7.3. Корозія металів
(Навчальний елемент 29)
Вивчивши матеріали цього розділу, учні знатимуть:
визначення корозії металів і сплавів;
основні види корозійних руйнувань;
основні методи захисту від корозії.
1. Корозією називають руйнування металу під дією зовнішнього середовища. При цьому деякі сталі покриваються продуктами корозії (іржею). В результаті дії зовнішнього середовища механічні властивості сталей можуть різко погіршуватись, навіть якщо немає видимих змін на поверхні деталі. Корозія починається з поверхні металу і поширюється вглиб. Корозія – страшний бич промисловості, будівництва і транспорту. За деякими даними, 30 % металу йде на відновлення втрат від корозії, із них 10 % губиться безповоротно.
2. Корозію залежно від механізму процесу поділяють на хімічну і електрохімічну. Під час хімічної корозії руйнування металу не супроводжується виникненням електричного струму. Хімічна корозія виникає в результаті дії на поверхню металів і сплавів атмосфери повітря.
3. Хімічна корозія відбувається за законами хімічної кінетики: на поверхні металу утворюється плівка з продуктів корозії, зазвичай окислів. У деяких випадках ця плівка захищає метал від подальшої корозії, таким чином робить його пасивнішим щодо навколишнього середовища. Суцільна та щільна плівка на поверхні металу захищає (пасивує) його від подальшого руйнування.
Прикладом хімічної корозії є процес окислення при високих температурах лопаток газових турбін, елементів електронагрівників, клапанів двигунів внутрішнього згорання та інших деталей, а також окислення металу в органічних рідинах (спирті, бензині, нафті тощо).
4. Електрохімічна корозія виникає при дії на метал електролітів, тобто струмопровідних рідин – водних розчинів солей, лугів або кислот. Щоб відбулася електрохімічна корозія, потрібен контакт металу з розчином електроліту. Надчисті метали сильно кородують. У сталі є залізо й домішки. При контакті з електролітом на поверхні сплаву утворюються гальванічні мікропори, замкнуті накоротко через сам метал, при цьому метал, який легше віддає електрони, слугує ано-
дом і руйнується у процесі роботи гальванічного
елемента.
5. Існують різні види корозійних руйнувань:
– рівномірна корозія – рівномірне руйнування з од-
наковою швидкістю по всій поверхні;
– місцева корозія – руйнування металу тільки на
окремих ділянках поверхні;
– міжкристалічна корозія – найнебезпечніша, оскіль-
ки руйнування відбувається по границях зерен, не-
має жодних зовнішніх ознак корозії і руйнування
деталі чи конструкції може статися раптово;
– корозія виразками – починається на поверхні або
під поверхнею, спричиняє розшарування і здутість
металу.
6. Від корозії метал можна захистити легуванням, для чого у сталь вво-
дять деякі легуючі, які підвищують стійкість проти корозії (див. розділ 5.2.
«Леговані сталі»). Легуючі елементи утворюють на поверхні сталі стійкі захис-
ні окисні плівки.
7. Захищають від корозії неметалевими плівками, які одержують
кип’ятінням деталей у водному розчині, що містять сильний розкислювач, на-
приклад, їдкий натрій, селітру і перекис марганцю. При цьому на металі утво-
рюється плівка, яка складається в основному із магнітного окислу заліза. У ре-
зультаті оксидування деталі набувають красивого синього або чорного
кольору (воронування).
8. Для захисту деталей застосовують покриття металами: цинком (цинку-
вання), кадмієм (кадмування), алюмінієм (алітування), оловом (лудіння), ніке-
лем (нікелювання), хромом (хромування), міддю (міднення). Метал на поверх-
ню деталі наносять різними способами, наприклад:
– занурення деталі в розплавлений метал, що має невисоку температуру
плавлення (цинк, олово, свинець, алюміній);
– за рахунок дифузії металу із зовнішнього середовища в поверхню дета-
лі, насичення поверхневого шару деталі металом і хімічної взаємодії з
ним з утворенням стійких проти корозії сполук (див. розділ 4.3. «Хіміко-
термічне оброблення»);
– гальванічні покриття основані на електролізі водних розчинів солей
того металу, який слугує для покриття. При цьому виріб із основного
металу опускають в ванну, де під дією постійного електричного струму
на поверхні захисного металу осідає нікель, хром, цинк або інший ме-
тал.
5. Існують різні види корозійних руйнувань:
– рівномірна корозія – рівномірне руйнування з од-
наковою швидкістю по всій поверхні;
– місцева корозія – руйнування металу тільки на
окремих ділянках поверхні;
– міжкристалічна корозія – найнебезпечніша, оскіль-
ки руйнування відбувається по границях зерен, не-
має жодних зовнішніх ознак корозії і руйнування
деталі чи конструкції може статися раптово;
– корозія виразками – починається на поверхні або
під поверхнею, спричиняє розшарування і здутість
металу.
6. Від корозії метал можна захистити легуванням, для чого у сталь вво-
дять деякі легуючі, які підвищують стійкість проти корозії (див. розділ 5.2.
«Леговані сталі»). Легуючі елементи утворюють на поверхні сталі стійкі захис-
ні окисні плівки.
7. Захищають від корозії неметалевими плівками, які одержують
кип’ятінням деталей у водному розчині, що містять сильний розкислювач, на-
приклад, їдкий натрій, селітру і перекис марганцю. При цьому на металі утво-
рюється плівка, яка складається в основному із магнітного окислу заліза. У ре-
зультаті оксидування деталі набувають красивого синього або чорного
кольору (воронування).
8. Для захисту деталей застосовують покриття металами: цинком (цинку-
вання), кадмієм (кадмування), алюмінієм (алітування), оловом (лудіння), ніке-
лем (нікелювання), хромом (хромування), міддю (міднення). Метал на поверх-
ню деталі наносять різними способами, наприклад:
– занурення деталі в розплавлений метал, що має невисоку температуру
плавлення (цинк, олово, свинець, алюміній);
– за рахунок дифузії металу із зовнішнього середовища в поверхню дета-
лі, насичення поверхневого шару деталі металом і хімічної взаємодії з
ним з утворенням стійких проти корозії сполук (див. розділ 4.3. «Хіміко-
термічне оброблення»);
– гальванічні покриття основані на електролізі водних розчинів солей
того металу, який слугує для покриття. При цьому виріб із основного
металу опускають в ванну, де під дією постійного електричного струму
на поверхні захисного металу осідає нікель, хром, цинк або інший ме-
тал.
13. Катодний захист зовнішнім струмом магі-
стральних трубопроводів і котлів полягає в тому,
що від джерела постійного струму через катод під-
водять струм до захисного металевого виробу, а
анодом слугують металеві пластини, занурені в ко-
розійне середовище. В результаті основний виріб
(труба) є катодом і припиняє кородувати.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що таке корозія і в чому її суть?
2. Чим хімічна корозія відрізняється від електрохімічної?
3. Назвіть види корозійних руйнувань.
4. Які існують способи захисту металів від дії корозії?
5. У чому полягає суть неметалевого покриття від корозії?
6. Що таке інгібітори і як вони захищають метал від корозії?
7. Поясніть різницю між анодним і катодним покриттям для захисту сталі від
корозії.
8. У чому полягає суть захисту від корозії протекторами?
9. Яке призначення мають інгібітори?
10. Чим відрізняється захист від корозії сталі лудінням від цинкування?