максимум температуры плавления. При этом интерметаллиды могут образовывать эвтектики с чистыми металлами или с другими интерметаллидами.

Фаза. Фазовая диаграмма. Эвтектическая точка

1.Опишите, что будет происходить при охлаждении сплава олова с цинком в соотношении 50 : 50 по массе (рис. 54).

2.Какая масса цинка может раствориться в 1 г расплавленного олова при температуре 240 °С?

3.Какова температура плавления интерметаллида CaMg2?

4.Какие фазы кристаллизуются при охлаждении сплава, содержащего магний

икальций в соотношении 85 : 15 по массе?

5.Какова минимальная температура, при которой сплав магния с кальцием может быть жидким? Какому составу сплава она отвечает?

6.При каких условиях существуют кристаллы CaMg2 в жидкой фазе?

Яумею пользоваться фазовыми диаграммами для определения состава

сплава при определённой температуре

Практическая работа 19. Получение и исследование сплавов

Оборудование. Портативная газовая горелка (для сплава цинк—алюминий можно обойтись спиртовкой), штатив с лапкой и муфтой, железная ложка, весы, стакан для взвешивания, железная проволока, бинокуляр, железный скальпель. Можно использовать небольшие гипсовые формочки.

Реактивы. Олово, цинк, алюминий (всё в гранулах).

Задача — получить сплавы олово—цинк в разном соотношении. Наблюдать процесс их кристаллизации. Изучить в бинокуляр поверхность полученных сплавов и сравнить их твёрдость.

Справочные данные. Фазовая диаграмма системы цинк—олово приведена на рисунке 54. Из сплавов с оловом цинк кристаллизуется в виде игольчатых кристаллов, которые тем длиннее, чем медленнее идёт кристаллизация. Эти иглы заметно упрочняют сплав.

Ход работы. Выберите состав сплава, который будете готовить. Рассчитайте массу компонентов на 10 г сплава.

274

Влапке штатива горизонтально закрепите железную ложку за черенок. Отвесьте необходимые массы компонентов и положите их в ложку. Нагревайте ложку как можно более сильным пламенем (при использовании портативной газовой горелки лучше нагревать сверху). Когда металлы начнут плавиться, аккуратно перемешивайте их железной проволокой. После того как они полностью расплавятся, вылейте их в гипсовую форму или оставьте кристаллизоваться в ложке.

Остывший металл изучите в бинокуляр. Сравните свой сплав со сплавами, полученными вашими одноклассниками. Попробуйте поцарапать металл скальпелем и сравните результат с результатами ваших одноклассников. Сделайте выводы относительно зависимости свойств сплава от состава.

Вотчёт о работе представить рисунок микроскопического строения слава и сформулировать вывод.

Яумею получать сплав олово—цинк.

275

§ 55 Коррозия металлов

•Какой металл активнее: железо или цинк?

•Какой из распространённых металлов пассивируется?

Практически каждый неоднократно наблюдал ржавчину на поверхности железных изделий (рис. 56) или зелёный налёт (патину´ ) — на поверхности

медных (рис. 57). Это результат химического взаимодействия металлов с компонентами окружающей среды, в первую очередь с кислородом, водой и углекислым газом.

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА — это химическое взаимодействие металла с ком- понентами окружающей среды ухудшающее свойства металлических из- делий.

Коррозии подвержены многие металлы, в том числе и основа современной техники — железо, алюминий и медь.

Какие металлы подвержены коррозии в щелочных средах?

Коррозия — настоящий бич современной цивилизации. Она разъедает корпуса судов и автомобилей, ограничивая срок их службы; окисляет электрические контакты, увеличивая сопротивление в них; подтачивает строи-

276

тельные конструкции, делая их менее надёжными. Часто достаточно разрушения одного небольшого участка изделия, чтобы его нельзя было использовать по назначению. Ежегодные мировые потери от коррозии составляют около 3 % валового мирового продукта.

Ржавление железа — результат реакции железа с кислородом воздуха в присутствии влаги:

3Fe + 2O2 = 2Fe3O4

В процессе коррозии меди участвует ещё и углекислый газ: 2Cu + O2 + H2O + CO2 = (CuOH)2CO3

В связи с этим коррозия усиливается в присутствии влаги и кислорода воздуха.

Разные металлы по-разному подвержены коррозии. В целом, чем менее активен металл, тем меньше он корродирует. Так, золото не корродирует вообще. Даже попав в землю, оно может лежать там веками, в то время как медные или железные изделия разрушаются за несколько десятков лет. Однако бывают парадоксальные ситуации: некоторые достаточно активные металлы (алюминий, хром, никель) оказываются мало подверженными коррозии! Их спасает тонкая, но прочная плёнка оксидов или карбонатов, которая образуется довольно быстро, но изолирует металл от дальнейшего контакта с водой и кислородом.

Подвержены коррозии: железо, медь.

Мало подвержены коррозии: алюминий, цинк.

Почти не подвержены коррозии: титан, ванадий, хром, никель, кобальт, молибден.

Вообще не подвержены коррозии: серебро, золото, платина.

Поскольку коррозия — окислительно-восстановительный процесс, то есть связана с переносом электронов, она ускоряется в присутствии подвижных зарядов, в частности растворов электролитов.

Коррозия также усиливается, если на металле наведён положительный электрический заряд. Это происходит либо в паре с менее активным металлом, который перетягивает на себя часть электронов, либо если соединить металл с положительным полюсом источника тока. Соответственно коррозия металла усиливается, если он соединён с менее активным металлом или с положительным полюсом источника тока и ослабляется в обратных случаях.

Почему в автомобилях замыкают на корпус отрицательную клемму аккумулятора, а не положительную?

277

Кроме того, коррозия усиливается на дефектах поверхности. Любое вещество на сколах, острых углах, царапинах, трещинах всегда более активно химически, чем на гладкой поверхности. Из-за того, что в местах наибольших нагрузок возникает больше всего дефектов поверхности, под механической нагрузкой коррозия усиливается.

Итак, коррозия металла усиливается в следующих ситуациях:

•в присутствии влаги;

•в присутствии растворов электролитов;

•если металл находится в контакте с менее активным металлом;

•на дефектах поверхности: изломах, сколах, углах и т. д.;

•в местах нагрузок.

Способы защиты от коррозии. Способы защиты металлов от коррозии делят на пассивные (покраска или лакировка) и активные (покрытие активными металлами).

Простейший способ борьбы с коррозией — изолировать материал от воды и воздуха. Для этого поверхность материала покрывают эмалью, лаками или красками. Однако лакокрасочные покрытия непрочные, а их повреждение приводит к коррозии в повреждённом месте. Кроме того, лаки и краски плохо ложатся на металлическую поверхность: её приходится специально обрабатывать и использовать сложные технологии нанесения покрытий, что делает эту процедуру весьма трудоёмкой. Более прочны эмалированные покрытия, которые получают, покрывая металлическое изделие специальной глазурью и обжигая его.

Для борьбы с коррозией можно использовать специальные материалы, не подверженные коррозии. Например, везде, где можно, сталь заменяют нержавеющими сплавами, пластмассой или керамикой. Однако далеко не всегда удаётся подобрать некорродирующий материал с нужными свойствами. Например, из пластмассы нельзя делать детали, подвергающиеся действию высоких температур, из керамики — подвергающиеся ударным нагрузкам. Замена стали нержавеющими сплавами сильно удорожает изделие, к тому же коррозия обычно происходит с поверхности, а дорогой сплав приходится использовать во всём объёме изделия.

Чтобы сэкономить материал, используют разные коррозионностойкие покрытия. Например, сталь хромируют или никелируют, т. е. покрывают слоем хрома или никеля. Чаще всего сталь покрывают слоем цинка. Дело в том, что цинк активнее железа, и при их контакте окисляется цинк, а железо остаётся неизменным. При этом цинк покрывается плёнкой оснóвного карбоната, который препятствует дальнейшему разрушению.

Небольшое повреждение цинкового покрытия не приводит к коррозии железа, так как другие порции цинка по-прежнему находятся с ним в контакте.

278

Иногда на поверхности металла целенаправленно создают оксидную плёнку, причём подбирают условия так, чтобы она была как можно прочнее. Это обычно делают при помощи электрического тока, погружая металлическое изделие в электролит и используя это изделие как анод. Такой способ защиты называют анодированием. Часто толщина образующейся

плёнки оказывается сравнимой с длиной волны видимого света. Тогда плёнка может придать изделию окраску.

Электричество может защищать металлы само по себе. Так, если подать на металл отрицательный электрический заряд (катодная защита), пре-

вращение металла в положительные ионы будет затруднено. Однако такой способ энергозатратен, так как через металл начинает течь ток. Есть металлы, которые в некоторых средах пассивируются, если подать на них положительный заряд (анодная защита). В этом случае ток практически не идёт.

Такой способ гораздо менее энергозатратен, однако менее универсален. Кроме химических способов защиты от коррозии, существуют инже-

нерные. Поскольку более всего коррозии подвержены участки с максимальной нагрузкой, при разработке изделий нагрузку на них следует распределять равномерно.

Коррозия. Анодирование. Анодная защита. Катодная защита

1.Перечислите ситуации, в которых коррозия наносит вред.

2.Чем следует покрывать железную кровлю для защиты от коррозии: медью или цинком?

3.Почему цинк плохо корродирует, хотя является активным металлом?

4.Почему железо хромируют или никелируют довольно часто, а алюминий — никогда?

5.Ознакомившись с текстом параграфа, заполните таблицу.

6. Домашний эксперимент. 1) Возьмите четыре куска медной проволоки (без

изоляции), четыре самые дешёвые железные скрепки и два пластиковых или стеклянных стаканчика. На дно стаканчиков налейте немного воды. В один из них насыпьте половину чайной ложки соли и растворите её.

В оба стаканчика поместите по одной скрепке и по одному куску медной проволоки так, чтобы они друг друга не касались. Оставшиеся два куска медной проволоки закрепите в скрепках (одна скрепка — один кусок проволоки). То, что получилось, тоже разложите по стаканчикам. Оставьте стаканчики где-нибудь на одни сутки.

279