6.3.1 Факторы, влияющие на кислотостойкость и кислотостойкие сплавы

Стойкость сплавов к кислотам и кислым агрессивным средам зависит от концентрации кислоты, величины рН, температуры, от анионного состава кислой среды и ее окислительно-восстановительного потенциала. По действию на сплавы различают кислоты неокислительного характера (растворы НС1, Н2SO4) и кислые среды окислительного характера (НNO3 или смесь неокислительных кислот с окислителем). Для создания большинства кислотостойких пассивирующихся сплавов наиболее важны хром и титан. В нержавеющих и кислотостойких сталях хрома, например, должно быть не менее 13 %. Однако кислотостойкость этих сплавов часто оказывается недостаточной при наличии некоторых активирующих ионов (С1–, Br–, F–), она может также снижаться в чрезмерно окислительных средах при потенциалах более положительных, чем +1,0 В (явление перепассивации). Титан, в отличие от хрома и нержавеющих сталей, характеризуется пассивностью, устойчивой к хлорионам, и не склонен к перепассивации, стоек в «царской водке», в которой нестойки не только нержавеющие стали, но и благородные металлы. Однако в полностью безводных активных средах (солянокислом растворе метанола, дымящейся азотной кислоте, безводном хлоре) титан оказывается нестойким, поскольку его пассивность связана с возможностью образования оксидной пассивной пленки за счет кислорода воды.

Специфическое влияние на кислотостойкость сплавов оказывает ионный состав кислот. При образовании нерастворимых соединений металла с анионом кислоты появляется специфическая кислотостойкость металла, не связанная непосредственно с его тер­модинамической стабильностью или большой склонностью к пассивации, например, стойкость свинца в растворах Н2SO4, магния – в растворах HF, относительная стойкость железа в фосфорнокислых растворах. Органические кислоты воздействуют на сплавы менее активно, чем минеральные, причем тем активнее, как правило, чем меньше атомов углерода в молекуле кислоты.

При создании кислотостойких сплавов намечается основная закономерность, наиболее четко выявляемая в процессе образования гомогенных сплавов типа твердого раствора. Если в сплав ввести достаточное количество компонента, стойкого (по той или иной причине) в данной кислоте, появляется кислотостойкость и всего сплава, вызываемая этой же причиной. Так, при введении в медь золота, в никель – меди, а в железо – никеля (при достаточном легировании вторым компонентом первого) наблюдается повышение кислотостойкости сплава в неокислительных кислотах вследствие увеличения его термодинамической стабильности. При введении более пассивирующегося компонента (хрома) в менее пассивирующийся (железо) кислотостойкость всего сплава повышается вследствие возрастания пассивируемости твердого раствора железо – хром (нержавеющие кислотостойкие стали).

Введение в стали и никелевые сплавы молибдена, образующего с хлор-ионами нерастворимые хлороксидные соединения, повышает стойкость этих материалов к солянокислым растворам. В то же время способность молибдена к перепассивации приобретают и титановые сплавы, содержащие значительное количество молибдена (около 32 %), хотя сам титан к перепассивации не склонен. Все шире применяют сплавы титана с палладием (0,2 %), характеризующиеся достаточно высокой стойкостью в некоторых кислых средах (таблица 6.1), в то время как титан в этих условиях нестоек. Наиболее стойки в неокислительных кислотах сплавы титана с высоким содержанием молибдена

(31 – 35%), в т. ч. сплав марки 4201. Этот сплав стоек в ряде агрессивных растворов, включая горячие сернокислые и солянокислые, и разрушается только в очень концентрированных горячих растворах этих кислот (таблица 6.2) В азотной и окислительных кислотах он стоек при низких температурах и концентрациях, при повышенных температурах в окислительных средах его применение исключается. В этих условиях стойки сплавы, содержащие не более 5 % Мо.

Таблица 6.1 – Кислотостойкость титана и сплава титан-палладий

Агрессивная среда	Концентра- ция, %	Скорость растворения, мм/год
		титана марки ВТ1-0	сплава титан-палладий
Соляная кислота (tкип)	5	19,3	0,10
Серная кислота (tкип)	5	25,4	0,51
Фосфорная кислота (150 °С)	5	8,15	0,15
Муравьиная кислота (tкип)	85	4,26	0,1
Хлористый алюминий (tкип)	25	51,3	0,025
Хлористый кальций (177 °С)	73	2,13	0,00

Таблица 6.2 – Кислотостойкость титанового сплава марки 4201

Агрессивная среда	Концентра- ция, %	Темпера-тура, °С	Продолжи-тельность испытаний, ч	Скорость растворения,мм/год
Серная кислота	5 5 15 15 40 85	150 175 125 150 125 120	— — — — — —	0,25 1,40 0,16 6,90 0,20 16,6
Соляная кислота	5 15 15 20 20	tкип 150 tкип 20 tкип	— — — — —	0,054 0,64 0,23 0,014 0,4
Фосфорная кислота	15 50 70 80	150 tкип tкип tкип	125 125 125	0,02 0,10 0,15 0,8
Уксусная кислота	60 98	200 200	— —	0,01 0,04
Муравьиная кислота	25 25 60 85	tкип 200 200 200	800 800 125 125	0,10 0,29 0,01 0,04
Аммиак	7 30	tкип tкип	— —	0,014 0,4
Щавелевая кислота	10	tкип	—	0,7
Азотная кислота	15 15 25 60	20 tкип 20 tкип	300 — — —	0,01 не стоек 0,1 не стоек
«Царская водка»	—	tкип	—	не стоек