Odporność korozyjna metali

Co to jest odporność na korozję?

Odporność metalu na korozję nazywana jest odpornością na korozję. Zdolność ta jest określona przez szybkość korozji w określonych warunkach. Do oceny stopnia korozji wykorzystuje się charakterystyki ilościowe i jakościowe.

Cechy jakościowe to:

• zmiana wyglądu powierzchni metalu;

• zmiana mikrostruktury metalu.

Cechy ilościowe to:

• czas przed pojawieniem się pierwszego ogniska korozji;

• liczba ognisk korozji powstałych w pewnym okresie czasu;

• przerzedzenie metalu na jednostkę czasu;

• zmiana masy metalu na jednostkę powierzchni w jednostce czasu;

• objętość gazu pochłoniętego lub uwolnionego podczas korozji na jednostkę powierzchni w jednostce czasu;

• gęstość prądu elektrycznego dla danej szybkości korozji;

• zmiana właściwości w czasie (właściwości mechaniczne, współczynnik odbicia, opór elektryczny).

Różne metale mają różną odporność na korozję.Aby zwiększyć odporność na korozję, stosuje się specjalne metody: stapianie stali, chromowanie, aluminiowanie, niklowanie, malowanie, cynkowanie, pasywacja itp.

Żelazo i stal

W obecności tlenu i czystej wody żelazo szybko koroduje, reakcja przebiega zgodnie ze wzorem:

W procesie korozji luźna warstwa rdzy pokrywa metal, a ta warstwa wcale nie chroni go przed dalszym zniszczeniem, korozja trwa aż do całkowitego zniszczenia metalu. Bardziej aktywna korozja żelaza jest spowodowana roztworami soli: jeśli w powietrzu obecna jest choćby niewielka ilość chlorku amonu (NH4Cl), proces korozji będzie przebiegał znacznie szybciej. W słabym roztworze kwasu chlorowodorowego (HCl) reakcja również będzie przebiegać aktywnie.

Kwas azotowy (HNO3) w stężeniu powyżej 50% doprowadzi do pasywacji metalu — zostanie on pokryty warstwą ochronną, choć delikatną. Odparowany kwas azotowy jest bezpieczny dla żelaza.

Kwas siarkowy (H2SO4) w stężeniu powyżej 70% pasywuje żelazo, a jeśli stal klasy St3 przechowywana jest w 90% kwasie siarkowym w temperaturze 40°C, to w tych warunkach szybkość korozji nie przekroczy 140 mikronów rocznie. Jeśli temperatura wynosi 90 ° C, korozja będzie kontynuowana z 10-krotnie większą szybkością. Kwas siarkowy o stężeniu żelaza 50% rozpuści się.

Kwas fosforowy (H3PO4) nie powoduje korozji żelaza, podobnie jak bezwodne rozpuszczalniki organiczne, takie jak roztwory alkaliczne, wodny amoniak, suchy Br2 i Cl2.

Jeśli do wody dodasz jedną tysięczną chromianu sodu, stanie się on doskonałym inhibitorem korozji żelaza, takim jak heksametafosforan sodu. Ale jony chloru (Cl-) usuwają warstwę ochronną z żelaza i zwiększają korozję.Żelazo jest technicznie czyste, zawiera około 0,16% zanieczyszczeń i jest wysoce odporne na korozję.

Stale średniostopowe i niskostopowe

Dodatki stopowe chromu, niklu lub miedzi w stalach niskostopowych i średniostopowych zwiększają ich odporność na korozję wodną i atmosferyczną. Im więcej chromu, tym wyższa odporność stali na utlenianie. Ale jeśli chrom jest mniejszy niż 12%, to media aktywne chemicznie będą miały destrukcyjny wpływ na taką stal.

Stale wysokostopowe

W stalach wysokostopowych składniki stopowe stanowią ponad 10%. Jeśli stal zawiera od 12 do 18% chromu, to taka stal wytrzyma kontakt z prawie każdym kwasem organicznym, z żywnością, będzie odporna na kwas azotowy (HNO3), zasady, wiele roztworów soli. W 25% kwasie mrówkowym (CH2O2) stal wysokostopowa będzie korodować w tempie około 2 mm rocznie. Jednak silne środki redukujące, kwas solny, chlorki i halogeny niszczą stal wysokostopową.

Stale nierdzewne zawierające od 8 do 11% niklu i od 17 do 19% chromu są bardziej odporne na korozję niż same stale o wysokiej zawartości chromu.Takie stale są odporne na kwaśne środki utleniające, takie jak kwas chromowy lub kwas azotowy, a także silne zasady.

Nikiel jako dodatek zwiększy odporność stali na środowiska nieutleniające, czynniki atmosferyczne. Ale środowisko jest kwaśne, redukujące i kwaśne z jonami halogenowymi - zniszczą one pasywującą warstwę tlenkową, w wyniku czego stal straci swoją odporność na kwasy.

Stale nierdzewne z dodatkiem molibdenu w ilości od 1 do 4% mają wyższą odporność korozyjną niż stale chromowo-niklowe.Molibden zapewni odporność na kwas siarkowy i siarkowy, kwasy organiczne, wodę morską i halogenki.

Żelazokrzem (żelazo z dodatkiem 13 do 17% krzemu), tzw. odlew żelazokrzemowy, ma odporność korozyjną dzięki obecności warstewki tlenkowej SiO2, której nie zniszczą ani kwasy siarkowy, ani azotowy, ani chromowy, tylko wzmacniają ten film ochronny. Ale kwas chlorowodorowy (HCl) łatwo powoduje korozję żelazokrzemu.

Stopy niklu i czysty nikiel

Nikiel jest odporny na wiele czynników, zarówno atmosferycznych, jak i laboratoryjnych, wodę czystą i słoną, sole zasadowe i obojętne, takie jak węglany, octany, chlorki, azotany i siarczany. Nieutlenione i niegorące kwasy organiczne nie zaszkodzą niklu, podobnie jak wrzący stężony zasadowy wodorotlenek potasu (KOH) w stężeniu do 60%.

Korozja jest spowodowana czynnikami redukującymi i utleniającymi, utleniającymi solami alkalicznymi lub kwasowymi, utleniającymi kwasami, takimi jak azot, wilgotne gazowe halogeny, tlenki azotu i dwutlenek siarki.

Monel metaliczny (do 67% niklu i do 38% miedzi) jest bardziej kwasoodporny niż czysty nikiel, ale nie wytrzymuje działania silnych kwasów utleniających. Różni się dość wysoką odpornością na kwasy organiczne, na znaczną ilość roztworów soli. Korozja atmosferyczna i wodna nie zagraża metalowi monelowemu; fluor jest również dla niego bezpieczny. Metalowy monel bezpiecznie wytrzyma 40% wrzącego fluorowodoru (HF), podobnie jak platyna.

Stopy aluminium i czyste aluminium

Ochronna warstwa tlenku aluminium sprawia, że ​​jest ono odporne na typowe utleniacze, kwas octowy, fluor, samą atmosferę i znaczną ilość cieczy organicznych.Technicznie czyste aluminium, w którym zanieczyszczeń jest mniej niż 0,5%, jest bardzo odporne na działanie nadtlenku wodoru (H2O2).

Jest niszczony przez działanie zasad żrących w silnie redukującym środowisku. Rozcieńczony kwas siarkowy i oleum nie są straszne dla aluminium, ale kwas siarkowy o średniej mocy zniszczy je, podobnie jak gorący kwas azotowy.

Kwas solny może zniszczyć ochronną warstwę tlenku aluminium. Kontakt aluminium z rtęcią lub solami rtęci jest dla tych pierwszych destrukcyjny.

Czyste aluminium jest bardziej odporne na korozję niż na przykład stop duraluminium (w którym do 5,5% miedzi, 0,5% magnezu i do 1% manganu), który jest mniej odporny na korozję. Silumin (z dodatkiem 11 do 14% krzemu) jest pod tym względem bardziej stabilny.

Stopy miedzi i czysta miedź

Czysta miedź i jej stopy nie korodują w słonej wodzie ani w powietrzu. Miedź nie boi się korozji: rozcieńczone zasady, suchy NH3, sole obojętne, suche gazy i większość rozpuszczalników organicznych.

Stopy takie jak brąz, które zawierają dużo miedzi, wytrzymują działanie kwasów, nawet zimnego stężonego lub gorącego rozcieńczonego kwasu siarkowego lub stężonego lub rozcieńczonego kwasu solnego w temperaturze pokojowej (25°C).

W przypadku braku tlenu miedź nie koroduje w kontakcie z kwasami organicznymi. Ani fluor, ani suchy fluorowodór nie działają destrukcyjnie na miedź.

Ale stopy miedzi i czysta miedź są korodowane przez różne kwasy w obecności tlenu, a także w kontakcie z mokrym NH3, niektórymi kwaśnymi solami, mokrymi gazami, takimi jak acetylen, CO2, Cl2, SO2. Miedź łatwo wchodzi w interakcje z rtęcią.Mosiądz (cynk i miedź) nie jest wysoce odporny na korozję.

Sprawdź więcej szczegółów tutaj — Miedź i aluminium w elektrotechnice

Czysty cynk

Czysta woda, podobnie jak czyste powietrze, nie powoduje korozji cynku. Ale jeśli w wodzie lub powietrzu znajdują się sole, dwutlenek węgla lub amoniak, rozpocznie się korozja cynku. Cynk rozpuszcza się w zasadach, szczególnie szybko — w kwasie azotowym (HNO3), wolniej — w kwasie solnym i siarkowym.

Rozpuszczalniki organiczne i produkty ropopochodne na ogół nie powodują korozji cynku, ale przy dłuższym kontakcie, na przykład z krakowaną benzyną, kwasowość benzyny wzrośnie, ponieważ utlenia się ona w powietrzu i rozpocznie się korozja cynku.

Czysty ołów

Wysoka odporność ołowiu na korozję wodną i atmosferyczną jest powszechnie znanym faktem. Nie koroduje ja prowadzę a kiedy w glebie Ale jeśli woda zawiera dużo dwutlenku węgla, ołów rozpuści się w niej, ponieważ powstanie wodorowęglan ołowiu, który będzie już rozpuszczalny.

Ogólnie ołów jest bardzo odporny na roztwory obojętne, umiarkowanie odporny na roztwory alkaliczne, a także na niektóre kwasy: siarkowy, fosforowy, chromowy i siarkowy. Ze stężonym kwasem siarkowym (od 98%) w temperaturze 25 ° C ołów może się powoli rozpuszczać.

Fluorowodór w stężeniu 48% rozpuszcza ołów po podgrzaniu. Ołów silnie reaguje z kwasem solnym i azotowym, z kwasem mrówkowym i octowym. Kwas siarkowy pokryje ołów słabo rozpuszczalną warstwą chlorku ołowiu (PbCl2) i dalsze rozpuszczanie nie nastąpi. W stężonym kwasie azotowym ołów będzie również pokryty warstwą soli, ale rozcieńczony kwas azotowy rozpuści ołów. Chlorki, węglany i siarczany nie są agresywne w stosunku do ołowiu, natomiast roztwory azotanów wręcz przeciwnie.

Czysty tytan

Dobra odporność na korozję jest cechą charakterystyczną tytanu.Nie utlenia się silnymi utleniaczami, wytrzymuje roztwory soli, FeCl3 itp. Stężone kwasy mineralne będą powodować korozję, ale nawet wrzący kwas azotowy w stężeniu poniżej 65%, kwas siarkowy - do 5%, kwas solny - do 5% - nie spowoduje korozji tytanu. Normalna odporność korozyjna na zasady, sole alkaliczne i kwasy organiczne odróżnia tytan od innych metali.

Czysty cyrkon

Cyrkon jest bardziej odporny na działanie kwasu siarkowego i chlorowodorowego niż tytan, ale mniej odporny na wodę wodną i mokry chlor. Posiada wysoką odporność chemiczną na większość zasad i kwasów, odporny na nadtlenek wodoru (H2O2).

Działanie niektórych chlorków, wrzącego stężonego kwasu solnego, wody królewskiej (mieszanina stężonego kwasu azotowego HNO3 (65-68% wag.) i solanki HCl (32-35% wag.), gorącego stężonego kwasu siarkowego i dymiącego kwasu azotowego - powodują Jeśli chodzi o korozję, jest to taka właściwość cyrkonu jak hydrofobowość, to znaczy ten metal nie jest zwilżany ani wodą, ani roztworami wodnymi.

Czysty tantal

Doskonała odporność chemiczna tantalu jest podobna do szkła. Jego gęsty film tlenkowy chroni metal w temperaturach do 150 ° C przed działaniem chloru, bromu, jodu. Większość kwasów w normalnych warunkach nie działa na tantal, nawet aquaregia i stężony kwas azotowy nie powodują korozji. Roztwory alkaliczne praktycznie nie mają wpływu na tantal, ale działa na niego fluorowodór i stosuje się stężone gorące roztwory alkaliczne, do rozpuszczania tantalu stosuje się stopione alkalia.