3.2 Хімічна корозія

Хімічна корозія спостерігається при дії сухих газів і рідких неелектролітів на метали, а також при дії електролітів на неметали. Найчастіше зустрічається її різновид – газова корозія, яка виникає при дії хімічно активних газів на метали при підвищеному тиску і температурах.

Поверхня металу завжди вкрита плівкою оксидів, що утворюються за реакцією:

Якщо парціальний тиск кисню в газі більше рівноважного, то реакція протікає у бік утворення оксиду. Підвищення температури, як правило, збільшує швидкість окислення металу. У багатьох випадках оксидна плівка володіє захисними властивостями. Товщина такої плівки залежить від умов її утворення і властивостей металу, вона може змінюватися від 1,5 нм до десятих міліметра. Гарними захисними властивостями володіють щільні оксидні плівки, що міцно зчіплюються з металом, не взаємодіють з агресивним середовищем, за умови, якщо температурні коефіцієнти розширення плівки оксиду і металу близькі між собою. Швидкість газової корозії заліза і сплавів на його основі може бути істотно зменшена при введенні в поверхневий шар А1 (алітування), Сr (хромування) або Si (силіціювання).

Різні метали істотно відрізняються своєю стійкістю до дії агресивних газів. Вуглецеві сталі при підвищених температурах втрачають карбон внаслідок протікання наступних реакцій:

При підвищеному тиску і температурах зв’язування карбону за рахунок гідрування може відбуватися так звана воднева корозія:

.

Зменшення вмісту вуглецю призводить до погіршення механічної міцності та зниження межі стійкості металу, що особливо важливо при змінних навантаженнях. Стійкість до водневої корозії збільшується при введенні Cr, Ti, Мо-пермалой, V, оскільки ці метали утворюють карбіди, що є стійкими до водню. Хромисті сталі стійкі до дії водню при вмісті хрому понад 8,4 %.

Різновидом газової корозії є карбонільна корозія – руйнування металів при дії на них оксиду вуглецю унаслідок утворення карбонілів:

Цей процес спостерігається при високому тиску і невисоких температурах. З підвищенням тиску швидкість утворення карбоніла заліза збільшується, а при зміні температури вона проходить через максимум, що спостерігається при 200 °С.

Вуглецева сталь Ст20 і низьколегована сталь 30ХМА малостійкі до карбонільної корозії. Леговані сталі піддаються корозії в незначному ступені, стійкість їх зростає із збільшенням вмісту легуючих елементів. Добре стійкі в середовищі оксиду вуглецю мідь і сплави на її основі (бронза, латунь). Алюміній практично не піддається карбонільній корозії.

Сполуки сульфуру (SО₂, H₂S) і пара сірки при підвищених температурах викликають корозію багатьох матеріалів, особливо небезпечний в цьому відношенні сірководень. Звичайні вуглецеві стали вже при 300 °С піддаються сильній газовій корозії в атмосфері сірководню. Легування сталі хромом при його вмісті не менше 12 % збільшує корозійну стійкість сталі. Нікель і сталі, що леговані нікелем, малостійкі в атмосфері сірководню і сірчистого газу при температурах вище 600 °С в результаті утворення сульфідів нікелю, які порушують структуру металу.

Алюміній цілком стійкий в атмосфері сірчистих з'єднань. Введення його в сталі (не менше 4 %) підвищує їх стійкість до сірчистих з'єднань. Стійкість сталей до газової корозії помітно збільшується при введенні в них силіцію.

Помічена підвищена стійкість деяких матеріалів до дії вологого хлору або вологого хлориду водню: вуглецеві сталі можуть застосовуватися до 430 °С, високою стійкістю у вказаних середовищах володіють титан і тантал, а також їх сплави.

Високою корозійною активністю володіють фтор, фторид водню і пари гексафторсиліцієвої кислоти. Багато металів і сплавів (Al, Fe, Ti, Zn) нестійкі в даних газових середовищах. Доброю або задовільною стійкістю до дії пари F₂ і HF при температурах до 300-400 °С володіють нікель, монель і мідь, а в середовищі пари H₂SiF₆ при 100 °С – середньолеговані стали 12Х18Н9Т і 10Х17Н13М3Т.

Хімічна корозія – типовий гетерогенний процес. Зазвичай її швидкість виражається на одиницю поверхні і має розмірність грам на квадратний метр в годину (г/м²·рік). Швидкість руйнування матеріалу частіше гальмується дифузійними стадіями і порядок реакції рівний одиниці:

Залежність швидкості корозії від температури виражається рівнянням Ареніуса.

Важливе значення має стійкість металів і сплавів до дії кисню або кисневмісних газових сумішей. Жаростійкість (окалиностійкість) визначається швидкістю утворення окалини, тобто кількістю оксидів, що утворюються в одиницю часу на одиницю поверхні металу. Підвищення температури викликає експоненціальне зростання швидкості окислення металу відповідно до рівняння Ареніуса. Високою жаростійкістю володіють Ni, Cr, Ti, Сі, А1 і сплави на їх основі.

Таблиця 2. Граничні температури застосування металів

Метал	Al	Ni	Ti	Сu	Рb	08Х18Н10Т	15Х25Н20ГС	Х30Ю5
Т, °С	400	700	500	400	150	900	900	1100

Жаростійкість сплавів на залізній основі підвищується при введенні Ni, Cr, Al, Si.

Підвищення температури значно зменшує міцність металу. Більшість металів володіє низькою жароміцністю, тобто вони не здатні витримувати тривалі механічні навантаження при підвищених температурах [8,9].