Дисциплина: Коррозия и защита металлов

Дисциплина: Коррозия и защита металлов

Аннотация

Дисциплина «Коррозия и защита металлов» входит в федеральный компонент основных образовательных программ бакалавров по направлениям 010700 «Физика», 150100 «Металлургия»; направлению 150100 «Материаловедение и технологии материалов» (профиль: «Физико-химия процессов и материалов»), программ специалитета по специальностям: 150701 «Физико-химия процессов и материалов», 150702 «Физика металлов», 200503 «Стандартизация и сертификация», 280102 «Защита окружающей среды», 210602 «Наноматериалы».

Дисциплина имеет практико-ориентированную направленность и предназначена для приобретения студентами компетенций в области изучения причин и видов коррозионного разрушения металлов в различных коррозионно-активных средах, понимания механизмов коррозионных процессов как одного из важнейших направлений повышения качества металлопродукции, выбора научно-обоснованных методов защиты металлов от коррозии.

Разделы 4 и 5 программы курса в отдельных случаях структурированы по профилям, что связано со спецификой профессиональной подготовки бакалавров по соответствующему профилю.

Представленный курс «Коррозия и защита металлов» может рассматриваться  в качестве основополагающего для более углубленного изучения коррозии и защиты металлов на втором уровне обучения – магистратуре.

Цель обучения

Научить обоснованному выбору методов и средств защиты от коррозии металлопродукции, конструкций и сооружений на стадии проектирования, производства, хранения, транспортировки и в реальных условия эксплуатации.

Приобретаемые компетенции

Готовность:

использовать математический  аппарат и физико-химические методы для расчета термодинамической возможности протекания коррозионных процессов и определения скорости протекания коррозии в газовых средах и жидких электролитически проводящих средах; применять расчеты показателей коррозии для определения соответствия системы металл-среда группе и баллу по десятибалльной шкале коррозионной стойкости; описывать окислительно-восстановительными реакциями анодные и катодные процессы на: структурных составляющих, границах и теле зерна, примесях, неметаллических включениях, на точечных и линейных дефектах сплавов для обоснованного выбора способа их получения, а так же термо и термомеханической обработки для производства металлопродукции с заданными параметрами коррозионной стойкости; составлять перечень факторов определяющих устойчивость сплавов к общей и локальным видам коррозии: питтинговой, межкристаллитной, коррозионному растрескиванию, расслаивающей и контактной коррозии для научно обоснованного прогноза длительности безаварийной эксплуатации оборудования; осуществлять выбор методики исследований и испытаний коррозионной стойкости сплавов по Российским и международным стандартам; обосновывать наиболее эффективный и экономичный метод защиты от коррозии металлических изделий и конструкций, работающих в различных условиях (высокотемпературных окислительных, в газовых средах, подземных и атмосферных условиях, коррозия в щелочах и кислотах);

Привить навыки:

самостоятельно работать с литературой для поиска информации об отдельных определениях, механизмах протекания коррозии, роли коррозии в будущей практической деятельности, примеров применения конкретных методов защиты в промышленности; демонстрировать способность применения знаний, полученных при изучении базовых дисциплин,  и логическое мышление для решения типовых и системных задач по защите металлов от коррозии; проведение измерений величины электродного потенциала, скорости коррозии, поляризуемости, защитного эффекта, перенапряжения водорода, пористости и типа защитного покрытия, жаростойкости; владение навыками диагностики и экспертизы коррозионных разрушений; выполнение исследований по: выявлению механизма коррозионных процессов и выбору метода защиты от коррозии; подготовки лабораторной и технологической базы для защиты металлопродукции от коррозии;

Содержание  дисциплины

(разделы дисциплины и виды занятий)

№	Раздел дисциплины	Лекции (час)	ПЗ (час)	ЛР (час)
1	Введение	1
2	Коррозия металлов в водных средах	5	6	5
3	Основы коррозии металлов в газовых средах	3	4	4
4	Коррозионная стойкость важнейших металлов и сплавов	4	2
4а	Коррозионная стойкость порошковых и композиционных материалов	4	2
4б	Коррозионная стойкость и структура важнейших металлов и сплавов	4	2
5	Методы защиты металлов от коррозии в водных и газовых средах	4	3	6
5а	Методы защиты металлических, порошковых и композиционных материалов от коррозии в водных и газовых средах	4	3	6

1. Введение

1.1 Проблема коррозии. Экономические и экологические аспекты коррозии. Научные и инженерные аспекты дисциплины «Коррозия и защита металлов».

2. Коррозия металлов в водных средах

2.1 Электрохимический механизм коррозии и его примеры. Термодинамика коррозионного гальванического элемента. Электродные потенциалы металлов и причины их возникновения.

2.2 Механизмы и кинетика коррозионных процессов. Схема и особенности электрохимического коррозионного процесса. Типы гальванических коррозионных элементов. Причины образования гальванических элементов на поверхности металлов и сплавов. Поляризация электродов в гальваническом коррозионном элементе как мера торможения анодных и катодных реакций в электрохимическом коррозионном процессе. Деполяризаторы коррозионных процессов. Катодные процессы с участием молекул кислорода и ионов водорода.

2.3 Коррозия металлов в природных и промышленных средах. Контролирующие факторы коррозии в атмосферных условиях, грунтах, в растворах кислот и нейтральных средах.

2.4 Аналитический и графический расчет электрохимического коррозионного процесса. Пассивность металлов, определение и характеристики пассивного состояния металлов. Теории пассивности, пассиваторы и депассиваторы. Значение пассивности металлов и практическое использование этого явления. Особенности пассивации сплавов.

2.5 Локальные коррозионные разрушения. Питтинговая и межкристаллитная коррозия. Коррозионно-механическое разрушение металлов. Контактная коррозия.

3. Основы коррозии металлов газовых средах

3.1 Термодинамика высокотемпературного окисления металлов и сплавов в газах. Классификация оксидных пленок. Причины разрушения оксидных пленок.

3.2 Кинетика газовой коррозии. Контролирующие стадии процессов окисления металлов  в газах. Основные законы окисления металлов.

3.3 Закономерности и особенности высокотемпературного окисления сплавов, растворимость кислорода в металлической матрице и внутренне окисление.

4. Коррозионная стойкость важнейших металлов и сплавов

4.1 Влияние внешних факторов на коррозионную стойкость конструкционных металлических материалов. Коррозия и растворение железа, сталей, чугунов в атмосферных, морских, подземных условиях и при травлении сталей. Влияние структуры, величины зерна, субструктуры на коррозию сталей.

4.2 Влияние металлургических факторов на сероводородную и стресс-коррозию трубопроводов. Коррозия теплосетей и водопроводных труб. Нержавеющие стали.

4.3 Высокотемпературное окисление железа, стали, чугунов. Обезуглероживание, науглероживание и наводораживание при высоких температурах в сухих газах. Рост чугунов.

4.4. Коррозионная стойкость меди и ее сплавов, никеля и его сплавов, алюминия и его сплавов. Особенности коррозии сплавов циркония, титана и тантала.

4а. Коррозионная стойкость металлических, порошковых и композиционных материалов

4.1а. Влияние структурного состояния и химического состава на коррозионную стойкость порошковых материалов

4.2а. Основные принципы создания коррозионно-стойких порошковых материалов.

4.3а. Сравнительная коррозионная стойкость компактных, порошковых и композиционных материалов.

4.4а. Электрохимическая коррозия металлов с напыленными защитными металлическими покрытиями.

4б. Коррозионная стойкость и структура важнейших металлов и сплавов

4.1б Коррозионностойкие стали: области применения в различных коррозионно-активных средах с учетом структуры и состава сталей. Пасссивация железа, низкоуглеродистых сталей в различных коррозионно-активных средах: условия пассивации, состав, строение и защитные свойства пассивирующих пленок. Дефекты в пассивирующих пленках на нержавеющих сталях различного класса.

4.2б Влияние состава и температуры среды, структуры и состава сталей термообработки, состояния поверхности, неметаллических включений на устойчивость к питтинговой коррозии.

4.3б Коррозионное растрескивание (КР) мартенситных, ферритных и двухфазных сталей. Влияние состава среды, механических факторов, состава и структуры сталей на склонность к КР.

4.4б Газовая коррозия хромистых, хромоникелевых и других аустенитных сталей. Влияние состава атмосферы, температуры, состава и состояния структуры на закономерности высокотемпературного окисления. Структура и строение оксидных пленок.

5 Методы защиты металлов от коррозии в водных и газовых средах

5.1 Классификация методов защиты от электрохимической коррозии. Принципы противокоррозионного легирования. Подбор конструкционного материала для конкретных условий эксплуатации.

5.2 Классификация защитных покрытий. Металлические покрытия: анодные и катодные. Неметаллические покрытия: достоинства и недостатки.

5.3 Обработка коррозионной среды и электрохимическая защита: катодная, протекторная и анодная. Технико-экономические показатели защиты от коррозии.

5.4 Защита металлов от газовой коррозии. Основной принцип жаростойкого легирования. Легирование для увеличения термостойкости «сплав–оксидная пленка». Жаростойкие сплавы. Жаростойкие неметаллические материалы, Защитные покрытия. Защитные атмосферы.

5 а. Методы защиты от газовой и электрохимической коррозии металлических, порошковых и композиционных материалов в водных и газовых средах

5.1а. Общие принципы и методы защиты металлов от газовой коррозии: жаростойкое легирование, защитные покрытия, защитные атмосферы.

5.2а. Общие принципы и методы защиты металлов от электрохимической коррозии: коррозионно-стойкое легирование, воздействие на коррозионную среду с целью уменьшения ее агрессивности, защитные покрытия.

5.3а. Защита от коррозии на этапе хранения порошков, полуфабрикатов и при производстве конструкционных порошковых материалов.

5.4а. Способы подготовки порошковых материалов и изделий для получения на них защитных покрытий.

Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Количество зачетных единиц	Всего часов Семестр 6 (вариант 1)	Всего часов Семестр 6 (вариант 2)
Общая трудоемкость	3 (вариант 1) или 4 (вариант 2)	108	144
Аудиторные занятия	51	68
Лекции	17	34
Практические занятия	17	17
Лабораторные работы	17	17
Самостоятельная работа	57	76
Курсовой проект
Вид итогового контроля	зачет	экзамен

Пререквизиты (дисциплины, обязательные для предварительного изучения):

Математика, химия, физика, физическая химия, металловедение

Кореквизиты (дисциплины, обязательные для параллельного изучения)

Сопротивление материалов, фазовое равновесие и структурообразование, рентгенография, электронография, нейтронография, спектроскопия, микроскопические методы, методы физико-химических исследований, дефекты кристаллической структуры

Рекомендуемая литература (основная и дополнительная)

а) основная литература

1а. , , Курс Лекций. Коррозия и защита металлов. Издат. «Учеба», 2007. - 170 с. (электронная версия).

2а. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 2006. - 472 с.

3а. , Коррозионная стойкость и защита от коррозии металлических, порошковых и композиционных материалов. Учебное пособие, № 000, М.: Издат. «Учеба», 2005. - 129 с.

4а. , Коррозия сплавов. Курс лекций, № 000,М.: МИСиС, 1999. – 98 с.

5а. Коррозия и защита металлов. Лабораторный практикум,. № 000, М: Изд. дом МИСиС, 2012. - 152 с.

6а. , , Коррозия и защита металлов в водных средах. Практикум, № 000, М.: Издат. «Учеба», 2005. - 101 с.

7а. , , . Коррозия и защита металлов в газовых  средах. Практикум, № 000. М.: издательский дом «МИСиС», 100 с.

б) дополнительная литература

8б. Теория коррозионных процессов. М.: Металлургия, 1997. - 360 с.

9б. , Теория коррозии и коррозионностойкие сплавы. М.:Металлургия, 1993. - 416 с.

10б.   Диагностика металлов. Москва. Металлургиздат. 2004. - 402 с.

11б. Физическая химия пассивирующихся пленок на металлах. – Л.:Химия, 1989. – 320 с.

12б. овременные жаростойкие материалы. Справочник. – М.: Металлургия, 1986. –360 с.

Координатор: , доцент, к. ф-м. н.