Файл: Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие.pdf

248 Г л . 8. Материалы активной зоны

В случае контакта алюминия чистотой 99,995% с насыщен­ ной воздухом дистиллированной водой при температуре до 90° на поверхности металла образуется аморфная пленка окис­ ла алюминия и поверх нее слой бемита АІгОз-НгО с ортором­

обусловливает его пассивацию. Анодная поляризационная кри­ вая алюминия (рис. 8.4) свидетельствует о пассивации алюми­ ния в области потенциалов от —0,4 до —0,75 в.

В случае нарушения сплошности пассивирующей окисной пленки, .например, при перемешивании среды, содержащей ча­ стицы корунда, алюминий активируется и на анодной поляри­ зационной кривой пассивная область отсутствует. Образование на поверхности алюминия окисной пленки путем окисления на воздухе или при анодировании увеличивает пассивную область до потенциала 2,0 в. При температуре, близкой к комнатной, коррозия алюминия и его сплавов протекает преимущественно с кислородной деполяризацией при диффузионном ограничении. Величина предельного диффузионного тока на алюминии в 10 раз меньше, чем на железе и меди, так как на большей части поверхности алюминия катодный процесс не идет.

В активной зоне атомных реакторов сплавы алюминия ча­ сто эксплуатируются при температуре значительно выше ком­

натной. С ростом температуры коррозия алюминия интенсифи­

величина, обратная температуре в градусах Кельвина» связь

к ресурсу работы изделий из этих сплавов. В противном случае, не дойдя по кинетической кривой до момента перелома, можно получить неправильную информацию о стойкости, сплава алю­ миния. С изменением температуры может изменяться и харак­ тер коррозии. Так, при температуре ниже 100° чистый алюми­ ний подвергается общей и иногда язвенной коррозии. При бо­ лее высокой температуре чистый алюминий подвергается меж­ кристаллитной коррозии. 4

Состав сплава. Рассмотрим влияние состава сплавов алю­ миния на их коррозионную стойкость и в первую очередь влия­ ние Ni, Fe, Cu. При комнатной температуре стационарный по­ тенциал чистого алюминия отвечает пассивной области. В этих условиях чистый алюминий (99,9998%) весьма стоек. Примеси Fe, Ni, Cu мало растворяются в алюминии и образуют интер­ металлические соединения FeAl3, NiAl3, CUA12.

Перенапряжение катодных реакций, особенно реакции раз­ ряда иона водорода, на этих интерметаллических соединениях значительно меньше, чем на чистом алюминии. Вследствие это­ го скорость катодных процессов и стационарный потенциал на

на чистом алюминии. Участки алюминия, окружающие интерметаллиды, поляризуются до значений потенциалов, более по­ ложительных, чем потенциал перепасснвацин. Естественно, при этом возрастает скорость общей и особенно местной коррозии. Так, в 20%-ной соляной кислоте увеличение в алюминии при-

Рис. 8.6. Поляризация алюминия в 0.1 и. растворе

месей Fe, Ni, Cu с 0,002 до 0,03% приводит к возрастанию ско­ рости коррозии от 30 до 1000 раз. В нейтральных средах влия­ ние примесей на скорость коррозии не столь эффективно, но значительно. Указанные обстоятельства позволяют понять, по­ чему при температуре, близкой к комнатной, алюминий тем бо­ лее стоек, чем он чище.

При температуре выше 100° картина существенно меняется. При температуре 180° алюминий способен пассивироваться (рис. 8.6). В деаэрированной среде коррозия в этих условиях идет с водородной деполяризацией и стационарный потенциал отвечает области активного растворения. Коррозия в этом слу­ чае велика, идет по линейному закону, и чистый алюминий не­ стоек. Наряду с общей коррозией идет интенсивная местная и межкристаллитная коррозия. Образующиеся на поверхности металла окислы не защищают алюминий. Водород, выделяю­ щийся в процессе коррозии, диффундирует в металл, скапли­ вается в микропорах и образует там газовые пузыри. С уве­ личением давления пузыри «раскрываются», разрушая металл.

Смещение стационарного потенциала в положительную сторону может быть достигнуто увеличением скорости катодного про­ цесса. Выше указывалось, что перенапряжение водорода на интерметаллидах железа и никеля ниже, чем на алюминии. Легирование алюминия этими компонентами приводит к увели­ чению скорости катодного процесса реакции разряда иона водорода и смещению стационарного потенциала в положи­ тельную сторону. Специальными экспериментами было показа­ но, что наиболее эффективно влияет на электрохимическое по­ ведение алюминия легирование никелем и железом в количест­ ве до 1%. В этом случае стационарный потенциал сплава при температуре 200—300° отвечает пассивной области. Дальней­ шее увеличение концентрации этих легирующих элементов ма­ ло сказывается на электрохимическом поведении алюминия. Способ увеличения стойкости алюминиевых сплавов, основан­ ный на легировании благородными составляющими, разрабо­ тан советским ученым Н. Д. Томашовым. Аналогичным обра­ зом может быть увеличена стойкость металлокерамических алюминиевых композиций. При температуре 300° скорость кор­ розии сплавов, близких по составу к сплаву Ä288 (см. табл. 8.8), составляет 0,1 мм!год. Сплав 6061 при этой темпе­ ратуре нестоек.

Влияние среды. Стойкость алюминиевых сплавов существен­ но зависит от состава среды и, в частности, от pH. Пассивное состояние алюминия и его сплавов обусловливается наличием на поверхности фазовой пленки окиси алюминия. Окись алю­ миния амфотерна. Она растворяется и в кислых, и в щелочных средах. В соответствии с этим скорость коррозии алюминия ве­ лика в кислых гг щелочных средах и значительно ниже в ней­ тральных средах. С увеличением pH среды от значения 2—3 скорость коррозии сплавов алюминия проходит через минимум.

Значение pH, отвечающее минимальной скорости коррозии алюминия, зависит от температуры среды. Минимальная ско­ рость коррозии сплавов алюминия при температурах 60, 125— 200, 200—300° имеет место при pH соответственно 5—7; 4,5— 5,5 и 3—3,5. Для снижения pH наиболее пригодна фосфорная кислота, поскольку ион фосфата ингибирует коррозию алю­ миния.

Хлорид-ион интенсифицирует общую и местную коррозию алюминия и его сплавов, так как, адсорбируясь на поверхно­ сти алюминия, нарушает пассивное состояние. Особенно опас­ но присутствие хлоридов в среде при контакте алюминия с не­