коррозионностойкие материалы

КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ

обладают повыш. стойкостью к коррозии; применяются для изготовления деталей, узлов, аппаратов и конструкций, работающих в коррозионноактивных средах без дополнит. мер защиты от коррозии. К К. м. относят собственно К. м., а также антикоррозионные материалы. В зависимости от природы материала К. м. подразделяют на металлич. и неметаллические. Последние используют в качестве конструкционных, футеровочных, обкладочных и прослоечных материалов, лакокрасочных покрытий и композиций (см. химически стойкие материалы). К металлич. К. м. относят коррозионностойкие сплавы, биметаллич. материалы, композиционные материалы с металлич. матрицей.

Коррозионностойкие сплавы. Их коррозионная стойкость зависит от хим. состава и структуры, наличия мех. напряжений, состояния поверхности, агрессивности и условий воздействия внеш. среды, наличия контактов с др. материалами, а также конструкц. особенностей изделий (см. коррозия металлов). Сплавы на основе железа. Само железо стойко к коррозии лишь в растворах щелочей. Повышения стойкости добиваются с помощью легирования разл. элементами (см. железа сплавы). К коррозионностойким сталям относят хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевоникелевые и хромомарганцевые. Их стойкость в разл. средах определяется структурой, а также свойствами образующихся пассивирующих поверхностных слоев (см. пассивность металлов). При нарушении пассивирующей пленки в нейтральных и кислых растворах хлоридов возникает питтинговая, щелевая и язвенная коррозия, а при температурах больше 80 °C — коррозионное растрескивание. Для предупреждения структурно-избирательных видов коррозии (межкристаллитная, ножевая) стали дополнительно легируют Ti или Nb, а также снижают содержание в них С до 0,02%. Хромистые стали, содержащие 13% Cr, при комнатной температуре устойчивы на воздухе в слабых растворах кислот и растворах солей (кроме хлоридов). В растворах хлоридов, включая морскую воду (особенно при повышенных температурах), подвергаются язвенной и щелевой коррозии, а также коррозионному растрескиванию. Стали с содержанием Cr 17–20% устойчивы в 65%-ной HNO₃ до 50 °C, с содержанием 25–28 % — в горячих конц. растворах щелочей. Хромистые стали с содержанием С<0,01 % (суперферриты) обладают высокой стойкостью против всех видов коррозии в горячих растворах хлоридов. Для изготовления паровой и водяной арматуры, насосов, штоков, валов, компрессоров, деталей турбин применяют, как правило, мартенситные хромистые стали; для отделки автомобилей, деталей бытовой техники и аппаратуры в пищ. пром-стиферритные. Аустенитные хромоникелевые стали стойки на воздухе, в растворах H₂SO₄, HNO₃ и их смесях, H₃PO₄, ряда орг. кислот, NH₃, щелочей (при умеренных температурах), при контакте с пищ. продуктами. Галогены в присутствии влаги вызывают местные виды коррозии. Легирование хромоникелевых сталей Mo (2–3%) повышает устойчивость против язвенной коррозии, легирование Ti, Nb и термич. обработка — против межкристаллитной коррозии. Стали, содержащие 28–32 % С и 40–45 % Ni, устойчивы против язвенной коррозии и коррозионного растрескивания. Применяют хромоникелевые сплавы для создания хим. аппаратов и оборудования, в энергомашиностроении, нефтехим., целлюлозно-бум., пищ. промышленности, судостроении, медицине, бытовой технике. Хромомарганцевые и хромоникельмарганцевые стали, легированные 6 % Ni, обладают стойкостью на воздухе в окислит. и нейтральных средах. Используются для изготовления хим. аппаратуры, емкостей, теплообменников, трубопроводов, оборудования для пищ. промышленности и производства минер. удобрений, в бытовых приборах и т. п. Серые чугуны, содержащие 5–10% Si и 5,5–7,0% Al, стойки к окислению до температуры 850 °C (жаростойки). Никелькремнистые чугуны (13–20% Ni, 5–7% Si) устойчивы в горячих растворах щелочей; никельмсдистые (12–15% Ni, 5–8% Cu) — в растворах H₂SO₄, HCl, прир. водах; аустенитные хромистые и хромо-никелевые с шаровидным графитом — в окислит. и нейтральных средах, морской воде. Жаростойкостью обладают белые высококремнистые чугуны (14–18% Si); они устойчивы также в холодных растворах H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄, HCl, орг. кислотах (при повышенных температурах). Медь и ее сплавы. Медь обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, растворах солей, пресной и морской воде при небольших скоростях ее движения, кислотах, не являющихся окислителями, и ряде орг. соединений. При скоростях движения морской воды более 1 м/с Cu подвергается струевой коррозии. Латуни более стойки в потоке морской воды, чем Cu, поэтому широко применяются для изготовления деталей трубопроводов, насосов, арматуры и теплообменного оборудования, охлаждаемого пресной и морской водой, судовых гребных винтов. Виды коррозии латуней, ограничивающие их пром. применение, — обесцинкование в растворах хлоридов и коррозионное растрескивание в аммиачных средах. α-Латуни, легированные As (ок. 0,04%), не подвержены обесцинкованию в большинстве сред. Алюминиевые латуни обладают повыш. стойкостью против струевой коррозии.

• см. также меди сплавы

Оловянные бронзы, содержащие 8–10% Sn, стойки в растворах солей, потоке морской воды, разбавленных кислотах, ряде орг. кислот; не подвергаются струевой и язвенной коррозии. Широко применяются для изготовления деталей узлов трения, арматуры, насосов и теплообменного оборудования (см. бронзы). Алюминиевые бронзы, отличаясь высокой прочностью, характеризуются коррозионной стойкостью в растворах солей, окислит. средах, потоке пресной и морской воды. При содержании в них Al>9,2 % в морской воде происходит обезалюминивание; для высокопрочных бронз возможно коррозионное растрескивание. Используются для изготовления деталей в судовом машиностроении. Кремнистые бронзы по коррозионным свойствам близки к алюминиевым бронзам. Бериллиевая бронза — хороший материал для пружин и мембран, работающих в растворах солей. Медноникелевые сплавы, содержащие 5–10% Ni или 30% Ni и 1,2–1,5% Fe (мельхиор), обладают стойкостью к струевой коррозии, хотя при значит. скорости движения воды в местах турбулизации потока возникает местная струевая коррозия. Применяются при изготовлении трубопроводов для морской воды, трубок морских теплообменников, судовых конденсаторов и др. Алюминий и его сплавы. Наиб. стойкостью обладает чистый Al, который устойчив в средах с pH 3–9. Его коррозионная стойкость определяется свойствами защитной оксидной пленки. Сплавы Al с др. металлами весьма стойки на воздухе, в нейтральных и слабокислых растворах солей, окислит. средах и слабых кислотах. Ионы галогенов, разрушая защитную пленку сплава Al, вызывают щелевую язвенную коррозию, особенно при повышенных температурах. Для высокопрочных сплавов Al (предел текучести больше 400 М Па/мм²) возможно коррозионное растрескивание в растворах хлоридов. Стойкость Al и его сплавов снижается при контакте с Cu, Fe, Ni, Ag, Pt. наиб. применимы для работы в агрессивных средах сплавы Al-Mg и Al-Mg-Zn, стойкость которых при большей прочности такая же, как у Al. Высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью отличаются спеченные алюминиевые сплавы САП и САС (см. алюминия сплавы). Титан и его сплавы. Коррозионная стойкость Ti и его сплавов определяется способностью пассивироваться в окислит. и нейтральных средах с образованием оксидной пленки. Они обладают высокой стойкостью к действию окислит. кислот и щелочей (до 20%-ной концентрации). Отличит. особенность — высокая стойкость в растворах хлоридов до 110–120 °C. Титан не склонен к коррозионному растрескиванию в большинстве известных сред, кроме дымящей HNO₃ и N₂O₄; сплавы Ti-Al, содержащие более 5% Al, подвергаются этому виду коррозии в растворах хлоридов лишь при наличии надрезов, трещин и т. п. Двухфазные (α+β) и β-сплавы Ti также менее чувствительны к коррозионному растрескиванию (см. титана сплавы). Стойкость сплавов в кислотах повышается легированием Pd и Ni, стойкость к растрескиванию — легированием Mo и V. Никель и его сплавы. Никель пассивируется в окислит. средах; устойчив на холоду в атмосфере, прир. водах, растворах мн. солей, 15%-ной HCl, 70%-ной H₂SO₄, ряде орг. кислот. Часто входит в состав антикоррозионных покрытий. Сплавы Ni, напр. хастсллои, весьма стойки в кислотах, не являющихся окислителями, нихромы — жаропрочны и жаростойки. Никель и его сплавы — осн. конструкц. материалы в процессах с участием фтора и неорг. фторидов. Используют в хим., нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бум. и пищ. промышленности, энергетике. Биметаллические материалы. Состоят из двух (иногда более) разнородных, прочно соединенных между собой металлов или сплавов. Их коррозионная стойкость определяется свойствами защитного (плакирующего) слоя. Примерами таких материалов могут служить биметаллы медь-сталь, нержавеющая сталь — конструкционная сталь, титан-сталь. Применяют их обычно для изготовления труб, листов и плит, работающих в условиях агрессивных сред. Известны также биметаллы хромистая-хромо-никелевая сталь и триметаллы хромистая — хромоникслевая-конструкционная сталь, в которых наружный плакирующий слой выполняет роль долгоживущего протектора для слоя хромоникелевой стали. Композиционные материалы с металлической матрицей. К ним относят преим. сплавы Ni, Ti и Al, упрочненные нитевидными кристаллами Al₂O₃, В, С, карбидами В и Si, непрерывными волокнами (или проволокой) Mo или W (см. композиционные материалы). Коррозионная стойкость таких материалов определяется свойствами матрицы. Их преимущество перед сплавами — высокое сопротивление развитию трещин. При применении таких материалов необходима защита торцов изделий из них от контакта с агрессивной средой. Композиц. материалы на основе направленно-кристаллизованных эвтектич. сплавов Fe, Ni и Со с Si и др. элементами обладают повыш. жаропрочностью и жаростойкостью. Антикоррозионные материалы. Повышают коррозионную стойкость металла-основы; применяют их в виде защитных или защитно-декоративных покрытий, а также в качестве легирующих добавок к коррозионностойким сплавам. Защитные свойства таких материалов зависят от их пористости и взаимод. металла-основы, металла-покрытия и коррозионной среды (см. защита от коррозии). Металлич. покрытия защищают сталь по принципу протекторной защиты (покрытия из Al, Zn, Cd) или путем предотвращения контакта коррозионной среды со сталью (покрытия из Cu, Ni, Cr, Ag, Au, Cu-Ni-Cr). Методы нанесения металлич. покрытий: погружение изделия в расплав данного металла (горячие покрытия), металлизация (в т. ч. диффузионное насыщение и напыление вакуумное), взрыв, имплантирование, химическое осаждение из газовой фазы, электролиз (гальванич. покрытия) из растворов электролитов и расплавов солей (см. гальванотехника, электроосаждение). Антикоррозионные металлич. материалы могут также использоваться при изготовлении элементов систем электрохим. защиты (катоды, аноды и др.). Сплавы Zn, Al, Mn с разл. легирующими элементами применяют в качестве материалов протекторов (анодов), защищающих от коррозии стальные конструкции. При использовании для защиты внеш. тока материалами для вспомогат. электродов (катодов или анодов) служат титан с платиновым покрытием, железокремнистые сплавы и графит. К неметаллич. антикоррозионным покрытиям относятся стекло, стеклоэмали, оксиды Al, Mg и Ti и др. Стеклоэмали на поверхность стальных, чугунных, алюминиевых и др. изделий наносят одним или неск. слоями с послед. спеканием и оплавлением (см. эмали); оксидные пассивные пленки-хим. и электрохим. способами. Равномерные сплошные плотные покрытия, обладающие высокой адгезией к металлу, способствуют повышению прочности, твердости и износостойкости материала-основы.

^{Лит.: Туфанов Д. Г.. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей и чистых металлов, 3 изд., М., 1973; Воробьева Г. Я., Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств, 2 изд., М., 1975; Жук Н. П., Курс теории коррозии и защиты металлов, М.. 1976; Ульянин Е. А., Коррозионностойкие стали и сплавы, справочник, М., 1980; Коррозия. Справочник, пер. с англ.. М., 1981.}