ПРОГРАММА
вступительных испытаний (экзамена) в аспирантуру по специальности
05.17.03 Технология электрохимических процессов и защита от коррозии
Введение
Поступающие в аспирантуру готовят реферат по теме научного исследования (предложенной либо согласованной с предполагаемым научным руководителем). В реферате должно быть отражено состояние вопроса на момент анализа известных источников, выделены нерешенные проблемы и намечены первоочередные задачи для включения в план исследования. Объем реферата (включая список использованных источников) – не более 30 страниц печатного текста.
Предполагаемое направление исследований должно отвечать формуле специальности 05.17.03 «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии».
Формула специальности:
Технология электрохимических процессов и защита от коррозии – наука о превращениях вещества на межфазных границах и в объеме различных фаз под влиянием физических и химических сил и способах управления этими процессами. Специальность включает в себя следующие технологические области:
коррозия и противокоррозионная защита конструкционных материалов;
электрохимическое и химическое осаждение различных материалов;
электрохимический синтез, электролиз и размерная обработка материалов;
химические источники электрической энергии.
Область исследования:
1. Теоретические основы электрохимических и химических процессов коррозии, электроосаждения, электросинтеза, электролиза и процессов, протекающих в химических источниках электрической энергии.
2. Электрохимические, химические, физические, биологические и комбинированные методы защиты конструкционных материалов от коррозии.
3. Электрохимические, химические и физические методы нанесения металлических, неметаллических и комбинированных покрытий и гальванопластика.
4. Электрохимические, химические, физические и комбинированные методы обработки поверхности материалов.
5. Технология электрохимического синтеза органических и неорганических веществ, электролиза, электрорафинирования и электроэкстракции.
6. Структура, защитные, механические и декоративные и другие свойства коррозионно-стойких и защитных материалов.
7. Приборы и оборудование для исследований и реализации электрохимических и противокоррозионных технологий.
8. Создание новых и совершенствование традиционных источников электрической энергии.
9. Экологические вопросы коррозии, противокоррозионных и электрохимических технологий. Очистка, регенерация, обезвреживание и утилизация отходов электрохимических производств и использование отходов в противокоррозионной технике.
10. Автоматизация и кибернетизация электрохимических и противокоррозионных технологий.
Результаты исследований должны найти практическое применение в одной либо нескольких хозяйственных отраслях машиностроения: общее; металлургическое; горное; нефтегазовое; нефтехимическое; транспортное.
Содержание программы
Раздел 1. Основы электрохимии
1. Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электролиты. Термодинамическая активность электролита. Прохождение тока через электролит: электропроводность, подвижность ионов, законы Фарадея.
2. Равновесия ионных реакций обмена. Ионное произведение воды. Гидролиз. Буферные растворы. Произведение растворимости малорастворимых солей и оснований. рН гидратообразования.
3. Механизм возникновения скачка потенциала на границе металл-электролит. Строение двойного электрического слоя. Влияние адсорбции на его строение. Потенциал точки нулевого заряда и адсорбция ПАВ.
4. Термодинамика электрохимического элемента. Обратимый электродный потенциал. Классификация электродов. Опытное определение ЭДС элементов. Необратимый электродный потенциал. Приложение термодинамики электрохимического элемента к процессам коррозии металлов и электролиза.
5. Основные стадии электродного процесса. Электрохимическая и диффузионная кинетика. Возникновение электродной поляризации. Электрохимическая и концентрационная поляризация. Методы измерения электродной поляризации.
6. Электрохимическая кинетика. Скорость и энергия активации электрохимической кинетики, поляризационные кривые: частные и суммарная. Уравнение Тафеля. Ток обмена и поляризуемость электродов. Перенапряжение выделения водорода. Влияние адсорбции ПАВ на скорость электрохимической реакции.
7. Диффузионная кинетика. Условия возникновения диффузионного тока. Неподвижный слой Нернста. Конвективная диффузия. Уравнение диффузионной плотности тока. Предельный ток. Уравнение концентрационной поляризации. Нестационарная диффузия. Смешанная кинетика. Полная поляризационная кривая. Механизм и кинетика разряда комплексных ионов.
8. Анодные процессы. Кинетика, анодного растворения металла. Анодная пассивность металла. Кинетика анодного выделения газов.
Раздел 2. Основы коррозии металлов
1. Электрохимическая природа коррозионных процессов в растворах электролитов. Межфазная разность потенциалов. Строение и уравнение двойного электрического слоя. Потенциал нулевого заряда. Термодинамика электрохимической коррозии металлов.
2. Кинетика электродных процессов. Зависимость скорости электродных процессов от потенциала. Равновесный потенциал и ток обмена.
3. Поляризация электродных процессов. Общие причины поляризации электродов. Электрохимическая поляризация.
4. Термодинамические основы. Классификация анодных процессов. Диаграммы Пурбэ. Закономерности анодного растворения металлов. Электрохимические реакции перехода.
Б. Уравнение электрохимической поляризации (перенапряжение перехода). Влияние природы растворителя на анодное растворение. Анодные процессы в водных и водно-органических средах. Роль молекул растворителя. Растворение металлов в растворах электролитов по химическому механизму.
6. Влияние анионов на кинетику анодного растворения. Анодное растворение в активном состоянии. Ингибирующее действие анионов.
7. Анодное растворение в активном состоянии. Термодинамические основы растворения сплавов. Кинетика растворения сплавов.
8. Коррозия металлов с водородной деполяризацией. Термодинамическая возможность разряда ионов водорода на катоде. Схема процесса.
9. Перенапряжение водорода и его теории. Процесс Фольмера, процесс Гейровского, процесс Тафеля.
10. Концентрационная поляризация. Коррозия металлов с кислородной деполяризацией.
11. Термодинамическая возможность ионизации кислорода на катоде. Схема процесса. Механизм электрохимического восстановления кислорода.
12. Сложный электрод. Условие стационарности. Расчет скорости растворения металла по уравнению Тафеля. Влияние концентрации водородных ионов на скорость коррозии металлов.
13. Теория местных коррозионных элементов. Факторы дифференции поверхности металла. Влияние анодной и катодной поляризации на работу простого коррозионного элемента.
14. Разностный и защитный эффект. Теория макрокоррозионных пар. Макрокоррозионные пары неравномерного доступа окислителя к металлу. Термогальванические макропары.
15. Определение и характеристики пассивного состояния. Пассиваторы и активаторы. Анодная поляризационная кривая пассивирующегося металла и его характеристика.
16. Теория пассивности металлов. Перепассивация металлов и ее теории. Практическое значение пассивности металлов.
17. Анодная защита, катодное легирование. Аморфизация металлов, как фактор повышения пассивируемости.
18. Коррозионно-механическое разрушение металлов. Коррозия под напряжением. Коррозионное растрескивание. Влияние циклических напряжений. Коррозионная усталость. Способы защиты.
19. Водородная коррозия металлов. Водородное охрупчивание. Наводороживание и кинетика разряда ионов водорода. Влияние состава сплава и структуры его поверхности. Способы защиты.
Раздел 3. Основные принципы коррозионностойкого легирования
1. Пути повышения коррозионной стойкости металлов легированием. Перспективные методы создания коррозионностойких сплавов.
2. Обоснование выбора коррозионностойких сплавов в конкретных условиях эксплуатации.
3. Газовая коррозия железа и стали: окисление, обезуглероживание, водородная хрупкость, рост чугунов. Электрохимическая коррозия железа и стали: термодинамическая стойкость, влияние внешних и внутренних факторов на коррозионную стойкость железа, стали, чугуна.
4. Проблема коррозионного растрескивания и наводороживания низколегированных углеродистых сталей. Коррозия в сероводородных средах. Технико-экономические показатели углеродистых и низколегированных сталей.
5. Классификация коррозионностойких железных сплавов по составу и структуре назначения основных легирующих компонентов. Коррозионная стойкость хромистых сталей: влияние структуры и содержания хрома на газовую коррозию в электролитах. Хромоникелевые аустенитные стали. Коррозионная стойкость сталей: газовая коррозия, общая электрохимическая коррозия, пассивность.
6. Локальные виды коррозии хромистых и хромоникелевых сталей. Межкристаллитная, точечная, щелевая коррозия, коррозионное растрескивание. Основные направления разработки хромоникелевых сталей. Проблемы экономии дефицитных легирующих компонентов.
7. Коррозионностойкие чугуны. Легирование чугунов для повышения их стойкости против газовой и электрохимической коррозии. Технико-экономические показатели коррозионностойких сплавов на основе железа.
8. Медь и ее сплавы. Применение и технологические свойства. Электрохимическая коррозия меди и ее сплавов. Газовая коррозия меди. Электрохимическая и газовая коррозия сплавов меди: бронз, латуней. Коррозионное растрескивание и обесцинкование латуней. Технико-экономические показатели применения медных сплавов.
9. Никель и его сплавы. Электрохимическая и газовая коррозия никеля. Принципы коррозионностойкого легирования никеля. Применение и технико-экономические показатели сплавов никеля.
10. Алюминий и его сплавы. Электрохимическая коррозия алюминия. Межкристаллитная коррозия, коррозионное растрескивание, расслаивающаяся, точечная коррозия алюминиевых сплавов. Методы их устранения оптимальным легированием, термообработкой и низкотемпературной механической обработкой.
11. Магний и его сплавы. Электрохимическая и газовая коррозия магния. Коррозионная стойкость сплавов на основе магния. Локальные виды коррозии магниевых сплавов. Методы защиты магниевых сплавов от коррозии.
12. Титан и его сплавы. Электрохимическая и газовая коррозия титана. Коррозионная стойкость титановых сплавов.
Раздел 4. Методы исследования коррозионных процессов
1. Цели исследования коррозионных процессов. Требования, предъявляемые к методам исследований и научные принципы их применения к изучению процессов коррозии. Классификация методов исследований. Основные этапы подготовки проведения коррозионных исследований.
2. Методы коррозионных исследований, их развитие и области применения. Гравиметрия. Объемные методы. Резистометрические измерения. Исследование механических свойств, исследование жидких и газовых коррозионных сред. Химические, радиохимические, полярографические, фотокалориметрические и хроматографические методы.
3. Электрохимические методы исследований. Измерение электродных потенциалов. Методы снятия поляризационных кривых в различных режимах и их анализ. Кулонометрические измерения. Импульсные методы. Измерение импеданса. Аппаратура для электрохимических исследований.
4. Оптические методы коррозионных исследований. Макро- и микроскопические исследования поверхности корродирующего металла. Измерение отражательной способности. Эллипсометрия, ее научные основы, возможности применения и аппаратурное оформление. Метод фотоэлектрической поляризации.
5. Методы коррозионных испытаний: цели и классификация. Лабораторные коррозионные испытания: при полном погружении, испытания на коррозию по ватерлинии. Внелабораторные испытания: атмосферные, испытания в почве, в естественных водных средах. Метод ускоренных коррозионных испытаний.
6. Методы испытаний на местные (локальные) виды. коррозии: на межкристаллитную коррозию (МКК), коррозионное растрескивание (КР), расслаивающую коррозию. Единая система защиты металлов от коррозии и старения (ЕСЗКС).
7. Классификация методов анализа поверхности твердых тел по виду зондирующего воздействия. Физические основы метода электронной Оже-спектроскопии (ОЭС). Аппаратурное оформление установки ОЭС. Применение ОЭС для изучения коррозии и окисления металлов и сплавов.
Список рекомендуемых источников информации
Фомин Г. С. Коррозия и защита от коррозии: энциклопедия международных стандартов / Г. С. Фомин. – М.: Протектор, 2013. – 720 с.
Фомин, Г. С. Нефтегазовая энциклопедия международных стандартов / Г. С. Фомин, О. Н. Фомина. – М.: Протектор, 2012. – 832 с.
Ангал Р. Коррозия и защита от коррозии: учеб. пособие / Р. Ангал; пер. с англ. А. Д. Калашникова. – Долгопрудный: ООО Издательский Дом Интеллект, 2013. – 344 с.
Дамаскин Б. Б. Электрохимия: учебник / Б. Б. Дамаскин, О. А. Петрий, Г. А. Цирлин. – М.: Химия, КолосС, 2006. – 672 с.
Солодкова Л. Н. Электролитическое хромирование / Л. Н. Солодкова, В. Н. Кудрявцев; под ред. В. Н. Кудрявцева. – М.: Глобус, 2007. – 192 с.
Семенова И. В. Коррозия и защита от коррозии: учеб. пособие / И. В. Семенова, Г. М. Фларианович, А. В. Хорошилов ; под ред. И. В. Семеновой. М. : Физматлит, 2006. 376 с.
Окулов, В. В. Цинкование. Техника и технология / В. В. Окулов; под ред. В. Н. Кудрявцева. – М. : "Глобус", 2008. – 252 с
Григорян, Н. С. Фосфатирование [Текст] : учебное пособие / Н. С. Григорян, Е. Ф. Акимова, Т. А. Ваграмян. М.: Глобус, 2008. 144 с.
Винокуров, Е. Г. Модельные представления для описания и прогнозирования электроосаждения сплавов [Текст] : монография / Е. Г. Винокуров, В. В. Бондарь. М. : ВИНИТИ РАН, 2009. 164 с.
Краски, покрытия и растворители / под ред. Д. Стойе, В. Фрейтага; пер. с англ. Э. Ф. Ицко. М.: Профессия, 2007. 528 с.
Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: справочник: в 2-х т., Т.1 / под ред. А. А. Герасименко. – М.: Машиностроение, 1987. – 688 с.
Справочник по электрохимии / под ред. А. М. Сухотина. – Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1981. – 486 с.
|
