ПАССИВНОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

 

Ряд металлов — железо, хром, никель, титан, алюми­ний, цирконий и другие в концентрированных раство­рах окислителей разрушаются значительно меньше, чем в более слабых растворах — происходит пассива­цияметаллов. Металл в данном случае называют пассивным. Таким образом, пассивное состояние ха­рактеризуется относительно высокой коррозионной стойкостью, вызванной торможением анодной реак­ции ионизации металла в определенной области по­тенциала (см. рис. 6, участок 3). Снижение скорости коррозии происходит в результате образования на поверхности металла фазовых или адсорбционных слоев, тормозящих анодный процесс, оно начинается при потенциалах области активно-пассивного состоя­ния (участок 2).

В процессе пассивации происходит резкое изме­нение электродного потенциала металла в положи­тельную сторону. Например, железо в активном со­стоянии имеет потенциал около —0,4 В, а в пассив­ном + 1,0 В. Такое изменение электродного потенциа­ла указывает на торможение анодного процесса электрохимической коррозии.

Пассивность зависит от состава, структуры и со­стояния поверхности металла и сплава, концентрации агрессивной среды, температуры, наложения постоян­ного тока, движения раствора и т. д. Создать пассив­ное состояние возможно изменением состава сплава, внешних условий и состава агрессивной среды, сопри­касающейся с металлом. Легко пассивируют металлы и сплавы окислители-пассиваторы: водные растворы HNO3, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, аэрированные раство­ры электролитов и др.

Способность к пассивации зависит от свойств ме­талла. Так, никель легко переходит в пассивное со­стояние под действием некоторых органических (ук­сусная, лимонная, щавелевая) и минеральных (борная, ортофосфорная) кислот и в растворах ряда нейтральных солей; алюминий — в концентрирован­ных растворах азотной и хромовой кислот; хром— в разбавленной азотной кислоте. Все указанные ме­таллы пассивируются значительно легче, чем железо, поэтому при введении в состав железоуглеродистых сплавов легко пассивирующихся металлов (Cr, Al, Ni) получают сплавы, коррозионная стойкость кото­рых близка к стойкости легирующего элемента, хотя его содержание в сплаве невелико. Следует отметить, что металл, находящийся в пассивном состоянии, те­ряет некоторые свои свойства; например, пассивиро­ванное железо не вытесняет медь из растворов ее со­лей. Кроме того, запассивированное в концентриро­ванной HNO3 железо становится устойчивым и в раз­бавленной азотной кислоте, в воде, в некоторых дру­гих средах и после сушки в сухом воздухе.

Пассивированный металл или сплав при измене­нии внешних факторов, связанных со свойствами электролита, может вновь становиться активным. Процесс перехода металла из пассивного состояния в активное называют активацией. Вещества или про­цессы, вызывающие этот переход, называются акти­ваторами. Активацию могут вызывать восстановители (H2, Na2SO3, Na2S2O3), некоторые ионы(Н*, СГ, Br", Г, SO^"), катодная поляризация, повышение темпе­ратуры, нарушение целостности пассивной пленки на поверхности металла. В присутствии, например, иона хлора наступает нарушение пассивного состояния при потенциале питтингообразования по реакции

Ме + 2Сl-> MCl2 + 2е~.

Металл корродирует с образованием точечных про­дуктов коррозии (питтингов).

В зависимости от свойств и концентрации пассиватора и активатора в растворе возможны периоди­ческие переходы поверхности металла из активного состояния в пассивное, и наоборот. Объясняется это тем, что вследствие конвекции раствора поверхность металла соприкасается периодически с порциями жидкости, содержащими то большие количества пассиватора, то активатора.

Механизм процесса пассивации сложен и недо­статочно изучен. Наиболее широко признаны две тео­рии пассивности: пленочная и адсорбционная.

По пленочнойтеории пассивность металлов в вод­ных растворах электролитов объясняется созданием на поверхности металла тончайших электропровод­ных защитных пленок — продуктов взаимодействия металла с окислителями или другими соединениями. Такие защитные пленки могут образоваться и в ре­зультате анодной поляризации, особенно в тех случа­ях, если в сплав введен легко пассивирующийся эле­мент. Анодная пассивность является результатом об­разования на поверхности металла нерастворимых продуктов:

 

Следует подчеркнуть, что коррозионная стойкость металла в пассивном состоянии зависит от строения, толщины, пористости защитной пленки и ее устойчи­вости в данной среде.

Пленочная теория не объясняет большого числа явлений, наблюдаемых при пассивации.

По адсорбционной теориипассивность металла объясняется возникновением на его поверхности мо­номолекулярных слоев кислорода, который насыща­ет валентности всех или наиболее активных поверх­ностных атомов металла, т. е. образуется неактивный поверхностный слой металла. Причем при пассивно­сти не обязательно заполнение всей поверхности ме­талла адсорбционным слоем кислородных атомов. Это необходимо только на активных участках по­верхности, например по узлам и ребрам кристалличе­ской решетки. Молекулы кислорода, вызывающие пассивацию металла, образуются из молекул воды или ионов гидроксила, первоначально адсорбирую­щихся на поверхности металла.

Как указывалось выше, металл может перехо­дить в пассивное состояние под действием окислите­лей или анодной поляризации. Но он сохраняет свою пассивность только при определенной концентрации окислителя или при определенном значении потен­циала металла при его анодной поляризации. Так, низколегированная и высоколегированная стали устойчивы к азотной кислоте при концентрациях от 30 до 90 %, и их пассивируют именно при этих кон­центрациях, но повышение концентрации HNO3 до 94 % приводит уже к разрушению сталей. Таким об­разом, в сильно окислительных коррозионных средах или при очень сильной анодной поляризации проис­ходит нарушение пассивности металла, называемое перепассивацией. Причиной этого явления считают образование в средах с весьма положительным окислительно-восстановительным по­тенциалом оксидов металлов высшей валентности, хорошо растворимых в данной среде.

Перепассивации подвержены низколегированные стали в концентрированной азотной кислоте, нержа­веющие стали — в 30 %-ной HNO3 с добавкой KzCr2O7 при температуре выше 5O0C. Перепассива­цию некоторых металлов вызывают растворы серной кислоты и ее соли.

Способность многих металлов пассивироваться широко используют в технике, например изделия из алюминия применяют в воде и воздухе, из титана — в агрессивных средах. Перевести металлы и сплавы в пассивное состояние можно следующими способами.



1. Легированием металла другим легко пассиви­рующимся металлом (понижение анодной активности), например углеродистой стали — хромом, совме­стно хромом и никелем; никеля — хромом и т. д.

2. Легированием металла другим металлом, по­вышающим скорость катодного процесса, например железа — медью; легированных сталей — платиной, палладием, медью; титана — платиной; циркония —палладием и т. д.

3. Применением электрохимической защиты и ин­гибиторов коррозии.

4. Применением катодных покрытий.

 






Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 959; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.08 сек.