Понятие о коррозии металлов

Можно определить коррозию как разрушение металлов и сплавов вследствие химического (или электрохимического) воздействия внешней среды.

Коррозионное разрушение металлов обладает следующими характерными особенностями:

1. Разрушение всегда начинается с поверхности металла и более или менее быстро продвигается вглубь металла;

2. Разрушение часто, хотя и не всегда, сопровождается изменением внешнего вида металла.

Следует различать коррозию и эррозию. Эррозия - поверхностное механическое разрушение металла. Например, трущиеся детали машин или поверхность металла после механической шлифовки.

Чрезвычайно важным обстоятельсством является то, что понятия коррозия и коррозионная стойкость не могут иметь абсолютного значения. Металл, корродирующий в  одних условиях, может быть коррозионно стоёким в других. Таким образом, количественная и качественная оценка коррозионной стойкости имеет относительное значение и действительна только в применении к определённым условиям внешней среды.

 

Все коррозионные явления можно разделить на 2 больших класса:

1. Химическая коррозия - процесс, при котором разрушение металла протекает как реакция химического взаимодействия металла с агентами внешней среды: жидкостями или газами;

2. Электрохимическая коррозия - процесс, при котором разрушение металла сопровождается переносом электричества, т.е. протеканием электрического тока от одной части металла к другой.

 

Межкристаллитная коррозия - разновидность электрохимической коррозии, сопровождаемая обеднением зерен металла атомами какого-либо элемента, с одновременным выделением этого элемента по границам зерен с образованием интерметаллических соединений или карбидов.

В частности, для нержавеющих сталей такой вид коррозии характерен обеднением тела зерна атомами хрома (Cr) и выделением их по границам зёрен с образованием карбидов хрома Cr₆C₂₃. В результате наблюдается значительная разница потенциалов между границей зерна (анодом) и его телом (катодом), что приведет к возникновению  электрического тока внутри зерна от границы к центру зерна и к интенсивной коррозии границы зерна.

Борьба с межкристаллитной коррозией для нержавеющих сталей может производиться двумя способами:

1. Снижение количества углерода в составе стали для снижения возможности образования карбидов по границам зёрен;

2. Добавление химически активных элементов (титан, ниобий) для связывания углерода внутри зёрен и  препятствования образованию карбидов.

9)Металічний зв’язок , фізичні і хімічні властивості металів.

Металічний зв’язок — це зв’язок між позитивними йонами металів, що знаходяться у вузлах кристалічних ґраток, який здійснюється за рахунок електронів, що вільно переміщаються по кристалу. При утворенні металічного зв’язку атоми зближуються, валентні орбіталі сусідніх атомів перекриваються, завдяки чому електрони зовнішніх рівнів усіх атомів можуть вільно переміщатися по всьому зразку металу, здійснюючизв’язок між усіма атомами кристала металу. Металічний зв’язок характерний для металів у твердому та рідкому станах, у газоподібному стані зв’язки ковалентні.  Металічний зв’язок зумовлює властивості металів.

Фізичні властивості. До фізичних властивостей металів відносять колір, щільність, температуру плавлення, теплопровідність, теплове розширення, теплоємність, електропровідність, магнітні властивості та ін 

Кольором називають здатність металів відображати світлове випромінювання з певною довжиною хвилі. Наприклад, мідь має рожево-червоний колір, алюміній - сріблясто-білий.

  Щільність металу характеризується його масою, укладеної в одиниці об'єму. За щільністю всі метали ділять на легкі (менше 4500 кг / м ³⁾ і важкі. Щільність має велике значення при створенні різних виробів. Наприклад, в літако-та ракетобудуванні прагнуть використовувати більш легкі метали і сплави (алюмінієві, магнієві, титанові), що сприяє зниженню маси виробів.  Температурою плавлення називають температуру, при якій метал переходить з твердого стану в рідкий. По температурі плавлення розрізняють тугоплавкі метали (вольфрам 3416 ° С, тантал 2950 ° С, титан 1725 ° С. та ін) V легкоплавкі (олово 232 ° С, свинець 327 ° С, цинк 419,5 ° С, алюміній 660 ° С ). Температура плавлення має велике значення при виборі металів для виготовлення литих виробів, зварних та паяних з'єднань, термоелектричних приладів та інших виробів. В одиницях СІ температуру плавлення виражають в градусах Кельвіна (К). 

Теплопровідністю називають, здатність металів передавати тепло від більш нагрітих до менш нагрітих ділянок тіла. Срібло. мідь, алюміній володіють великою теплопровідністю. Залізо має теплопровідність приблизно в три рази менше, ніж алюміній, і в п'ять разів менше, ніж мідь. Теплопровідність має велике значення при виборі матеріалу для деталей. Наприклад, якщо метал погано проводить тепло, то при нагріванні і швидкому охолодженні (термічна обробка, зварювання) у ньому утворюються тріщини. Деякі деталі машин (поршні двигунів, лопатки турбін) повинні бути виготовлені з матеріалів з хорошою тeплопpoводностью. В одиницях СІ теплопровідність має розмірність Вт / (м * К).  Тепловим розширенням називають здатність металів збільшуватися в розмірах при нагріванні і зменшуватися при охолодженні. Теплове розширення характеризується коефіцієнтом лінійного розширення α = (l _{2-l 1)} [l ₁ (t ₂ - t _1)], де l ₁ і l ₂ довжини тіла при температурах t ₁ і t _2. Коефіцієнт об'ємного розширення дорівнює 3 α. Теплові розширення повинні враховуватися при зварюванні, упакування і гарячого об'ємного штампування, виготовленні ливарних форм, штампів, прокатних валків, калібрів, виконанні точних з'єднань і збірці приладів, при будівництві мостових ферм, укладанні залізничних рейок. 

Теплоємністю називають здатність металу при нагріванні поглинати певну кількість тепла. В одиницях СІ має розмірність Дж / К. Теплоємність різних металів порівнюють по величині питомої теплоємності - кількості тепла, висловленим у великих калоріях, яке потрібно для підвищення температури 1 кг металу на 1 ° С (в одиницях СІ - Дж / (кг.К).  Здатність металів проводити електричний струм оцінюють двома взаємно протилежними характеристиками - електропровідністю і електроопору. Електричнапровідність оцінюється в системі СІ в Сіменса (См), а питома електропровідність - у См / м, аналогічно електроопір виражають у омах (Ом), а питомий електроопір - у Ом / м. Хороша електропровідність необхідна, наприклад, для струмоведучих проводів (мідь, алюміній). При виготовленні електронагрівачів приладів і печей необхідні сплави з високим електроопору (ніхром, константан, манганін). З підвищенням температури металу його електропровідність зменшується, а зі зниженням - збільшується. 

Магнітні властивості характеризуються абсолютною магнітною проникністю або магнітної постійною, тобто здатністю металів намагнічуватися. В одиницях СІмагнітна постійна має розмірність Гн / м. Високими магнітними властивостями володіють залізо, нікель, кобальт і їхні сплави, звані феромагнітними. Матеріали з магнітними властивостями застосовують в електротехнічній апаратурі і для виготовлення магнітів. 

Хімічні властивості. Хімічні властивості характеризують здатність металів і сплавів чинити опір окисленню або вступати в з'єднання з різними речовинами: киснем повітря, розчинами кислот, лугів та ін Чим легше метал вступає в з'єднання з іншими елементами / тим швидше він руйнується. Хімічне руйнування металів під дією на їх поверхню зовнішнього агресивного середовища називають корозією. 

Метали, стійкі до окислення при сильному нагріванні, називають жаростійкими або окалино-стійкими. Такі метали застосовують для виготовлення деталей, які експлуатуються в зоні високих температур.  Опір металів корозії, окалині-освіти і розчинення визначають по зміні маси піддослідних зразків на одиницю поверхні за одиницю часу. 

Хімічні властивості металів обов'язково враховуються при виготовленні тих чи інших виробів. Особливо це відноситься до виробів або деталей, які працюють в хімічно агресивних середовищах.