Коррозийная стойкость металлов

Коррозионная стойкость металлов

Группа стойкости П, мм/год Балл
I. Совершенно стойкие < 0,001 1
II. Весьма стойкие 0,001–0,005 2
0,005–0,01 3
III. Стойкие 0,01–0,05 4
0,05–0,1 5
IV. Относительно стойкие 0,1–0,5 6
0,5–1,0 7
V. Малостойкие 1,0–5,0 8
5,0–10,0 9
VI. Нестойкие > 10,0 10

Для изготовления строительных конструкций и ответственного оборудования используют металлы I и II групп стойкости. В отдельных случаях применяют материалы III и IV групп стойкости, учитывая сокращенный срок службы изделий и возможность загрязнения окружающей среды продуктами коррозии. При этом предусматривают меры по защите металлических конструкций от коррозионного разрушения.

Стойкость неметаллических материалов оценивают по изменениям в результате коррозии их физико-химических и механических свойств. При этом единой оценки не существует, а применяют условные показатели: «стоек», «ограниченно стоек», «нестоек», «относительно стоек», «применим», «неприменим».

КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Характеристики и сущность коррозионных процессов

Металлов

Коррозия металлов– разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства. В тех случаях, когда окисление металла необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса, термин коррозия не употребляется. Например, к коррозии не относится растворение анода в гальванической ванне, поскольку анод должен окислятся, посылая свои ионы в раствор, чтобы протекал нужный процесс. Также не говорят о коррозии алюминия при осуществлении алюмотермического процесса, хотя физико-химическая сущность изменений, происходящих с металлом в подобных случаях, одинакова – металл окисляется.

Классификация коррозионных сред

По степени воздействия на металлы коррозионные среды делят:

· неагрессивные;

· слабоагрессивные;

· среднеагрессивные;

· сильноагрессивные.

Для определения степени агрессивности среды при атмосферной коррозии необходимо учитывать условия эксплуатации металлических конструкций зданий и сооружений. Степень агрессивности среды по отношению к конструкциям внутри отапливаемых и неотапливаемых зданий, зданий без стен и постоянно аэрируемых зданий определяется возможностью конденсации влаги, а также температурно-влажностным режимом и концентрацией газов и пыли внутри здания. Степень агрессивности среды по отношению к конструкциям на открытом воздухе, не защищенным от непосредственного попадания атмосферных осадков, определяется климатической зоной и концентрацией газов и пыли в воздухе. С учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов разработана классификация степени агрессивности сред по отношению к строительным металлическим конструкциям (табл. 2).

Таблица 2

Агрессивность сред по отношению к металлическим

Строительным конструкциям

Относительная влажность помещений и характеристика климатической зоны

Степень агрессивности среды в зависимости от

условий эксплуатации строительной конструкций

на открытом воздухе внутри зданий в условиях периодической конденсации влаги без конденсации влаги

60 % сухая

слабая неагрессивная неагрессивная
слабая слабая неагрессивная
средняя средняя слабая
сильная средняя средняя

61–75 %

нормальная

слабая слабая неагрессивная
средняя средняя слабая
средняя средняя средняя
сильная сильная средняя

более 75 %

влажная

средняя слабая слабая
средняя средняя средняя
сильная сильная средняя
сильная сильная средняя

Таким образом, защита металлических конструкций от коррозии определяется агрессивностью условий их эксплуатации.

Скорость коррозии металлов и металлических покрытий в атмосферных условиях определяется комплексным воздействием ряда факторов: наличием на поверхности фазовых и адсорбционных пленок влаги, загрязненностью воздуха коррозионно-агрессивными веществами, изменением температуры воздуха и металла, образованием продуктов коррозии и так далее.

Оценка и расчет скорости коррозии должны основываться на учете продолжительности и материальном коррозионном эффекте действия на металл наиболее агрессивных факторов. В зависимости от факторов, влияющих на скорость коррозии, целесообразно следующее подразделение условий эксплуатации металлов, подвергаемых атмосферной коррозии:

1) закрытые помещения с внутренними источниками тепла и влаги (отапливаемые помещения);

2) закрытые помещения без внутренних источников тепла и влаги (неотапливаемые помещения);

3) открытая атмосфера.

Большинство металлов (кроме золота, серебра, платины, меди) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и так далее и обычно называются рудами. Ионное состояние металла более выгодно, так как оно характеризуется меньшей внутренней энергией. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том, что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл, находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. Получение металлов из их природных соединений всегда сопровождается значительной затратой энергии. Исключение составляют только металлы, встречающиеся в природе в свободном виде: золото, серебро, платина, ртуть. Энергия, затраченная на получение металлов, накапливается в них как свободная энергия Гиббса (ΔG) и делает их химически активными веществами, переходящими в результате взаимодействия с окружающей средой в состояние положительно заряженных ионов:

Меn+ + n = Меº ( G > 0); Меº – n = Меn+ ( G < 0)

металлургия коррозия металла

Самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой, происходящий с выделением энергии и рассеиванием вещества (рост энтропии), называется коррозией. Коррозионные процессы в металлах протекают необратимо в соответствии со вторым началом термодинамики. Таким образом, первопричиной коррозии металла является термодинамическая неустойчивость металлов в конкретной заданной среде.

Расходы на защиту металлических конструкций уже в ходе их возведения составляют около 1% стоимости самого сооружения.

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость — способность материалов сопротивляться коррозии, определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях. Для оценки скорости коррозии используются как качественные, так и количественные характеристики. Изменение внешнего вида поверхности металла, изменение его микроструктуры являются примерами качественной оценки скорости коррозии. Для количественной оценки можно использовать:

— время, истекшее до появления первого коррозионного очага;

— число коррозионных очагов, образовавшихся за определённый промежуток времени;

— уменьшение толщины материала в единицу времени;

— изменение массы металла на единице поверхности в единицу времени;

— объём газа, выделившегося (или поглощённого) в ходе коррозии единицы поверхности за единицу времени;

— Плотность тока, соответствующая скорости данного коррозионного процесса;

— изменение какого-либо свойства за определённое время коррозии (например, электросопротивления, отражательной способности материала, механических свойств).

Разные материалы имеют различную коррозионную стойкость, для повышения которой используются специальные методы. Так, повышение коррозионной стойкости возможно при помощи легирования (например, нержавеющие стали), нанесением защитных покрытий (хромирование, никелирование, алитирование, цинкование, окраска предметов торговли), пассивацией и др. Устойчивость материалов к воздействию коррозии, характерной для морских условий, исследуется в камерах солевого тумана.

Электрохимическая защита от коррозии

Химическая и коррозионная стойкость покрытий

Главная → Химическая и коррозионная стойкость покрытий

1. Химическая стойкость алюминия и его сплавов

Стандартный электродный потенциал алюминия равен -1,66В, т.е. он является достаточно активным металлом. Однако, благодаря склонности к пассивированию, алюминий может быть стоек во многих средах.

В обычном состоянии поверхность алюминия покрыта слоем оксида толщиной от 5 до 100 нанометров. Пленка прочно сцеплена с металлом и покрывает его сплошным слоем. Пленка на алюминии образуется при рН=3-9. Коррозионная стойкость алюминия выше у максимально чистого алюминия (АВ1 и АВ2) с содержанием алюминия 99,9-99,85% соответственно, ниже — у А00 и А0 с содержанием алюминия 99,7-99,6 соответственно. Дюралюминий (дюраль, 2-7% меди) имеет низкую коррозионную стойкость. Литейные сплавы силумины (0,8-13% кремния) хорошо держатся в окислительных средах.

Алюминий стоек:

1) В атмосферных условиях

2) В средах, содержащих H2S, SO2, NH3.

3) В воде при нагревании

4) В растворах солей, обладающих окислительными свойствами — хромовокислых, азотнокислых.

5) В концентрированных растворах азотной и серной кислот (обладают окислительными свойствами)

6) В разбавленной серной кислоте при 20о С

7) В олеуме до 200о С

8) В фосфорной кислоте при комнатной температуре

9) В уксусной кислоте с концентрацией 1-99%масс. при температуре до 65о С

10) В кипящей уксусной кислоте только при концентрациях 98-98,8%масс.

11) В формальдегиде

12) В сухом хлористом водороде

Алюминий нестоек:

1) В нейтральных растворах солей, содержащих галогениды — фториды, хлориды, бромиды, йодиды.

2) В серной кислоте средней концентрации

3) В кипящая уксусная кислота до 98%масс. и выше 98,8%масс.

4) В капельножидкой и парообразной ртути (коррозия алюминия в уксусной кислоте начинается при присутствии ртути 0,000004% масс.

5) В щелочах (с водородной деполяризацией)

6) В плавиковой кислоте

7) При контакте с медью, железом и их сплавами.

2. Химическая стойкость меди и ее сплавов

Стандартный потенциал меди равен +0,52/0,337В для восстановления одновалентной и двухвалентной меди соответственно. Обычно при коррозии медь переходит в раствор именно в двухвалентной форме. Стандартный потенциал меди в растворе 3% хлорида натрия равен +0,05В, а в растворе 1Н соляной кислоты равен +0,15В. Поэтому медь при обычных условиях не вытесняет водород из растворов, т.е. не может корродировать с водородной деполяризацией. Способность к пассивированию у меди выражена слабо. Устойчивость к газовой коррозии меди повышается при легировании бериллием, магнием и алюминием.

Введение в латунь алюминия, марганца, никеля повышает устойчивость сплава к атмосферной коррозии, кремния — к морской воде.

Медь устойчива:

1) В солевых растворах

2) В разбавленных неокислительных кислотах.

3) В формалине

Медь неустойчива:

1) В растворах комплексообразователей — цианиды, аммиак

2) В растворах окислителей — аотная кислота, перекись водорода

3) В присутствии растворенного кислорода (особенно при продувке его через раствор)

4) В хромовой кислоте.

5) В муравьиной кислоте

6) В сульфидах, полисульфидах, сернистом газе.

3. Химическая стойкость никеля и его сплавы

Стандартный потенциал никеля равен -0,25В. Коррозия никеля в основном протекает с килородной деполяризацией.

Никель устойчив:

1) В неокисляющих разбавленных кислотах (соляная до 15%, серная кислота до 70%)

2) В ряде органических кислот, спиртах

3) В любых щелочах при любых температурах.

Никель неустойчив:

1) В присутствии хлорида железа (III), хлорида меди (II), хлорида ртути (II), нитрата серебра, NaClO.

2) В окисляющих кислотах (например, азотная)

3) В концентрированных неокисляющих кислотах

Химическая стойкость олова и его сплава с висмутом

Стандартный потенциал олова равен -0,136В. Чистое олово устойчиво при температуре выше +13о С (в форме белого олова). Ниже этой температуры, особенно при -48о С олово активно переходит в аллотропную модификацию «серое олово», имеющее порошкообразную структуру. Для исключения этого явления олово легируют небольшим количеством висмута (0,5-2%). олово слабо пассивируется.

4. Олово устойчиво:

1) В природных водах

2) В растворах нейтральных солей

3) В пищевых средах

4) В разбавленных растворах серной и соляной кислот

5) В органических кислотах

5. Химические свойства свинца

Стандартный потенциал свинца равен -0,126В. Коррозионная устойчивость свинца во многом определяется устойчивостью продуктов его коррозии.

Свинец устойчив:

1) В серной кислоте и сульфатах

2) В фосфорной кислоте и фосфатах

3) В соляной кислоте до 10%

4) В жестких водах с сульфатом кальция и кремниевой кислоте

5) В индустриальных атмосферах с сероводородом, сернистым газом и серной кислотой

Свинец неустойчив:

1) В азотной кислоте

2) В уксусной кислоте

3) В щелочах

4) В серной кислоте выше 96% и олеуме

5) В горячей серной кислоте до 80%

6) В соляной кислоте свыше 10%

7) В подземных водах с органическими кислотами

8) В подземных водах насыщенных углекислотой

6.Химическая стойкость цинка

Стандартный потенциал цинка равен -0,76В. Цинк может корродировать как с водородной, так и с кислородной деполяризацией. В чистом виде применяется редко, в основном в хроматированом или хромИтированом виде, а также в пассивированом виде с применением безхромовых пассиваторов.

Цинк устойчив:

1) В воде до 55оС

2) В воде выше 95оС

3) В чистой и морской атмосферах

Цинк неустойчив:

1) В кислых средах (при рН ниже 7)

2) В щелочных средах (при рН выше 12)

3) В индустриальных средах, содержащих SO2, SO3, HCl

4) В морской воде

7. Химическая стойкость кадмия

Стандартный потенциал кадмия равен -0,4В. Кадмий обладает низкой способностью к пассивации. По коррозионному поведения аналогичен цинку, однако с понижением рН скорость коррозии снижается. Кадмий более устойчив в кислых и нейтральных средах, чем цинк. В щелочных средах кадмий вполне устойчив. Самое главное — кадмий, в отличие от цинка, устойчив в морской воде и это определяет его главное применение. Присутствие SO2 и SO3 кадмий быстро корродирует. Как и цинк, кадмиевые покрытия применяются в хроматированом виде.

8. Химическая стойкость титана

Стандартный потенциал титана равен -1,63/-1,21 В для двухвалентной и трехвалентной формы соответственно. Титан склонен к пассивации.

Титан устойчив:

1) В окислительных средах (в т.ч. хроматы, перманганаты, перекись водорода, кислород, азотная кислота)

2) В присутствии хлорид-ионов

3) В царской водке

4) В хлориде железа (III) до 30% и до 100о С

5) В хлориде меди (II) до 20% и до 100о С

6) В хлориде ртути (II) всех концентраций до 100о С

7) В хлориде алюминия до 25% и до 60о С

8) В хлориде натрия всех концентраций до 100о С

9) В растворе гипохлорита натрия до 100о С

10) В хлорной воде

11) В газообразном хлориде до 75о С

12) В соляной кислоте не более 3% при 60о С

13) В соляной кислоте не более 0,5% при 100о С

14) В фосфорной кислоте до 30 не выше 35о С

15) В фосфорной кислоте до 3% при 100о С

16) В атмосфере влажного хлора (при наличии выше 0,005% влаги)

17) В щелочах до 20%

18) Во многих органических средах.

Титан неустойчив:

1) В соляной кислоте выше 3% при 60о С

2) В соляной кислоте более 0,5% при 100о С

3) Максимумы растворения титана в серной кислоте наблюдаются при 40% и 75%

4) В атмосфере абсолютно сухого хлора

5) В щелочах выше 20%

Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО «НПП Электрохимия» Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс «Оригинальные тексты»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *