Файл: Стандартизация и качество машин учеб. пособие.pdf

ми свойствами, окисные пленки должны удовлетворять ряду требо­ ваний: покрывать металл без разрывов, быть прочными, эластич­ ными, химически стойкими, обладать хорошей сцепляемостью с ме­ таллом.

Химическая коррозия обычно наблюдается при действии на по­ верхность металлов сухих газов (газовая коррозия) и органических жидкостей (дихлорэтан, бензин и др.), практически не проводящих электрический ток. Характерным примером химической (газовой) коррозии является окисление металлов в печах при их термической обработке.

Э л е к т р о х и м и ч е с к а я к о р р о з и я заключается в разру­ шении металлов, соприкасающихся с жидкостями, проводящими электрический ток — электролитами. При этом возникает электри­ ческое поле и происходит перемещение зарядов: в металле — элек­ тронов, в жидкости — ионов. Необходимым условием возникнове­ ния электрохимической коррозии является электрохимическая не­ однородность соприкасающейся с электролитом поверхности одного металла или нескольких металлов, имеющих между собой электри­ ческий контакт и находящихся в общем электролите.

В месте контакта металла с электролитом образуется скачок потенциала, называемый электрохимическим потенциалом (элек­ тродным потенциалом). Значение электрохимического потенциала металла зависит от многих факторов: состава электролита, темпе­ ратуры, состояния поверхности металла (чистота обработки, оста­ точные напряжения, химический состав) и др.

Все металлы по величине их электрохимических потенциалов в конкретном электролите можно расположить в порядке возрастаю­ щих значений потенциала. Если электролитом будет служить атмос­ ферная влага, то по значению электрохимических потенциалов наиболее важные в практическом отношении металлы располагают­

П р и м е ч а й и е. Приведены конечные (кроме Mg) значения электрохимиче­ ских потенциалов в 3%-ном растворе NaCl при 18°С.

Если в конструкции два металла, обладающие различными элек­ трохимическими потенциалами, находятся во взаимном контакте

77

и соприкасаются с электролитом (атмосферная влага или другие среды), то образуется гальванический элемент. При этом металл, имеющий отрицательный потенциал (анод), будет разрушаться. Металл, имеющий положительный потенциал (катод), не разру­ шается.

Таким образом, при контакте двух металлов электрохимически разрушается тот, который стоит выше в таблице электрохимических потенциалов. У него потенциал ниже, он является анодным участ­ ком электрохимической цепи.

Величина потерь с единицы поверхности металла в единицу вре­ мени называется скоростью коррозии. На скорость коррозии боль­ шое влияние оказывают многие факторы, которые обычно делят на внутренние и внешние. Внутренние факторы зависят от материала корродирующей детали, его строения, физико-химических свойств поверхности, чистоты обработки, напряженного состояния и т. п. Внешние факторы коррозии связаны с природой коррозионной сре­ ды, ее составом, температурой, условиями воздействия (движение среды) и т. п.

Из числа внутренних факторов одним из важнейших является состав сплава. Например, сплавы на основе электроположительного металла — меди, обладают более высокой коррозионной стойко­ стью, чем сплавы на основе магния — металла электроотрицатель­ ного (см. табл. 5). Строение сплава, степень его однородности так­ же влияют на коррозионную стойкость. Если сплав неоднороден, состоит из зерен разного состава, то при наличии электролита, на его поверхности образуется множество микрогальванических элемен­ тов. анодные участки начнут разрушаться, возникнет коррозия. Так, закалка дюралюмина, отжиг оловянистых бронз повышают одно­ родность этих сплавов, а следовательно, и их стойкость против элек­ трохимической коррозии.

Электрохимическая коррозия может возникнуть и при неодно­ родной напряженности отдельных участков детали, так как при увеличении внутренних напряжений электрохимический потенциал этих участков становится отрицательным, и они подвергаются раз­ рушению. Результатом совместного действия коррозионной среды и напряжений являются такие виды разрушений, как коррозион­ ное растрескивание, коррозионная усталость.

Из числа факторов, связанных с природой коррозионной среды, ч большое значение имеет содержание кислорода в водных растворах, так как кислород может служить ускорителем коррозионного про­ цесса. В металлических конструкциях, когда различные участки де­ тали находятся в условиях неодинаковой аэрации, т. е. соприкасают­ ся со средой, содержащей различные количества кислорода, обра­ зуются участки с различной степенью окисления. Менее окисленные участки становятся анодами и при коррозии разрушаются.

Морская вода, содержащая растворенные соли, представляет собой сильный электролит и является активной коррозионной сре­

78

дой по отношению к большинству конструкционных сплавов. Поэто­ му защите от коррозии конструкций, находящихся в морской воде и в приморских районах, должно уделяться особое внимание.

По характеру внешнего проявления различают 36 видов корро­ зии (ГОСТ 5272—68), из которых наиболее часто встречаются сле­ дующие (рис. 26):

Рис. 26. Основные виды коррозии

сплошная, охватывающая всю поверхность детали, может быть равномерной (рис. 26, а) и неравномерной (рис. 26,6);

местная, охватывающая отдельные участки поверхности детали:

кристаллитов (зерен) металла. Межкристаллитная коррозия разру­ шает границы между зернами, резко снижает механические свойст­ ва детали и является одним из самых опасных видов коррозии, осо­ бенно если учесть, что при внешнем осмотре ее трудно обнаружить.

Кроме рассмотренных, указанный стандарт определяет: атмо­ сферную коррозию — коррозия металла в атмосфере воздуха или любого влажного газа, подземную — в почвах и грунтах, биокор­ розию — под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, кор­ розию при трении — вызываемую одновременным воздействием кор­ розионной среды и трения, и др.

В эксплуатации часто встречаются на одной детали различные комбинации перечисленных видов коррозии. Так, сплошная корро­ зия может сопровождаться межкристаллитной.

Количественно величина коррозии и коррозионной стойкости может оцениваться следующими методами.

79

1. Весовой метод, характеризующий скорость коррозии по поте массы тела. При этом методе скорость коррозии определяется из выражения

где т0— первоначальная масса образца;

nil — масса образца после корродирования; F — площадь поверхности образца;

t — время испытаний.

Для определения массы образца /щ спустя время t после нача­ ла испытаний его взвешивают, удалив предварительно с его по­ верхности продукты коррозии. Эта операция может производиться путем механического воздействия, например щетками, или путем использования специальных электролитов, растворяющих продук­ ты коррозии, но не реагирующих на металл.

Весовой метод наиболее прост, но он применим в основном для тех случаев, когда коррозия носит равномерный характер.

2. Объемный метод наиболее целесообразен в тех случаях, ког­ да процесс коррозии идет с выделением водорода или поглощением кислорода. Он заключается в измерении объемов выделившегося водорода или поглощенного кислорода с помощью различного вида коррозиметров.

Этот метод в 10—100 раз точнее весового и позволяет определять скорость коррозии, не прерывая испытания."

3. Глубинный метод позволяет определять глубину проникно­ вения коррозии. Измерение может выполняться с помощью обычных микроскопов путем фокусирования оптической системы сначала на плоскость, совпадающую с верхним краем очагов коррозии, и затем на их дно. Разность этих показаний указывает глубину проникнове­ ния коррозии. Для измерения глубины коррозии на конструкциях удобен глубинометр С. Е. Павлова, представляющий собой обычный микрометр, внутри нижней латунной полости которого движется штифт с иглообразным наконечником. Когда иглообразный наконеч­ ник достигает дна коррозионной язвы, электрическая цепь замы­ кается и подается световой сигнал. Фиксируемая микрометром раз­ ность показаний дает искомую величину.

Глубинный показатель используется в качестве дополнительного к показателю изменения массы металла. Оба эти показателя доста­ точно полно характеризуют неравномерную по поверхности металла коррозию.

4. Величину коррозии можно определять также по изменению механических свойств металлов (например, предела прочности и удлинения), изменению отражательной способности металла (на­ пример, декоративных покрытий, нержавеющих сталей, для отра­ жающих систем прожекторов, рефлекторов), изменению электриче­ ского сопротивления при межкристаллитной коррозии.

80

Теперь рассмотрим некоторые методы защиты металлов от кор­ розии.

Требуемая коррозионная стойкость деталей машин и конструк­ ций обеспечивается комплексом мероприятий, проводимых на ста­ дии проектирования, изготовления, хранения и эксплуатации про­ дукции. Несмотря на то, что в настоящее время разработано боль­ шое количество надежных методов защиты металлов от коррозии, эта проблема все еще полностью не решена.

Разнообразие видов коррозии и условий, в которых она может возникнуть, не позволяет создать универсальный метод защиты ме­ таллов от коррозии и объясняет существование большого количест­ ва различных мер и принципов борьбы с коррозией.

Все существующие способы защиты от коррозии можно разбить на несколько групп, каждая из которых может заключать различ­ ные методы и технологические приемы осуществления защиты:

легирование сплавов с целью повышения их коррозионной стой­ кости;

изоляция поверхности металла от действия коррозионной среды: металлические, неметаллические покрытия (органические и неорга­ нические) ;

изменение состава коррозионной среды; протектирование; выбор рациональных конструктивных решений.

Методы легирования металлов и нанесения защитных покрытий будут рассмотрены в гл. III наряду с другими технологическими ме­ тодами обеспечения качества продукции.

мосферу, окружающую изделие (например, при хранении), вводятся добавки специальных веществ — ингибиторов, которые, будучи до­ бавлены в небольших количествах (от 0,0001 до 1%) в коррозион­ ную среду, уменьшают скорость коррозии или полностью прекра­ щают коррозионный процесс на длительное время (месяцы или годы).

К настоящему времени описано более 3000 различных веществ, замедляющих коррозию разных металлов и их сплавов. Подавляю­ щее их число принадлежит к органическим соединениям, хотя используются также неорганические и смешанные ингибиторы. Ме­ ханизм действия ингибиторов зависит от природы металла, соста­ ва коррозионной среды и условий коррозии. По действию ингиби­ торы можно разделить на две группы:

ингибиторы, действие которых направлено на связывание коррозионно активных веществ или на предотвращение их образования в коррозионной среде. Например, коррозия меди стимулируется в азотистой кислоте. Если в коррозионную среду ввести вещества, связывающие азотистую кислоту или предотвращающие ее образо­