Стійкість металів до корозії - Школа для електрика все про електротехніку та електроніку
Що таке корозійна стійкість
Здатність того чи іншого металу чинити опір корозії, називається корозійною стійкістю. Ця здатність визначається швидкістю протікання корозії за певних умов. Щоб оцінити швидкість корозії, використовують кількісні та якісні характеристики.
Якісні характеристики - це:
зміна зовнішнього вигляду поверхні металу;
зміна мікроструктури металу.
Кількісні характеристики - це:
час до появи першого осередку корозії;
кількість осередків корозії, що утворилися за деякий проміжок часу;
витончення металу за одиницю часу;
зміна маси металу на одиницю площі за одиницю часу;
обсяг поглиненого або газу, що виділився в процесі корозії на одиниці поверхні за одиницю часу;
щільність електричного струму цієї швидкості корозії;
зміна тієї чи іншої властивості за певний проміжок часу (механічні властивості, відбивна здатність, електричний опір).
Для різних металів характерна різна стійкість до корозії. Щоб підвищити стійкість до корозії, використовують спеціальні методи: легування для сталі, хромування, алітування, нікелювання, фарбування, цинкування, пасивація тощо.
У присутності кисню та чистої води залізо швидко корродує, реакція йде за формулою:
У процесі корозії пухкий шар іржі покриває метал, і цей шар аж ніяк не захищає його від подальшого руйнування, корозія йде до повного знищення металу. Більш активну корозію заліза викликають розчини солей: якщо в повітрі є навіть трохи хлориду амонію(NH4Cl), корозійний процес піде значно швидше. У слабкому розчині соляної кислоти (HСl) реакція також активно піде.
Азотна кислота (HNO3) у концентрації понад 50% викличе пасивацію металу, - він покриється хоч і крихким, але все ж таки захисним шаром. Димна азотна кислота безпечна для заліза.
Сірчана кислота (H2SO4) в концентрації більше 70% пасивує залізо, а якщо сталь марки Ст3 тримати в 90% сірчаної кислоти при температурі 40°С, то в умовах її швидкість корозії не перевищить 140 мкм на рік. Якщо ж температура складе 90 ° С, то корозія піде з 10 разів більшою швидкістю. Сірчана кислота концентрацією 50% залізо розчинить.
Ортофосфорна кислота (H3PO4) не викликає корозії заліза, як безводні органічні розчинники, як розчини лугів, водний аміак, сухі Вr2 і Сl2.
Якщо до води додати тисячну частку хромовокислого натрію, він стане відмінним інгібітором корозії заліза, як і гексаметафосфат натрію. А ось іони хлору (Cl-) знімають із заліза захисну плівку та посилюють корозію. Залізо технічно чисте, в якому міститься приблизно 0,16% домішок, відрізняється високою стійкістю до корозії.
Стали середньолеговані та низьколеговані
Легуючі добавки хрому, нікелю або міді в низьколегованих та середньолегованих сталях підвищують їхню стійкість до водної та атмосферної корозії. Чим більше хрому – тим вища стійкість сталі до окислення. Але якщо хрому менше 12%, то хімічно активні середовища вплинуть на таку сталь руйнівно.
У високолегованих сталях компонентів, що легують, більше 10%. Якщо в сталі міститься від 12 до 18% хрому, то така сталь витримає контакт майже з будь-якою з органічних кислот, з харчовими продуктами, виявиться стійкою до азотної кислоти (HNO3),лугам, до багатьох розчинів солей. У 25% мурашиній кислоті (CH2O2) корозія високолегованої сталі піде зі швидкістю близько 2 мм на рік. Однак сильні відновники, соляна кислота, хлориди та галогени зруйнують високолеговану сталь.
Стали нержавіючі, в яких міститься від 8 до 11% нікелю і від 17 до 19% хрому більш стійкі до корозії, ніж просто високохромисті сталі. Такі сталі витримують кислі окисні середовища, як хромовокисле або азотокисле, а також сильні лужні.
Нікель як добавка посилить стійкість сталі до неокислювальних середовищ, до атмосферних факторів. Але середовища кислі відновлювальні і кислі з іонами галогенів, - зруйнують оксидний шар, що пасивує, в результаті сталь втратить стійкість до кислот.
Більш високу корозійну стійкість, ніж хромонікелеві сталі, мають нержавіючі сталі з додаванням молібдену в кількості від 1 до 4%. Молібден дасть стійкість до сірчистої та сірчаної кислот, до органічних кислот, до морської води та галогенідів.
Феросиліцій (залізо з додаванням від 13 до 17% кремнію), так зване залізокремне лиття, має корозійну стійкість завдяки наявності оксидної плівки SiO2, і яку не здатні зруйнувати ні сірчана, ні азотна, ні хромова кислоти, вони лише посилюють цю захисну плівку. А ось соляна кислота (HCl) легко призведе до корозії феросиліцію.
Сплави нікелю та чистий нікель
Нікель стійкий до багатьох факторів, як до атмосферних, так і до лабораторних, до чистої та солоної води, до лужних та нейтральних солей, таких як карбонати, ацетати, хлориди, нітрати та сульфати. Не насичені киснем і не гарячі органічні кислоти не завдадуть шкоди нікелю, як і киплячий концентрований луг гідроксид калію (KOH) в концентрації до60%.
Корозію викликають відновлювальні та окисні середовища, окисні лужні або кислі солі, окисні кислоти, такі як азотна, вологі газоподібні галогени, оксиди азоту та діоксид сірки.
Монель-метал (до 67% нікелю і до 38% міді) більш стійкий до дії кислот, ніж чистий нікель, але дія сильних кислот, що окислюють, не витримає. Відрізняється досить високою стійкістю до органічних кислот, до значної кількості розчинів солей. Атмосферна та водна корозія не загрожують монель-металу, безпечний для нього також фтор. Монель-метал безпечно витримає дію киплячого фтороводню (HF) концентрацією 40%, як його витримує платина.
Сплави алюмінію та чистий алюміній
Захисна оксидна плівка алюмінію робить його стійким до звичайних окислювачів, оцтової кислоти, фтору, просто до атмосфери, і до значної кількості органічних рідин. Технічно чистий алюміній, в якому домішок менше 0,5% дуже стійкий до дії перекису водню (H2O2).
Руйнується під дією їдких лугів сильних відновлювальних середовищ. Розведена сірчана кислота та олеум не страшні алюмінію, але сірчана кислота середньої концентрації його зруйнує, як і гаряча азотна кислота.
Захисну оксидну плівку алюмінію здатна зруйнувати соляну кислоту. Контакт алюмінію з ртуттю чи солями ртуті руйнівний першого.
Чистий алюміній більш стійкий до корозії, ніж сплав дюралюміній (у якому до 5,5% міді, 0,5% магнію і до 1% марганцю), який менш стійкий до корозії. Силумін (добавка від 11 до 14% кремнію) щодо цього більш стійкий.
Сплави міді та чиста мідь
Чиста мідь та її сплави не корродирують ні в солоній воді, ні на повітрі. Не страшні міді у планікорозії: розведені луги, сухий NH3, нейтральні солі, сухі гази та більшість органічних розчинників.
Такі сплави як бронза, в яких міститься багато міді, витримують перебування в кислотах, навіть у холодній концентрованій або гарячій розведеній сірчаній кислоті, або в концентрованій або розведеній соляній кислоті при звичайній температурі (25°С).
За відсутності кисню мідь не кородує при контакті з органічними кислотами. Не надають руйнівної дії на мідь ні фтор, ні сухий фторівник.
Але мідні сплави та чиста мідь корродирують від різних кислот, якщо є кисень, а також при контакті з вологим NH3, деякими кислими солями, вологими газами, типу ацетилену, CO2, Cl2, SO2. Мідь легко взаємодіє зі ртуттю. Латунь (цинк та мідь) не відрізняється високою стійкістю до корозії.
Чиста вода, як і чисте повітря, не призводить до корозії цинку. Але якщо у воді або в повітрі є солі, вуглекислий газ або аміак, то почнеться корозія цинку. Цинк розчиняється в лугах, особливо швидко - в азотній кислоті (HNO3), повільніше - в соляній та сірчаній кислотах.
Органічні розчинники та нафтопродукти в принципі не надають дії, що корродує, на цинк, але якщо контакт буде тривалим, з крекінг-бензином, наприклад, то кислотність бензину підвищиться при окисленні його на повітрі, і почнеться корозія цинку.
Висока стійкість свинцю до водної та атмосферної корозії – відомий факт. Не корродує свинець і під час перебування у грунті. Але якщо у воді міститься багато вуглекислого газу, то свинець у ній розчиниться, оскільки утворюється гідрокарбонат свинцю, який вже буде розчинним.
В цілому свинець дуже стійкий до нейтральних розчинів, помірностійок до лужних, а також до деяких кислот: сірчаної, фосфорної, хромової та сірчистої. Концентрованою сірчаною кислотою (від 98%) при температурі 25°С, свинець можна повільно розчинити.
Фторівник при концентрації 48% розчинить свинець при нагріванні. Сильно взаємодіє свинець із соляною та азотною кислотами, з мурашиною та оцтовою кислотою. Сірчана кислота покриє свинець важкорозчинним шаром свинцевого хлориду (PbCl2), і далі розчинення вже не піде. У концентрованій азотній кислоті свинець також покриється шаром солі, але розбавлена азотна кислота розчинить свинець. Хлориди, карбонати та сульфати до свинцю не агресивні, а розчини нітратів – навпаки.
Хороша корозійна стійкість – відмінна риса титану. Він не окислюється сильними окислювачами, витримує розчини солей, FeCl3 тощо. Концентровані мінеральні кислоти викличуть корозію, проте навіть кипляча азотна кислота в концентрації менше 65%, сірчана до 5%, соляна до 5% корозії титану не викличуть. Нормальна корозійна стійкість до лугів, до лужних солей та органічних кислот виділяє титан у ряді інших металів.
Цирконій більш стійкий до сірчаної та соляної кислот ніж титан, проте до царської горілки та вологого хлору – стійкий менше. Має високу хімічну стійкість до більшості лугів і кислот, стійкий до перекису водню (H2O2).
Дія деяких хлоридів, кипляча концентрована соляна кислота, царська горілка (суміш концентрованих азотної HNO3 (65-68 % мас.) і соляної HCl (32-35 % мас.), гаряча концентрована сірчана кислота і димна азотна - викликають корозію. У плані корозії є така властивість цирконію, як гідрофобність, тобто цей метал не змочується ні водою, ніводяними розчинами.
Чудова хімічна стійкість танталу подібна до скла. Його щільна оксидна плівка захищає метал за температур до 150°С від дії хлору, брому, йоду. Більшість кислот у нормальних умовах не діють на тантал, навіть царська горілка та концентрована азотна кислота не викликають корозії. Розчини лугів практично не діють на тантал, але на нього діють фтороводород та концентровані гарячі розчини лугів, щоб розчинити тантал, застосовують розплави лугів.
Поділіться з друзями:
Школа для електрика у Facebook: