ГЛАВА 7. СОВМЕСТИМОСТЬ И КОРРОЗИЯ МАТЕРИАЛОВ

ними отсутствует или они взаимодействуют с допустимой скоростью, не изменяя заметно свой состав, структуру и свойства. Суждение о совместимости можно составить из анализа диаграмм состояний бинарных систем (рис. 7.1).

а б в

Рис. 7.1. Равновесные диаграммы состояний бинарных систем сплавов: а – компоненты системы не взаимодействуют ни в жидком, ни в твердом состояниях; б – компоненты системы образуют непрерывный ряд твердых растворов; в – система с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге и эвтектикой

Как видно из рис. 7.1,а компоненты никак не взаимодействуют ни в жидком, ни в твердом состояниях. Эти металлы совместимы. Металлы, диаграммы которых представлены на рис. 7.1,б, в, при комнатных и невысоких температурах могут быть совместимы, так как степень их взаимодействия при этом невысока. Высокие температуры повышают их химическую активность, усиливающую взаимодействие, что приводит к их несовместимости.

Определенное влияние на характер и скорость физикохимического взаимодействия оказывают содержащиеся в контактирующих материалах и окружающей среде примеси (чаще всего газовые), допустимые содержания которых необходимо установливать заранее.

Взаимодействие материалов со средой имеет химическую, электрохимическую, физико-химическую и физическую природу. Химическим взаимодействием является окисление металлов в газовой среде и в сухом паре (без конденсации влаги на поверхности металла), т.е. образование оксидов, гидридов, нитридов, карбидов и других химических соединений. При контакте металлов и сплавов с влажным воздухом и водой возникает электрохимическая коррозия. Физико-химическое взаимодействие имеет место при раство-

446

рении металлов и сплавов в жидких металлах. Разрушение поверхности металла под действием быстро движущейся среды (кавитации) может быть примером физического взаимодействия. Указанные процессы развиваются на границе раздела материал–среда и приводят к коррозионному разрушению поверхностного слоя эксплуатируемых изделий, изменению их состава, структуры и свойств.

7.1.2.Коррозия. Основные понятия и определения

Всвете современных представлений коррозию рассматривают как самопроизвольное поверхностное разрушение металлических материалов вследствие физико-химического взаимодействия их с компонентами окружающей среды.

Всистеме международной стандартизации это понятие рассматривается как физико-химическое взаимодействие между металлом

исредой, в результате которого изменяются свойства и часто происходит ухудшение функциональных характеристик металла, среды или включающей их технической системы. Процесс коррозии представляют как эволюцию термодинамической системы, состоящей из металла и жидкой и/или газообразной среды. Изменение в любой части коррозионной системы, вызванное взаимодействием компонентов системы, называется коррозионным эффектом.

Металлическое состояние практически всех металлов (кроме некоторых благородных) является неустойчивым, и при взаимо-

действии с окислительным компонентом (О2, СО, SO2, Cl и др.) окружающей среды они переходят в более устойчивое окисленное состояние. Реакция окисления металла сопровождается потерей металлом электронов и образованием новых веществ – продуктов коррозии, состоящих из оксидов, гидроксидов, солей и других соединений корродирующего элемента. Видимые продукты атмосферной коррозии сплавов железа, состоящие в основном из гидратированных оксидов, называют ржавчиной, а продукты газовой коррозии – окалиной.

Цветные металлы не ржавеют, а корродируют. Неметаллические материалы, например пластмассы, могут набухать или трескаться,

447

дерево – расслаиваться или гнить, а бетон крошиться. К таким материалам, подвергающимся воздействию внешних эксплуатационных факторов, в том числе и действию микроорганизмов, приме-

няют термин старение, или деструкция.

Количество металла, превращенного в продукты коррозии за определенное время, относят к коррозионным потерям. Коррозионные потери массы металла с единицы поверхности или толщина прокорродировавшего слоя металла в единицу времени характери-

зуют скорость коррозии.

В некоторых случаях химическое взаимодействие металла и среды сопровождается физическим разрушением в результате механического повреждения от истирания или ударов частиц среды (например, теплоносителя). Такое разрушение называется коррози-

онной эрозией, или коррозионным износом. Разрушения могут вы-

зываться и другими процессами, такими как проникновение в металл водорода, приводящего к водородному охрупчиванию, или взаимодействие его с легкоплавким металлом.

Эффект повреждений, связанный с потерями механической прочности металла, называют коррозионным разрушением, а продвижение повреждений в глубину материала в единицу времени –

скоростью проникновения коррозии.

Таблица 7.1

Оценка коррозионной стойкости при равномерной коррозии

(по ГОСТ 13819-68)