2 Коррозия некоторых металлов и сплавов в растворах
2.1 Коррозия железа
Стандартный электродный потенциал железа 0Fe2+/ Fe = -0,44 В и 0Fe3+/Fe = -0,037 В. Поэтому при коррозии в раствор переходят ионы Fe2+.
В водопроводной воде в присутствии кислорода воздуха стационарный потенциал железа Fe = -0,40 В, а в 3 %-ном растворе хлорида натрия достигает значения до Fe = -0,50 В. Поэтому железо может коррозировать с кислородной и с водородной деполяризацией.
При повышении концентрации кислорода в воде скорость кор-розии железа (малоуглеродистых сталей) сначала увеличивается, достигая максимума при содержании кислорода 16 см3/л, а затем уменьшается. Это связано с пассивацией железа кислородом из-за образования адсорбционной пассивной или оксидной плёнки.
В нейтральных растворах хлоридов и сульфатов с повышением концентрации соли скорость коррозии железа возрастает, а затем несколько уменьшается. Максимальная коррозия в 3 %-ном растворе NaCl, что связано с увеличением содержания ионов Cl и уменьшением растворимости кислорода. При малой концентрации NaCl сказывается эффект активации анодного процесса ионами Cl, а при большой ─ уменьшением растворимости кислорода.
В присутствии
анионов
,
и др. скорость коррозии железа понижается
и может быть сведена к нулю. Ингибирующее
действие этих анионов связано с
торможением анодного процесса.
На коррозию железа влияет рН раствора. В кислых средах при повышении рН до 4 скорость коррозии закономерно уменьшается, а при рН = 4…9,5 ─ остается постоянной из-за коррозии с кислородной деполяризацией. При этом образуется гидроксид железа (II), насы-щенный раствор которого имеет рН = 9,5. При рН 9,5 у пограничного слоя раствора рН также увеличивается, в результате железо пассивируется и скорость коррозии уменьшается.
При большой
концентрации щелочи и повышенной
температуре скорость коррозии железа
увеличивается. Процесс протекает с
образованием аниона диоксоферрата (II)
и выделением водорода.
В неокислительных кислотах соляной, разбавленной серной и др. коррозия железа происходит с водородной деполяризацией.
При повышении концентрации H2SO4 скорость коррозии железа сначала увеличивается и достигает максимума в 50 %-ном водном растворе, а затем уменьшается. В 70─100 %-ных растворах H2SO4 железо пассивируется и коррозия не происходит. На его поверхности образуется плотная плёнка сернокислого железа FeSO4.
В соляной кислоте при увеличении её концентрации скорость коррозии железа повышается. Следует отметить, что в растворе соляной кислоты скорость коррозии железа меньше, чем в растворе серной кислоты той же концентрации.
При повышении концентрации азотной кислоты скорость кор-розии железа сначала повышается, а затем уменьшается, и при содержании около 50 % HNO3 железо пассивируется.
Введение в раствор серной кислоты анионов Cl , Br, I приводит к уменьшению скорости коррозии из-за их адсорбции на поверхности железа. При этом тормозятся катодный и анодный процессы.
2.2 Коррозия нержавеющих сталей
Высокой коррозионной стойкостью обладают высоколегиро-ванные стали с большим содержанием Cr, Ni, Si. Эти легирующие элементы облегчают переход сталей в пассивное состояние. Наибольшее применение получили хромистые и хромоникелевые аустенитные нержавеющие стали.
Высокохромистые стали. В речной воде, атмосфере, разбавленной азотной кислоте при комнатной температуре стали с небольшим содержанием Cr находятся в активном состоянии. При увеличении содержания Cr до 12 %, что соответствует правилу Таммана n/8, хромистая сталь в указанных средах переходит в пассивное состояние: электродный потенциал резко облагораживается, а скорость коррозии падает. При повышении содержания Cr способность к пассивации усиливается.
В неокислительных кислотах ─ соляной, разбавленной серной ─ при увеличении содержания Cr скорость коррозии стали увели-чивается.
На коррозионную стойкость хромистых сталей влияет термообработка. Закалка повышает коррозионную стойкость, а отпуск ─ понижает. Чем выше температура отпуска, тем ниже коррозионная устойчивость.
Типичные представители хромистых нержавеющих сталей: 12Х13, 30Х13, 20Х13, 40Х13, 12Х17, 12Х18, 15Х28, 15Х25 и др.
Н.Д. Томашов с сотрудниками показали, что небольшие присадки благородных металлов (Pd, Pt), способствуют переходу сталей 15Х25, 15Х28 и др. в пассивное состояние и в неокислительных кислотах ─ HСl и разбавленной H2SO4 при комнатной и повышенных температурах.
Хромоникелевые аустенитные стали. Введение Ni в хромистые стали улучшает их механические свойства и несколько повышает коррозионную стойкость в неокислительных и слабокислотных сре-дах. Хромоникелевые стали устойчивы в растворах с концентрацией меньше 65 %-ной HNO3 при комнатной температуре; при кипении в концентрированной кислоте стали имеют низкую коррозионную стойкость из-за наступления перепассивации. В слабых кислотах, например, борной, лимонной, пикриновой, молочной и др., стали имеют высокую коррозионную стойкость. Хромоникелевые стали корродируют в соляной, разбавленной серной, ледяной уксусной кислоте при кипении, сернистой кислоте, а также в кипящих растворах щавелевой и муравьиной кислот.
Большой недостаток нержавеющих сталей ─ их склонность в определенных условиях к межкристаллитной, точечной, щелевой коррозии и коррозионному растрескиванию.
Наибольшее применение в промышленности находят хромоникелевые стали Х18Н9, 12Х18Н9, Х18Н10. Для уменьшения склонности хромоникелевых сталей типа 12Х18Н9 к межкристаллитной коррозии рекомендуется легирование карбидообразующими элементами: титаном, ниобием, танталом, которые обладают большим сродством к углероду, чем хром, например стали Х18Н10Т.