 |
Защита металлов от коррозии
|
|
|
|
Коррозия металлов происходит вследствие их взаимодействия с химически активными веществами, содержащимися в природных и технологических средах.
В результате коррозии ежегодно теряется около 10 % общего количества выплавляемых черных металлов.
Коррозия металлов может быть уменьшена или практически устранена
· нанесением защитных покрытий (например, лакокрасочных);
· введением в среду ингибиторов (например, хроматов, нитритов, арсенидов);
· применением коррозионно-стойких материалов (например, сплавов, содержащих металлы с высокой склонностью к пассированию — хром, никель, молибден и др.).
К числу мероприятий по борьбе с коррозией металла относятся:
· очистка металлов от примесей, ускоряющих коррозионные процессы (удаление серы из железных сплавов);
· легирование элементами, которые переводят металл в пассивное состояние (например, стандартный электродный потенциал углеродистой стали при введении 12,6 % хрома изменяется с - 0,6 В до +1,8 В, и сталь становится устойчивой к коррозии не только в сухих газовых средах, но и в атмосфере, воде и многих промышленных средах, содержащих кислород и другие окислители);
· нанесение на изделия защитных покрытий.
Защиту от коррозии следует начинать правильным подбором химического состава и структуры металла. Однако наибольшее распространение в практике для защиты металла от коррозии получили легирование и защитные покрытия.
Защитные покрытия (пленки) могут быть металлическими, оксидными, битумными, полимерными, лакокрасочными, стеклоэмалевыми, бетонными и др.
Металлические покрытия представляют собой механическую (катодное покрытие) или электрохимическую (анодное покрытие) защиту.
|
|
|
Катодное покрытие — это покрытие металлом, который более электроположителен, чем основной (лужение железа оловом). Разрушение основного металла может произойти только в том случае, если на покрытии образуется трещина или отверстие, и пленка уже не будет механически защищать металл.
Анодное покрытие — это покрытие более электроотрицательным металлом, чем основной (например, цинкование и хромирование стали). В случае повреждения электрохимическое растворение металла покрытия препятствует коррозии основного металла.
Процесс нанесения металлических покрытий называется металлизацией.
Металлизация — покрытие поверхности изделия слоем металла или сплава для придания ей физических, химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого материала.
Оксидные покрытия получают, например, при оксидировании и фосфатировании.
Фосфатирование — создание на изделии поверхностной пленки из нерастворимых солей железа или марганца в результате обработки металла фосфатами железа или марганца.
Использование лакокрасочных покрытий основано на механической защите металла пленкой из различных красок и лаков. Лакокрасочные покрытия используют, например, для защиты трубопроводов с наружной и внутренней сторон. Такие покрытия состоят из двух-трех слоев грунтовки и двух слоев эмали.
Эмалевые покрытия наплавляют на металл, используя различные комбинации силикатов (кварц, полевой шпат, буру, глину и др.).
Битумные покрытия наносят в заводских и полевых условиях на трубы при диаметре не более 800 мм и температуре транспортируемых продуктов не выше 40 °С.
Полимерные покрытия получают наклеиванием полимерной пленки, напылением порошкообразного полимера (или другими методами) на поверхность конструкционного материала, например металлопласта.
Металлопласт – конструкционный материал, состоящий из металлического листа (сталь, алюминий, титан и др.), покрытого с одной или двух сторон слоем полимера, например, полиэтилена, фторопласта, поливинилхлорида.
|
|
|
Полимерные покрытия, используемые в полевых условиях, представляют собой липкие изоляционные полиэтиленовые и полихлорвиниловые ленты, которые наматываются на трубопровод в один или два слоя.
Полиэтиленовые ленты применяют на трубопроводах, диаметр которых не более 1420 мм и температура транспортируемого продукта не выше 60 °С, полихлорвиниловые — при диаметре не более 1020 мм и температуре не выше 35 °С.
Металлические стекла
Металлические стекла (аморфные сплавы, стекловидные металлы, метглассы ) — металлические сплавы в стеклообразном состоянии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении металлического расплава, когда быстрым охлаждением предотвращена кристаллизация (скорость охлаждения < 106 К/с).
Сверхбыстрое охлаждение обеспечивает переохлаждение расплава, и расплав из-за сильного увеличения вязкости по достижении температуры стеклования Тс становится твердым аморфным телом.
Вместе с тем температура стеклования Тс не является точкой фазового превращения: расплав и полученное из него стекло принадлежат одной и той же фазе.
Металлическое стекло - это как бы замороженная жидкость (в металлическом стекле, как и в расплаве, отсутствует дальний порядок в расположении атомов).
На склонность металлических сплавов к стеклообразованию влияют следующие факторы:
· физико-химические свойства компонентов (размерное соотношение, различие в валентности и электропроводности, положение в периодической системе элементов);
· особенности образующихся фаз;
· характеристики диаграмм состояния (например, низкие температуры ликвидуса).
Состав металлических стекол чаще всего выражается формулой М80Х20, где М – переходные (Cr, Mn, Fe, Co, Ni и др.), а X – поливалентные неметаллы (В, С, N, Si, P, Ge и др.), являющиеся стеклообразующими элементами.
Металлические стекла отличаются от кристаллических сплавов отсутствием таких дефектов структуры, как вакансии, дислокации, границы зерен, и уникальной химической однородностью: отсутствует ликвация, весь сплав однофазен.
Особенности строения металлических стекол обусловливают отсутствие характерной для кристаллов анизотропии свойств, высокую прочность, коррозионную стойкость и магнитную проницаемость, малые потери на перемагничивание.
|
|
|
Физико-химические свойства металлических стекол значительно отличаются от свойств литых сплавов.
Характерными особенностями потребительских свойств металлических стекол являются высокая прочность (для Fe80B20 σв = 3600 МПа) в сочетании с большой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью.
Некоторые металлические стекла — ферромагнетики с очень низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью (например, Fe80B20), а для других характерно очень слабое поглощение звука (сплавы редкоземельных металлов с переходными металлами).
Наиболее широкое применение металлические стекла нашли благодаря магнитным и коррозионным свойствам.
Магнитно-мягкие металлические стекла изготавливают на основе Fe, Co, Ni с добавками 15...20 % аморфообразующих элементов В, С, Si, P. Например, Fe81Si3, 5B13, 5C2 имеют высокое значение магнитной индукции (1,6 Тл) и низкое значение коэрцитивной силы (32...35 мА/см). Аморфный сплав Co66Fe4(Mo,Si,B)30 имеет сравнительно небольшое значение магнитной индукции (0,55 Тл), но высокие механические свойства (900... 1000 HV).
Магнитно-мягкие металлические стекла применяют в электротехнической и электронной промышленности (магнитопроводы трансформаторов, сердечников, усилителей, дроссельных фильтров и др.). Сплавы с высоким сопротивлением износу используются в производстве магнитных экранов и магнитных головок.
Технология получения металлических стекол (примеры):
· закалка из расплава на поверхность быстро вращающегося диска;
· расплющивание капли расплава между охлаждаемыми наковальнями и др.
Эти технологии предопределяют форму изделий из металлических стекол: лента, проволока, гранулы, порошки. Главный фактор, ограничивающий области применения металлических стекол – малая толщина литого полуфабриката, который удается получить в полностью аморфном состоянии.
|
|
|
