- •Коррозия и защита металлов от коррозии Содержание
- •Раздел 1 Химическая коррозия металлов 5
- •2.13.Электрохимическая защита от коррозии 37
- •Раздел 3. Методы защиты..............................................................54
- •3.4.2. Методы нанесения металлических покрытий 65
- •Раздел 4. Коррозионная стойкость сплавов................................77
- •Коррозия и защита металлов от коррозии Введение
- •1. Что такое коррозия?
- •2. Коррозионная проблема _ Значение коррозионных исследований определяется 4 аспектами.
- •3. Структура металлов и ее влияние на коррозионные процессы
- •Раздел 1 Химическая коррозия металлов
- •1.1.Термодинамика химической коррозии металлов
- •1.2. Механизм газовой коррозии
- •1.3. Свойства пленок
- •Условие сплошности
- •1.4. Законы роста оксидных пленок во времени
- •1.5. Влияние внешних и внутренних факторов на скорость коррозии
- •1.5.1. Влияние температуры на скорость газовой коррозии
- •1.5.2. Состав газовой среды
- •1.5.3.. Давление газов
- •1.5.4. Режим нагрева
- •1.5.5. Состав сплава и пленки
- •1.6. Показатели коррозии
- •1.7.Оксидные пленки на поверхности железа
- •1.8.Газовая коррозия железа, стали, чугуна
- •1.8.1. Рост чугунов. Водородная коррозия. Карбонильная коррозия. Коррозия в среде хлора и хлороводорода.
- •1.8.2.Коррозия под действием продуктов сгорания топлива
- •При этом ухудшается пластичность стали
- •1.9.Методы защиты от газовой коррозии.
- •1.10.Классификация пленок на металлах по толщине
- •1.11.Теория жаростойкого легирования
- •Раздел 2 Электрохимическая коррозия металлов
- •2.1. Определение электрохим. Коррозии
- •2.2 Механизм электрохимической коррозии
- •2.3.Вычисление электродного потенциала e
- •2.4.Составление гальванического элемента и
- •2.5. Кинетика электрохимической коррозии
- •2.6.Диаграмма Пурбе.
- •2 .7. Условия возникновения коррозионного процесса
- •2.8.Поляризация. Деполяризация .
- •Анодная поляризация
- •Катодная поляризация
- •Катодная деполяризация.
- •А) Водородная деполяризация (перенапряжение водорода)
- •Б) Кислородная деполяризация (перенапряжение кислорода)
- •2.9. Поляризационные кривые
- •2.10. Пассивное состояние металлов и сплавов
- •2.11. Коррозионные диаграммы
- •2.12. Влияние внутренних и внешних факторов на скорость коррозии
- •2.12. 1 Влияние рН среды
- •2.12.2. Влияние температуры на скорость коррозии.
- •2.13.Электрохимическая защита от коррозии
- •2.14. Локальные виды коррозии и коррозионно-механические разрушения металлов.
- •2.14. 1. Локальные виды коррозии
- •2.15. Коррозия металлов в природных и технологических средах
- •2.15. 1. Атмосферная коррозия металлов
- •2.15. .2 Почвенная коррозия металлов
- •2.15. 3. Морская коррозия металлов
- •2.16. Влияние конструктивных факторов на развитие коррозионных разрушений машин и аппаратов
- •Раздел 3. Методы защиты
- •3.2. Замедлители ( ингибиторы) электрохимической
- •3.4. Металлические и неорганические покрытия
- •3.4.1. Защитные металлические покрытия
- •Классификация покрытий
- •Взаимосвязь покрытие - основа
- •Пористость покрытий
- •Электронанесение красок
- •Автофорез
- •3.6. Тонкослойные химические покрытия. Фосфатные и оксидные защитные пленки
- •3.6.1. Фосфатирование
- •3.6.2. Оксидирование
- •3.6.3. Пассивирование
- •3.6.4. Анодирование
- •Раздел 4. Коррозионная стойкость сплавов
- •4.1. Коррозия сплавов на основе железа
- •4.1.1. Коррозия углеродистых сталей
- •4.2.2. Медь и ее сплавы
- •Лабораторна робота №1 кінетика окиснення металів на повітрі
- •Оформлення результатів
- •Розділ іі. Електрохімічна корозія
- •Гравіметричний метод визначення швидкості корозії
- •Оформлення результатів
- •Розділ III. Засоби захисту металів від корозії Лабораторна робота № 6 захист металів від корозії за допомогою інгібіторів
Раздел 4. Коррозионная стойкость сплавов
4.1. Коррозия сплавов на основе железа
4.1.1. Коррозия углеродистых сталей
Железо и сплавы на его основе не обладают коррозионной стойкостью в агрессивных средах. Однако железо и его сплавы легко пассивируются, их достаточно легко и просто защитить от коррозии самыми различными методами, стоимость их невысока, поэтому они являются важнейшими конструкционными материалами. Стандартный электродный потенциал железа равен E(Fe2+/ Fe ) = - 0,44 В и E(Fe3+/ Fe ) = -0,037 В. В водопроводной воде в присутствии растворенного кислорода воздуха стационарный потенциал железа равен —0,40 В, а в 3 %-ном растворе хлорида натрия до —0,50 В. Поэтому железо может корродировать и с кислородной, и с водородной поляризацией. В раствор железо переходит с продуктами коррозии в виде катионов Fe (II), которые затем окисляются до катионов Fe (Ш). На поверхности металла идут процессы:
Fe +1/202 + Н20 + 2С02= Fe (НС03)2
Fe (НС03)2 + 2Н20= Fe (ОН)2 + 2Н2СОз
2 Fe (ОН) 2 + Н20 + 1/202=2 Fe (ОН)3
Оксидная пленка на поверхности металла (ржавчина) состоит из смеси гидроксидов железа (II) и (III), имеет переменный состав: nFeО•mFeОз•рН2О и не отвечает требованиям, предъявляемым к защитным оксидным пленкам.
Все железоуглеродистые сплавы неоднородны по химическому составу и по своим структурным составляющим. К тому же структурные составляющие сплавов системы Fe — FeзС отличаются по значению электродных потенциалов, поэтому коррозионные микроэлементы, образующиеся при контакте этих сплавов с растворами электролитов, работают очень интенсивно. Возможная разность потенциалов из-за неоднородности структуры может иметь значения до 0,8—0,9 В, так как электродный потенциал железа — 0,44 В, а графита +0,37 В. Химическая неоднородность сплавов (наличие различных добавок и примесей) тоже значительно влияет на скорость процесса коррозии, особенно для коррозии с водородной деполяризацией. Сплавы железа, содержащие минимальное количество примесей (например, железо армко — 0,02 % С), довольно устойчивы в некоторых агрессивных средах.
При обычных температурах коррозия железа в нейтральных средах происходит только при наличии растворенного кислорода. Интенсификация процесса коррозии наблюдается в тех случаях, когда кислород играет роль деполяризатора и коррозия лимитируется скоростью диффузии кислорода, следовательно, коррозия железа также пропорциональна концентрации кислорода.
При значительной концентрации кислорода в воде (12—15 мг/л) может проявиться его положительное действие вследствие пассивации железа кислородом.
Скорость коррозии железа в слабокислых, нейтральных и слабощелочных средах не зависит от изменения рН и определяется скоростью диффузии кислорода к поверхности металла. Скорость коррозии в области рН = 4-10 зависит от природы солей, находящихся в растворе, их концентрации, наличия окислителей, температуры раствора и других факторов.
При рН<4 пленка оксида железа (II) быстро растворяется и металл вступает в непосредственный контакт с окружающей средой. В этом случае скорость коррозии возрастает с уменьшением рН. На скорость процесса коррозии при этом влияют также природа аниона кислоты, температура, характер примесей и образующихся продуктов коррозии.
В кислотах, не обладающих окислительными свойствами по отношению к железу, железо и железоуглеродистые сплавы разрушаются, так как образующиеся продукты коррозии растворимы в данной среде. К числу таких агрессивных сред можно отнести разбавленные растворы серной до 76 %, азотной до 30 % (рис. 65),
фтористоводородной до 50 % и соляной кислоты. В растворах соляной кислоты при увеличении концентрации происходит резкое (экспоненциальное) возрастание скорости коррозии. Повышение температуры раствора также благоприятствует интенсификации разрушительного процесса. Растворы, содержащие менее 30 % НNO3, вызывают значительную коррозию железа и железоуглеродистых сплавов. Дальнейшее увеличение концентрации НNO3 приводит к замедлению скорости коррозии вследствие их пассивации. При концентрации НNO3 от 94 до 98 % железоуглеродистые сплавы интенсивно разрушаются, что связано с перепассивацией.
Если кислота является окислителем, то с повышением концентрации усиливаются ее пассивирующие свойства, поэтому в концентрированных растворах таких кислот, устойчивы как железо, так чугуны и стали.
Повышенная коррозионная стойкость железа и сплавов системы Fе — Fе3С в растворах серной кислоты с концентрацией 76,0— 90,0 % объясняется образованием на поверхности металла защитного слоя из сульфата железа, который нерастворим в серной кислоте. В олеуме при содержании свободного S03 выше 25 % железоуглеродистые сплавы не подвергаются коррозии, однако применение чугуна в этом случае не рекомендуется, так как под действием олеума может протекать межкристаллитная коррозия чугуна.
В растворах органических кислот (уксусной, муравьиной, щавелевой и др.) железо и железоуглеродистые сплавы подвержены сильной коррозии, которая усиливается при доступе кислорода и с повышением температуры и скорости движения среды.
В щелочной среде скорость коррозии снижается, так как железо в присутствии щелочей и растворенного кислорода начинает все более пассивироваться. Железо, сталь, чугун устойчивы в растворах щелочей с концентрацией до 30 % (рис. 66), в этом случае на поверхности металла образуются нерастворимые продукты коррозии [гидроксиды железа (II) и (III)], обладающие хорошим сцеплением с поверхностью и предохраняющие ее от дальнейшей коррозии. С повышением концентрации щелочи устойчивость сплавов уменьшается. Повышение температуры приводит к разрушению защитных пленок.
Коррозионное растрескивание углеродистых сталей — «щелочная хрупкость» — наблюдается в условиях эксплуатации паровых котлов при концентрациях щелочи в воде более 15 %, температуре раствора выше 65°С и при наличии значительных механических напряжений.
В нейтральных, слабощелочных и слабокислых растворах солей коррозионная стойкость железа и железоуглеродистых сплавов зависит от концентрации и электрической проводимости раствора, степени аэрированности его и от природы анионов и катионов среды. Одним из основных факторов, определяющих скорость коррозии для таких растворов, является растворимость продуктов коррозии; рН среды, как правило, не влияет на скорость коррозии в растворах солей.
При увеличении концентрации раствора соли скорость коррозии сплава возрастает. Замедление коррозии при дальнейшем увеличении концентрации соли в растворе связано с уменьшением растворимости кислорода по мере концентрирования растворов.
Соли щелочных и щелочно-земельных металлов увеличивают электрическую проводимость раствора, которая усиливает работу микроэлементов, что приводит к возрастанию скорости коррозии.
Растворы нитратов менее агрессивны, чем хлоридов, а растворы нитритов при определенных концентрациях ; могут действовать как ингибиторы («замедлители коррозии»).
Влияние природы катионов и анионов на скорость коррозии сказывается в процессе образования пленок из продуктов коррозии на поверхности металла. Растворы хлоридов, сульфатов, нитратов щелочных металлов при взаимодействии с железом образуют растворимые продукты. В растворах карбонатов и фосфатов натрия и калия на анодных участках железа образуются нерастворимые пленки карбоната и фосфата железа, это снижает скорость коррозии из-за пористости пленок железоуглеродистые сплавы разрушаются.
Растворы солей, обладающие окислительными свойствами (хроматы, дихроматы, манганаты), не разрушают железа и железоуглеродистые сплавы. В растворах солей разрушение идет по схеме
Fе + Сu2+=Fе2++Сu
В органических средах (этанол, метанол, бензол) железо и железоуглеродистые сплавы не корродируют. Но наличие следов влаги ведет к быстрому разрушению металла.
Заметное влияние на скорость коррозии железоуглеродистых сплавов в кислых средах, не содержащих окислителей, оказывает содержание углерода в сплаве (рис. 67). При коррозии в воде содержание углерода в сплаве не имеет никакого значения, но в морской воде повышение содержания углерода вызывает некоторое увеличение скорости коррозии.
4.1.2. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Единого подхода к созданию сплавов не существует. Не создано сплава устойчивого против коррозии в любых средах. Так, легирование стали хромом — надежный метод защиты от коррозии при работе в пассивном состоянии, но совершенно бесполезно при работе в неокислительных средах (НС1, Н2SО4 разб), где коррозия протекает с катодным контролем.
При создании новых коррозионных сплавов необходимо учитывать такое правило: «Состав сплава нужно менять так, чтобы в предполагаемых условиях эксплуатации достигалось повышение основного контролирующего фактора коррозии». В условиях, когда возможна пассивация основы сплава, наибольший эффект может быть получен от легирующих компонентов, повышающих пассивируемость основы, или эффективность катодного процесса.
В зависимости от основных свойств легированные стали разделяют на три группы: нержавеющие (коррозионно-стойкие); жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные. Нержавеющие стали обладают высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Наиболее распространены из этой группы — хромистые (13—30 % Сг), хромоникелевые (до 10—12 % N1), хромоникельмолибденовые стали. Механические свойства хромистых сталей приведены в табл. 20. Термин «нержавеющие стали» условен и не предполагает абсолютную стойкость этих материалов в агрессивных средах. Так, пассивируемость, а следовательно, и коррозионная стойкость хромистых сталей возрастает с увеличением окислительных свойств среды, их электродные потенциалы становятся еще более положительными, однако при увеличении концентрации азотной кислоты коррозия хромистых сталей интенсифицируется из-за наступления перепассивации (рис. 68). При содержании хрома в стали >25 % системы Fе—С—Сr устойчивы в «царской водке» и в 30 %-ном растворе хлорида железа (II). В разбавленных растворах серной и соляной кислот хромистые стали неустойчивы, поскольку в неокислительных средах защитная пассивная пленка не образуется. Сернистая и органические кислоты (муравьиная, винная, щавелевая), особенно при нагревании разрушают эти сплавы.
В разбавленных щелочных растворах хромистые стали при обычных температурах устойчивы, но при повышенных температу-
рах в концентрированных растворах и расплавах щелочей они малоустойчивы.
Хромистые стали подвержены межкристаллитной коррозии, что связано с выпадением по границам зерен, богатых хромом карбидов и обеднения хромом твердого раствора. Межкристаллитная коррозия — это одна из разновидностей структурной коррозии сплавов. При контакте поверхности сплава с электролитом структурные составляющие сплава корродируют с различной скоростью, которая определяется электрохимическими свойствами, величиной потенциала и составом коррозионной среды.
Межкристаллитная коррозия возникает при следующих условиях:
а) структурная составляющая, расположенная по границам зерен кристаллитов, корродирует в активном состоянии с большей скоростью, а тело зерна находится в пассивном состоянии;
б) структурная составляющая расположена в виде непрерывной цепочки по границам зерен кристаллитов.
Характер анодных поляризационных кривых для тела зерна (кривая 1) и структуры границ зерен (кривая 2) показан на рис. 69. Максимальная скорость межкристаллитной коррозии наблюдается при потенциале, равном φ
Для нержавеющих сталей межкристаллитная коррозия вызвана образованием зоны, обедненной хромом, по границам зерен кристаллитов, из-за выделения карбидов хрома, феррита или интерметаллического соединения FеСr при отпуске закаленной стали.
Основной способ защиты сплавов от межкристаллитной коррозии — рациональное их легирование в сочетании с оптимальным режимом термической обработки.
Межкристаллитную коррозию хромистых сталей можно подавить легированием их титаном, ниобием. Хромистые стали подвергаются различным видам механической обработки: литье, штамповка, прокат.
Нержавеющие стали как конструкционный материал широко используют в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности и как декоративный материал — в архитектуре и автомобилестроении. Кроме того, они применяются для изготовления режущих инструментов, штампов, лопаток паровых турбин.
Железоникелевые сплавы не применяются в качестве конструкционных материалов, так как они не имеют особых преимуществ в сравнении с хромистыми сталями, поэтому часто используют стали на основе системы Fе - Cr — Ni — С. Введение никеля изменяет структуру и положительно влияет на свойства сплава (измельчает зерно). В щелочах коррозионная стойкость сплавов Fе — Ni очень высока при содержании никеля выше 30 %. Сплавы, содержащие 50—80 % Ni, отличаются высокой стойкостью в плавиковой кислоте. Хромоникелевые стали сочетают высокую пластичность и вязкость с достаточной прочностью и жаропрочностью. Прочность их можно значительно увеличить путем холодной деформации, например предел прочности стали повышается с 550 до 1180 МПа, предел текучести — с 200 до 1100 МПа. Наилучшие показатели в отношении механических свойств имеют хромони-келевые стали с содержанием углерода от 0,10 до 0,15 %.
Высоколегированные хромоникелевые стали устойчивы в азотной кислоте при концентрациях не выше 80 % и температуре до 70°С, а в соляной кислоте неустойчивы. В фосфорной кислоте устойчивы при температуре до 100°С и концентрации не выше 60 %. Хромоникелевые стали достаточно устойчивы также в большинстве органических соединений (кислоты, спирты и др.), в растворах нитратов, сульфатов и хлоридов, в сухом хлоре и сернистом газе, в оксидах азота, сероводороде, оксиде углерода (II). При высоких концентрациях растворов азотной кислоты хромоникелевые стали, так же как и хромистые, из-за перехода хрома в оксиды высшей степени окисления перепассивируются, и пассивные пленки теряют защитные свойства.
Для повышения стойкости хромонихелевой стали в неокисляющих средах в качестве легирующих присадок вводят молибден, медь, кремний и др. Так, хромоникельмолибденовые стали (10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т), содержащие 2—3% молибдена, сочетают сравнительно высокую прочность с очень высокими пластическими свойствами и высокой ударной вязкостью. Эти стали хорошо свариваются, протягиваются и штампуются. Стали, содержащие молибден, склонны к пассивации как в окислительных, так и в восстановительных средах и в средах, содержащих хлорид-ионы. Хромоникельмолибденовые стали применяют для изготовления аппаратуры, работающей в сильно агрессивных средах, например в 10—12 %-ных растворах серной кислоты при 40—50°С в горячих растворах сернистой и фосфорной кислот, в кипящих растворах уксусной, щавелевой и муравьиной кислот.
Коррозионная стойкость хромоникельмолибденомедистых сталей в некоторых агрессивных средах очень велика, например в растворах серной кислоты до 80 %. Такие стали широко используют в химической, целлюлозной, пищевой, автомобиль-ной и других отраслях промышленности.
Жаростойкость — это способность материала противостоять коррозионному разрушению под действием воздуха или других газов при высоких температурах. К жаростойким сталям относятся сплавы, содержащие алюминий, хром, кремний. Такие стали не образуют окалины при высоких температурах. Например, хромистая сталь, содержащая 30 % Сг, устойчива до 1200°С. Влияние содержания хрома на жаростойкость стали с содержанием углерода 0,5 % показано на рис. 70. Введение небольших добавок алюминия резко повышает жаростойкость хромистых сталей. Стойкость таких материалов при высоких температурах объясняется образованием на их поверхности плотных защитных пленок, состоящих главным образом из оксидов легирующих элементов (хром, алюминий, кремний).
Жаростойкие стали используют как конструкционный материал при изготовлении различных деталей нагревательных устройств и энергетических установок.
Под жаропрочностью понимают способность материала выдерживать механические нагрузки без деформаций при определенных повышенных температурах. К числу жаропрочных относятся стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др. Они сохраняют свои прочностные свойства при нагреве до 650°С и более. Из таких сталей изготовляют нагревательные элементы теплообменной аппаратуры, детали, котлов, впускные и выпускные клапаны автомобильных, тракторных, поршневых двигателей.
4.1.3. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЛЕГИРОВАННЫХ ЧУГУНОВ
Высококремнистые чугуны — это сплавы железа с кремнием (Fе — С—Si), содержащие 14—18% кремния. Они имеют хорошую коррозионную стойкость в агрессивных средах. Резкое усиление коррозионной стойкости характерно для сплавов с содержанием кремния выше 14,5 %.
В Украине распространены две марки железокремнистых сплавов: С-15 (0,5—0,8 % С; 14,5—15,0 % 31) и С-17 (0,3-0,8 % С; 16,0—18,081). Этим сплавам свойственны высокая твердость, хрупкость; их нельзя прокатывать и обрабатывать резанием. Изготовление аппаратуры или отдельных узлов и деталей из таких сплавов возможно только литьем.
Сплавы типа С-15 и С-17 весьма чувствительны к резким перепадам температур и не выдерживают быстрого или местного нагрева. Коррозионная стойкость этих сплавов весьма высока, особенно в растворах кислот (например, скорость коррозии сплава С-17 в 40 %-ной Н2S04 менее 0,5 мм/год, а в 60—94 %-ных растворах Н2S04 — менее 0,025 мм/год). Эти сплавы устойчивы в концентрированной азотной кислоте при кипении, в растворах фосфорной кислоты всех концентраций при любых температурах.
Высокая коррозионная стойкость железокремнистых сплавов обусловлена образованием на их поверхности защитных пассивных пленок либо SiO2 (при концентрации Si в сплаве больше 16 %), либо состоящей в основном из оксидов железа. При механическом повреждении пленка под действием окислителей способна к «самозалечиванию». В растворах фтористоводородной кислоты и концентрированных растворах щелочей защитная пленка не образуется и сплавы типа Fе —С — Si в этих средах разрушаются.
Легирование железокремнистых сплавов молибденом (2—5 %) увеличивает его стойкость в горячей серной и соляной кислотах. Основные области применения этих сплавов — изготовление различной запорной арматуры, центробежных насосов и аппаратуры для работы с агрессивными жидкостями.
Хромистые и никелевые чугуны обладают высокими механическими свойствами, так для Х-28 предел прочности при изгибе 570— 650 МПа, твердость по Бринеллю 220—270. Эти сплавы обладают удовлетворительными литейными свойствами. Минимальное содержание хрома в коррозионно-стойком чугуне можно рассчитать по формуле:
% Сг = (% С•10) + 12. Некоторые хромистые чугуны после отжига могут подвергаться холодной обработке резанием. Добавки кремния (1—2 %) также улучшают механическую обрабатываемость хромистых чугунов.
Хромистые чугуны устойчивы в растворах азотной кислоты любой концентрации при нормальных температурах, в растворах серной (до 62%), фосфорной (до 70%), уксусной кислотах, в растворах солей, но в соляной кислоте они разрушаются. Применяются хромистые чугуны для изготовления химической аппаратуры, труб, деталей насосов и т. д.
Характерной особенностью никелевых чугунов является их высокая коррозионная стойкость в расплавах солей и концентрированных растворах щелочей. Никелевые чугуны с шаровидными включениями графита применяют для изготовления выпускного коллектора в двигателях внутреннего сгорания, где в связи с высокой температурой выхлопных газов создаются условия для интенсивной газовой коррозии (внешнего и внутреннего окисления чугунов).
4.2. КОРРОЗИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ НА ИХ ОСНОВЕ
4.2.1. АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
Стандартный электродный потенциал алюминия E(А1 /А13+ ) = — 1,66 В. Можно предположить, что алюминий весьма активный металл, однако практически он обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, так как на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка. Такая пленка появляется почти мгновенно при соприкосновении свежего среза металла с воздухом, но рост ее продолжается медленно. Толщина пленки зависит от многих условий: для алюминия, хранящегося в помещении, она составляет 0,01—0,02 мкм, при действии сухого кислорода — от 0,02 до 0,04 мкм, а при термической обработке металлов доходит до 0,1 мкм. В зависимости от условий поверхностная пленка состоит из аморфного или кристаллического оксида алюминия либо из гидроксида алюминия. Она обладает хорошим сцеплением и удовлетворяет условию сплошности. Таким образом, алюминий устойчив во всех средах, где на его поверхности образуется защитная пленка, и нестоек там, где эта пленка разрушается либо нет условий для ее формирования. Защитная пленка на алюминии может образовываться даже при отсутствии окислителей; вода, водные растворы нейтральных солей пассивируют поверхность алюминия.
Коррозионная стойкость алюминия определяется многими факторами: природой агрессивной среды, и ее концентрацией, температурой, а также влиянием этих факторов на возможность формирования защитной пленки на поверхности металла и ее развитие. Пленка оксида алюминия обладает настолько высокими защитными свойствами, что основная задача легирования алюминия — повышение механической прочности, а не химической стойкости.
В обычной атмосфере алюминий устойчив и может применяться без особой защиты. В промышленной атмосфере алюминий корродирует и требует специальной защиты. В сильнокислых и сильнощелочных средах оксидная пленка на поверхности металла разрушается и коррозия возрастает.
В отдельных случаях алюминий проявляет исключительную стойкость в концентри-рованных кислотах, например в азотной кислоте высоких концентраций стойкость алюминия выше, чем у нержавеющих сталей.
Рис. 71. Зависимость скорости коррозии от концентрации азотной кислоты:
/—для алюминия; 2—для стали Х18Н19 (И. Я. Клинов. Коррозия химической аппаратуры. М., 1967, рис. 182)
Наиболее опасны для алюминия растворы серной кислоты средних концентраций. В концентрированной кислоте и в высокопроцентном олеуме при 200°С алюминий достаточно устойчив. Снижение скорости коррозии в .кислотах более высокой концентрации связывают с уменьшением концентрации водородных ионов, с затрудненностью диффузии продуктов реакции с поверхности металла, с возможным пассивированием. Стойкость алюминия в растворах кислот увеличивается с повышением его чистоты.
Галогеноводородные кислоты интенсивно действуют на алюминий. Степень их агрессивности снижается в ряду: НF — НС1 — НВг — HI. В фосфорной и уксусной кислотах при комнатной температуре алюминий достаточно устойчив, а муравьиная, щавелевая и хлорорганические кислоты его разрушают.
В щелочных растворах оксидная пленка алюминия легко растворяется по схеме
Al2O3 + 2NaOH =2NaAl2O2 + H2O
Только в слабых растворах щелочей и в водных растворах аммиака алюминий устойчив. К расплавам щелочных металлов алюминий устойчив при температурах до 300°С. Ртуть и растворы ее солей образуют с алюминием амальгамы, разрушая при этом металл. Газовые среды, содержащие сероводород, пары серы, сухой хлороводород и газообразный аммиак, на алюминий не действуют.
Серьезные разрушения алюминия вызывают хлорсодержащие органические растворители, даже безводные, например ССl4:
2А1+6СС14= 3С2С16 + 2А1С13
Алюминиевые сплавы обладают меньшей коррозионной стойкостью, чем чистый алюминий. Особенно невысокой стойкостью обладают сплавы алюминия с медью (дюралюминий). Такие сплавы склонны к межкристаллитной коррозии. При использовании дюралюминия в качестве конструкционного материала для работы в агрессивных средах необходимо принимать защитные меры. Обычно дюралюминий плакируют технически чистым алюминием, при этом осуществляется одновременно и механическая, и электрохимическая (алюминий — анод по отношению к сплаву) защита сплава.
Сплавы алюминия с кремнием (силумины) обладают относительно хорошей коррозионной стойкостью во многих агрессивных, особенно в окислительных средах. Высокая стойкость силуминов объясняется образованием на поверхности защитной пленки, состоящей из Al2O3 и SiO2. Щелочи и плавиковая кислота разрушают эти защитные пленки:
Al2O3 + 2NaOH = Na2O ∙ Al2O3 + H2O
SiO2 + NaOH = Na2O ∙ SiO2 +2Н2O
Вид коррозионного разрушения определяет возможность потери прочности сплава алюминия.
Контакт алюминия и его сплавов с другими металлами может вызвать интенсивную коррозию, особенно в растворах электролитов или во влажной атмосфере, поскольку в большинстве другие металлы — катоды по отношению к алюминию. Особенно опасен для алюминия и его сплавов контакт с медью, сплавами меди и нержавеющими сталями.
Значительное влияние на коррозионную стойкость алюминия оказывают примеси. Так, примесь железа (более 0,01 %) вызывает выделение соединений типа FеАl3 в виде хрупких кристаллитов, что не только ухудшает пластичность металла и его обработку, но и интенсифицирует коррозионный процесс даже в нейтральных средах и атмосфере. Электродный потенциал алюминия отрицательнее потенциала FеАl3, т. е. в электрохимической паре А1 — FеАl3 , алюминий — анод и подвергается разрушению/
