Коррозионная усталость

Коррозио'нная уста'лость,понижение предела выносливости металла или сплава, возникающее при одновременном воздействии циклических переменных напряжений и коррозионной среды. Разрушение металла происходит в результате появления сетки микротрещин транскристаллитного или межкристаллитного типа, переходящих в крупную трещину К. у. Максимальное механическое напряжение, при котором после одновременного воздействия установленного числа циклов переменной нагрузки и заданных коррозионных условий металл ещё не разрушается, называется пределом К. у.

Коррозионностойкие материалы

Коррозионносто'Р№РєРёРµ материа'лы,металлические Рё неметаллические материалы, способные противостоять разрушительному действию агрессивных сред; применяются для изготовления аппаратов, трубопроводов, арматуры Рё РґСЂ. изделий, предназначенных для эксплуатации РІ условиях воздействия кислот, щелочей, солей, агрессивных газов Рё РґСЂ. агентов. РџРѕРґ стойкостью материала понимают его способность сопротивляться РєРѕСЂСЂРѕР·РёРё РІ конкретной среде или РІ РіСЂСѓРїРїРµ сред. Материал, стойкий РІ РѕРґРЅРѕР№ среде, может интенсивно разрушаться РІ РґСЂСѓРіРѕР№. Способность материалов сопротивляться окислению РїСЂРё высоких температурах РІ газообразных средах (РІРѕР·РґСѓС…, Рћ ₂, РЎРћ ₂Рё С‚. Рґ.) называется жаростойкостью. Рљ жаростойким материалам относятся сплавы железа СЃ С…СЂРѕРјРѕРј (нержавеющие стали), сплавы титана, циркония, молибдена, тантала. РћСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ метод повышения жаростойкости сплавов РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ железа - легирование РёС… элементами, способными создать РЅР° поверхности металла защитную РѕРєРёСЃРЅСѓСЋ плёнку, препятствующую дальнейшему окислению. Такими элементами, РєСЂРѕРјРµ С…СЂРѕРјР°, являются кремний, алюминий. Р’ тех случаях, РєРѕРіРґР° наряду СЃ жаростойкостью требуется высокая прочность, применяют сплавы РЅР° никелевой РѕСЃРЅРѕРІРµ, типа РЅРёРјРѕРЅРёРєРѕРІ, инконелей.

  Стойки к окислению в газообразных и многих жидких средах благородные металлы: платина, золото. В кислых окислительных средах, например в азотной кислоте, коррозионностойки хромоникелевые и хромистые нержавеющие стали. Наиболее широко применяется хромоникелевая аустенитная нержавеющая сталь 1X18H10T, содержащая 0,1% С, 18-20% Cr, 9-11% Ni и 0,35-0,8% Ti. Титан или заменяющий его ниобий вводятся для устранения специфического вида разрушения - межкристаллитной коррозии. При указанном содержании никеля сталь имеет аустенитную структуру, обеспечивающую высокую пластичность и способность к технологическим обработкам, в частности к сварке. Однако никель - дорогой и дефицитный легирующий элемент. Поэтому в ряде аустенитных нержавеющих сталей он частично или полностью заменен на марганец. Нержавеющая сталь, содержащая лишь хром, труднее поддаётся технологической обработке, но более прочна. Для изделий, в которых требуется сочетание высокой коррозионной стойкости и прочности, применяют хромистые стали мартенситного класса, содержащие 0,2-0,4% С и 12-14% Cr. Стали с 25%-ным содержанием Cr обладают высокой стойкостью, но непрочны и плохо поддаются технологической обработке.

  В концентрированных азотной и серной кислотах стойки железо и низколегированные (содержащие менее 2-3% легирующих элементов) стали. Стойкость сталей в этих условиях определяется их способностью к пассивированию в результате образования на их поверхности тонких, но очень плотных окисных плёнок (см. Пассивирование металлов ) .Легирование стали хромом увеличивает эту способность. В горячих растворах серной кислоты стойки стали, легированные 25% Cr, 25% Ni, 2-3% Cu, сплавы титана, свинец. В средах, содержащих хлориды, аустенитные нержавеющие стали, а также сплавы алюминия подвергаются язвенной коррозии и особому виду разрушения - коррозии под напряжением (см. Коррозия металлов). Для борьбы с коррозией под напряжением (коррозионным растрескиванием) повышают содержание Ni в сталях до 40% или вводят в них до 1,5% Cu. В хлоридсодержащих средах, в том числе в растворах соляной кислоты, стойки сплавы титана и сплав на никелевой основе, включающий в качестве компонента молибден, - хасталлой.

  В природных водах (пресной и морской) при температурах до 100 °С стойки медь и её сплавы (бронза, латунь), а также алюминий и сплавы алюминия.

  Среди неметаллических К. м. неорганического происхождения можно отметить графит, алюмосиликаты, чистый кремнезём. Кварцевое стекло, в частности, стойко во многих средах и широко применяется для изготовления химической посуды. Для футеровки металлических корпусов аппаратов в производстве минеральных кислот широко применяют различные природные материалы (горные породы андезит, базальт и др.). Стоек во многих водных средах и ряд органических материалов: фторопласты (тефлон), полиэтилен, полистирол и т. д. Однако все они применимы при температурах не свыше 100-200 °С.

  Коррозионную стойкость материалов можно повысить, если нанести на них защитные покрытия. Для защиты от атмосферной коррозии широко применяют цинкование, анодирование, алитирование(покрытие алюминием), никелирование, хромирование, эмалирование,а также нанесение органических материалов - лакокрасочных покрытий. Для замедления разрушения материалов в агрессивных средах широко используют ингибиторы коррозии (см. �нгибиторы химические ) .

  Лит.:Розенфельд �. Л., Коррозия и защита металлов, М., 1970; Клинов �. Я., Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы, 3 изд., М., 1960; Химушин Ф. Ф., Нержавеющие стали, М., 1963; Тодт Ф., Коррозия и защита от коррозии, пер. с нем., М.- Л., 1966.

  В. В. Герасимов.

Коррозия (геол.)

Корро'зия(от позднелат. corrosio - разъедание) (геологическое),

  1) разрушение (растворение) горных пород под влиянием химического воздействия воды с образованием трещин, каналов, воронок, котловин, каверн, пещер и др. пустот и углублений; особенно наглядно проявляется в местах развития легкорастворимых пород ( каменной соли, гипса, известнякови др.); см. Карст.

  2) Разъедание и частичное растворение магматическим расплавом или лавой кристаллов-вкрапленников, выделившихся на первом этапе их кристаллизации, или обломков пород ( ксенолитов ) ,захваченных магмой при её внедрении.

Коррозия металлов

Корро'зияметаллов, разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозионной) средой. В результате К. ежегодно теряется от 1 до 1,5% всего металла, накопленного и эксплуатируемого человечеством. В денежном выражении прямые потери от К. (на воспроизводство и замену вышедшего из строя оборудования) составили, по примерной оценке, в США за 1955 около 5,5 млрд. долларов, во Франции за 1959 около 250 млрд. франков. В СССР в конце 60-х гг. они были не ниже 5-6 млрд. рублей в год. Трудно учесть более высокие косвенные потери от простоев и снижения производительности оборудования, подвергшегося К., от нарушения нормального хода технологических процессов, от аварий, обусловленных снижением прочности металлических конструкций, и т. п. В народном хозяйстве всё шире применяются всевозможные средства и методы борьбы с К. (см. Антикоррозионная защита ) .

 Причина К.: термодинамическая неустойчивость системы, состоящей из металла и компонентов окружающей (коррозионной) среды. Мерой термодинамической неустойчивости является свободная энергия, освобождаемая при взаимодействии металла с этими компонентами. Но свободная энергия сама по себе ещё не определяет скорость коррозионного процесса, т. е. величину, наиболее важную для оценки коррозионной стойкости металла. В ряде случаев адсорбционные или фазовые слои (плёнки), возникающие на поверхности металла в результате начавшегося коррозионного процесса (см. Пассивирование металлов ) ,образуют настолько плотный и непроницаемый барьер, что К. прекращается или очень сильно тормозится. Поэтому в условиях эксплуатации металл, обладающий большим сродством к кислороду, может оказаться не менее, а более стойким (так, свободная энергия образования окисла у Cr или Al выше, чем у Fe, а по стойкости они часто превосходят Fe).

  Коррозионные процессы классифицируют: а) по виду (геометрическому характеру) коррозионных разрушений на поверхности или в объёме металла, б) по механизму реакций взаимодействия металла со средой (химическая и электрохимическая К.), в) по типу коррозионной среды, г) по характеру дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды.

  Виды коррозионных разрушений. К., захватившая всю поверхность металла, называется сплошной. Её делят на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинакова ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной К. поражения локальны и оставляют практически незатронутой значительную (иногда подавляющую) часть поверхности. В зависимости от степени локализации различают коррозионные пятна, язвы и точки (питтинг). Точечные поражения могут дать начало подповерхностной коррозии. распространяющейся в стороны под очень тонким (например, наклёпанным) слоем металла, который затем вздувается пузырями или шелушится. Наиболее опасные виды местной К. - межкристаллитная (интеркристаллитная), которая, не разрушая зёрен металла, продвигается вглубь по их менее стойким границам, и транскристаллитная, рассекающая металл трещиной прямо через зёрна. Почти не оставляя видимых следов на поверхности, эти поражения могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции. Близка к ним по характеру ножевая К., словно ножом разрезающая металл вдоль сварного шва при эксплуатации некоторых сплавов в особо агрессивных растворах. �ногда специально выделяют поверхностную нитевидную К., развивающуюся, например, под неметаллическими покрытиями, и послойную К., идущую преимущественно в направлении пластической деформации. Специфична избирательная К., при которой в сплаве могут избирательно растворяться даже отдельные компоненты твёрдых растворов (например, обесцинкование латуней).

  Химическая и электрохимическая К.К. является химической, если после разрыва металлической связи атомы металла непосредственно соединяются химической связью с теми атомами или группами атомов, которые входят в состав окислителей, отнимающих валентные электроны металла. Химическая К. возможна в любой коррозионной среде, однако чаще всего она наблюдается в тех случаях, когда коррозионная среда не является электролитом (газовая К., К. в неэлектропроводных органических жидкостях). Скорость её чаще всего определяется диффузией частиц металла и окислителя через поверхностную плёнку продуктов К. (высокотемпературное окисление большинства металлов газами), иногда - растворением или испарением этой плёнки (высокотемпературное окисление W или Mo), её растрескиванием (окисление Nb при высоких температурах) и изредка - конвективной доставкой окислителя из внешней среды (при очень малых его концентрациях).

В  Рљ. является электрохимической, если РїСЂРё выходе РёР· металлической решётки образующийся катион вступает РІ СЃРІСЏР·СЊ РЅРµ СЃ окислителем, Р° СЃ РґСЂСѓРіРёРјРё компонентами РєРѕСЂСЂРѕР·РёРѕРЅРЅРѕР№ среды; окислителю же передаются электроны, освобождающиеся РїСЂРё образовании катиона. Такой процесс возможен РІ тех случаях, РєРѕРіРґР° РІ окружающей среде существуют РґРІР° типа реагентов, РёР· которых РѕРґРЅРё (сольватирующие или комплексообразующие) СЃРїРѕСЃРѕР±РЅС‹ соединяться устойчивыми СЃРІСЏР·СЏРјРё СЃ катионом металла без участия его валентных электронов, Р° РґСЂСѓРіРёРµ (окислители) РјРѕРіСѓС‚ присоединять валентные электроны металла, РЅРµ удерживая около себя катионы. Подобными свойствами обладают растворы или расплавы электролитов, РіРґРµ сольватированные катионы сохраняют значительную подвижность. Рў. Рѕ., РїСЂРё электрохимической Рљ. удаление атома РёР· металлической решётки (что составляет суть любого РєРѕСЂСЂРѕР·РёРѕРЅРЅРѕРіРѕ процесса) осуществляется РІ результате РґРІСѓС… независимых, РЅРѕ сопряжённых, связанных между СЃРѕР±РѕР№ электрическим балансом, электрохимических процессов: анодного - переход сольватируемых катионов металла РІ раствор, Рё катодного - связывание окислителем освобождающихся электронов. Отсюда следует, что процесс электрохимической Рљ. можно замедлить РЅРµ только путём непосредственного торможения анодного процесса, РЅРѕ также воздействуя РЅР° скорость катодного. Наиболее распространены РґРІР° катодных процесса: разряд водородных РёРѕРЅРѕРІ (2 Рµ+ 2H ⁺ =H ₂) Рё восстановление растворённого кислорода (4 e+O ₂+4H ⁺= 2H ₂O или 4 e+O ₂+2H ₂O =4РћРќ ^-), которые часто называют соответственно РІРѕРґРѕСЂРѕРґРЅРѕР№ Рё кислородной деполяризацией.

  Анодный и катодный процессы с той или иной вероятностью и в той или иной последовательности протекают в любых точках металлической поверхности, где катионы и электроны могут взаимодействовать с компонентами коррозионной среды. Если поверхность однородна, то катодные и анодные процессы равновероятны по всей её площади; в таком идеальном случае К. называют гомогенно-электрохимической (отмечая таким образом отсутствие какой-либо неоднородности в распределении вероятности электрохимических процессов в любой точке поверхности, что, конечно, не исключает термодинамической гетерогенности взаимодействующих фаз). В действительности на металлических поверхностях существуют участки с различными условиями доставки реагирующих компонентов, с разным энергетическим состоянием атомов или с различными примесями. На таких участках возможно более энергичное протекание либо анодного, либо катодного процессов, и К. становится гетерогенно-электрохимической.

  Проводимость металла очень высока, и при возникновении избыточного заряда электроны практически мгновенно перераспределяются, так что плотность заряда и электрического потенциал металла меняются одновременно по всей его поверхности независимо от того, в каких её точках электроны освободились после ухода катионов, а в каких захватываются окислителем. В частности, это означает, что от мест, где преимущественно осуществляется анодная реакция, электроны перемещаются в металле к местам протекания катодной. Соответственно раствор вблизи анодных участков принимает избыточный положительный заряд растворившихся катионов, а вблизи катодных заряжается отрицательно в результате захвата электронов растворённым окислителем. В растворе эти заряды не перераспределяются так легко, как в металле. Поэтому с повышением скорости процесса потенциал раствора в непосредственной близости от анодных участков становится всё более положительным, что затрудняет дальнейший выход из металла положительно заряженных катионов, а вблизи катодных участков - более отрицательным, что затрудняет катодный процесс. �наче это можно представить, как вызванное протеканием тока омическое падение напряжения между прианодным и прикатодным слоями раствора, с учётом которого потенциал металла по отношению к прианодному слою оказывается несколько более отрицательным, а по отношению к прикатодному - более положительным, чем по отношению к объёму раствора. В случаях, когда такое омическое падение напряжения велико (очень высокая плотность тока, низкая электрическая проводимость раствора, большое взаимное удаление катодных и анодных участков), коррозионную систему удобнее представить в виде системы короткозамкнутых микро- или макрогальванических элементов. В остальных случаях при определении средней по площади скорости растворения металла современная теория наряду с такой моделью позволяет также представлять электрохимически гетерогенную поверхность как квазигомогенную.