Характеристика вагонов 81-717(714) 30 страница

Рассмотрим подробнее процесс кристаллизации расплава. Пусть это будет расплав, содержащий 40 % Sb и 60 % РЬ (точка к на рис. 147). При охлаждении этого расплава до 395 °С (точка /) из него начнут выпадать кристаллы. Это будут кристаллы избы­точного по сравнению с эвтектикой компонента, в данном случае — сурьмы. Теперь сплав стал двухфазным. На диаграмме состояния ему отвечают две точки: точка / (расплав) и точка т (кристаллы сурьмы). Кристаллизация некоторого количества сурьмы изменит состав расплава; он станет беднее сурьмой и, следовательно, бо­гаче свинцом. Точка на диаграмме, отвечающая расплаву, сме­стится немного влево. Поскольку охлаждение продолжается, эта точка вновь дойдет до кривой — из расплава снова выпадет ка­кое-то количество кристаллов сурьмы. Таким образом, по мере охлаждения и кристаллизации точка, отвечающая расплаву, дви­гается вниз и влево по кривой кристаллизации сурьмы, а точка, отвечающая кристаллам сурьмы, — вниз по правой вертикальной оси. Когда расплав достигнет эвтектического состава, из него ста­нут выпадать очень мелкие кристаллы обоих компонентов (эвтек­тика), пока не закристаллизуется все взятое количество вещества. Получившийся сплав будет представлять собою смесь эвтектики с кристаллами сурьмы.

Если исходить из расплава, содержащего небольшое количество сурьмы (меньше эвтектического), то весь процесс будет происхо-дить аналогично рассмотренному, с той разницей, что вначале будут выпадать кристаллы не сурьмы, а свинца. Полученный сплав будет иметь структуру, представляющую собой смесь эвтек­тики с кристаллами свинца. Наконец, если исходить из расплава эвтектического состава, то весь сплав закристаллизуется при 246 °С и будет представлять собой эвтектику. На рис. 148 показана структура сплавов системы Pb—Sb.

Если верхние кривые диаграммы на рис. 147 (АЕ и BE) пока­зывают температуру начала кристаллизации, то нижняя — гори­зонталь, проходящая через точку Е, — показывает температуру окончания кристаллизации сплава. Как видно, для систем,

.... - •-'■*,?Л;

Рис. 148. Структура сплавов свинца о сурьмой:

а — сплав, содержащий избыток свинца; б — эвтектический сплав; в — сплав, со­держащий избыток сурьмы.

имеющих диаграммы рассматриваемого типа, температура окон­чания кристаллизации не зависит от состава сплава.

При плавлении твердых сплавов горизонталь, проходящая че­рез точку Е, показывает температуру начала плавления. В рас­сматриваемом случае эта температура не зависит от состава сплава, потому что плавление начинается с эвтектики, входящей в состав всех сплавов системы (кроме индивидуальных компонен­тов). При этом температура сплава будет оставаться постоянной, пока вся имеющаяся в нем эвтектика не расплавится. Дальнейшее нагревание приведет к повышению температуры — начнут плавить­ся кристаллы чистого компонента, которые находились в исходном сплаве в смеси с эвтектикой. Состав расплава будет обогащаться этим компонентом, и точка, отвечающая расплаву, будет двигаться по соответствующей ветви верхней кривой. Когда плавление закон­чится, т. е. когда твердая фаза исчезнет, тогда состав расплава станет таким же, каким был состав исходного сплава. Таким обра­зом, если исходить из твердого сплава, то горизонталь, проходя­щая через точку Е, показывает температуру начала, а кривые АЕ и BE—-окончания плавления.

Из сказанного ясно, что области / на диаграмме рис. 147 отве­чает расплав, областям // и /// соответствует сосуществование расплава с кристаллами избыточного компонента, областям IV и V отвечает смесь эвтектики с зернами свинца (область /V) или сурь­мы (область V).

Как уже говорилось, по горизонтальной оси диаграмм состоя­ния откладывается состав взятого сплава. Однако для областей, отвечающих равновесию двух фаз, по этой оси можно также уста­навливать составы этих фаз. Пусть, например, сплав 5 % Sb и 95 % Pb нагрет до 270 °С. Такому сплаву отвечает точка а на диа­грамме состояния (рис. 149). Проведем через эту точку горизон­таль до пересечения с ближайшими линиями диаграммы. Мы получим точки b и с. Они показывают, что взятому сплаву при 270 °С отвечает равновесие кристаллов свинца (точка Ь) с распла­вом, состав котооого определяется абсциссой точки с (приблизи­тельно 10 % Sb и'90 % Pb).

Диаграмма состояния для сплавов с неогра­ниченной растворимостью в твердом состоянии, На рис. 150 приведена диаграмма состояния системы Ag—Au, представляющая собой простейший пример диаграмм этого типа. Как и в предыдущих случаях, точки А и В показызают температу­ры плавления компонентов. Вид кривых плавления (нижняя кри­вая) и затвердевания (верхняя кривая) обусловлен в этом случае тем, что кристаллы, выделяющиеся при охлаждении расплава, всегда содержат оба компонента (кроме, конечно, кристаллизации чистых серебра или золота).

Рассмотрим, как происходит кристаллизация расплавов в этом случае. Пусть исходный жидкий сплав соответствует точке d на.

то

Рис. 153. Диаграмма состояния системы Ag

- Au.

диаграмме (рис. 150). Прн охлаждении его до температуры h (точка е) начинается кристаллизация. Кристаллы представляют собой твердый раствор, более богатый тугоплавким компонен­том— золотом (точка р). Поэтому в ходе кристаллизации жидкая фаза обедняется тугоплавким компонентом, и точка диаграммы, отвечающая расплаву, смещается несколько влево. По мере охла­ждения эта точка движется вниз, вновь доходит до кривой и про­цесс кристаллизации продолжается. Таким образом, охлаждение расплава сопровождается выпадением кристаллов твердого рас­твора, обогащенных тугоплавким компонентом — золотом, и обога­щением расплава легкоплавким компонентом — серебром. Соот­ветствующие точки на диаграмме при этом перемещаются: состав жидкой фазы изменяется по верхней линии, а состав' твердого раствора — по нижней. При медленном проведении процесса кри­сталлизация заканчивается по достижении такой температуры t₂, при которой образующиеся кристаллы имеют состав исходного сплава (точка г).

Таким образом, области / на диаграмме состояния рассматри­ваемой системы (рис. 150) отвечает расплав, области // — сосу­ществование расплава и кристаллов твердого раствора, области /// — твердый раствор. При равновесии точки обеих кривых на диаграмме связаны между собой: каждой температуре отвечает расплав определенного состава и кристаллы тоже определенного состава, но другого, чем состав расплава (например, точке е отве­чает точка р).

В ходе процесса кристаллизации температура системы пони­жается и равновесие между расплавом и кристаллами, образовав­шимися ранее, т. е. при более высокой температуре, нарушается. Поэтому кристаллизация сопровождается диффузией, в результате чего при медленном проведении процесса зерна всего сплава по­лучаются однородными и имеют одинаковый состав. При быстром охлаждении процессы диффузии не успевают происходить и сплав получается неоднородным.

Как и в предыдущем случае, по горизонтальной оси диаграммы можно устанавливать составы равновесных фаз, в данном слу­чае— расплава и находящегося в равновесии с ним твердого рас-твора. Например, система, которой отвечает точка s, состоит из расплава, состав которого отвечает точке е, и кристаллов состава, соответствующего точке р.

Диаграмма состояния для сплавов с ограни­ченной' взаимной растворимостью в твердом со­стоянии. В сплавах этого типа, образуемых компонентами X и У, могут существовать жидкая фаза и два твердых раствора: раствор компонента X в У и раствор компонента У в X. В простейшем случае эти два твердых раствора образуют эвтектику; к такому типу принадлежит система Pb—Sn, диаграмма состояния которой приведена иа рис. 151. Отметим прежде всего, что области / здесь отвечает расплав, области // — твердый раствор олова в свинце, области /// — твердый раствор свинца в олове.

Для того чтобы понять, существованию каких фаз отвечают другие области на диаграмме и кривые на ней, рассмотрим, как протекает в системе данного типа кристаллизация расплавов.

Сначала будем исходить из жидкого сплава, богатого свинцом (точка d на рис. 151). При охлаждении этого расплава до темпе­ратуры ti (точка е) начнется выделение кристаллов твердого рас­твора олова в свинце. Состав этих кристаллов отвечает точке р; они богаче свинцом, чем исходный расплав, так что при кристал­лизации расплав обедняется свинцом. Как и в предыдущих слу­чаях, точки на диаграмме, отвечающие расплаву и образующимся кристаллам, перемещаются: состав жидкой фазы изменяется по линии АЕ, а состав кристаллов — по линии AD. По достижении температуры г₂ (точка г) образующиеся кристаллы имеют состав исходного сплава. Если процесс проводится достаточно медленно, то при температуре г₂ кристаллизация заканчивается, подобно тому, как это происходит в системах с неограниченной взаимной растворимостью (см. выше).

Кривая ADF показывает растворимость олова в твердом свинце при различных температурах. Видно, что растворимость макси­мальна при 183,3 °С. Поэтому при охлаждении кристаллов до тем­пературы гз (точка s) твердый раствор делается насыщенным. В нем начнет протекать превращение в твердом состоянии: кри­сталлы твердого раствора на основе свинца, состав которых отве­чает точке s, будет превращаться в кристаллы твердого раствора на основе олова, состав которых соответствует точке а. При посто­янной температуре кристаллы этих двух твердых растворов будут находиться в равновесии. Однако при дальнейшем охлаждении равновесие нарушится и превращение одних кристаллов в другие будет продолжаться. При этом кристаллы твердого раствора на основе свинца будут обедняться оловом — их состав будет изме­няться по кривой DF; одновременно по кривой CG будет изменять­ся состав кристаллов твердого раствора на основе олова.

Теперь рассмотрим охлаждение жидкого сплава, не столь бога­того свинцом (точка /). По охлаждении до температуры г₄ (точ­ка g) из расплава начнут выделяться кристаллы твердого раствора на основе свинца; их состав отвечает точке h. По мере выделения этих кристаллов, расплав обогащается оловом: его состав изме­няется по линии АЕ, а состав выделяющихся кристаллов — по ли­нии AD. Когда точка, отвечающая расплаву, достигает точки Е,— из расплава выделяются кристаллы обоих твердых растворов; при этом состав кристаллов твердого раствора на основе свинца отве­чает точке D, а состав кристаллов твердого раствора на основе олова — точке С. Ясно, что точка Е представляет собой эвтектиче­скую точку, а выделяющаяся смесь кристаллов — эвтектическую смесь.

В области температур ниже 183,3 °С растворимость свинца в олове и олова в свинце с понижением температуры уменьшается. Поэтому при дальнейшем охлаждении сплава образовавшиеся кристаллы изменяют свой состав. Состав кристаллов твердого рас­твора олова в свинце изменяется по кривой DF, а кристаллов твердого раствора свинца в олове —по кривой CG.

Аналогично протекает кристаллизация расплавов, богатых оло­вом. В этом случае кристаллизация начинается с выделения кри­сталлов твердого раствора на основе олова.

На основании сказанного можно заключить, что областям IV и V на диаграмме отвечает сосуществование жидкого расплава и кристаллов твердого раствора на основе свинца (область IV) или на основе олова (область V), а областям VI и VII — смеси кри­сталлов эвтектики с кристаллами твердого раствора на основе

тальпии образования подобных лики; лишь в некоторых случаях ствии алюминия с расплавленной провождается значительным экзотермическим э металлы образуют по несколько соединений друг с другом, напри­мер, AuZn, Au₃Zn₅, AuZn₃; Na₄Sn, NaSn, NaSn₂.

На рис. 152 приведена диаграмма состояния системы Mg—Pb. Эта система служит простейшим примером систем, в которых об­разуются химические соединения: свинец образует с магнием только одно соединение Mg₂Pb, а в твердом состоянии эти металлы взаимно нерастворимы.

От рассмотренных ранее диаграмм эта диаграмма отличается наличием максимума на кривой начала кристаллизации. Этот максимум (точка С) отвечает температуре плавления соедине­ния Mg₂Pb. Абсцисса точки максимума указывает состав соедине­ния. На диаграмме имеются две эвтектики Ei и Е₂. Эвтектика £\ представляет собой смесь кристаллов Mg и Mg₂Pb, а эвтектика Е₂— кристаллов Pb и Mg₂Pb.

Таким образом, диаграмма системы с химическим соединением как бы составлена из двух диаграмм первого типа. Если компо­ненты системы образуют между собой два или более химических соединения, то диаграмма как бы составлена из трех, четырех и более отдельных диаграмм первого типа.

Кристаллизация сплавов в этом и в подобных случаях проис­ходит аналогично кристаллизации сплавов, образующих диаграм­мы первого типа. Отличие состоит в том, что, кроме выделения кристаллов индивидуальных компонентов, происходит еще образо­вание кристаллов соединения. По линии АЕ^ из расплавов при охлаждении выделяется магний, по линии Е₂В— свинец и по ли­нии EiCE₂ — Mg₂Pb. Так, если охлаждать жидкий сплав, содер­жащий 40 % Pb (60 % Mg), то из него сначала будут выделяться кристаллы магния. Когда температура понизится до 460 °С, вся оставшаяся еще жидкой часть сплава начнет затвердевать при этой температуре, образуя эвтектическую смесь мельчайших кри­сталликов магния и химического соединения Mg2Pb.

При охлаждении жидкого сплава, содержащего 75 % РЬ, сна­чала будут выделяться кристаллы Mg₂Pb. Это будет происходить до тех пор, пока температура не снизится до 460 °С — точки обра­зования эвтектики. Аналогичные процессы с выделением эвтек­тики Е_г (при 250 °С) будут протекать при содержании в сплаве более 80 % РЬ.

Нетрудно понять, что области / на рис. 152 отвечает жидкий сплаз, областям //—V—равновесия жидкого сплава и соответ­ствующих кристаллов (в области // — кристаллы Mg, в областях III и IV — кристаллы Mg₂Pb, в области V—кристаллы РЬ), а областям VI—IX — твердые сплавы [Mg -j- эвтектика Е\ (VI), Mg₂Pb + эвтектика E_v (VII), Mg₂Pb + эвтектика Е_г (VIII), РЬ + эзтектика Е_г (IX)].

Мы рассмотрели наиболее простые, но в то же время важней­шие типы диаграмм состояния. Для многих систем диаграммы состояния носят значительно более сложный характер. Так, ряд металлов и сплавов испытывают превращения в твердом состоя­нии, переходя из одной модификации в другую. На диаграмме состояния появляются при этом кривые, разграничивающие обла­сти устойчивости этих модификаций.

Существуют методы построения диаграмм состояния т р о й и ы х систем — систем, состоящих из трех компонентов.

Для технически важных систем диаграммы состояния изучены и приводятся в специальной литературе. Они имеют широкое при­менение в различных областях науки и техники, служат научной основой при подборе сплавов, обладающих заданными свойствами, при изыскании методов термической обработки сплавов, при раз­работке и создании новых сплавов. Примером системы, имеющей очень большое практическое значение, может служить система Fe — С. Диаграмма состояния этой системы рассмотрена в § 238.

Кроме диаграмм состояния, большое значение имеют диаграммы состав — свойство. На этих диаграммах по оси абсцисс откладывают, как и на диа­граммах состояния, состав системы, а по оси ординат — величины, характери­зующие различные свойства системы, например, плотность, электрическую про­водимость, коррозионную стойкость и др.

В верхней части рис. 153 схематически изображены диаграммы состояния четырех основных типов сплавов, а в нижней его части — отвечающие им ти­пичные диаграммы — «состав—-свойство». Видно, что при образовании механи­ческой смеси (рис. 153, о) свойства сплавов изменяются линейно и их значения находятся в интервале между значениями этих свойств для индивидуальных компонентов. При образовании твердых растворов (рис. 153,6 и е) наблюдается нелинейная зависимость. При этом некоторые свойства могут значительно от­личаться от свойств металлов, составляющих сплав. Наконец, при образовании химического соединения на диаграммах «состав — свойство» появляется макси­мум или минимум, отвечающий соединению (рис. 153, г).

_XL__.

Y,%

-YX

Рис. 153. Типичные диаграммы состояния и вид соответствующих диаграмм «состав -ство» (схема).

свой-

Метод построения диаграмм «состав — свойство» был положен II. С. Кур-наковым * в основу разработанного им метода исследования систем — физи­ко-химического анализа. В настоящее время физико-химический ана­лиз служит одним из основных способов изучения сплавов и вообще систем, состоящих из нескольких компонентов: солей, оксидов п других.

196. Коррозия металлов. Металлические материалы — металлы и сплавы на основе металлов, — приходя в соприкосновение с ок­ружающей их средой (газообразной или жидкой), подвергаются с той или иной скоростью разрушению. Причина этого разрушения лежит в химическом взаимодействии: металлы вступают в окис­лительно-восстановительные реакции с веществами, находящимися в окружающей среде, и окисляются.

Самопроизвольное разрушение металлических материалов, про­исходящее под химическим воздействием окружающей среды, на­зывается коррозией (от латинского «corrodere» — разъедать).

* Николай Семенович К у р н а к о в (1860—1941)—русский ученый, академик, лауреат Государственной премии, автор работ по теории растворов и сплавов, химии комплексных соединений, основоположник физико-химического анализа. Н. С. Курнаков уделял много внимания изучению природных соляных растворов; его работы в этой области способствовали эффективному использо­ванию отечественных соляных ресурсов и привели к открытию месторождений калийных солей вблизи Соликамска.

Общая масса металлических материалов, используемых в виде различных изделий в мировом хозяйстве, очень велика. Поэтому, несмотря на то, что обычно скорость коррозии мала, ежегодно из-за коррозии безвозвратно теряются огромные количества ме­талла. По ориентировочным подсчетам мировая потеря металла от коррозии выражается величиной 20 миллионов тонн в год. Но еще больший вред связан не с потерей металла, а с порчей изделий, вызываемой коррозией. Затраты иа ремонт или иа замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, пробо­ров во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены. Наконец, существенными бывают косвенные потери, вызванные коррозией. К ним можно отнести, например, утечку нефти или газа из подвергшихся коррозии трубопроводов, порчу продуктов питания, потерю здоровья, а иногда и жизни людей в тех случаях, когда это вызвано коррозией. Таким образом, борьба с коррозией представляет собой важную народнохозяй­ственную проблему. Поэтому на защиту от коррозии тратятся большие средства.

К важнейшим случаям коррозии относятся коррозия в газах (газовая коррозия) и коррозия в растворах электролитов (элек­трохимическая коррозия). Коррозия в газах происходит при повы­шенных температурах, когда конденсация влаги на поверхности металла невозможна. Газовой коррозии подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин и т. п. Газовую коррозию претерпевает также металл, под­вергаемый термической обработке. В результате газовой коррозии на поверхности металла образуются соответствующие соединения: оксиды, сульфиды и др.

Для изготовления аппаратуры, подвергающейся действию кор-розионноактивных газов, применяют жаростойкие сплавы. Для придания жаростойкости стали и чугуну в их состав вводят хром, кремний, алюминий; применятотся также сплавы на основе никеля или кобальта. Защита от газовой коррозии осуществляется, кроме того, насыщением в горячем состоянии поверхности изделия некоторыми металлами, обладающими защитным действием. К та­ким металлам принадлежат алюминий и хром. Защитное действие этих металлов обусловлено образованием на их поверхности весьма тонкой, но прочной оксидной пленки, препятствующей взаимодей­ствию металла с окружающей средой. В случае алюминия этот метод носит название алитирования, в случае хрома — тер­мохромирования.

К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозия в водных растворах. Электрохимической коррозии подвергаются, например, подводные части судов, паровые котлы, проложенные в земле трубопроводы. Коррозия металла, находящегося во влаж­ной атмосфере, также представляет собой электрохимическую коррозию. В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованию нерастворимых про­дуктов (например, ржавчины), так и к переходу металла в раствор в виде ионов.

В воде обычно содержится растворенный кислород, способный к восстановлению;

0₂ + 4Н⁺ + 4е" = 2Н₂0

Кроме того, в воде присутствуют ноны водорода, также способ-, ные к восстановлению:

2Н⁺ + 2е~ = Н₂

Растворенный кислород и ионы водорода — важнейшие окисли­тели, вызывающие электрохимическую коррозию металлов.

Рассмотрим, какие металлы могут быть окислены растворен­ным в воде кислородом, и какие — нонами водорода. Потенциал, отвечающий электродному процессу

0₂ + 2Н⁺ -Ь 4е" = 2Ы₂0

равен (см. табл. 18 на стр. 277):

Ф = 1,229 — 0,059рН

В нейтральных средах (рН = 7) он будет иметь значение: Ф= 1,229 —0,059-7 «0,8 В

Следовательно, растворенный в Еоде или в нейтральном вод­ном растворе кислород может окислить те металлы, потенциал которых меньше, чем 0,8 В; они расположены в ряду напряжений от его начала до серебра.

Потенциал, отвечающий электродному процессу

2Н⁺ + 2е~ = Н₂

в нейтральной среде, равен приблизительно —0,41 В (см. стр. 282). Следовательно, ионы водорода, находящиеся в воде и в нейтраль­ных водных средах, могут окислить только те металлы, потенциал которых меньше, чем —0,41 В, — это металлы от начала ряда на­пряжений до кадмия. При этом кадмий и металлы, близкие к нему в ряду напряжений, имеют на своей поверхности защитную оксид-н\ ю пленку, препятствующую взаимодействию этих металлов с во­дой. Поэтому число металлов, которые могут быть окислены иона­ми водорода в нейтральных средах, еще меньше.

Таким образом, вода, содержащая растворенный кислород, зна­чительно опаснее в коррозионном отношении, чем вода, не содер­жащая его и способная окислять металлы только ионами водорода.

При использовании металлических материалов очень важным является вопрос о скорости их коррозии. Кроме природы металла п окислителя и содержания последнего, на скорость коррозии могут влиять различные примеси, содержащиеся как в самом металле, так и в коррозионной среде—в атмосфере или в рас­творе.

При коррозии металла, содержащего включения другого метал­ла, могут наблюдаться, в зависимости от размеров включений, два различных случая.

Включения инородного металла очень малы. Такие включения практически ке изменяют величину потенциала основного металла в данном растворе. В этом случае ускорение коррозии может наблюдаться, если перенапряжение окислитель­ной полуреакщш на металле включения меньше, чем на основном металле.

В качестве примера можно указать на коррозию цинка, содер­жащего небольшие примеси железа или меди, в соляной или в разбавленной серной кислотах. При содержании в цинке сотых долей процента какого-либо из этих металлов скорость взаимо­действия его с указанными кислотами в сотни раз выше, чем в случае цинка, подвергшегося специальной очистке. Это объяс­няется тем, что перенапряжение выделения водорода на меди и на железе ниже, чем на цинке, а лимитирующей стадией (см. § 61) реакции

Zn + 2Н⁺ = Zn²⁺ + Н₂

является именно процесс восстановления ионов водорода.

Включения инородного металла не столь малы. Потенциал таких включений отличен от потенциала оснозного металла. В этом случае, помимо величины перенапряжения окис­лительной полуреакции на металле включения, на скорость кор­розии может повлиять поляризующее действие (см. § 104) ме­талла включения на основной металл. Если металл включения имеет больший потенциал, чем основной металл, то последний по­ляризуется анодно и скорость его коррозии возрастает. Например, алюминии, содержащий включения железа или меди, корродирует значительно быстрее, чем алюминий высокой чистоты.

Скорость коррозии металла повышается также при включений в него неметаллических примесей, потенциал которых выше потен­циала основного металла. Так, включения оксидов или шлаков в стали сильно снижают ее коррозионную стойкость.

Примеси, находящиеся в окружающей среде, могут адсорбиро­ваться на поверхности металла н также каталитически влиять на коррозию, ускоряя или замедляя ее. Например, большинство сплавов железа корродирует в морской воде гораздо быстрее, чем в воде с такой же концентрацией кислорода, не содержащей хло­ридов. Это обусловлено тем, что хлорид-ионы, адсорбируясь на поверхности железа, препятствуют образованию на ней защитных слоев.

Как уже говорилось (см. § 100), некоторые металлы в опре­деленных условиях переходят в пассивное состояние — на их по­верхности образуются слои или пленки, состоящие из адсорбиро­ванного кислорода, из оксида данного металла, или из его соли. Присутствие таких слоев и их структура сильно влияют на скорость коррозии металла; в ряде случаев эти слои обладают защитным действием, вследствие чего металл корродирует лишь ничтожно медленно. В условиях атмосферного воздуха пассивирующие плен-? ки образуются на хроме, никеле, алюминии, цинке.

К важным случаям электрохимической коррозии относятся коррозия в природных водах, в растворах, атмосферная коррозия, коррозия в грунте, коррозия при неравномерной аэрации, контакт­ная коррозия.

Атмосферная к о р р о з и я — коррозия во влажном воз­духе при обычных температурах. Поверхность металла, находяще­гося во влажном воздухе, бывает покрыта пленкой воды, содержа­щей различные газы, и в первую очередь — кислород. Скорость атмосферной коррозии зависит от условий. В частности, на нее влияет влажность воздуха и содержание в нем газов, образующих с водою кислоты (СО2, SO2). Большое значение имеет также состояние поверхности металла: скорость атмосферной коррозии резко возрастает при наличии на поверхности шероховатостей, микрощелей, пор, зазоров и других мест, облегчающих конденса­цию влаги.

Коррозия в грунте* приводит к разрушению проложен­ных под землей трубопроводов, оболочек кабелей, деталей строи­тельных сооружений. Металл в этих условиях соприкасается с влагой грунта, содержащей растворенный воздух. В зависимости от состава грунтовых вод, а также от структуры и минералогиче­ского состава грунта, скорость этого вида коррозии может быть весьма различной.

Коррозия при неравномерной аэрации** — наблю­дается в тех случаях, когда деталь или конструкция находится в растворе, но доступ растворенного кислорода к различным ее частям неодинаков. При этом те части металла, доступ кислорода к которым минимален, корродируют значительно сильнее тех ча­стей, доступ кислорода к которым больше. Такое неравномерное распределение коррозии объясняется следующим образом. При восстановлении кислорода

0₂ + 4Н⁺ + 4е~ = 2Н₂0

расходуются ионы водорода и раствор, следовательно, несколько подщелачивается. Металлы, и в частности железо, при подщелачи-вании раствора легче переходят в пассивное состояние. Поэтому аэрируемые участки металла переходят в пассивное состояние и скорость коррозии на них снижается. На неаэрируемых участках не происходит пассивирования — здесь протекает процесс окисле­ния металла, приводящий к переходу его ионов в раствор:

М = М^г+ + ге'

* Этот вид коррозии часто неточно называют почвенной коррозией, ** Аэрация — омывание воздухом, кислородом.

Таким образом, при неравномерной аэрации металла осуще­ствляется пространственное разделение окислительно-восстанови­тельной реакции: восстановление кислорода протекает на более аэрируемых участках, а окисление металла — на менее аэрируе­мых участках поверхности. Локализация процесса окисления при­водит к местной к о р р о з и и — интенсивному разрушению ме­талла на отдельных участках. Местная коррозия приводит к появ­лению на поверхности металла углублений («язв»), которые со временем могут превращаться в сквозные отверстия. Иногда раз­витие язв трудно обнаружить, например, из-за остатков окалины на поверхности металла. Этот вид коррозии особенно опасен для обшивки судов, для промышленной химической аппаратуры и в ряде других случаев.

Дата добавления: 2014-11-16