5. Защита от электрохимической коррозии металлических материалов
Общие принципы и методы защиты от электрохимической коррозии включают группу методов воздействия на все основные составляющие системы (рис.).
Рис. 5.1 Схема методов защиты от электрохимической коррозии.
1-я группа методов – воздействие на металл, или коррозионностойкое легирование, при котором повышение коррозионной стойкости обеспечивается за счет введения в сплав:
а) элемента с более высокой химической стойкостью;
б) металла с более высокой склонностью к пассивации;
в) металлического элемента, облегчающего пассивацию основы сплава (катодное легирование);
г) катодно поляризующего зерно основного металла;
д) металлических атомов, сообщающих сплаву особые свойства.
2-я группа методов – воздействие на межфазную границу, при котором повышение стойкости достигается за счет:
- обработки поверхности металла (полировка), нагартовки (для уменьшения склонности к коррозионному растрескиванию), лазерной обработки поверхности с целью создания литой структуры,
- нанесения различных покрытий;
3-я группа методов предусматривает, в тех случаях, когда это возможно, воздействие на среду;
4-я группа – электрохимическая защита, применяемая только при электрохимической коррозии;
5-я группа – рациональное конструирование и прочие методы.
5.1 Принципы коррозионностойкого легирования
Если легирующий элемент, обладающий более высокой коррозионной стойкостью или лучшей пассивируемостью, образует с основным металлом твердый раствор в достаточно широком диапазоне концентраций, коррозионная устойчивость сплава при условии незначительной диффузионной подвижности его компонентов резко возрастает при определенных содержаниях легирующего элемента, кратных 1/8 его атомной доли (правило n/8 Таммана). Скачкообразное изменение коррозионной стойкости с изменением состава сплава, объясняется образованием в сплаве при определенных концентрациях сверхструктур, характеризующихся упорядоченным расположением атомных плоскостей, обогащенных атомами более благородного или легко пассивирующегося металла. Конкретные значения пороговых концентраций зависят как от природы легирующей добавки, так и от состава коррозионной среды.
В соответствии с правилом n/8 могут быть рассчитаны теоретически возможные пороги устойчивости двойных и тройных металлических систем, что позволяет более рационально подойти к выбору состава коррозионностойких сплавов. Для расчета содержания легирующего элемента в стойком бинарном сплаве, выраженного в массовых процентах применяются соотношения:
:
=
, (5.1)
Х+У = 100, (5.2)
где X и У - массовые концентрации (в расчете на 100 г сплава), а АА и АВ - атомные массы компонентов сплава, а параметр n имеем значения oт 1 до 7.
Для тройного сплава:
, (5.3)
X+Y+Z = 100, (5.4)
где, входит массовый процент Z и атомная масса AС третьего компонента, а также целые числа n1 и n2.
Правило Таммана в значительной степени носит феноменологический характер. Исследования по изучению влияния легирования на коррозионную стойкость сплавов показали, что не всегда содержание легирующего компонента, вызывающее скачкообразное увеличение коррозионной стойкости, строго соответствует правилу n/8. При этом скачкообразное увеличение коррозионной стойкости при легировании сплава более легко пассивирующимся компонентом может происходить и без образования упорядоченного твердого раствора.