. Их недостатком является склонность к сильному росту зерна при нагреве до t=850°С. Поэтому сварке эти стали подвергаются редко. Для получения однородного твердого раствора и повышения коррозионной стойкости они подвергаются отжигу при t=700-780°С. Используются для оборудования заводов легкой и пищевой промышленности, труб, работающих в агрессивных средах, для кухонной посуды.

Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали содержат 18 % хрома и 9-12 % никеля (03Х18Н12,04Х18Н10 и т.д.) Имеют более высокую коррозионную стойкость, лучшие механические свойства, хорошо свариваются. Их термообработка состоит из закалки от t=1100-1150°С в воде без отпуска. Имеют высокую пластичность. Поэтому данные стали способны обрабатываться давлением в холодном состоянии.

Недостатком хромоникелевых сталей является склонность к межкристаллитной коррозии. Она появляется при нагреве свыше 400°С.

Стали 03Х18Н12,04Х18Н10 и др. вследствие малого содержания углерода или дополнительного легирования не склонные к межкристаллитной коррозии, называются стабилизированными. Используются хромоникелевые стали для деталей изготовляемых  из листовой стали штамповкой и сваркой в пищевой и химической промышленности, в холодильной технике. Поскольку никель дорогостоящий элемент, иногда его частично  заменяют марганцем и используют сталь 10Х14Г14Н 4Н4Т.

6. Усвоение нового материала.

Преподаватель: Итак, подведем итог:

1. Что называется коррозионной стойкостью?
2. Что такое пассивация?
3. Какие стали называются коррозионно-стойкими? Как достигается коррозионная стойкость в сталях?
4. Что является недостатком хромоникелевых сталей?

(Студенты устно отвечают на поставленные вопросы).

7. Сообщение нового материала.

Преподаватель:Но существуют и другие методы защиты от коррозии.

Демонстрирует стенд «Защита от коррозии»

Преподаватель: Запишем третий пункт: «Другие методы защиты от коррозии»

Преподаватель: Применение коррозионностойких сталей является наиболее надежным способом защиты от коррозии. Однако они значительно дороже обыкновенных углеродистых и низколегированных сталей. Кроме того, их применение не всегда возможно по техническим соображениям.

Поэтому часто используют другие методы защиты металлических изделий от коррозии. Записываем ребята:

• нанесение защитных покрытий и пленок (металлических и неметаллических);
• протекторная защита;
• применение ингибиторов коррозии.

Преподаватель: Итак, рассмотрим защиту металлов пленочными покрытиями. Они бывают металлические и неметаллические. К металлическим относятся анодные и катодные пленочные покрытия.

При рассказе демонстрируются образцы на стенде, на экране поочередно высвечиваются слайды, где кратко описываются виды и способы нанесения металлических пленочных покрытий.

Преподаватель: Катодные покрытия производят металлами, электродный потенциал которых выше, чем у основного металла. Катодные покрытия создают механическую защиту основного металла благодаря его изоляции от внешней агрессивной среды. При нарушении сплошности покрытия происходит усиленная электрохимическая коррозия открытого участка основного металла. Поэтому применяют большую толщину катодных покрытий. Примером катодного покрытия является никелирование сплавов железа.

(Пример: на слайде: Катодное покрытие - электродный потенциал покрывающего металла выше, чем у покрываемого металла (никелирование).

Анодные покрытия производят металлами, электродный потенциал которых ниже, чем у основного металла. При таком покрытии происходит не только изоляция основного металла от внешней агрессивной среды, но и электрохимическая защита. При нарушении сплошности покрытия основной металл, который является катодом и не разрушается. Примером  анодного покрытия является покрытие сплавов железа цинком.

Кроме того металлические покрытия наносятся способом погружения в расплавленный металл. Этот способ применяется в том случае, когда деталь имеет сложную конфигурацию или очень тонкие стенки. В качестве защищающих применяются такие металлы как цинк, олово, свинец и алюминий, т.е. те металлы, температура плавления, которых ниже, чем у защищаемого металла. Поверхность изделия покрывается тонким и плотным слоем, затвердевающим после извлечения изделия.

Придиффузионной металлизацииизделие засыпают порошками алюминия, хрома, цинка и выдерживают при высокой температуре.

Принапылении поверхность изделия покрывают слоем расплавленного металла (цинка, алюминия, кадмия и т.д.) с помощью плазменной струи.

Приплакировании защищаемый металл подвергают совместной прокатке с защищающим (алюминием, титаном нержавеющей сталью).

Гальванический способ нанесения покрытий основан на осаждении под действием электрического тока тонкого слоя защитного металла (хрома, никеля, меди, кадмия) при погружении защищаемого изделия в раствор электролита.

Припекание состоит в нанесении на защищаемый металл металлического порошка, который при спекании образует сплошной защитный слой и одновременно припекается к поверхности основного металла.

Демонстрируются кадры фильма, рассказывающие о способах нанесения металлических защитных пленок повышающих  коррозионную стойкость различных металлов.

Преподаватель: Далее рассмотрим неметаллические покрытия. Неметаллические покрытия подразделяются на лакокрасочные, эмалевые, смоляные, покрытия пленочными полимерными материалами, резиной, смазочными материалами, керамические покрытия и др.

При рассказе демонстрируются образцы на стенде, на экране поочередно высвечиваются слайды, где кратко описываются виды и способы нанесения неметаллических покрытий.

Лакокрасочные покрытия получили очень широкое распространение. Входящие в состав лакокрасочных покрытий, пенообразователи обеспечивают высокую адгезию к металлам, получение сплошной, эластичной, непроницаемой пленки, изолирующей металл от агрессивной среды. Недостатками этих покрытий являются снижение эффективности защиты со временем и обгорание при высоких температурах.

Эмалирование – это способ защиты металлов методом нанесения силикатных эмалей при дальнейшем обжиге. Применяется в пищевой и химической промышленности.

Покрытие резиной и эбонитом называют гуммированием. Его применяют для защиты химической аппаратуры от коррозионного действия кислот, щелочей и растворов солей.

Защитасмазочными материалами производится при хранении и перевозке металлических изделий. При этом смазка периодически обновляется.

Особое место занимают покрытия, получаемые химической и электрохимической обработкой. Они превращают поверхностный слой изделия в химическое соединение, образующее сплошную защитную пленку. Наибольшее распространение имеют оксидные (оксидирование) и фосфатные (фосфатирование) защитные пленки. Оксидирование стали называют воронением. Для воронения детали погружают в растворы азотнокислых солей при температуре t=140°С.

Фосфатирование проводят погружением деталей в разбавленный раствор фосфорной кислоты и кислого фосфата  цинка или магния. В результате на поверхности детали образуется плотная пленка фосфатов железа.

Протекторная защита основана на подсоединении к защищаемому изделию протектора с большим отрицательным электродным потенциалом. В агрессивной среде протектор будет являться анодом и постепенно разрушаться, а защищаемое изделие - катодом и разрушаться не будет. После полного разрушения протектор заменяют.

Для уменьшения агрессивности окружаемой среды в нее в небольших количествах вводят химические соединения, называемые ингибиторами коррозии. Условием использования ингибиторов является эксплуатация изделия в замкнутой среде постоянного состава. Ингибиторы используются для защиты трубопроводов, теплообменных аппаратов, химической аппаратуры. Используют также бумагу, пропитанную ингибиторами. В нее заворачивают детали, подлежащие хранению или транспортировке.

Демонстрируются кадры фильма, рассказывающие о нанесении неметаллических защитных пленок повышающих  коррозионную стойкость различных металлов.

8. Усвоение нового материала:

Преподаватель: Итак, подведем итог: На экране демонстрируется слайд: кроссворд.Зачитываются вопросы, студенты отвечают и правильные ответы заисывают маркером по вертикали.

1. Какое покрытие производят металлами, электродный потенциал которых выше, чем у основного металла? (катодное)
2. Оксидирование стали называется… (воронение)
3. Какие вещества применяют для уменьшения агрессивности  окружаемой среды? (ингибиторы)
4. При каком виде защиты основной металл подвергают совместной прокатке с защищающим (алюминием, титаном нержавеющей сталью)? (плакирование)
5. Какое покрытие производят металлами, электродный потенциал которых ниже, чем у основного металла? (анодное)
6. Применение коррозионностойких сталей - самый надежный способ … от коррозии (защиты)
7. При каком методе изделие засыпают порошками алюминия, хрома, цинка и выдерживают при высокой температуре? (припекание)
8. Один из основных методов защиты металлических изделий от коррозии. (металлизация)

9. Домашнее задание:

Самостоятельная работа № 8. Способы и методы защиты от коррозии: металлические и неметаллические защитные покрытия, протекторная защита, ингибиторы коррозии (составить краткий конспект).

10. Подведение итогов урока

Спасибо, ребята. Все вы прекрасно справились с заданием – молодцы! Цели урока достигнуты. Я вами довольна. (Выставление оценок).

Список литературы

1. Стуканов В.А Материаловедение. Издательство: Форум Инфра-М.: Учебное пособие для СПО. – М.: ПрофОбрИздат, 2011.
2. Чумаченко Ю.Т..Материаловедение. – Р-Д. «Феникс» 2007 г.
3. Материаловедение и технология металлов. Под ред. Г.П. Фетисова. М «Высшая школа» 2007.
4. Электротехнические и онструкционные материалы. Под ред. В.А. Филикова. – М.: Мастерство: Высшая школа, 2005.