Авиационные материалы. Лекция 17

Коррозия металлов.

Коррозия – самопроизвольное окисление металлов, вследствие химического или электрохимического воздействия окружающей среды. Частный случай коррозии железа называется ржавлением.

Это слово произошло от латинского corrodere – разъедать. Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной или агрессивной. При этом образуются продукты коррозии: химические соединения, содержащие металл в окисленной форме.

Ежегодно от коррозии теряется огромное количество металла. Коррозионное разрушение под воздействием той или иной среды представляет собой химический процесс окисления, восстановления и растворения металлов (при воздействии различных жидкостей, например кислот).

Коррозия проявляется в различных видах; реагентами, вызывающими коррозию, могут являться атмосфера, морская вода, различные кислоты, щелочи.

По механизму протекания коррозионные процессы, подразделяются на два типа: электрохимические и химические (согласно ГОСТ 5272-68). 

Химической коррозией называется процесс разрушения металлов или сплавов в результате, чисто химического взаимодействия их с внешней средой.

Пример. Жидкостная коррозия элементов топливной системы самолета, возникающая под действием активных сернистых соединений топлива, газовая коррозия авиационных деталей, работающих в окислительной среде сухих горячих газов.

По условиям протекания различают:

Газовая коррозия. Сущность этого вида коррозии заключается в воздействии различных газов на металл.

Газовые среды являются окисляющими, серосодержащими и содержащими различные дру­гие химические реагенты, которые взаимодействуют с металлом с образованием на его поверхности соответствующих соединений — окислов, сульфидов и др.

Если такое взаимодействие происходит в газовом потоке, как это имеет место, например, при эксплуатации авиационных двигателей, то образовавшиеся на поверхности ме­талла химические соединения большей частью уносятся газовым потоком.

Газовая коррозия может носить также и стационарный харак­тер, например, в случае воздействия газовой среды на металл в процессе термической обработки, если в печах не применяется нейт­ральная атмосфера.

Атмосферная коррозия — коррозия во влажном воздухе при комнатной температуре.

Поверхность металла, находящегося в таком воздухе, покрыта пленкой воды, содержащей различные газы (в основном, кислород). Скорость такой коррозии тем выше, чем выше степень влажности атмосферы, концентрация в атмосфе­ре таких газов, которые образуют с водой соответствующие кисло­ты (НС1, H₂S0₄ и др.), степень шероховатости металла.

Наиболее часто коррозионные поражения возникают на обшивках машин, базирующихся на аэродромах, находящихся вблизи промышленных или приморских районов. Атмосфера в этих районах загрязнена промышленными газами (S02; N02; NH3; HCL), угольной пылью, частицами солей и др. Особенно подвержены коррозии заклепочные швы, места запиловок, головки стальных болтов, места металлизации и др. Коррозия на наружных поверхностях обшивок самолетов и вертолетов носит преимущественно точечный характер, в некоторых случаях она сопровождается и другими видами коррозии.

По характеру коррозионного разрушения различают сплошную коррозию, охватывающую всю поверхность металлического изде­лия, и местную коррозию, охватывающую лишь некоторые участки.

Сплошная коррозия, в свою очередь, может быть равномерной и избирательной.

Под равномерной подразумевается такая, при которой процесс коррозионного разъедания протекает с равномерной скоростью по всей поверхности.

При избирательной коррозии раз­рушается преимущественно какая-либо одна структурная составля­ющая металла.

Местная коррозия бывает в виде пятен (например, коррозия латуни в морской воде), язв, т. е. отдельных более или менее глубоких раковин (например, коррозия стали в грунте), то­чек (питтингов).

Рис. 17.1. Виды коррозионных разрушений:

а — равномерное; б — местное; в — точечное; г — избирательное;

д — межкристаллическое; е — транскристаллическое.

Электрохимическая коррозия развивается во влажной атмосфере, морской и речной воде. При этом жидкость, выполняет, роль электролита. Но поскольку есть электролит, возникает коррозионный ток и происходит растворение металла вследствие электрохимического взаимодействия его с электролитом.

Рассмотрим возникновение коррозионного тока. Поверхность любого металла электрохимически неоднородна, что приводит к образованию микрогальванического коррозионного элемента. Неоднородность поверхности металла может быть вызвана дефектными участками кристаллов, участками, где имеются группы мелко- и крупнокристаллической структуры, фазовые структурные неоднородности в сплавах и др.

Вот почему, например, однофазные металлы более стойки против коррозии, чем многофазные. Отсюда следует, что выравнивание структуры металлов с помощью термообработки значительно увеличивает стойкость металлов против коррозии.

 

Рис. 17.2. Коррозионный гальванический элемент.

Здесь участок металла А является анодом, участок металла К - катодом. Реакция на аноде идет в направлении ионизации металла. В самом же металле возникает движение электронов. В электролите перемещаются образовавшиеся ионы. Таким образом, цепь замкнута, возникает коррозионный ток. Металл анода растворяется. Поэтому электроположительные металлы являются более коррозионно-стойкими. Отсюда возникает основная задача борьбы с электрохимической коррозией не допустить появление коррозионного тока.

Электрохимическая коррозия может протекать в атмосфере, поскольку в ней всегда содержится влага. Такой вид электрохимической коррозии называют атмосферной. Она наиболее характерна для авиационных конструкций. На металлических частях самолетов и вертолетов может конденсироваться тончайший слой влаги -0,1...1,0 мкм.

Атмосферу земли делят на несколько климатических зон, в которых агрессивность по отношению к различным материалам неодинакова. В общем случае различают холодный, умеренный, тропический и влажный тропический климат. Наиболее сильную коррозию вызывает влажный тропический климат. Сильно загрязненная атмосфера многочисленными выбросами промышленных предприятий становится коррозионно-агрессивной средой, что опасно для авиационных конструкций.

Классификация ЭХК:	Самостоятельные виды коррозии:
Межкристаллитная (МКК)	Расслаивающая;
Контактная	Коррозионная эрозия;
Щелевая	Коррозионная кавитация.
Точечная (питтинговая)	Коррозия при трении
Коррозия под напряжением	Фреттинг-коррозия

Рис. 17.3. Схематическое изображение различных видов коррозии:

а – равномерная коррозия; б – коррозия пятнами; в, г – коррозия язвами;

д – точечная коррозия (питтинг); е – подповерхностная коррозия;

НН – исходная поверхность металла; КК – рельеф поверхности, измененный вследствие коррозии.

Межкристаллитная коррозия (интеркристаллитная) – один из видов местной коррозии металла, который приводит к избирательному разрушению границ зерна. Межкристаллитная коррозия – очень опасный вид разрушения, т.к. визуально ее не всегда можно определить. Металл теряет свою пластичность  и  прочность.

Межкристаллитной коррозии чаще всего подвергаются металлы и сплавы, которые легко становятся пассивными. К ним относятся хромоникелевые и хромистые сплавы (нержавеющие стали), сплавы алюминия, никеля, некоторые другие.

Причиной склонности сплавов к межкристаллитной коррозии чаще всего являются структурные превращения на границах зерен (образование так называемых избыточных фаз), которые превращают эту узкую зону в мало поляризующийся анод, который и подвергается усиленному коррозионному разрушению.

Склонность к межкристаллитной коррозии при прочих равных условиях зависит от режимов термической обработки металла и обработки давлением, поскольку эти режимы во многом определяют состав и морфологию выделяющихся по границам зерен избыточных фаз.

Стойкость материала против межкристаллитной коррозии повышают выбором режима термообработки, снижением содержания примесей, легированием элементами, предотвращающими образование нежелательных избыточных фаз по границам зерен.