1403

-1ем выше дисперсность, тем больше общая поверхность этих частиц. Тасие системы бывают высокодисперсными (коллоидальными) и грубодисзерсными (суспензиями).

Коллоидальные системы с частицами размером от 1(Г до 10” см иикрогетерогенны (микронеоднородны). Для них характерно броуновское движение - беспорядочное движение взвешенных в жидкости мельчайших частиц под влиянием ударов молекул окружающей среды (жидкости). Ти­ пичные коллоидальные системы - золи и гели.

Золи - коллоидальные растворы. Это жидкие системы с дисперсными частицами (мицеллами), свободно и независимо друг от друга переме­ щающиеся в процессе броуновского движения. Золи с водной дисперсион­ ной средой называются гидрозлями, с органической средой - органозо­ лями.

Гели - дисперсные системы, в которых частицы образуют пространст­ венную структуру (пространственную сетку). Гели обладают некоторыми признаками твердых тел - способностью сохранять форму, прочность, пла­ стичность. Типичные гели образуются, например, при слипании частиц зо­ лей и имеют вид студенистых тел. Высушиванием гелей получают хрупкие микропористые тела, называемые аэрогелями (например, селикогель, алю­ могель и др.).

Суспензии - грубодисперсные системы, состоящие из жидкой среды и твердых частиц, которые достаточно крупны, чтобы противостоять бро­ уновскому движению. В суспензиях частицы иногда могут сравнительно быстро выпадать в осадок или всплывать. Суспензии используются в про­ изводстве лаков, красок и др.

В виде дисперсионных систем (золей, гелей, суспензий) существует множество тел и веществ окружающего мира: ткани живых организмов, пищевые продукты, многие технические материалы и т.д. Акварельные й масляные краски, гуашь - это дисперсионные системы (суспензии).

Гомогенной (от греч. homogenes - однородный) система является то­ гда, когда химические состав и свойства во всех ее частях (объемах) оди­ наковы (или меняются непрерывно, без скачков). В такой системе отсутст­ вуют фазы. Например, растворы, в которых частицы растворенного веще­ ства равномерно распределены по объему раствора и не образуют с рас­ творителем границы раздела фаз, являются гомогенными.

Адгезионная способность как физико-химическое свойство, проявля­ ется в сопротивлении разделению контактирующих материалов. Адгезия (от лат. adhaesio - прилипание) - сцепление между находящимися в кон­ такте поверхностями разнородных по составу твердых (например, бумага) и жидких (например, клей) тел, обусловленное межатомными или межмо­ лекулярными силами притяжения. Адгезия имеет большое значение при пайке металлов, при склеивании материалов, при нанесении на них покры­

соляной НС1 кислот), но они не стойки в растворах плавиковой кислоты HF. Примерами полного растворения могут служить растворение цинка Zn в соляной кислоте НС1 для получения хлористого цинка ZnCl2 , употреб­ ляемого в качестве флюса при пайке, или растворение серебра в азотной кислоте HNO3 при приготовлении азотнокислого серебра AgNC>3 и т.д.

Окисление - процесс соединения металлов с кислородом и образова­ ние на их поверхностях окислов. Большинство металлов и сплавов покры­ то с поверхности тончайшей оксидной пленкой, состоящей из одного или нескольких окислов. Скорость образования такой пленки у разных метал­ лов бывает различной. Например, магний, алюминий, титан окисляются практически мгновенно, бронза и латунь - значительно медленнее, а изде­ лия из золота и платины не окисляются совсем. Тонкая оксидная пленка, не увеличиваясь по толщине, бывает весьма прочной, плотной, эластичной, имеет хорошее сцепление с металлом и предохраняет его от дальнейшего окисления (например, у алюминия, титана, и т.д.). Однако имеют место случаи, когда на поверхности металла образуется рыхлая, непрочная плен­ ка, не предохраняющая металл от окисления (например, у магния).

Окисление металлов активизируется при их нагреве. Это происходит, например, при ковке и прокатке под действием печных газов, содержащих окисляющие реагенты (О2 , СО2 , пары воды). При окислении углеродистых сталей наблюдается поверхностное обезуглераживание и образование ока­ лины из-за окисления железа до FeO, РегОз, БезО^ При высоких темпера­ турах и при избытке воздуха на поверхности металла может образоваться достаточно толстая пленка окислов. Такая пленка создает трудности пайке и сварке. Окисление ведет к потерям металла тем большим, чем оно интен­ сивнее. Процесс окисления поддается регулированию и его можно исполь­ зовать для получения покрытий своеобразной фактуры и цвета (воронение

ИТ.П.).

Коррозия (от лат. corrodo - разъедаю) связывается с разрушением ма­ териалов. Коррозия - это сложный физико-химический процесс комплекс­ ного воздействия внешней среды на материал. Корродировать могут ме­ таллы и неметаллы. Коррозию железа, стали, чугуна называют ржавлени­ ем. Коррозия горных пород или бетона - это их растворение под влиянием химически активной воды, кислот, щелочей. Различают химическую и элек­ трохимическую коррозию.

Коррозионная стойкость - свойство материала сопротивляться раз­ рушению под воздействием внешней агрессивной среды (сопротивляться коррозии). Положительно заряженные ионы называются катионами (на­ пример, Си2+), а отрицательно заряженные - анионами (например, SO4 ). Таким образом, в водных растворах кислот, щелочей или солей происхо-

происходить процесс, похожий на процесс, протекающий в гальванической

ванне).

На коррозию оказывают влияние характер среды, в которой находится металл, и электрохимические свойства самого металла. Электрохимиче­ ский потенциал на металле возникает тотчас, как только он попадает в жидкую электропроводящую среду, которой может быть водный раствор солей, щелочей, кислот. Для оценки электрохимических свойств металла пользуются электродными потенциалами, последовательно расположен­ ными в ряду электрохимических напряжений (табл. 5) в котором эти на­ пряжения измерены относительно водорода, а его потенциал принят рав­ ным нулю.

Каждые два металла образуют пару, которая обладает электродви­ жущей стой. Поскольку эта сила равна разности электродных потенциа­ лов, то она тем больше, чем дальше в ряду электрохимических напряжений стоят друг от друга взятые металлы. Например, у пары «медь Си - железо Fe» разность потенциалов равна 0,34 - (-0,44) = 0,78, а у пары «железо Feцинк Zn» соответственно - 0,44 - (-0,76) = 0,32. Следовательно, кор­ розия в первом случае будет протекать интенсивнее, чем во втором, при­ мерно в два с лишним раза. Причем в первом случае разрушается железо Fe, а во втором случае цинк Zn. В паре «металл + металл» металл с более электроотрицательным потенциалом становится растворимым и на­ чинает корродировать. Выбор металлического покрытия гальваническим способом производится с учетом величин потенциалов металла-покрытия иосновного металла (табл. 5, 6 ).

Таблица 5

Электродные потенциалы металлов

Равномерная коррозия протекает тогда, когда электродные потенциа­ лы зерен металла мало разнятся между собой или практически одинаковы.

Это характерно для металлов, на поверхности которых образуется ш пленка, затрудняющая развитие коррозии от поверхности внутрь MI (происходит пассивация поверхности).

Таб. Допустимые и недопустимые контакты между металлами

в жестких условиях эксплуатации

Условные обозначения: # - коррозия отсутствует; •. - слабая коррозия; + чителъная коррозия.____________________________________________________

Внутрикристаллитная (интеркристаллитная) коррозия возни] сплавах, в которых кристаллы имеют неоднородные состав и стр> Их разные электрохимические потенциалы ведут к развитию корроз торая может усугубляться примесями, способствующими коррозии.

верхности кристаллов, образующих межзерновые границы, потенциал меньше, чем в центральной части металла. В этом случае возможна корро­ зия периферийных кристаллов (вблизи межзерновых границ). По этой при­ чине постепенно снижаются прочностные и пластические характеристики металлов и изделий из них. Для такой коррозии не требуется электролита для ее инициирования; она наиболее опасна, практически неконтролируе­ ма и приводит к постепенному разрушению металлоизделий.

Местная коррозия наблюдается у металлов, имеющих зерна (кристал­ литы) с разными электрохимическими потенциалами. Многие сплавы имеют неоднородную кристаллическую структуру из-за наличия в них разных металлов, а также примесей. Они представляют как бы многоэлек­ тродный элемент. Кристаллиты, обладая разными электрохимическими потенциалами, при контакте с влагой, которая, попадая на их поверхность, образует электролит, начинают корродировать с поверхности в локальных местах. Развиваясь, коррозия постепенно распространяется в глубину ме­ талла, разрушая его. Все металлы, в том числе чистые, в своем составе иногда имеют примеси, способствующие коррозии (например, сера в желе­ зе). Влага на их поверхности инициирует коррозию. Чистые металлы и од­ нофазные сплавы значительно лучше сопротивляются коррозии. Напри­ мер, практически не корродируют аустенитные стали, которые так и назы­ ваются нержавеющими. Чистое железо не корродирует даже во влажной атмосфере.

Благодаря коррозии теряются большие массы металлов. Оценивается, что потери от коррозии достигают 40 % от их производства. Корродируют как черные, так и цветные металлы. Коррозия опасна, ибо она может быть причиной разрушения металлоизделий в ходе их эксплуатации. Они теря­ ют прочность и надежность, снижается их долговечность, а также наруша­ ется их эстетический вид.

Количественно коррозионная стойкость оценивается потерей мате­ риала в год (уменьшением толщины пластины, мм/год) или потерей массы (г/м ч). Существует 1 0 -балльная шкала оценки коррозионной стойкости (табл. 7). Коррозионно-стойки материалы те, у которых балл < 5. К ним относятся керамические материалы, стекла, нержавеющие стали, сплавы титана, многие пластмассы и др. Высокой коррозионной стойкостью обла­ дают некоторые чистые металлы (медь, железо, никель, серебро, золото, платина и др.). Нержавеющие стали получают легированием сплавов «же­ лезо - углерод» хромом, никелем и другими элементами.

Для предупреждения коррозии принимаются меры защиты металло­ изделий, которые сводятся к трем видам: рациональное конструирование металлоизделий; устранение возможностей коррозии при производстве из­ делий, их хранении и транспортировке; технологические методы защиты от коррозии.

сварке, часто имеют кислую реакцию и разъедают металлы. По своей при­ роде паяный или сварной шов, контактируя с основным металлом, пред­ ставляет собой гальванопару, а флюсы часто образуют электролиты. Очень важно тщательно очищать места пайки и сварки от остатков флюса, ибо в противном случае появление коррозии неизбежно. Устранение возможно­ стей развития коррозии при хранении и транспортировке металлоизделий также связано с соответствующими технологическими процессами.

Лучше противостоят коррозии полированные поверхности. Поэтому по окончании изготовления изделий на таких поверхностных не должно быть царапин, трещин и других дефектов.

При транспортировке и хранении металлоизделий следует принимать меры к непопаданию на них влаги. Для этого применяют различные за­ щитные смазки, имеющие нейтральную реакцию (не содержащие свобод­ ных ионов кислого характера). Металлоизделия, склонные к коррозии, ре­ комендуется хранить в сухих помещениях и транспортировать во влагоне­ проницаемой таре.

Технологические методы защиты от коррозии являются наиболее на­ дежными, при этом они могут выполнять одновременно задачу повышения эстетических свойств изделия. Среди таких технологических методов главными являются:

-легирование сплавов с целью получения их нержавеющими;

-оксидирование - получение искусственным путем пассивирующих окисных пленок на поверхностях металлоизделий;

-металлические или неметаллические покрытия - нанесение на по­ верхности металлоизделий тем или иным способом прочно сцепляющихся

споверхностью изделия пленок из коррозионно-стойких металлов или других веществ (например, нитрида титана); к таким способам относятся хромирование, никелирование, золочение и т.д.;

-лакокрасочные покрытия, изолирующие поверхности металлоизде­ лий от внешней среды и препятствующие появлению на них коррозии (по­ крытия лаками, красками и др.).

Коррозии подвержены не только металлы, но и многие неметалличе­ ские материалы. Достаточно хорошо изучены процессы коррозии природ­ ных каменных материалов. Совокупное действие различных видов корро­ зии горных пород и минералов приводит к выветриванию - одному из важ­ нейших геологических процессов. Менее изучены процессы коррозии ис­ кусственных каменных материалов - бетона, стекла, керамики, в том числе кирпича.