Что называют коррозийной стойкостью материалов? Какие существуют способы повышения коррозионной стойкости
Разрушение изделий из различных материалов под действием физико-химических и биологических факторов получило название коррозии (от лат. слова, что означает разъедать).
Способность материалов сопротивляться коррозионному воздействию внешней среды называют коррозионной стойкостью.
В результате коррозионного разрушения машин и аппаратов, строительных конструкций, разнообразных металлических изделий около 12% выплавляемого металла безвозвратно теряется в различных отраслях народного хозяйства. Продление жизни изделий, оборудования сэкономит миллионы тонн металла и сократит при этом расходы на его производство.
Способы повышения коррозионной стойкости:
ѕ Использование коррозионностойких металлов. Наиболее распространенные из этой группы хромистые (13--30%), хромоникелевые (до 10-12%, так называемая «нержавейка»), хромоникельмолибденовые и другие стали. Эти стали сохраняют коррозионную стойкость при температуре до 300--400 °С. Применяют такие материалы во влажной атмосфере, в водопроводной и речной воде, азотной и органических кислотах. Легирование молибденом Мо, цирконием 2г, бериллием Ве, марганцем Мп также повышает коррозионную стойкость.
ѕ Применение пассивирующих материалов, у которых на поверхности образуется защитная пленка. К таким материалам относятся: титан и их сплавы.
ѕ Бронзы и латуни стойки к кавитационной коррозии (разрушение при совместном действии ударных нагрузок и электрохимического воздействия).
Использование неметаллических коррозионностойких материалов:
ѕ Силикатные материалы -- соединения кремния, получаемые методом плавления или спекания горных пород. Расплавы горных пород (базальта), кварцевое и силикатное стекло, кислоупорные керамические материалы, цементы и бетоны.
ѕ Пластические массы (полипропилен, пвх, текстолит, эпоксидная смола).
ѕ Резина (каучук).
Применение металлических покрытий:
ѕ Гальванические покрытия (цинкование, лужение, кадмирование, никелерование, серебрение, покрытие золотом).
ѕ Плакирование -- процесс защиты от коррозии основного металла или сплава другим металлом, устойчивым к агрессивной среде.
ѕ Наибольшее применение нашел способ совместной прокатки двух металлов. В качестве плакирующего материала используются нержавеющие стали, алюминий, никель, титан, тантал и др.
ѕ Металлизация распылением. Применяют для защиты от коррозии емкостей крупных габаритов: железнодорожных мостов, свай, корабельных труб. Распыляют цинк, алюминий, свинцом, вольфрамом.
Применение неметаллических покрытий:
Лакокрасочные покрытия (олифы, лаки, краски, эмали, грунты, шпаклевки, синтетические смолы). Лакокрасочные материалы наносят на поверхность изделий вальцеванием, распылением, окунанием, обливанием, с помощью кисти, электростатическим методом.
Пример: На обшивку морских судов для защиты их от обрастания раковинами морских организмов наносят специальные необрастающую краску. За один год слой обрастания в южных морях достигает 0,5 м, т.е. 100--150кг/м. Это увеличивает сопротивление движению судна, на что затрачивается до 8% мощности двигателей, повышается расход топлива. Удалить такой слой с поверхности представляет большую трудность. Поэтому подводную часть судна покрывают необрастающей краской, в состав которой входят оксид ртути, смолы, соединения мышьяка.
Покрытия полимерами (полиэтилен, полипропилен, фторопласты, полистирол, эпоксидные смолы и др.). Смолу наносят в виде расплава или суспензии кистью, окунанием, напылением. Фторопластья устойчивы к воздействию морской воды, неорганическим кислотам, кроме олеума и азотной кислоты, обладают высокими электроизоляционными свойствами.
Гуммирование -- покрытие резиной и эбонитом химических аппаратов, трубопроводов, цистерн, емкостей для перевозки и хранения химических продуктов и т.п. Мягкими резинами гуммируют аппараты, подвергающиеся ударам, колебаниям температур или содержащие суспензии, а для аппаратов, работающих при постоянной температуре и не подвергающихся механическим воздействиям, применяют твердые резины (эбониты).
Покрытия силикатными эмалями (стеклообразное вещество). Эмалированию подвергается аппаратура, работающая при повышенных температурах, давлениях и в сильно агрессивных средах.
Покрытия смазками и пастами. Антикоррозионные смазки готовят на основе минеральных масел (машинное, вазелиновое) и воскообразных веществ (парафина, мыла, жирных кислот).
Использование электрохимической защиты (катодная и анодная). К металлическим конструкциям присоединяется извне посторонний сильный анод (источник постоянного тока), который вызывает на поверхности защищаемого металла катодную поляризацию электродов, в результате чего анодные участки металла превращаются в катодные. А № означает, что разрушаться будет не металл конструкции, а присоединенный анод.
1. Основные понятия, термины и определения
Коррозионная стойкость - способность материала противостоять действию агрессивных сред (коррозии).
Коррозия (дт лат, corrosio - разъедание) - разрушение материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия со средой.
Строительные материалы, и в первую очередь их поверхности, в течение длительной эксплуатации разрушаются в основном в результате двух видов воздействия: коррозионного, связанного с влиянием на материал внешней, агрессивной среды и эрозионного, вызываемого механическим воздействием.
Эрозионное разрушение интенсивно протекает при относительно быст
ром перемещении среды или материала. Особенно большой величины эрозия достигает при контакте материала с расплавами металлов и шлаков, а также с газообразными окислителями и пр.
Явления коррозии и эрозии часто сопутствуют друг другу, и поэтому их не всегда удается разделить. В строительном материаловедении эти явления рассматривают раздельно. Эрозионные процессы рассматриваются при изучении эксплуатационных свойств покрытий полов, дорожных покрытии и пр.
2. Виды коррозии строительных материалов
Коррозия строительных материалов различается, по виду коррозионной среды, характеру разрушения и процессам, происходящим в них:
Коррозионная среда:
Газовая
Инертный газ;
Химически активный газ;
Жидкостная:
Кислотная;
Солевая;
Щелочная;
Морская;
в расплаве:
металлов;
силикатов;
2) характер разрушения:
Равномерное;
Неравномерное:
Избирательное;
Поверхностное;
Растрескивание;
Местное;
Межкристаллитное;
3) виды воздействий (процессов);
Химические;
Электрохимические;
Биологические;
Органогенные.
Виды коррозионной среды:
Газовая коррозия представляет собой коррозию в газовой среде при полном отсутствии конденсации влаги на поверхности материала. Этому виду коррозии подвержены материалы, работающие в условиях высоких температур в среде осушенного газа (керамика).
Газовая коррозия относится к химическим процессам разрушения. Скорость ее зависит; от природы материала, его структуры и свойств новообразований на его поверхности.
Жидкостная коррозия природных и искусственных каменных материалов, происходящая под действием растворов электролитов и неэлектролитов, а также различных расплавов, носит в основном химический характер, хотя в зависимости от вида и свойств жидкости отличается рядом особенностей.
Важнейшей особенностью жидкостей является наличие в них сил межмолекулярного взаимодействия. Этим обусловлены два свойства жидкого состояния: молекулярное давление и связанное с ним поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение жидкости оказывает большое влияние на интенсивность разрушения материала, которое определяется также смачивающими свойствами жидкости.
Характер разрушения:
Равномерная коррозия возникает в результате действия агрессивной среды при достаточной толщине изделия и равномерном распределении напряжений сжатия, изгиба или растяжения. Коррозия этого вида в отличие от других в значительно меньшей степени влияет на прочностные свойства материала.
Неравномерная, или местная коррозия (пятна, язвы, разводы) происходит при различной концентрации агрессивной среды на отдельных участках или неоднородности самого материала (его состава и структуры). Так в результате неравномерного распределения кристаллической и стекловидной фаз в керамическом материале коррозионное разрушение на его отдельных участках протекает с разной скоростью. При этом в стекловидной фазе процесс развивается значительно быстрее, чем в кристаллической. Наличие в материале неоднородной пористости также способствует образованию в материале неравномерной коррозии.
Избирательная коррозия характерна для материалов, в которых один из компонентов при формировании структуры образует легко растворимые соединения. В период эксплуатации эти соединения могут переходить в раствор, образуя на поверхности материала так называемые «высолы».
Межкристаллитная коррозия возникает в результате разрушения материала по границам зерен и быстро распространяется вглубь материала, резко снижая его свойства. Этот вид коррозии присущ некоторым обжиговым материалам, при спекании которых образуются новые фазы, твердые растворы и пр. и, следовательно, границы раздела.
Коррозионное воздействие в общем случае может иметь два принципиально различных механизма: химическое взаимодействие и растворение.
Химическое взаимодействие сводится к реакции между средой и материалом с образованием новых соединений. При наличии в агрессивных средах примесей, а в материале - добавок химические реакции могут протекать между всеми элементами взаимодействия.
Поскольку каменные материалы являются диэлектриками и взаимодействие их с агрессивной средой не сопровождается возникновением электрических токов, процесс разрушения материалов называют химической коррозией.
При воздействии агрессивных сред на металлы происходит электрохимический процесс передачи электронов из слоя металла с более низким электрическим потенциалом слою с более высоким потенциалом и восстановление электроположительных ионов с последующим разрушением поверхностного слоя. Такой процесс разрушения принято называть электрохимической коррозией.
Биологическая коррозия - разрушение материала под непосредственным воздействием растительных и животных организмов, а также микроорганизмов.
1. Высшие растительные организмы (корневая система, стебли, листья, семена и пр.) в процессе жизнедеятельности продуцируют различные виды веществ, большинство из которых по отношению к строительным материалам являются агрессивными.
2.Живыеорганизмы вызывают биоповреждения материалов как непосредственно своим механическим воздействием (грызуны, птицы и пр.), так и продуктами своей жизнедеятельности.
3. Низшие растительные организмы и микроорганизмы (водоросли, лишайники, мхи, грибки, бактерии и пр.) разрушают поверхностные слои бетонов и создают условия для гниения конструкций из древесины.
Коррозию, возникающую в результате воздействия на строительные материалы продуктов технологической переработки органических веществ как биогенного (фрукты, овощи, растительные масла, кровь, соки, жиры и пр.), так и небиогенного происхождения (нефть, уголь, сланцы, известняки-ракушечники, выхлопные газы, копоть и пр.), принято органогенной коррозией.
Таблица. Коррозионная стойкость металлов и сплавов при нормальных условиях
Таблица. Коррозионная стойкость металлов и сплавов при нормальных условиях
Данная таблица коррозионной стойкости предназначена для составления общего представления о том, как различные металлы и сплавы реагируют с определенными средами. Рекомендации не являются абсолютными, поскольку концентрация среды, ее температура, давление и другие параметры могут влиять на применимость конкретного металла и сплава. На выбор металла или сплава также могут оказывать влияние экономические соображения.
КОДЫ : А — обычно не корродирует, В — коррозия от минимальной до незначительной, С — не подходит
№ | Среда | Алюминий | Латунь | Чугун и углеродистая сталь |
Нержавеющая сталь | Alloy | Титан | Цирконий | |||||||||
416 и 440С | 17-4 | 304, соотв. 08Х18Н10 | 316, соотв. 03Х17Н142 | Дуплексная | 254 SMO | 20 | 400 | C276 | B2 | 6 | |||||||
1 | Ацетатальдегид | A | A | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
2 | Ацетатная кислота, без воздуха | C | C | C | C | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
3 | Ацетатная кислота, насыщенная воздухом | C | C | C | C | B | B | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A |
4 | Ацетон | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
5 | Ацетилен | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
6 | Спирты | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
7 | Сульфат алюминия | C | C | C | C | B | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | A |
8 | Аммиак | A | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
9 | Нашатырь | C | C | C | C | C | C | B | A | A | A | B | A | A | B | A | A |
10 | Аммиак едкий | A | C | A | A | A | A | A | A | A | A | C | A | A | A | A | B |
11 | Аммиачная селитра | B | C | B | B | A | A | A | A | A | A | C | A | A | A | C | A |
12 | Фосфат аммония | B | B | C | B | B | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | A |
13 | Сульфат аммония | C | C | C | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
14 | Сульфит аммония | C | C | C | C | A | A | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A |
15 | Анилин | C | C | C | C | A | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | A |
16 | Асфальт, битум | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
17 | Пиво | A | A | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
18 | Бензол | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
19 | Бензойная кислота | A | A | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
20 | Борная кислота | C | B | C | C | A | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | A |
21 | Бром сухой | C | C | C | C | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | C | C |
22 | Бром влажный | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | A | A | A | C | C | C |
23 | Бутан | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
24 | Хлорид кальция | C | C | B | C | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
25 | Гипохлорит кальция | C | C | C | C | C | C | C | A | A | A | C | A | B | B | A | A |
26 | Диоксид углерода сухой | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
27 | Диоксид углерода влажный | A | B | C | C | A | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | A |
28 | Дисульфид углерода | C | C | A | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
29 | Угольная кислота | A | B | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
30 | Тетрахлорид углерода | A | A | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
31 | Хлор сухой | C | C | A | C | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | C | A |
32 | Хлор влажный | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | B | B | B | C | A | A |
33 | Хромовая кислота | C | C | C | C | C | C | C | B | A | C | C | A | B | C | A | A |
34 | Лимонная кислота | B | C | C | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
35 | Коксовая кислота | C | B | A | A | A | A | A | A | A | A | B | A | A | A | A | A |
36 | Сульфат меди | C | C | C | C | C | C | B | A | A | A | C | A | A | C | A | A |
37 | Хлопковое масло | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
38 | Креозот | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
39 | Даутерм | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
40 | Этан | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
41 | Эфир | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
42 | Этилхлорид | C | B | C | C | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
43 | Этилен | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
44 | Этиленгликоль | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
45 | Хлорид железа | C | C | C | C | C | C | C | C | B | C | C | A | C | C | A | A |
46 | Фтор сухой | B | B | A | C | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | C | C |
47 | Фтор влажный | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | B | B | B | C | C | C |
48 | Формальдегид | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
49 | Муравьиная кислота | B | C | C | C | C | C | B | A | A | A | C | A | B | B | C | A |
50 | Фреон влажный | C | C | B | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
51 | Фреон сухой | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
52 | Фурфурал | A | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
53 | Бензин стабильный | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
54 | Глюкоза | A | A | A | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A | A | A | A |
55 | Соляная кислота, насыщенная воздухом | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | B | A | C | С | A |
56 | Соляная кислота, без воздуха | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | B | A | C | С | A |
57 | Плавиковая кислота, насыщенная воздухом | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | B | B | B | C | С | C |
58 | Плавиковая кислота, без воздуха | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | A | B | B | C | С | C |
59 | Водород | A | A | A | C | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | С | A |
60 | Перекись водорода | A | C | C | C | B | A | A | A | A | A | C | A | C | A | A | A |
61 | Сероводород | C | C | C | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
62 | Йод | C | C | C | C | C | A | A | A | A | A | C | A | A | A | С | B |
63 | Гидроксид магния | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
64 | Ртуть | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | B | A | A | A | С | A |
65 | Метанол | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
66 | Метилэтилгликоль | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
67 | Молоко | A | A | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
68 | Природный газ | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
69 | Азотная кислота | C | C | C | C | A | A | A | A | A | A | C | B | C | С | A | A |
70 | Олеиновая кислота | C | C | C | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
71 | Щавелевая кислота | C | C | C | C | B | B | B | A | A | A | B | A | A | B | С | A |
72 | Кислород | C | A | C | C | B | B | B | B | B | B | A | B | B | B | С | C |
73 | Минеральное масло | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | |
74 | Фосфорная кислота, насыщенная воздухом | C | C | C | C | B | A | A | A | A | A | C | A | A | A | С | A |
75 | Фосфорная кислота, без воздуха | C | C | C | C | B | B | B | A | A | A | B | A | A | B | С | A |
76 | Пикриновая кислота | C | C | C | C | B | B | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A |
77 | Углекислый калий/ карбонат калия | C | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
78 | Хлорид калия | C | C | B | C | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
79 | Гидроксид калия | C | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
80 | Пропан | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
81 | Канифоль, смола | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
82 | Нитрат серебра | C | C | C | C | B | A | A | A | A | A | C | A | A | A | A | A |
83 | Ацетат натрия | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
84 | Карбонат натрия | C | C | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
85 | Хлорид натрия | С | A | C | C | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
86 | Декагидрат хромата натрия | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
87 | Гидроксид натрия | С | С | A | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
88 | Гипохлорит натрия | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | C | A | B | C | A | A |
89 | Тиосульфат натрия | C | C | C | C | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
90 | Хлорид олова | C | C | C | C | C | C | B | A | A | A | C | A | A | B | A | A |
91 | Водяной пар | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
92 | Стеариновая (октадекановая) кислота | C | B | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | B | A | A |
93 | Сера | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
94 | Диоксид серы сухой | C | C | C | C | C | C | B | A | A | A | C | A | A | B | A | A |
95 | Триоксид серы сухой | C | C | C | C | C | C | B | A | A | A | B | A | A | B | A | A |
96 | Серная кислота, насыщенная воздухом | C | C | C | C | C | C | C | A | A | A | C | A | C | B | С | A |
97 | Серная кислота, без воздуха | C | C | C | C | C | C | C | A | A | A | B | A | A | B | С | A |
98 | Сернистая кислота | C | C | C | C | C | B | B | A | A | A | C | A | A | B | A | A |
99 | Деготь | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
100 | Трихлорэтилен | B | B | B | B | B | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
101 | Скипидар | A | A | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
102 | Уксус | B | B | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
103 | Вода химочищенная | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | C | A | A |
104 | Вода дистиллированная | A | A | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
105 | Вода морская — в сухпутной РФ малоизвестно, но исключительно малоприятная среда, применимость — «относительная» |
С | A | C | C | C | C | B | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
106 | Виски, водка, вино | A | A | C | C | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A | A |
107 | Хлорид цинка | C | C | C | C | C | C | C | B | B | B | A | A | A | B | A | A |
108 | Сульфат цинка | С | С | С | С | А | А | А | А | А | А | А | А | А | А | А | А |
Оценка статьи:
Оценка коррозионной стойкости
Для характеристики коррозионных свойств материалов обычно проводят их испытания на стойкость против общей коррозии, межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания .
Испытания на общую коррозию. Испытания на общую коррозию проводят на образцах с большим отношением поверхности к объему. Коррозионную среду выбирают с учетом условий эксплуатации материала. Испытания проводят в жидкости при постоянном или многократно повторяемом переменном погружении образцов, в кипящем соляном растворе, в парах или окружающей атмосфере.
Скорость коррозии металлов и сплавов характеризуется глубинным показателем коррозии h K , мм/год – табл. 2 или потерей массы g K , г/(м 2 ∙ч) – табл. 3.
Пересчет обоих показателей проводят по формуле:
h K = 8,76 g K / ρ, (1)
где h K – скорость коррозии, мм/год;
ρ – плотность, г/см 3 ;
g K – потеря массы образца, г/(м 2 ч).
Характеристики h K и g K предполагают равномерную коррозию и обычно представляют усредненную по поверхности скорость коррозии. Вместе с тем известно, что локальные виды коррозии наиболее опасны. При сравнительно небольшой общей потере массы металла происходит сильное локальное разрушение конструкции, а это приводит к преждевременному выходу оборудования из строя.
Таблица 2
Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов по глубине коррозии
Балл коррозионной стойкости | Скорость коррозии h K , мм/год | Группа стойкости |
≤ 0,001 | Совершенно стойкие | |
(> 0,001) – 0,005 | Весьма стойкие | |
(> 0,005) – 0,01 | Весьма стойкие | |
(> 0,01) – 0,05 | Стойкие | |
(> 0,05) – 0,1 | Стойкие | |
(> 0,1) – 0,5 | Понижено стойкие | |
(> 0,5) – 1,0 | Понижено стойкие | |
(> 1,0) – 5,0 | Малостойкие | |
(> 5,0) – 10,0 | Малостойкие | |
> 10,0 | Нестойкие |
Таблица 3.
Десятибалльная шкала коррозионной стойкости по скорости коррозии образца
Балл кор. стойкости | Группа стойкости | Потеря массы, g K , г/(м 2 ∙ч) | |||||
Черные металлы | Медь и сплавы | Никель и сплавы | Свинец и сплавы | Алюминий и сплавы | Магний и сплавы | ||
Совершенно стойкие | <0,0009 | <0,001 | <0,001 | <0,0012 | <0,0003 | <0,0002 | |
Весьма стойкие | 0,0009-0,0045 | 0,001-0,0051 | 0,001-0,005 | 0,0012-0,0065 | 0,0003-0,0015 | 0,0002-0,001 | |
Весьма стойкие | (>0,0045)-0,009 | (>0,0051)-0,01 | (>0,005)-0,01 | (>0,0065)-0,012 | (>0,0015)-0,003 | (>0,001)-0,002 | |
Стойкие | 0,009-0,045 | 0,01-0,051 | 0,01-0,05 | 0,012-0,065 | 0,003-0,015 | 0,002-0,01 | |
Стойкие | (>0,045)-0,09 | (>0,051)-0,1 | (>0,05)-0,1 | (>0,065)-0,12 | (>0,015)-0,03 | (>0,01)-0,02 | |
Понижено стойкие | (>0,09)-0,45 | (>0,1)-0,5 | (>0,1)-0,5 | (>0,12)-0,65 | (>0,03)-0,15 | (>0,02)-0,1 | |
Понижено стойкие | (>0,45)-0,9 | (>0,5)-1,02 | (>0,5)-1,0 | (>0,65)-1,2 | (>0,15)-0,31 | (>0,1)-0,2 | |
Малостойкие | (>0,9)-4,5 | (>1,02)-5,1 | (>1,0)-5,0 | (>1,2)-6,5 | (>0,31)-1,54 | (>0,2)-1,0 | |
Малостойкие | (>4,5)-9,1 | (>5,1)-10,2 | (>5,0)-10,0 | (>6,5)-12,0 | (>1,54)-3,1 | (>1,0)-2,0 | |
Нестойкие | >9,1 | >10,2 | >10,0 | >12,0 | >3,1 | >2,0 |
Поэтому необходима проверка коррозионной стойкости материалов в конкретных условиях эксплуатации, особенно в тех случаях, когда присутствует опасность локальной коррозии.
Испытания на межкристаллитную коррозию (ГОСТ 6032-84). Основной причиной межкристаллитной коррозии коррозионностойких материалов является нагрев при обработке давлением или сварке, приводящий к электрохимической гетерогенности между приграничными участками и объемом зерен.
Температурно-временная область выделения по границам зерен коррозионностойких сталей карбидов хрома приведена на рис. 4. Внутри нее находится область сенсибилизации – повышенной чувствительности к межкристаллитной коррозии. Склонность к межкристаллитной коррозии проявляется в температурном интервале Т max –T min за минимальное время τ min , в течение которого происходит сенсибилизация.
Рис. 4. Температурно-временная область склонности
коррозионностойкой аустенитной стали к межкристаллитной коррозии (МКК), связанной с обеднением границ зерен по хрому:
Т р – температура растворения карбидов; γ – аустенит;
К – карбиды
При испытаниях на МКК хромистые стали подвергают провоцирующему нагреву при температуре 1100 °С в течение 30 ч, а хромоникелевые аустенитные – при температуре около 700 °С в течение 60 ч. После нагрева образцы выдерживают в течение длительного времени в кипящем водном растворе серной или азотной кислоты. Выбор длительности выдержки и вида коррозионной среды зависит от конкретной марки стали и ее назначения. Для контроля склонности к МКК образцы либо изгибают на оправке на угол 90°, либо подвергают травлению специальными реактивами и металлографическому исследованию. Отсутствие трещин на поверхности образца свидетельствует о его стойкости к МКК.
На рис. 5 приведены микроструктуры стали 08Х18Н10 после испытаний на межкристаллитную коррозию в разных средах.
Рис.5. Микроструктура стали 08Х18Н10
после закалки с 1050 °С в воде и отпуска при 700 °С:
а – межкристаллитная коррозия при испытании
в растворе 25 %-ной HNO 3 + 40 г/л Сr 6+ , продолжительность 200 ч;
б – то же в растворе кипящей 65 %-ной HNO 3 + Сr 6+ , × 500
Испытания на коррозионное растрескивание . Этот вид испытаний проводят при нагружении образца в коррозионной среде, соответствующей служебным условиям эксплуатации детали. Среда не должна вызывать общей коррозии и оказывать воздействие на ненагруженные образцы металла. Для аустенитных хромоникелевых сталей примером такой среды может служить кипящий раствор смеси солей MgCl 2 , NaCl и NaNO. Агрессивность сред должна быть не меньше той, в которой должны служить испытуемые материалы.
Испытания на коррозионное растрескивание могут проводиться либо в условиях, вызывающих разрушение материалов (испытания на растяжение, на вязкость разрушения и усталость), либо путем определения времени появления первой трещины. Последний вид испытаний состоит в фиксации нагруженных образцов в специальных приспособлениях или с помощью создания напряжений клином в разрезанных кольцах. Время до появления трещин характеризует стойкость материалов против коррозионного растрескивания.
1. Перечислите методы защиты металлов и сплавов от коррозии.
2. Чем определяется выбор метода защиты от коррозии?
3. Что такое легирование стали?
4. Что такое биметаллы?
5. Каким методом изготавливают биметаллы?
6. Что такое ингибиторы коррозии?
7. Каков механизм защиты металлов и сплавов от коррозии с помощью анодных ингибиторов?
8. Каков механизм защиты металлов и сплавов от коррозии с помощью катодных ингибиторов?
9. Каковы преимущества использования летучих ингибиторов?
10. Какая форма изделий является предпочтительной для замедления процессов коррозии?
11. Как влияет на скорость коррозии чистота обработки деталей?
12. Чем объясняется высокая коррозионная стойкость алюминия и его сплавов?
13. Назовите наиболее коррозионностойкие черные сплавы.
14. Назовите наиболее коррозионностойкие цветные сплавы.
15. Чем определяется выбор вида коррозионной защиты?
16. Какие виды коррозии исследуют при проведении испытаний на коррозионную стойкость?
17. В какой коррозионной среде проводят испытания на общую коррозию?
18. Какими показателями характеризуется скорость коррозии металлов и сплавов?
19. Какова размерность глубинного показателя коррозии?
20. Какова размерность потери массы образца при коррозии?
21. Какой скоростью коррозии характеризуются материалы, относящиеся к совершенно стойким?
22. Какой скоростью коррозии характеризуются материалы, относящиеся к весьма стойким?
23. Какой скоростью коррозии характеризуются материалы, относящиеся к стойким?
24. Какой скоростью коррозии характеризуются материалы, относящиеся к малостойким?
25. Какой скоростью коррозии характеризуются материалы, относящиеся к нестойким?
26. Какова потеря массы образца черного сплава, имеющего балл коррозионной стойкости 3?
27. Какова потеря массы образца медного сплава, имеющего балл коррозионной стойкости 7?
28. Какова потеря массы образца никелевого сплава, имеющего балл коррозионной стойкости 4?
29. Какова потеря массы образца свинцового сплава, имеющего балл коррозионной стойкости 5?
30. Какова потеря массы образца алюминиевого сплава, имеющего балл коррозионной стойкости 9?
31. Какова потеря массы образца магниевого сплава, имеющего балл коррозионной стойкости 10?
32. Что является основной причиной межкристаллитной коррозии?
33. Расшифруйте марку сплава 08Х18Н10.
34. В какой коррозионной среде проводят испытания на коррозионное растрескивание?
35. Как проводятся испытания на коррозионное растрескивание?
Коррозионная стойкость — способность материалов сопротивляться коррозии, определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях.
Для оценки скорости коррозии используются как качественные, так и количественные характеристики. Изменение внешнего вида поверхности металла, изменение его микроструктуры являются примерами качественной оценки скорости коррозии.
Для количественной оценки можно использовать:
- число коррозионных очагов, образовавшихся за определённый промежуток времени;
- время, истекшее до появления первого коррозионного очага;
- изменение массы металла на единице поверхности в единицу времени;
- уменьшение толщины материала в единицу времени;
- плотность тока, соответствующая скорости данного коррозионного процесса;
- объём газа, выделившегося (или поглощённого) в ходе коррозии единицы поверхности за единицу времени;
- изменение какого-либо свойства за определённое время коррозии (например, электросопротивления, отражательной способности материала, механических свойств)
Разные материалы имеют различную коррозионную стойкость, для повышения которой используются специальные методы. Повышение коррозионной стойкости возможно при помощи легирования (например, нержавеющие стали), нанесением защитных покрытий (хромирование, никелирование, алитирование, цинкование, окраска изделий), пассивацией и др. Устойчивость материалов к воздействию коррозии, характерной для морских условий, исследуется в камерах солевого тумана.
Наиболее лёгкой формой коррозионного воздействия является изменение цвета и потеря блеска, что в принципе мало заметно издалека. При помощи санации поверхности обычно можно вернуть стали прежний привлекательный вид.
Оспенная коррозия
Оспенная коррозия (питтинговая коррозия) — это вид коррозионного воздействия, вызываемого хлоридами.
Обычно сначала появляются маленькие точки тёмно-рыжего цвета и лишь в очень сложных случаях они могут разрастаться до такой степени, что коррозия переходит в новую стадию, сплошную поверхностную коррозию. Риск возникновения коррозии усиливается, если на поверхности после сваривания остаются инородные материалы (лак и т.п.), если на поверхность попадают частицы другого корродировавшего металла, если после термообработки не был удалён цвет побежалости.
Коррозионное растрескивание
Коррозионное растрескивание — это разрушение металла вследствие возникновения и развития трещин при одновременном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды. Оно характеризуется почти полным отсутствием пластической деформации металла.
Такой вид коррозии появляется в средах с повышенным содержанием хлоридов, например, в бассейнах.
Щелевая коррозия
Щелевая коррозия — возникает в местах стыка, обусловленных конструктивными или эксплуатационными требованиями.
На степень коррозионного воздействия будет оказывать влияние геометрия стыка и тип соприкасающихся материалов. Наиболее опасны узкие стыки с малыми зазорами и соединение стали с пластиками. Если же избежать стыков не возможно, то рекомендуем использовать нержавеющие стали, легированные молибденом.
Межкристаллитная коррозия
Межкристаллитная коррозия — этот вид коррозии возникает в настоящее время на сталях после сенсибилизации в сочетании с использованием в кислых средах.
Во время сенсибилизации выделяются карбиды хрома, которые накапливаются по границам зёрен. Соответственно возникают области с пониженным содержанием хрома и более подверженные коррозии. Подобное происходит, например, во время сваривания в зоне теплового воздействия.
Все аустенитные стали обладают стойкостью к межкристаллитной коррозии. Их можно подвергать свариванию (лист до 6 мм, пруток до 40 мм) без риска возникновения МКК.
Биметаллическая или гальваническая коррозия
Биметаллическая коррозия — возникает при работе биметаллического коррозионного элемента, т.е. гальванического элемента, в котором электроды состоят из разных материалов.
Очень часто необходимо использовать неоднородные материалы, чьё сопряжение при определённых условиях может приводить к коррозии. При сопряжении двух металлов биметаллическая коррозия имеет гальваническое происхождение. При этом виде коррозии страдает менее легированный металл, который в обычных условиях, не находясь в контакте с более легированным металлом, не подвержен коррозии. Следствием биметаллической коррозии является как минимум изменение цвета и, например, потеря герметичности трубопроводов или отказ крепежа. В конечном итоге указанные проблемы могут приводить к резкому сокращению срока службы строения и необходимости преждевременного капитального ремонта. В случае с нержавеющими сталями биметаллической коррозии подвергается сопрягаемый с ними менее легированный металл.