МАТЕРИАЛЫ, УСТОЙЧИВЫЕ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАБОЧЕЙ СРЕДЫ

15.1.Коррозионно-стойкие материалы

Конструкционные материалы при эксплуатации в коррозионной среде должны обладать также высокой коррозионной стойкостью. Процессу коррозии наиболее подвержены металлы и сплавы, что объясняется их большой химической активностью и высокой электропроводимостью.

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Коррозионно-стойкими называют металлы и сплавы, в которых процесс коррозии развивается с малой скоростью. Отмечают два вида коррозии: электрохимическую и химическую.

15.1.1. Электрохимическая коррозия металлов

Электрохимическая коррозия развивается в жидких электролитах: влажных атмосфере и почве; морской и речной воде; водных растворах солей, щелочей и кислот. При электрохимической коррозии устанавливается коррозионный ток и происходит растворение металла вследствие электрохимического взаимодействия с электролитом.

Поверхность металла в электролите электрохимически неоднородна, что приводит к образованию микрогальванического коррозионного элемента (рис. 15.1). На одних участках поверхности, называемых анодами, идет реакция (15.1); на других, называемых катодами, — реакция (15.2) или (15.3)

Ме~ Ме^п+ + пе (15.1)

0₂ + 2Н₂0 + 4е^ 40Н~ (15.2)

2Н+ + 2е г Н₂ (15.3)

Рис. 15.1. Схема коррозионного элемента

Пока коррозионный элемент разомкнут, на анодных и катодных участках реакции в прямом и обратном направлениях идут с одинаковой скоростью — обратимо. Обратимые электродные потенциалы металлов ^обр зависят от характера электролита и температуры. Их рассчитывают по термодинамическим функциям. Для сравнительной оценки электрохимической активности металлов используют стандартный обратимый электродный потенциал У₀°₆ , рассчитанный для температуры 25 °С и активности (концентрации) собственных ионов в водном растворе, равной единице. Значения У₀°_б для ионов некоторых металлов приведены ниже:

Zn²+ -0,76

Au+ + 1,68

А1³+ -1,63

Fe²+ -0,44

Sn²+ -0,14

Ион ....

Pt²+ + 1,19

Cu+ Ag+ +0,52 +0,80

В замкнутом коррозионном элементе скорости реакции в прямом и обратном направлениях становятся неодинаковыми. Реакция на аноде идет преимущественно в направлении ионизации металла, а на катоде в направлении восстановления Н+ или 0₂. Возникает коррозионный ток как результат перемещения электронов в металле и ионов в электролиге. Под влиянием этого тока на аноде и катоде устанавливаются необратимые электродные потенциалы V_H. По сравнению с обратимыми они менее отрицательны для анода и менее положительны для катода.

Разница значений обратимого и необратимого потенциалов пропорциональна силе тока в коррозионном элементе. Коэффициенты пропорциональности Р_а и Р_к называют поляризуемостью:

(15.4)

(15.5)

V\ - V^K

^v обр н

обр

v* = Р_к1.

Анодную /а и катодную 1\ поляризуемость металла в электролите определяю!' экспериментально.

Некоторые металлы в определенных условиях коррозии имеют большую анодную поляризуемость Р_а, и их называют пассивирующимися.

Значение коррозионного тока /, который устанавливается в коррозионном элементе и определяет скорость коррозии, рассчитывают по формуле

' = (К?б_Р - y₀%_P)/(R + р* + Рк), (15.6)

где R — омическое сопротивление коррозионного элемента.

Обратимый потенциал возможных катодных реакций V*₆ зависит только от состава электролита и физических условий, в которых идет процесс коррозии. Состав электролита определяется соотношением концентрации ионов Н+ и 0Н~. Если ионов Н+ меньше, чем ионов ОН^-, среду называют щелочной, при равенстве их концентраций — нейтральной, а если больше ионов Н⁺, среду называют кислой.

При коррозии в нейтральных средах (влажный воздух, речная и морская вода, хорошо аэрирующиеся почвы), а также в щелочной среде катодный процесс для большинства металлов идет по реакции (15.2). При коррозии в кислотах или плохо аэрирующихся почвах катодный процесс, как правило, идет по реакции (15.3). Обратимые потенциалы реакций (15.2) и (15.3) при нормальном давлении воздуха над электролитом и температуре 25°С в нейтральной среде составляют соответственно +0,81 и -0,42 В.

В окислительных кислотах в катодном процессе кроме ионов Н⁺участвуют анионы кислоты.

Химический состав технически чистых металлов и сплавов определяет электродный потенциал металла V*_Q Коррозионная стойкость будет тем выше, чем меньше разница между У_о^к_б возможной катодной реакции ^и ^обр ^в конкретных условиях коррозии. Именно поэтому электроположительные металлы достаточно коррозионно-стойкие. Химический состав корродируемой поверхности определяет поляризацию анода Р_а и катода Р_к. Обе характеристики уменьшаются с увеличением площади анода и катода.

Фазовый состав и структура при одном и том же химическом составе сплава влияют на все перечисленные электрохимические параметры. Возможность изменения структуры термической обработкой используют как резерв улучшения коррозионной стойкости металлов и сплавов при электрохимической коррозии.

Однофазные структуры более коррозионно-стойки, нежели многофазные, так как анодами в них являются дефектные участки кристаллов: высоко- и малоугловые границы, дислокации. При коррозии разрушаются лишь анодные участки. Площадь анодов в металлах и в однофазных

сплавах невелика. Это увеличивает Р_а, но уменьшает ток и скорость коррозии; мелкокристаллический поликристалл корродирует быстрее, чем крупнокристаллический, и тем более монокристалл. Этим же объясняется повышенная коррозионная стойкость однофазных закаленных сталей и дуралюминов по сравнению с отожженными и отпущенными многофазными структурами сталей и сплавов. В углеродистых сталях наименьшей коррозионной стойкостью обладает троостит.

Коррозионная стойкость многофазных сплавов определяется прежде всего электродными потенциалами основной и вторичной фаз.

Частицы анодных вторичных фаз не изменяют коррозионную стойкость сплава, так как они растворяются в начале процесса коррозии, и поверхность становится однофазной.

Катодные вторичные фазы, если анод не пассивируется, наиболее опасны, потому что усиливают анодное растворение основной фазы. С увеличением дисперсности и площади катодных включений уменьшается Р_к, а коррозионный ток растет. Именно поэтому отожженный дуралюмин не обладает коррозионной стойкостью.

Омическое сопротивление коррозионного элемента мало, так как металлы и электролит обладают высокой электрической проводимостью. Кроме того, анод непосредственно контактирует с катодом. Все это объясняет подверженность металлов электрохимической коррозии.

На коррозионную стойкость металлов оказывают влияние пленки продуктов коррозии, образующиеся на корродируемой поверхности. Их защитные свойства проявляются в увеличении омического сопротивления и поляризуемостей Р_а и Р_к (см. формулу (15.6)).

Электролит может растворять такие защитные пленки и тем самым ухудшать коррозионную стойкость. Растворимость защитных пленок у различных металлов проявляется в различных электролитах.

Пассивирующиеся металлы (рис. 15.2) имеют коррозионную слой кость в нейтральных и кислых окисляющих средах, а также в щелочах (за исключением алюминия). Непассивирующиеся металлы стойки и ней тральных и щелочных средах, а в кислых средах, в особенности окисляющих, активны.

В зависимости от условий, в которых идет процесс коррозии, электрохимическую коррозию называют атмосферной, морской, почвенной, кислотной, щелочной. Но характеру разрушения различают равномерную и местную коррозию. Кроме этот, для различных видов местного коррозионного разрушения исио.п. ivi<> i следующие понятия.

Контактная коррозия — усиленное коррозионное разрушение более электроотрицательного металла в контакте с более электроположительным.

_РН<7 рН=7 рН>7 Ht%

Рис. 15.2. Влияние состава электролита на скорость коррозии:

1 - пассивирующиеся металлы; 2 - непассивирующиеся металлы Zn, Sn, Pb; 3 - остальные непассивирующиеся металлы

Коррозионная выносливость

Межкристаллитная коррозия (МКК) — хрупкое коррозионное разрушение по границам кристаллов, возникающее в результате структурных превращений при обработке и эксплуатации.

Точечная коррозия — местный вид коррозионного разрушения в электрохимически неоднородной коррозионной среде, коррозионное разрушение под влиянием циклических нагрузок и электрохимического воздействия среды. Предел выносливости металлов в коррозионной среде уменьшается, так как под влиянием напряжений растяжения в вершине трещины возникает активный анод. Дальнейший рост трещины происходит от внешней нагрузки, а также вследствие электрохимического растворения металла ввершине трещины.

Коррозионное растрескивание — коррозионное разрушение от электрохимического воздействия среды и напряжений растяжения, больших критического значения.

Скорость равномерной коррозии оценивают удельной потерей массы в единицу времени (мг/(м² -с)) или уменьшением размера за определенный период времени (мкм/год).

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 647; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 26 27 28 29 30 31 32 333435 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!