Лекція №44

Навчальні питання:

1. Корозія металів.

2. Хімічна корозія.

3. Електрохімічна корозія.

4. Захист металів від корозії.

Навчальне питання 1. Корозія металів.

Корозією називається процес руйнування металів при взаємо­дії їх з навколишнім середовищем. Інтенсивність корозійного руйнування визначається природою і структурою металу, а та­кож хімічними властивостями і температурою середовища.

Розрізняють рівномірну, місцеву і міжкристалічну корозію. При рівномірній корозії метал руйнується з однаковою швидкі­стю.по всій поверхні, при місцевій — тільки на окремих її ділян­ках. Міжкристалічна корозія розвивається по межах зерен металу.

Залежно, від механізму взаємодії металу з навколишнім середовищем корозію поділяють на хімічну і електрохімічну.

Навчальне питання 2. Хімічна корозія.

Хімічною корозією називають руйнування металу під дією гарячих газів і рідин-неелектролітів. Прикладом хімічної корозії може бути окислення арматури полуменевих печей, лопаток га­зових турбін, вихлопних клапанів у двигунах внутрішнього зго­ряння, електронагрівних елементів, а також окислення металу в рідинах органічного походження (бензин, спирт тощо).

Інколи при хімічній корозії на поверхні металу утворюються суцільні плівки оксидів великої густини, які захищають метал від дальшого руйнування. Такі властивості мають, наприклад, плівки оксидів хрому, нікелю, олова, міді, алюмінію та ін. В ат­мосфері сухого повітря при звичайній температурі плівки вели­кої густини утворюються й на залізі. Проте з підвищенням тем­ператури вони швидко стовщуються, стають пухкими і відшаро­вуються від металу. Для оксидів кальцію, магнію, вольфраму також характерна велика пухкість, тому вони не мають захисних властивостей.

Навчальне питання 3. Електрохімічна корозія.

Електрохімічна корозія розвивається в електролітах — вод­них розчинах, що проводять струм. У цьому випадку атоми ме­талу переходять у розчин у вигляді іонів. Інтенсивність такого розчинення визначається величиною електродного потенціалу металу: чим він більш негативний, тим швидкість розчинення металу вища.

При зануренні в електроліт двох металів, що контактують і мають різні електродні потенціали, утворюється гальванічна пара і починається процес розчинення металу з більш негатив­ним електродним потенціалом — анода.

При зануренні в електроліт неоднорідних за структурою спла­вів на їхній поверхні утворюється безліч мікрогальванічних пар, що призводить до розчинення фаз або структурних складових, Які є анодами. Коли між зернами металу і їх межовими ділянка­ми є велика різниця потенціалів, ці ділянки руйнуються, тобто відбувається міжкристалічна корозія/ Цей вид корозії спосте­рігається в хромистих і хромонікелевих сталях при виділенні на межах зерен карбідів хрому.

Навчальне питання 4. Захист металів від корозії.

Найпоширенішим способом захисту металів від корозії є на­несення захисних покриттів: оксидних, металевих або немета­левих.

Оксидні покриття —це плівки оксидів, що утворюються під час так званого оксидування — хімічної або електрохімічної об­робки металів.

Плівки оксидів на виробах із сталей і чавунів мають колір від коричневого до синювато-чорного, тому процес оксидування цих металів називають воронуванням. Найчастіше застосовують хімічне воронування. Для його здійснення вироби поміщають у концентрований розчин лугів NaОН і окислювачів NaNO₂ або NаNОз) з температурою 140° С на час від 20 хв до 2 год. При цьому утворюється плівка оксидів завтовшки 0,5—1,2 мкм, яка захищає вироби від корозії в сухій атмосфері. Просочування маслом підвищує захисні властивості плівки.

Алюміній і його сплави звичайно піддають електрохімічному оксидуванню — анодуванню. Як електроліт для цього найчастіше застосовують 20%-яий розчин сірчаної кислоти. Процес ведуть при температурі 15—20 °С, густині струму 1,0—1,5 а/дм² і напру­зі близько 10 в. В результаті утворюється плівка оксидів зав­товшки до 10 мкм. Додатковою обробкою у ваннах з органіч­ними барвниками або розчинами солей плівці можна надати різного кольору— від жовтого до чорного.

Мідь і її сплави піддають хімічному оксидуванню в розчині персульфату калію і їдкого натру або електрохімічному окси­дуванню в розчині їдкого натру. Плівка оксидів чорного кольору утворюється завтовшки 1 мкм. Вона має задовільну корозійну стійкість у вологій атмосфері та інших слабко агресивних се­редовищах.

Металеві покриття за принципом захисної дії поділяють на анодні і катодні.

Анодні покриття в електролітному розчині мають більш нега­тивний потенціал, ніж основний метал. Тому в агресивному се­редовищі такі покриття кородують першими і перешкоджають руйнуванню основного металу. Анодні покриття не бояться механічних пошкоджень.

Катодні покриття, навпаки, мають більш позитивний потен­ціал, ніж основний метал. При порушенні суцільності катодного покриття (подряпини, інші механічні пошкодження) кородує головним чином основний- метал.

Анодними покриттями для сплавів на основі заліза є цинкові і кадмієві, катодними — нікелеві, хромові, олов’яні.

Металеві покриття роблять електролітичним або хімічним осадженням, гарячим нанесенням, плануванням, металізацією напиленням.

Електролітичне осадження проводять у ваннах з розчином електроліту, який містить іони осаджуваного металу. Вироби, що покриваються, є катодом, а як анод використовують пластини металу, який утворює покриття.

Електролітичні покриття роблять як з чистих металів (Zn, Сd, Ni, Сr, Аg, Аu, Рt та ін.), так і з їх сплавів (Сu— Sn, Sn — Ni, Ni — Со, Аu — Аg, Аu — Сu та ін.). Для підвищення густини електролітичні покриття іноді роблять багатошаровими, напри­клад: Сu+Nі; Nі+Сu+Ni; Ni+Сu+Ni+Сr.

Поряд із захисними електролітичні покриття мають і ряд ін­ших властивостей — підвищену відбивну здатність і стійкість проти спрацювання (наприклад, покриття хромом); вони відзна­чаються добрими декоративними якостями.

Хімічне осадження здійснюють зануренням виробів у розчин солі металу з більш електропозитивним потенціалом.

При цьому метал, що витісняється з розчину, осаджується на поверхні виробу. Хімічне осадження застосовують звичайно для покриттів із золота, срібла, олова та інших металів на ювелірних виробах і складних за формою дрібних виробах побутового при­значення.

Гаряче нанесення полягає в зануренні виробів, що по­криваються, у розплавлений метал, звичайно у цинк, олово, сви­нець. Цей спосіб відзначається простотою виконання і великою продуктивністю.

Гаряче цинкування застосовують для покривання стальних листів, труб, дроту, посуду; покривання оловом (лудіння) — при виготовленні білої жерсті для консервних банок; свинцювання — для захисту хімічної апаратури від дії сірчаної кислрти і сірчи­стих газів.

Плануванням називають операцію, при якій пакет з двох листів металу-покриття і розміщеної між ними плити основного металу або заготовку круглого перерізу, залиту металом-покрит- тям, піддають гарячому прокатуванню. При цьому міцного з’єд­нання металів досягають за рахунок дифузійних процесів. Тов­щина плакувального шару становить 8—20% від загальної тов­щини листа.

Плануванням виготовляють біметалеві листи або дріт такого типу: сталь — мідь, сталь — алюміній, вуглецева сталь — нержа­віюча сталь, дуралюмін — алюміній та ін.

Металізація напиленням полягає ось у чому. Дріт (або порошок) металу-покритТя надходить у пістолетоподібний апарат — металізатор, плавиться ацетилено-кисневим полум’ям або електричною дугою і потім розпилюється стисненим повітрям у напрямі поверхні виробу. Застосовується така металізація в основному для нанесення покриттів на великогабаритні деталі, вузли і навіть складні конструкції, чого не можна зробити інши­ми способами.

Напиленням роблять покриття з цинку, алюмінію, хрому, ти­тану та інших металів, а також деяких сплавів.

Недоліками цього методу є значні втрати металу під час роз­пилювання (до 40%), пористість покриття, недостатня міцність зчеплення покриття з основним металом.

Неметалеві покриття роблять нанесенням на поверхню ви­робів природних або синтетичних неметалевих матеріалів: лаків, фарбі синтетичних смол і плівкових матеріалів (див. частину сьому).