korroziya-bakalavry - Саратовский государственный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Институт химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор
по учебно-методической работе
проф. Елина Е.Г.
_______________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
Коррозия и защита металлов
Направление подготовки
020100 «Химия»
Профиль подготовки
Физическая химия
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов,
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Коррозия и защита металлов» являются:
 Изучение теоретических основ коррозии металлов и основных методов защиты
конструкционных материалов для формирования у студентов правильного понимания сути коррозионных процессов и грамотного выбора методов защиты от коррозии;
 Осмысление кинетических закономерностей анодного растворения сплавов, взаимосвязи между их коррозионными и термодинамическими свойствами, изучение
методов определения термодинамических параметров компонентов в сплавах.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Коррозия и защита металлов» относится к вариативным дисциплинам профессионального цикла и обеспечивает содержательную взаимосвязь естественнонаучных
дисциплин с профессиональными дисциплинам профиля подготовки «физическая химия».
Материал дисциплины базируется на знаниях по курсу «Физическая химия (разделы
«Термодинамика», «Электрохимия»), «Кинетика электродных процессов», «Физические
методы исследования состава и структуры веществ», «Методы математической статистики в химии» (метрологическая обработка результатов эксперимента) по направлению
020100 «Химия». Дисциплина «Коррозия и защита металлов» является основой для последующего изучения вариативных дисциплин «Химические источники тока», «Теоретические основы гальванотехники», «Электрохимические методы исследования». Приобретенные в рамках дисциплины «Коррозия и защита металлов» умения применяются в химико-технологической практике в 8 учебном семестре.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Коррозия и защита металлов»
В результате освоения дисциплины «Коррозия и защита металлов» формируются
следующие компетенции:
- представление основных химических, физических и технических аспектов химического промышленного производства с учетом сырьевых и энергетических затрат (ПК-5);
- понимание сущности и социальной значимости профессии, основные перспективы и проблемы, определяющие работу в области электрохимических поизводств (ПК-1);
- владение навыками химического эксперимента, основными аналитическими, методами исследования химических веществ и реакций (ПК-4).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать:
- механизмы электродных процессов;
- механизмы процессов коррозии;
- методы защиты металлов от коррозии;
•Уметь:
-выбирать наиболее оптимальные методы защиты от коррозии
- работать на современном оборудовании;
- исследовать структуру и физико-химические свойства покрытий.
•Владеть:
- современными методами электрохимического эксперимента;
- методами регистрации и обработки результатов электрохимического эксперимента.
4. Структура и содержание дисциплины «Коррозия и защита от коррозии»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы ( 108 ч.).
4.1. Структура лекционного курса
№
Раздел дисциплины
Сеп/п
местр
Неделя
семест
ра
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу
студентов и трудоемкость (в часах)
лекции
1
2
3
7
Введение
Раздел 1. Химическая
Коррозия
Раздел 2. Электрохи- 7
мическая
коррозия
металлов
2.1
Термодинамический аспект электрохимической коррозии
2.2 Кинетика сопряженных
процессов.
Восстановление ионов
водорода и растворенного кислорода. Анодное растворение металлов: актив-ное растворение, пассивация.
Перепассивация
.Аномальное растворение металлов
2.3.Стационарный потенциал и сопряженные реакции.
Раздел 3 Методы за- 7
щиты металлов от
коррозии.
3.1 Влияние внешней
поляризации. Анодное
оксидирование металлов.
3.2 Защита от коррозии
Самостоя
тельная
работа
всего
1-4
2
6
8
5-10
12
12
4
6
2
11-14
8
2
0.5
8
Формы текущего
контроля успеваемости (по
неделям семестра)
Формы промежуточной аттестации (по семестрам)
4
лакокрасочными изделиями.
3.3 Защита
металлическими
покрытиями
3.4. Защита от коррозии солевыми пленками.
3.5
Использование
композиционных материалов для защиты
от коррозии.
3.6. Ингибиторы коррозии
Раздел 4. Коррозия в 7
естественных
условиях.
4.1 Атмосферная коррозия
4.2 Подземная коррозия. Почвенная коррозия. Биокоррозия.
Коррозия
блуждающими токами.
4.3.Коррозия металлов
в речной, озерной и
морской воде
.
итого
2
1
0.5
2
15-18
8
8
2
4
2
36
36
зачет
4.1. Содержание дисциплины
Введение.
Коррозия. Определение. Стандарт МС.8044 (чI). Терминология. Термодинамическая неустойчивость металлов. Классификация коррозии по условиям, по характеру коррозионных разрушений, по механизму процесса. Показатели коррозии.
Раздел 1. Химическая коррозия.
Законы роста пленок: линейный, параболический, логарифмический. Их механизмы. Газовая коррозия. Жаростойкость, жаропрочность. Методы защиты от газовой коррозии.
Жаростойкое легирование. Защитные атмосферы. Классификация пленок по толщине.
Раздел 2. Электрохимическая коррозия металлов.
Тема 2.1. Термодинамический аспект электрохимической коррозии. Коррозия с водородной и кислородной деполяризацией. Диаграмма устойчивости воды. Диаграммы Пурбе.
Тема 2.2. Кинетика коррозионных процессов. Кинетика катодных процессов выделения
водорода и ионизации кислорода из кислых, нейтральных и щелочных растворов. Коррозия со смешанной деполяризацией. Два механизма анодного растворения металлов. Стадийное растворение. Растворение металла с участием компонентов раствора. Примеры.
Кинетические схемы растворения, их обоснование и сопоставление с экспериментальными данными. Явление пассивности. Теории пассивности. Аномальные явления при растворении металлов.
Тема 2.3. Стационарный потенциал и сопряженные реакции. Теоретический расчет стационарного потенциала. Поляризационные диаграммы. Гомогенный и гетерогенный пути
протекания электрохимической коррозии металлов. Причины пространственного разделения анодного и катодного процессов.
Неоднородность поверхности твердых металлов. Локальные элементы. Растворение металлов, содержащих металлические включения. Графический анализ работы коррозионного элемента. Контролирующие факторы коррозии.
Реальные и идеальные поляризационные кривые. Теория многоэлектродных систем. Решение многоэлектродных систем на основе реальных и идеальных поляризационных кривых.
Раздел 3. Методы защиты металлов от коррозии.
Тема 3.1.Влияние внешней поляризации на коррозионный ток. Разностный и защитный
эффекты. Расчет защитной плотности тока. Протекторная катодная защита. Анодная защита. Использование пассивации для защиты металлов от
коррозии. Анодное и химическое оксидирование черных и цветных металлов. Анодирование – основной метод защиты от коррозии алюминия и его сплавов.
3.2 Защита от коррозии лаками и красками на водной и органической основе.
Преимущества и функциональные свойства водорастворимых красок.
3.3.Защита от коррозии металлическими покрытиями. Анодные и катодные покрытия.Требования, предъявляемые к катодным покрытиям.
Тема 3.4. Солевая пассивность. Защита от коррозии солевыми пленками. Оксалатирование. Фосфатирование. Работы кафедры по фосфатированию цветных металлов и сплавов,
металлов и сплавов группы железа.
Тема 3.5. Композиционные материалы и их применение для защиты металлов от коррозии.
Тема 3.6. Ингибиторы коррозии. Требования, предъявляемые к ингибиторам коррозии.
Классификация ингибиторов. Механизм действия ингибиторов.
Раздел 4. Коррозия в естественных условиях.
Тема 4.1.Атмосферная коррозия.
Тема 4.2. Подземная коррозия. Почвенная коррозия. Коррози блуждающи токами.
Тема 4.3. Коррозия металлов в речной и морской воде.
4.2. Структура лабораторных и практических занятий
№
п/п
1
2
Раздел дисциплины
Семест
р
7
Химическая коррозия
Методы защиты от газовой
коррозии:
Жаростойкое легирование.
Требования,предъявляемые к
легирующему компоненту.
Выбор легирующих компонентов для жаростойкого легирования стали, магния и
других металлов по индивидуальному заданию. Использование защитных атмосфер.
Электрохимическая корро- 7
зия металлов
Тема2.1. Термодинамический
аспект
электрохимической
коррозии Коррозия
с водородной и кислородной
деполяризацией. Расчет и построение диаграммы устойчивости воды Расчет и построение диаграммы Пурбе
по индивидуальному заданию
Темы 2.2 и 2.3 Кинетический
аспект
электрохимической
коррозии
Аналитический и графический анализ коррозионных
диаграмм.
Теоретический
расчет стационарного потенциала Определение контролирующего фактора коррозионного процесса и степени
Неделя
семест
ра
1-2
3-4
Виды учебной
Формы текуработы, включая щего контроля
самостоятельную успеваемости
работу студентов
(по неделям
и трудоемкость
семестра)
(в часах)
Формы промежуточной
Лабо- Са все
аттестации (по
рамо- го
семестрам)
торсто
ные
яте
раболь
ты
ная
работа
4
6
10
Промежуточный отчет
4
3
7
Индивидуальное задание по
расчету и построению диаграммы Пурбе
контроля анодного и катодного процессов.
3
4
Электрохимическая корро- 7
зия металлов
Лабораторная работа. Изучение поведения коррозионной пары Zn-Cu в растворе
1% NaCl :
1.Получение поляризационных кривых для анодного и
катодного процессов.
2. Построение коррозионной
диаграммы.
Определение
коррозионного тока и потенциала коррозии (стационарного потенциала). Определение контролирующего фактора коррозии и степени контроля анодного и катодного
процессов на примере изучаемой системы Zn-Cu в растворе 1% NaCl :
.
3. Изучение влияния различных деполяризаторов на скорость коррозии цинка.
5-6
4
3
7
Проверка
оформления
лабораторного
журнала
Промежуточный отчет
Методы защиты металлов 7
от коррозии.
Тема 3.4. Защита от коррозии солевыми пленками.
7
2
3
5
Проверка
оформления
лабораторного
журнала
Лабораторная работа. Анодирование как основной метод защиты от коррозии
алюминия и его сплавов:
1.Ознакомление с процессом
анодного
оксидирования
алюминия в растворе серной
кислоты.
2.Изучение влияния условий
оксидирования на свойства
анодных пленок: коррозионной стойкости, объемной пористости и плотности.
3. Определение сплошности
оксидного покрытия. Окрашивание оксидных пленок
органическими красителями
и неорганическими соединениями.
Промежуточный отчет
5
6
7
8
9
10
11
Лабораторная работа. За- 7
щита от коррозии различных
металлов(
стали,
цинка,никеля, магния) с помощью
фосфатных покрытий:
1. Ознакомление с методами
подготовки поверхности металла и процессом нанесения
фосфатной пленки на обработанную поверхность.
2.Изучение кинетики роста
фосфатной пленки по изменению массы образца в процессе фосфатирования.
3.Изучение методов определения защитных свойств
фосфатных пленок( плотности пленок, их коррозионной
стойкости).
8-10
Учебная дискуссия «Выбор
оборудования для электрохимических процессов в коррозионно стойком исполнении».
Расчет эффективности электрохимической катодной защиты углеродистой стали от
коррозии. Определение защитного эффекта % Z, коэффициента защитного
действия (R), Удельного расхода
энергии кВт·ч/м2 час (W)
Выбор ингибиторов коррозии
для различных условий эксплуатации материалов
Теоретическое и экспериментальное обоснование выбора
способа защиты от коррозии
исследуемого металлического объекта в конкретной среде.
Выбор протектора для защиты от коррозии
7
11-12
4
3
7
Отчет по выполненной работе.
7
13-14
4
3
7
Отчет по выполненной работе.
7
15
2
3
5
выра-
7
16
2
3
5
Отчет по
полненной
боте.
Отчет по
полненной
боте.
17
2
3
5
выра-
18
2
3
5
Отчет по
полненной
боте.
Отчет по
полненной
Выбор типа покрытия для
защиты от коррозии
6
3
9
Проверка
оформления
лабораторного
журнала
Отчет по выполненной работе.
выра-
выра-
боте.
итого
36
36
72
5. Образовательные технологии
Наряду с традиционными образовательными технологиями широко используются
технологии, основанные на методах научно-технического творчества и современных информационных средствах (электронный учебник и методическое пособие к лабораторным
работам)
Интерактивные формы обучения включают
1.
учебную дискуссию «ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В КОРРОЗИОННОСТОЙКОМ ИСПОЛНЕНИИ».
2.
Разбор ситуаций
Примеры ситуаций:
1. Расчет эффективности электрохимической катодной защиты углеродистой стали
от коррозии. Определение защитного эффекта % Z, коэффициента защитного действия
(R), Удельного расхода энергии кВт·ч/м2 час (W)
2. Выбор ингибиторов коррозии для различных условий эксплуатации материалов
3. Теоретическое и экспериментальное обоснование выбора способа защиты от
коррозии исследуемого металлического объекта в конкретной среде.
4. Выбор протектора для защиты от коррозии
5. Выбор типа покрытия для защиты от коррозии
ИТОГО интерактивная форма обучения составляет 22 часа.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации
по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная работа студентов предполагает освоение теоретического материала. Подготовку к лабораторным работам, оформление лабораторных работ, подготовку к
текущему и итоговому контролю. Форма итогового контроля – зачет.
Вопросы для самостоятельной подготовки к промежуточным отчетам
1. Коррозия металлов. Определение. Общая характеристика. Классификация коррозионных процессов. Количественные характеристики.
2. Химическая коррозия металлов. Линейный закон роста пленок.
3. Законы роста сплошных (защитных) пленок.
4. Логарифмический закон роста пленок. Механизм торможения роста пленок.
5 Причины разрушения пленок. Влияние температуры на закон роста пленок.
Состав пленок по толщине.
6. Газовая коррозия металлов. Жаростойкость. Жаропрочность. Защита от газовой коррозии.
7. Равновесный
и
стационарный
потенциал.
Их
отличительные
свойства.
Расчет стационарного потенциала.
8. Термодинамика катодных процессов. Диаграмма устойчивости воды.
9. Смешанная деполяризация. Механизм влияния кислородосодержащих окислителей.
10 .Термодинамическая неустойчивость металлов. Диаграммы Пурбе.
11.Электрохимическая коррозия. Распределение анодного и катодного процессов на
поверхности металла. Работы Акимова, Фрумкина, Колотыркина.
12. Кинетика катодных процессов. Восстановление ионов водорода. Особенности процессов с водородной деполяризацией.
13. Кинетика катодных процессов. Ионизация кислорода. Стадии и механизм процесса.
14. Анодное растворение металлов. Поляризационная кривая. Общая характеристика процессов. Механизм активного растворения.
15. Пассивность металлов. Термодинамический аспект формирования пассивного
состояния. Работы Сухотина.
16. Кинетика анодного растворения в пассивном состоянии. Влияние растворителя.
17. Графический анализ работы коррозионного элемента для короткозамкнутых и
некороткозамкнутых систем. Идеальные и реальные поляризационные кривые.
18. Различные случаи контроля коррозионного процесса.
19. Влияние катодной поляризации на скорость коррозии. Защитный эффект.
20. Влияние анодной поляризации на скорость коррозии. Разностный эффект.
21. Защита от коррозии металлическими покрытиями.
22. Фосфатирование металлов.
23. Ингибиторы коррозии металлов. Требования, предъявляемые к ингибиторам. Их классификация и механизм действия.
24. Гомогенный и гетерогенный пути протекания электрохимической коррозии металлов.
Причины пространственного распределения анодного и катодного процессов на поверхности электродов
25. Проблема многоэлектродных систем. Решение МЭС на основе реальных поляризационных кривых
26. Проблема многоэлектродных систем. Решение МЭС на основе идеальных поляризационных кривых
27. Атмосферная коррозия
28. Подземная коррозия.
29. Морская коррозия. Речная коррозия. Озерные воды.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)
а) основная литература
1.
Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. М.: Химия. 2006.623с.
б) дополнительная литература:
1. Кайдриков Л.А. Методы, алгоритмы и примеры коррозионных расчетов. Казань:
кгту. 2006г. 124с.
в) интернтресурсы
1.
bankknig.com/knigi/82902-teorija-korrozii-i-zashhity-metallov.html
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
1. Учебная аудитория для чтения лекций
2. Мультимедийная установка.
3. Учебная лаборатория для выполнения лабораторных работ, оснащенная
необходимым оборудованием (электронные потенциостаты, совмещенные с персональными
компъютерами, частотный анализатор, установка вращающегося дискового электрода,
термостаты, металлографический микроскоп, специальные электрохимические ячейки).
Химические реактивы.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций
и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки «физическая химия» .
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций
и Примерной ООП ВПО по направлению 020100 «Химия» и профилю подготовки «физическая химия» .
Автор
к.х.н., доцент
Программа одобрена на заседании кафедры физической химии
от
2011 года, протокол № _________________.
Подписи:
Зав. кафедрой физической химии
Д.х.н., профессор
Директор Института химии
Д.х.н., профессор
Бурашникова М.М.
Казаринов И.А.
Федотова О.В