Открытый урок Коррозия металлов

Тема урока: «Коррозия металлов»
- написана на доске
План урока (на доске)
1. Что такое коррозия?
2. Типы коррозии:
а) в зависимости от процесса разрушения;
б) в зависимости от окружающей среды;
в) виды коррозии в зависимости от типа коррозийных разрушений.
3. Способы защиты металлических изделий от коррозии (схема на экране).
4. Опрос студентов после самостоятельной работы.
5. Закрепление изученной темы.
6. Итог урока (оценки).
7. Домашнее задание.
8. Методический семинар.
1 часть урока 45-40 мин
План урока
1. Орнамент
- 2мин
2. Сообщить тему и цель урока
(объяснить, что делать с карточками – заданиями, которые лежат на столах) - 4мин
3. Связь темы урока коррозия с химией
(фильм – химические реакции)
4. Объяснение темы – 1 часть урока «Коррозия»
(в ходе объяснения показать образцы коррозии – наглядные пособия)
- 4мин
- 15 мин
- 3мин
5. По ходу объяснения с помощью ТСО показать фотографии с видами коррозии
сделанные ребятами на практике в мастерской, на производстве и в быту, т.е.
своих автомобилей и др. конструкций.
6. Химическая коррозия (схема с видами химической коррозии)
7. Электрохимическая коррозия.
Таблица напряженности.
8. Коррозия в зависимости от окружающей среды (схема на экране)
9. Коррозия по месту распространения (виды на экране)
Дидактические цели урока:
 Дать определение, что такое коррозия;
 Рассказать о видах коррозии;
 Типы коррозии:
а) в зависимости от процесса разрушения (химическая и
электрохимическая);
б) в зависимости от окружающей среды;
в) в зависимости от типа коррозионных разрушений (по месту разрушения)
Объяснить, как можно:
 Защищать металлические изделия от коррозии;
 Показать важность изучаемой темы, указать на связь теорий с практикой.
Развивающие цели:
 В ходе урока развивать у студентов познавательный интерес в области
Коррозия металлов и их защита от разрушения;
 Научить проводить сравнения различных видов коррозии, сопоставлять;
 Проводить наблюдения;
 Продолжить формировать у студентов умение анализировать, делать
выводы из объясняемого материала.
Воспитательные цели:
 Воспитывать у студентов убеждение в том, что только качественные
знания темы помогут своевременно и правильно определить тип
коррозии и вовремя защитить сам автомобиль и его детали от
разрушения (коррозии);
 Содействовать в ходе урока трудовому воспитанию и профессиональной
направленности;
 Воспитывать у студентов бережное отношение к металлическим
изделиям, это повысит их срок службы и долговечность.
«Коррозия» – от латинского «грызу» - позднее «разъедание», «ржавление».
Словом «коррозия» принято обозначать широко известное явление,
заключающееся в ржавлении железа, покрытии меди зеленым слоем окиси и
т.д. т. е. это разрушение металлов и сплавов под воздействием внешней среды.
( В ходе объяснения фотографии с коррозией на экране). Почти все металлы за
исключением благородных – золото, серебро, платина, под действием воздуха,
влаги, газа, растворов кислот и щелочей, а также высоких температур
подвергаются химическим разрушениям (наглядные пособия, фотографии
сделанные студентами).
В результате коррозии металлы частично или полностью разрушаются,
качество изделий ухудшается, и они могут оказаться непригодными для
использования.
(Связь с химией разрушение металлов – просмотр фильма – процесс
разрушения металла в жидкой среде).
Химические реакции при разрушении металла.
Коррозия металлов – разрушение металлов вследствие физико – химического
воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное
(ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.
Среда, в которой металл подвергается коррозии, называется коррозионной или
агрессивной средой. По степени воздействия на металлы коррозионной среды
целесообразно разделяются на:
неагрессивные
слабоагрессивные
средне - агрессивные
сильноагрессивные
Для определения степени агрессивности необходимо учитывать условия
эксплуатации металлических конструкций, зданий и сооружений, а также
температурный режим.
Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их
широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на
рубеже XVIII – XIX вв. В это время появился первый чугунный мост, спущено
на воду судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые
железные дороги. (На экране фотографии железной дороги, мостов, строй.
конструкций и т.д.).
Начало практического использования человеком железа относится к IX веку
до нашей эры. Именно в этот период человечество перешло из бронзового
века в век железный.
Ежегодно от коррозии гибнут машины, подводные части кораблей,
строительные конструкции.
Трудно точно установить, какое количество металлов ежегодно разрушается от
коррозии, но по приблизительному учету это количество очень велико и
выражается в миллионах тонн, ежегодно.
Но не только автомобили постепенно разрушаются, мы почти ежедневно
слышим об авариях на теплосетях – это наружные и внутренние трубопроводы,
санитарно – техническое оборудование, водоразборное, вентиляционное
оборудование со временем разрушается, что наносит ущерб народному
хозяйству. В результате коррозии безвозвратно теряется около 10 – 12%
ежегодного производства черных металлов.
За год потерянного металла можно построить железнодорожную линию в
1000км или изготовить более миллиона машин. Чтобы представить весь
экономический ущерб народному хозяйству страны от коррозии, следует учесть
убытки от остановки производства вследствие разъедания коррозией деталей
химической аппаратуры, кабелей, водопроводных труб и т.д.
В зависимости от процесса разрушения металла различают два типа коррозии:
химическую и электрохимическую (схемы).
Химическая коррозия – это разрушение металлов и сплавов в результате их
окисления окружающей средой; при этом окисляющийся металл отдает
электроды окружающей среде. При химической коррозии в реакции окисления
взаимодействует только один металл. Наиболее широко распространена
химическая коррозия при взаимодействии металлов с газами при высоких
температурах (О2; SO2; СО2), а также с водяными парами и в жидкостях
органического происхождения не имеющих свойств электролита (спирт, мазут,
бензин, нефть, масло и т.д.), расплавленных солях др. (схема на экране).
При химической коррозии под действием кислорода металлы покрываются
слоем окислов. Такая коррозия происходит, например, при окислении металлов в
печах при различных видах термической обработки. (Вопрос к студентам:
вспомните, что такое термическая обработка, с чем связан этот процесс и какие
вы знаете виды термической обработки?). Степень коррозии возрастает с
повышением температуры: примером может служить появление цветов
побежалости, (рис. 53 из учебника «Слесарное дело» - на экране), т.е. пленки
окиси на поверхности стали, а также образование окалины на поверхности
изделий.
Химической коррозии подвергаются клапаны двигателей внутреннего сгорания,
элементы электронагревателей и т.д.
При химической коррозии металл не всегда подвергается только
поверхностному разрушению, коррозия проникает в глубину металла, образуя
очаги и располагаясь по границам зерен (фильм снятый группой 305 в
лаборатории).
Химическая коррозия при повышенных температурах носят также название
газовой коррозии. Многие ответственные детали инженерных конструкций
сильно разрушаются от газовой коррозии (лопатки газовых турбин, сопла
ракетных двигателей, колосники арматуры печей). Большие потери от газовой
коррозии (угар металла) несет металлургическая промышленность.
Стой кость против газовой коррозии повышается при введении в состав сплава
различных добавок (хрома, алюминия, кремния). (Вспомните тему «Стали
специального назначения») для защиты железных и стальных изделий от газовой
коррозии поверхность изделия покрывают алюминием (алитирование).
Электрохимической коррозией называется процесс разрушения металлов при
соприкосновении с жидкостями, проводящими электрический ток
(электролитами), т.е. с кислотами, щелочами, растворами солей в воде. При
электрохимической коррозии взаимодействуют два металла, находящихся в
электролите, - активный и пассивный. (Ряд напряженности на доске)
разрушается всегда более активный металл, ионы которого переходят в
электролит. Сложность процесса заключается в том, что на одной и той же
поверхности происходит одновременно два процесса, противоположные по
своему химическому смыслу: окисление металла и восстановление окислителя.
Оба процесса должны протекать сопряжено, чтобы сохранилось равновесное
число электронов, отдаваемых металлом и присоединяющихся к окислителю в
единицу времени. Только в этом случае может поступить стационарное
состояние.
При электрохимической коррозии гальванические пары образуются не только
между металлами в электролите, но и между микроскопическими малыми
зернами или дендритами одного и того же сплава, если они отличаются друг от
друга химическим составом.
О поведении различных металлов в электролитах можно судить по занимаемому
ими месту в ряду напряженности: калий, кальций, магний, алюминий, марганец,
цинк, хром, железо, кадмий, кобальт, никель, олово, свинец, водород, сурьма,
висмут, медь, ртуть, серебро, золото.
В приведенном ряду металлы расположены по величине нормального
электрического потенциала (т.е. полученного при погружении металла в
нормальный раствор его соли) по отношению к водороду, если его потенциал
принять равным нулю. Каждый металл этого ряда в паре с другим в
электролитах образуют гальванический элемент, причем разрушаться будет тот
металл, который в ряду располагается левее. Так в паре цинк – железо
разрушается цинк; в паре железо – никель разрушаться будет железо. Ряд
напряженности имеет большое практическое значение: он указывает на
опасность располагать в непосредственном соприкосновении разнородные
металлы. Чем больше различий между соприкасающимися металлами по
химической активности, тем быстрее подвергается коррозии более активный из
них и тем лучше защищен от коррозии менее активный металл.
Защитным действием более активных металлов в отношении менее активных
пользуются, чтобы предохранить от коррозии подземные трубопроводы,
подводные части морских судов. К защищаемым поверхностям стали
присоединяют слитки и металлов расположенных близко к ряду напряженности,
т.е. из цинка или магния (прожекторная защита).
В зависимости от характера окружающей среды коррозия бывает: газовая,
атмосферная, подводная, подземная и коррозия блуждающими токами (схема на
экране).
Окружающая среда
блуждающими токами
газовая
атмосферная
подземная
подводная
 Газовая коррозия – химическая коррозия металлов в газах при высоких
температурах (жидкий металл, при горячей прокатке, штамповке и др.).
 Атмосферная коррозия – это металлы в естественной среде или атмосфере
цеха (это электрохимическая коррозия протекает в условиях влажных
газов или воздуха – строительные стальные конструкции, водогрейные
котлы, детали машин, ржавление кровли, коррозия обшивки самолетов).
 Подводная коррозия – электрохимическая коррозия металла полностью
погруженного в воду.
 Подземная электрохимическая коррозия металла – наблюдается в почвах,
характерна для стальных трубопроводов, уложенных в землю, где
грунтовые воды являются электролитами.
 Коррозия блуждающими токами – электрохимическая коррозия под
действием блуждающего тока. Этому виду коррозии подвергаются
стальные трубопроводы и металлические строительные конструкции,
уложенные в землю и близко расположенные к подземным электрическим
кабелям и рельсам трамвайных и железнодорожных путей.
 Может быть, еще и микробиологическая коррозия – это результат действия
бактерий.
Среда, в которой металл подвергается коррозии (коррозирует) называется
коррозионной или агрессивной средой.
В зависимости от типа коррозионных разрушений коррозия подразделяется на:
 сплошную;
 местную;
 структурную.
o Сплошная - охватывает всю поверхность металла, бывает
равномерной, протекающей с одинаковой скоростью по всей поверхности,
и неравномерной, протекающей с неодинаковой скоростью на различных
участках. Благоприятна для этой коррозии морская среда. Легко ее можно
убрать, она не опасна.
o Местная коррозия - охватывает отдельные участки,
возникает в местах нарушения гладкой поверхности металлов в виде
царапин. Местная коррозия подразделяется на: точечную в виде отдельных
пятен и сквозную. Например, кровли зданий из листовой стали,
металлических конструкций, паяние, лужение.
o Структурная коррозия - связана со структурной
неоднородностью металла, подразделяется на: межкристаллитную,
которая распространяется по границам зерен металла и избирательную,
которая разрушает отдельные структурные составляющие сплава.
Так в серых чугунах разрушается их металлическая основа, при этом остается
скелет из включений графита (фильм – химия – реакции окисления цинка).
Структурной коррозии подвергаются детали машин и конструкций, полученные
методом литья. Коррозия чаще всего протекает по границам зерен, приводит к
резкому снижению механических свойств (башенные краны, самолеты). Этот
вид коррозии очень опасен тем, что трудно обнаружить и приводит к
мгновенной поломке, если вовремя ее обнаружить.
Сплошная коррозия
Местная коррозия
Использование солей (обычно хлорида натрия или кальция) для удаления льда с
дорог и тротуаров также приводит к ускоренному разрушению транспортных
средств и подземных коммуникаций. Применение солей для борьбы со
снегопадами и гололедом приводит к потерям на сумму около 2 млрд. долларов
в год в связи с коррозией двигателей и 0,5 млрд. на дополнительный ремонт
дорог, подземных магистралей и дорог.
Например, во время строительства метромоста и станции «Ленинские горки» в
Москве добавляли большое количество хлорида натрия, чтобы не допустить
замерзание не схватившегося бетона. Станция была сооружена в кратчайшие
сроки и открыта 12 января 1959 г. Однако присутствие хлорида натрия вызвало
разрушение стальной арматуры. Станция была закрыта на реконструкцию,
продолжавшуюся 10 лет. Лишь 14 января 2002 г. состоялось повторное открытие
метромоста и станции, получившей название «Воробьевы горы».
Студентам выдано задание по 1 части урока 1 команда готовит ответ у доски.
Гостям показан фильм снятый студентами.
Опасность коррозии состоит в том, что снижая прочность отдельных участков,
она резко уменьшает надежность конструкций, сооружений, аппаратов.
Коррозии благоприятствует морская вода, растворы солей, в частности
галогенных: хлорид натрия, кальция, магния.
Особенно большие неприятности связаны с хлоридом натрия, который
разбрасывают в зимнее время на дорогах для удаления снега и льда. В
присутствии солей они плавятся, и образующие растворы стекают в
канализационные трубы. Соли являются активаторами коррозии и приводят к
ускоренному разрушению металлов в частности транспортных средств и
подземных коммуникаций.
Причина использования хлорида натрия заключается в его дешевизне. В
настоящее время выход лишь один – вовремя убирать снег и вывозить его на
свалки. Экономически он более чем оправдан.