Коррозия металлов и сплавов

Коррозией (латинское -«разъедание») металлов и сплавов называют разрушение их под действием внешней среды.

Почти все металлы (за исключением так называемых благородных — золото, платина, серебро) и сплавы под действием окружающего воз­духа, влаги, газа, растворов кислот, щелочей и высоких температур подвергаются химическим изменениям (разрушению): железо ржавеет, медь покрывается зеленым налетом углекислой меди, свинец тускнеет и т.д.

Примерами коррозии может служить разъедание подводных частей судов водой, порча химической аппаратуры от воздействия разных растворов и т. д. Ежегодно от коррозии гибнут сотни тысяч тонн металлов, воплощенных в машины, строительные конструкции и другие изделия. В результате коррозии металлы частично или полностью раз­рушаются, качество изделий ухудшается, и они могут оказаться не­пригодными для использования.

Коррозия металлов наносит промышленности большой ущерб. При огромном количестве машин и металлических сооружений в про­мышленности, сельском хозяйстве, в строительстве, на 1ранспорте предохранение металлов от коррозии является важной задачей.

В зависимости от среды, вызывающей коррозию, различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую.

Виды коррозии

Виды коррозии

Химическая коррозия происходит под действием сухих газов или жидкостей неэлектролитов (бензин, масло и др.), а также при соприкосновении метал­лов с газами при высоких температурах.

Электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлов и сплавов с жидкостями — электролитами, проводящими элект­рический ток (вода, пар, водные растворы солей, ще­лочи, кислоты и т. п.). Сюда относится также корро­зия в атмосфере (атмосферная коррозия), так как воз­дух всегда содержит некоторое количество влаги, об­волакивающей тонкой пленкой металлические изде­лия.

По характеру и месту распространения коррозия бывает:

  • поверхностная (сплошная, равномерная), которая характеризуется разрушением металла по всей поверхности изделия равномерно (рис. 26, а); этот вид коррозии наиболее часто наблюдается у чис­тых металлов; ее можно легко заметить и если не устранить, то хотя бы определить степень разруше­ния и срок службы детали;
  • местная (рис. 26, б), при которой разрушение начинается на отдельных участках поверхности металла, иногда очень небольших, и распространяется в глубь металла незаметно. Это более опасный ха рактер коррозии. Обычно он наступает в местах, где имеются цара­пины, задиры, риски и прочие механические повреждения гладкой поверхности металлических деталей;
  • межкристаллитная (интеркристаллитная), которая рас­пространяется в глубь металла по границам кристаллов (рис. 26, в), не вызывая заметных изменений на поверхности, и зачастую приводит к мгновенной поломке деталей в условиях эксплуатации.

Развитию межкристаллитной коррозии способствуют посторонние включения по границам зерен в металлах.

Защита металлов от коррозии

Сущность мероприятий по защите металлов от коррозии сводится к тому, чтобы не допускать непосредственного соприкосновения метал­ла с разрушающей средой. Этого достигают прежде всего нанесением на поверхность изделий различных металлических и неметалличе­ских покрытий. Такие защитные покрытия намного увеличивают срок службы изделий, несмотря на очень тонкий слой (сотые и даже тысячные доли миллиметра).

К основным методам защиты металлических изделий от коррозии относятся:

  • металлическое покрытие;
  • неметаллическое покрытие;
  • химическое покрытие;
  • защита протекторами;
  • легирование.

Металлическое покрытие — это защита поверх­ности металлических изделий другим коррозионно устойчивым ме­таллом.

Для металлических покрытий применяют олово, никель, медь, хром, цинк, кадмий.

 

Металлическое покрытие наносится следующими способами:

  • погружением в расплавленный металл;
  • электролитическим (гальваническим) процессом;
  • диффузионной металлизацией;
  • распылением;
  • плакированием.

На деталях, погруженных в расплавленный металл, образуется защитная пленка, обладающая, кроме кор­розионной стойкости, высокой механической прочностью.

Таким спо­собом покрывают детали:

  • оловом (лужение);
  • цинком (оцинкование) — широко применяется для покрытия листового железа, проволоки и ряда мелких изделий;
  • кадмием (кадмирование);
  • хромом (хромирование);
  • никелем (никелирование) и другими цветными металлами и спла­вами.

Электролитическое покрытие — наиболее со­вершенный способ защиты деталей от коррозии. Он представлет собой отложение частиц защитного металла на поверхности детали, погружен­ной в раствор электролита, через который пропускается электричес­кий ток. Так получают никелированные, хромированные и омеднен­ные изделия.

Диффузионная металлизация, относящаяся к термо­химической обработке.

Способ распыления, т. е. пульверизация расплавлен­ного металла на поверхность изделия, получил название электро-металлизации, имеет самое широкое применение и является одним из универсальных способов на­несения металлических покры­тий на детали любой формы и размеров из любых материалов.

Процесс металлизации зак­лючается в расплавлении метал­ла и распылении его потоком сжатого воздуха или другого га­за. Полученные мелкие металли­ческие частицы приобретают значительную скорость и при ударе о поверхность закрепля­ются на ней. Толщина покры­тий может составлять 0,02 мм и более. Покрытия наносятся при помощи электродуговых и газо­вых аппаратов-металлизаторов, например аппарата МГИ-1 -57 (рис. 27).

Газовый металлизационный аппарат МГИ-1-57

Газовый металлизационный аппарат МГИ-1-57

Плакирование зак­лючается в покрытии одного ме­талла другим во время прокат­ки. Этим способом на металлур­гических заводах получают сталь, покрытую нержавеющей сталью или медью, плакированный дюралюминий и другие материалы, называемые биметаллическими.

Неметаллические покрытия получают нанесением на поверхность изделий масляных красок, лаков, эмалей и др. или смаз­кой поверхности минеральным маслом.

Масляные краски изготовляются растиранием сухих красок минерального или органического происхождения на высыхаю­щих или пол у высыхающих маслах или олифах.

Лаки представляют собой смолы, растворенные в маслах или других растворителях при определенных температурах. Лакокрасочные по­крытия составляют около 70% всех антикоррозионных покрытий.

Эмали очень стойки против атмосферной коррозии,воздействия воды, минеральных и органических кислот, растворов солей и т. д. и очень хрупки. Эмалевое покрытие наносят на поверхность химической ап­паратуры и пищевой посуды.

Смазки служат защитным средством при хранении и пере­возках металлических изделий. При транспортировке и хранении металлических изделий широко применяются следующие смазки: технический вазелин — для механизмов, машин и отдельных деталей, стойкость такой смазки 6-8 месяцев; ружейная смазка-для сма­зывания обрабатываемых деталей, кратковременного предохранения от коррозии стрелкового оружия; пушечная смазка-для деталей оборудования, подшипников, предметов вооружения; антикоррозион­ная смазка -для стальных деталей (запасных частей).

Гуммирование — покрытие металла резиной или эбони­том является эффективным способом предохранения от коррозии аппаратуры химической промышленности и системы химводоочистки.

Химическое покрытие металлических материалов за­ключается в том, что на их поверхности искусственно создают оксид­ные пленки — плотные, держащиеся на основном металле окислы, хорошо сопротивляющиеся коррозии. Для этого металлические де­тали тщательно очищают и подвергают действию сильно окисляющей среды. Различают такие виды химических покрытий: оксидирование и фосфатирование (для черных металлов),анодирование (для алюминие­вых сплавов), хроматирование (для медных и цинковых сплавов).

Защита протекторами применяется там, где изделия находятся в токопроводящей среде (например, в морской воде). В этом случае к изделию присоединяется протектор (металл-защитник), яв­ляющийся анодом по отношению к тому металлу, из которого изго­товлена конструкция. При образовании гальванических пар разру­шается тот металл, который служит анодом,и таким образом протектор, разрушаясь сам, будет защищать от разрушения изделие, являющееся катодом. Протекторная защита успешно применяется для предохра­нения от коррозии подводных частей морских судов, гидросамолетов и др.

Легирование заключается в том, что в состав металла или сплава вводят добавки, которые делают данный сплав коррозионно-стойким. Для стали такими элементами являются хром и никель. Легированием получают нержавеющие, жароупорные и кислото­упорные стали.