Что такое химическая коррозия и как ее устранить??

Химическая коррозия — это процесс, состоящий в разрушении металла при взаимодействии с агрессивной внешней средой. Химическая разновидность коррозийных процессов не имеет связи с воздействием электрического тока. При этом виде коррозии происходит окислительная реакция, где разрушаемый материал — одновременно восстановитель элементов среды.

Содержание:

  • Газовая коррозия
  • Характеристики оксидной пленки
  • Скорость развития коррозии
  • Коррозия в жидкостях-неэлектролитах
  • Способы защиты от коррозии
  • Органосиликатные покрытия

Классификация разновидности агрессивной среды включает два вида разрушения металла:

  • химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах;
  • химическая газовая коррозия.

Газовая коррозия

Самая частая разновидность химической коррозии — газовая — представляет собой коррозийный процесс, происходящий в газах при повышенных температурах. Указанная проблема характерна для работы многих типов технологического оборудования и деталей (арматуры печей, двигателей, турбин и т.д.). Кроме того, сверхвысокие температуры используются при обработке металлов под высоким давлением (нагревание перед прокаткой, штамповкой, ковкой, термическими процессами и т.д.).

Особенности состояния металлов при повышенных температурах обуславливаются двумя их свойствами — жаропрочностью и жаростойкостью. Жаропрочность — это степень устойчивости механических свойств металла при сверхвысоких температурах. Под устойчивостью механических свойств понимается сохранение прочности в течение продолжительного времени и сопротивляемость ползучести. Жаростойкость — это устойчивость металла к коррозионной активности газов в условиях повышенных температур.

Скорость развития газовой коррозии обуславливается рядом показателей, в числе которых:

  • температура атмосферы;
  • компоненты, входящие в металл или сплав;
  • параметры среды, где находятся газы;
  • продолжительность контактирования с газовой средой;
  • свойства коррозийных продуктов.

На коррозийный процесс больше влияние оказывают свойства и параметры оксидной пленки, появившейся на металлической поверхности. Образование окисла можно хронологически разделить на два этапа:

  • адсорбция кислородных молекул на металлической поверхности, взаимодействующей с атмосферой;
  • контактирование металлической поверхности с газом, в результате чего возникает химическое соединение.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Первый этап характеризуется появлением ионной связи, как следствие взаимодействия кислорода и поверхностных атомов, когда кислородный атом отбирает пару электроном у металла. Возникшая связь отличается исключительной силой — она больше, нежели связь кислорода с металлом в окисле.

Объяснение такой связи кроется в действии атомного поля на кислород. Как только поверхность металла наполняется окислителем (а это происходит очень быстро), в условиях низких температур, благодаря силе Ван-дер-Ваальса, начинается адсорбция окислительных молекул. Результат реакции — возникновение тончайшей мономолекулярной пленки, которая с течением времени становится толще, что усложняет доступ кислорода.

На втором этапе происходит химическая реакция, в ходе которой окислительный элемент среды отбирает у металла валентные электроны. Химическая коррозия — конечный результат реакции.

Характеристики оксидной пленки

Классификация оксидных пленок включает их три разновидности:

  • тонкие (незаметны без специальных приборов);
  • средние (цвета побежалости);
  • толстые (видны невооруженным взглядом).

Появившаяся оксидная пленка имеет защитные возможности — она замедляет или даже полностью угнетает развитие химической коррозии. Также наличие оксидной пленки повышает жаростойкость металла.

Однако, действительно эффективная пленка должна отвечать ряду характеристик:

  • быть не пористой;
  • иметь сплошную структуру;
  • обладать хорошими адгезивными свойствами;
  • отличаться химической инертностью в отношении с атмосферой;
  • быть твердой и устойчивой к износу.

Одно из указанных выше условий — сплошная структура имеет особенно важное значение. Условие сплошности — превышение объема молекул оксидной пленки над объемом атомов металла. Сплошность — это возможность окисла накрыть сплошным слоем всю металлическую поверхность. При несоблюдении этого условия, пленка не может считаться защитной. Однако, из этого правила имеются исключения: для некоторых металлов, например, для магния и элементов щелочно-земельной групп (исключая бериллий), сплошность не относится к критически важным показателям.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Чтобы установить толщину оксидной пленки, используются несколько методик. Защитные качества пленки можно выяснить в момент ее образования. Для этого изучаются скорость окисления металла, и параметры изменения скорости во времени.

Для уже сформированного окисла применяется другой метод, состоящий в исследовании толщины и защитных характеристик пленки. Для этого на поверхность накладывается реагент. Далее специалисты фиксируют время, которое понадобится на проникновение реагента, и на основании полученных данных делают вывод о толщине пленки.

Обратите внимание! Даже окончательно сформировавшаяся оксидная пленка продолжает взаимодействовать с окислительной средой и металлом.

Скорость развития коррозии

Интенсивность, с какой развивается химическая коррозия, зависит от температурного режима. При высокой температуре окислительные процессы развиваются стремительнее. Причем снижение роли термодинамического фактора протекания реакции не влияет на процесс.

Немалое значение имеет охлаждение и переменный нагрев. Из-за термических напряжений в оксидной пленке появляются трещины. Через прорехи окислительный элемент попадает на поверхность. В результате образуется новый слой оксидной пленки, а прежний — отслаивается.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Не последнюю роль играют и компоненты газовой среды. Этот фактор индивидуален для разных видов металлов и согласуется с температурными колебаниями. К примеру, медь быстро поддается коррозии, если она контактирует с кислородом, но отличается устойчивостью к этому процессу в среде оксида серы. Для никеля же напротив, серный оксид губителен, а устойчивость наблюдается в кислороде, диоксиде углерода и водной среде. А вот хром проявляет стойкость ко всем перечисленным средам.

Обратите внимание! Если уровень давления диссоциации окисла превышает давление окисляющего элемента, окислительный процесс останавливается и металл обретает термодинамическую устойчивость.

На скорость окислительной реакции влияют и компоненты сплава. Например, марганец, сера, никель и фосфор никак не способствуют окислению железа. А вот алюминий, кремний и хром делают процесс более медленным. Еще сильнее замедляют окисление железа кобальт, медь, бериллий и титан. Сделать процесс более интенсивным помогут добавки ванадия, вольфрама и молибдена, что объясняется легкоплавкостью и летучестью данных металлов. Наиболее медленно окислительные реакции протекают при аустенитной структуре, поскольку она наиболее приспособлена к высоким температурам.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Еще один фактор, от которого зависит скорость коррозии, — характеристика обработанной поверхности. Гладкая поверхность окисляется медленнее, а неровная — быстрее.

Коррозия в жидкостях-неэлектролитах

К неэлектропроводным жидким средам (т.е. жидкостям-неэлектролитам) относят такие органические вещества, как:

  • бензол;
  • хлороформ;
  • спирты;
  • тетрахлорид углерода;
  • фенол;
  • нефть;
  • бензин;
  • керосин и т.д.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Кроме того, к жидкостям-неэлектролитам причисляют небольшое количество неорганических жидкостей, таких как жидкий бром и расплавленная сера.

При этом нужно заметить, что органические растворители сами по себе не вступают в реакцию с металлами, однако, при наличии небольшого объема примесей возникает интенсивный процесс взаимодействия.

Увеличивают скорость коррозии находящиеся в нефти серосодержащие элементы. Также, усиливают коррозийные процессы высокие температуры и присутствие в жидкости кислорода. Влага интенсифицирует развитие коррозии в соответствии с электромеханическим принципом.

Еще один фактор быстрого развития коррозии — жидкий бром. При нормальных температурах он особенно разрушительно воздействует на высокоуглеродистые стали, алюминий и титан. Менее существенно влияние брома на железо и никель. Самую большую устойчивость к жидкому брому показывают свинец, серебро, тантал и платина.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Расплавленная сера вступает в агрессивную реакцию почти со всеми металлами, в первую очередь со свинцом, оловом и медью. На углеродистые марки стали и титан сера влияет меньше и почти совсем разрушает алюминий.

Защитные мероприятия для металлоконструкций, находящихся в неэлектропроводных жидких средах, проводят добавлением устойчивым к конкретной среде металлов (например, сталей с высоким содержанием хрома). Также, применяются особые защитные покрытия (например, в среде, где содержится много серы, используют алюминиевые покрытия).

Способы защиты от коррозии

Методы борьбы с коррозией включают:

  • обработку основного металла защитным слоем (например, нанесение краски); Что такое химическая коррозия и как ее устранить?
  • использование ингибиторов (например, хроматов или арсенитов);
  • внедрение материалов, устойчивых к коррозийным процессам.

Выбор конкретного материала зависит от потенциальной эффективности (в том числе технологической и финансовой) его использования.

Современные принципы защиты металла основываются на таких методиках:

Улучшение химической сопротивляемости материалов. Успешно зарекомендовали себя химически стойкие материалы (высокополимерные пластики, стекло, керамика). Изолирование материала от агрессивной среды. Уменьшение агрессивности технологической среды. В качестве примеров таких действий можно привести нейтрализацию и удаление кислотности в коррозийных средах, а также использование всевозможных ингибиторов. Электрохимическая защита (наложение внешнего тока).

Указанные выше методики подразделяются на две группы:

Повышение химической сопротивляемости и изолирование применяются до того, как металлоконструкция запускается в эксплуатацию. Уменьшение агрессивности среды и электрохимическая защита используются уже в процессе применения изделия из металла. Применение этих двух методик дает возможность внедрять новые способы защиты, в результате которых защита обеспечивается изменением эксплуатационных условий.

Один из самых часто применяемых способов защиты металла — гальваническое антикоррозийное покрытие — экономически нерентабелен при значительных площадях поверхностей. Причина в высоких затратах на подготовительный процесс.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Ведущее место среди способов защиты занимает покрытие металлов лакокрасочными материалами. Популярность такого метода борьбы с коррозией обусловлена совокупностью нескольких факторов:

  • высокие защитные свойства (гидрофобность, отталкивание жидкостей, невысокие газопроницаемость и паропроницаемость);
  • технологичность;
  • широкие возможности для декоративных решений;
  • ремонтопригодность;
  • экономическая оправданность.

В то же время, использование широкодоступных материалов не лишено недостатков:

  • неполное увлажнение металлической поверхности;
  • нарушенное сцепление покрытия с основным металлом, что ведет к скапливанию электролита под антикоррозийным покрытием и, таким образом, способствует коррозии;
  • пористость, приводящая к повышенной влагопроницаемости.

И все же, окрашенная поверхность защищает металл от коррозийных процессов даже при фрагментарном повреждении пленки, тогда как несовершенные гальванические покрытия способны даже ускорять коррозию.

Органосиликатные покрытия

Для качественной защиты от коррозии рекомендуется применение металлов с высоким уровнем гидрофобности, непроницаемости в водных, газовых и паровых средах. К числу таких материалов относятся органосиликаты.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Химическая коррозия практически не распространяется на органосиликатные материалы. Причины этого кроются в повышенной химической устойчивости таких композиций, их стойкости к свету, гидрофобных качествах и невысоком водопоглощении. Также органосиликаты устойчивы к низким температурам, обладают хорошими адгезивными свойствами и износостойкостью.

Проблемы разрушения металлов из-за воздействия коррозии не исчезают, несмотря на развитие технологий борьбы с ними. Причина в постоянном возрастании объемов производства металлов и все более сложных условий эксплуатации изделий из них. Окончательно решить проблему на данном этапе нельзя, поэтому усилия ученых сосредоточены на поисках возможностей по замедлению коррозионных процессов.

Коррозия металлов – это процесс разрушения металлической поверхности в результате неблагоприятного воздействия окружающей среды. Ее причиной является термодинамическая неустойчивость материала к влиянию различных веществ, которые с ним контактируют.

Виды коррозии

Разрушение поверхностей наступает вследствие химического или электрохимического взаимодействия неблагоприятной среды. Обе разновидности являются одинаково пагубными для изделий из металла.

Химическая коррозия

Данный процесс осуществляется в среде, которая не производит передачу электрического тока. Он наблюдается, например, при нагреве, в результате чего осуществляется образование химических соединений, таких как сульфиды, а также различные виды пленок. Нередко образованные сплошные пленки становятся непроницаемыми и консервируют поверхность, поэтому последующая коррозия металлов останавливается. Такой защитный слой можно встретить на поверхности из алюминия, хрома, никеля и свинца. Пленка на стали или чугуне является непрочной, поэтому ее наличие не останавливает дальнейшее продвижение разрушения вглубь материала.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Химическая коррозия может быть двух видов:

  1. Газовой.
  2. Жидкостной.

Газовая возникает в результате действия агрессивной газовой среды или пара на поверхность металла, что сопровождается повышенными температурами. Благодаря горячей среде на поверхности отсутствует конденсат. В качестве газа может применяться кислород, диоксид серы, водяной пар, сероводород и так далее. Подобное коррозийное влияние может вызывать абсолютное разрушение активного металла, за исключением случаев, когда образуется защитная непроницаемая пленка.

Жидкостная коррозия металлов возникает в жидкостных средах, которые не способны передавать электричество. В первую очередь она наблюдается при контакте металлов с сырой нефтью, нефтепродуктами или смазочными маслами. При наличии в таких веществах небольшой доли воды, коррозия переходит в электрохимическую.

В обоих вариантах химической коррозии скорость разрушения является пропорциональной химической реакции, с которой окислитель проникает сквозь созданную оксидную пленку на поверхности.

Электрохимическая коррозия металлов

Эта разновидность разрушения поверхности металла происходит в среде, которая может передавать электрический ток. В результате данного процесса наблюдается изменение состава металла. Атомы удаляются от кристаллической решетки в результате анодного или катодного воздействия. При анодном влиянии ионы металла переходят в раствор жидкости, которая его окружает. При катодном влиянии получаемые при анодном процессе электроны связываются с окислителем. Наиболее распространенной является электрохимическая коррозия под воздействием водорода или кислорода.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Процесс влияния электрохимической коррозии на металлы зависит от уровня их активности. По данному критерию их разделяют на 4 группы:

  1. Активные.
  2. Средней активности.
  3. Малоактивные.
  4. Благородные.

Активные имеют высокую нестабильность. Для них характерно возникновение коррозии даже в нейтральной водной среде, которая лишена растворенного кислорода или окислителей. Ярким представителем такого металла является кадмий.

Металлы средней активности располагаются на таблице химических элементов между кадмием и водородом. Они неподвержены началу разрушения в нейтральной жидкостной среде лишенной кислорода, но начинают интенсивно поддаваться коррозии при влиянии кислот.

Малоактивные металлы располагаются в таблице Менделеева между водородом и родием. Они не подвергаются влиянию коррозии при контакте с нейтральными жидкостями и кислой средой. Для активизации процесса их разрушения необходимо наличие кислорода или прочих окислителей.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Благородные металлы отличаются стабильностью, благодаря чему подвержены коррозии только при воздействии кислой среды при условии контакта с сильными окислителями. К перечню благородных металлов относится платина, золото, палладий и иридий.

Электрохимическая коррозия металлов является самой распространенной, поскольку естественные условия, в которых хранятся и эксплуатируются металлические изделия, зачастую подвержены влиянию влажной среды.

Различают следующие виды электрохимической коррозии:

  • Электролитная – наблюдается при контакте с растворами солей, кислотами, оснований, в том числе и обычной водой.
  • Атмосферная – наблюдается в условиях атмосферы, где содержатся испарения воды. Данный вид является самым распространенным, именно он влияет на практически все металлические изделия.
  • Почвенная – наблюдается в результате воздействия влажной почвы, в составе которой могут содержаться различные химические элементы ускоряющие процесс разрушения металла. При воздействии с кислыми почвами процесс коррозии наблюдается наиболее агрессивно. Грунты с песком воздействуют медленней всего.
  • Аэрационная – является более редкой и наблюдается в тех случаях, если к разным поверхностям металла оказывается неравномерный доступ воздуха. В результате неоднородного воздействия линии переходов между такими участками начинают разрушаться.
  • Морская коррозия металлов подразумевает разрушение от влияния морской воды. Она выделяется в отдельную группу, поскольку данная жидкость отличается высоким содержанием солей и растворенных органических веществ. Это делает ее более агрессивной.
  • Биокоррозия – данный вид разрушения возникает при условии воздействия на поверхность металла бактериями, которые в результате жизнедеятельности вырабатывают углекислый газ и прочие вещества.
  • Электрокоррозия – такой вид разрушения металла наблюдается при воздействии на него блуждающих токов, что характерно для подземных сооружений, в частности рельсов метрополитена, стержней заземления, трамвайных линий и т.д.
Методы защиты от коррозии

Голая поверхность подавляющего большинства металлов склонна к быстрой коррозии, поэтому для снижения разрушающего воздействия применяются различные способы защиты.

Покрытие изоляционными слоями:

  • Другим металлом.
  • Цементным раствором.
  • Лаками.
  • Красками.
  • Битумом.

Одним из самых эффективных способов защиты от коррозии является покрытие поверхности одного металла другим, менее склонным к коррозии. Примером такого технического решения является оцинковка, когда сталь защищается слоем цинка. Внутренний металл полностью изолирован до тех пор, пока цинк в результате естественной коррозии, которая протекает очень медленно, полностью не разрушится, оголив сталь. Такой метод защиты является одним из самых эффективных, поскольку покрывной металл полотна удерживается на основании, поэтому его невозможно срывать слоями. Недостаток метода заключается в том, что при механическом воздействии можно сцарапывать тонкую защитную пленку.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Покрытие металла защитным цементным раствором, битумом, лаками и красками является также очень распространенным решением, которое все же уступает оцинковке. Это связано с неоднородностью составов основания и покрытия. В результате низкой адгезии краски готовое покрытие будет отслаиваться. Такая защита может покрываться трещинами, обеспечивая доступ влаги.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Коррозия металлов может быть приостановлена при наличии химического покрытия:
  • Оксидирование.
  • Фосфатирование.
  • Азотирование.
  • Воронение.
  • Цементация.

Поверхность металла подвергается влиянию различных веществ, фосфатов, азота или оксидов, в результате чего создаются пленки, которые благодаря своей непроницаемости предотвращают разрушение. Такие методы применимы в первую очередь для сталей. Также распространенным решением является воронение стали, когда поверхность металла взаимодействует с органическими веществами. Обработанные таким способом поверхности приобретают темный цвет, напоминающий крыло ворона, за что данный метод и получил свое название. Одним из наиболее эффективных вариантов химического покрытия является цементация, когда на поверхность воздействуют углеродом, в результате чего создается корка вступившего в реакцию металла.

Для защиты от коррозии черных металлов может применяться технология изменения их состава. Добавление различных соединений позволяет получить сплавы, отличающиеся большей устойчивостью к коррозии. Примером такого соединения является нержавеющая сталь.

Самым необычным является протекторная защита, которая подразумевает покрытие сооружений из одного металла пластинами из более активного металла, так называемого протектора. Поскольку он имеет более отрицательный потенциал, то выступает в роли анода. Защищаемая поверхность используется как катод. Они соединяются между собой проводником тока, благодаря чему создаются неблагоприятные условия для протектора. Как следствие разрушению поддается именно он, в то время как ценное сооружение остается целым.

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Более редким решение является изменение состав окружающей среды. В таких условиях коррозия металлов замедляется или не происходит. Данный метод подразумевает очистку состава жидкости или газа от кислот и солей, вызывающих разрушение. Такой метод применим далеко не во всех случаях, поскольку отличается техническими сложностями и определенной дороговизной. Его используют в разных механизмах. К примеру, могут применять в определенных средах только те металлы, для которых те не агрессивны.

Похожие темы:

  • Степень защиты IP. Маркировка. Выбор устройств
  • Преобразователь ржавчины. Виды и работа. Применение

Коррозия металлов. Сплавы

Интересно, что  такое коррозия? А сплавы?

Поэт В. Шефнер писал: «Коррозия – рыжая крыса, грызёт металлический лом».  А также есть  народную мудрость: «Ржа ест железо».

 Слово коррозия (от лат. сorrosio – разъедание) – это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды.

Каждый год  из-за коррозии теряется около четверти всего произведённого в мире железа. Порча изделий из металла и потеря металлов обходится очень дорого.    Затраты на ремонт или замену изделий во много раз превышают стоимость того металла, из которого они изготовлены.

Коррозия вызывает и серьёзные экологические последствия. Если происходит разрушение трубопроводов газа или нефти, то это приводит к загрязнению окружающей среды, а это негативно сказывается на здоровье людей.

Коррозию металлов и сплавов вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, водные растворы солей (морская вода, грунтовые воды).

Различают коррозию:

·     химическую

·     электрохимическую

При химической коррозии металл разрушается под действием окислителей – неэлектролитов, например газов (кислорода, хлора и др.) при повышенной или даже обычныой температурах.

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

При электрохимической коррозии разрушение металлов происходит в растворах электролитов. Это значит, что в окружающей  среде, где находится металл, должны быть вода и окислители: кислород, растворённые кислоты, соли. Так, под действием воздуха и содержащихся в нём паров воды на поверхности медных и бронзовых изделий образуется зелёная плёнка, называемая патиной.

2Cu + O2 + CO2 + H2O = (CuOH)2CO3

Но чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа. Особенно сильно коррозирует металл во влажном воздухе и при соприкосновении с водой

Процесс коррозии железа часто называют ржавлением. Автомобили, сельскохозяйственные машины, стальные балки, кухонная посуда – все эти изделия, будучи новыми, имеют гладкую, блестящую поверхность. Но при хранении во влажной атмосфере и при недостаточном уходе, они покрываются бурыми пятнами ржавчины, состав которой можно выразить обобщённой формулой FeO · nHO.

При коррозии металлов и сплавов протекают окислительно-восстановительные реакции, в результате которых атомы металла, взаимодействуя с компонентами окружающей среды, окисляются, а сам окислитель восстанавливается. При этом металл из свободного состояния переходит в химические соединения – оксиды, сульфиды, гидроксиды.

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Химически чистое железо почти не подвержено коррозии, а техническое железо, которое содержит различные примеси, ржавеет. Следовательно, одной из причин коррозии является наличие примесей в металле.

Возле города Дели в Индии находится железная колонна с очень маленькими пятнышками ржавчины, хотя её возраст почти тысячу семьсот лет. Это знаменитая Кутубская колонна высотой около семь м и массой шесть с половиной т. Согласно одной из гипотез, долговечность и коррозионная устойчивость колонны объясняются очень малым количеством различных примесей в железе и относительно невысокой влажностью, характерной для этой местности.

Например, если два различных металла, которые находятся в контакте между собой, опустить в водный раствор электролита (это могут быть грунтовые воды, сконденсированная влага из атмосферы), то металл более активный, расположенный в электрохимическом ряду напряжений левее, будет разрушаться, и тем самым предохранять менее активный металл от коррозии.  Например, при контакте железа с медью в водной среде, железо, как более активный металл, постепенно коррозирует, переходя в воду в виде ионов железа. Таким образом, коррозия металла резко усиливается при соприкосновении его с менее активным металлом.

Образовавшиеся свободные электроны от атомов железа, перейдут к меди и на её поверхности соединяться с ионами водорода, которые образуются из компонентов водной среды (например, серной или других кислот). Этот электрохимический процесс можно представить так:

И наоборот, при контакте железа с более активным цинком, цинк разрушается и защищает железо от коррозии.

Таким образом, коррозия металла замедляется при соприкосновении его с металлом более активным, то есть находящимся в электрохимическом ряду напряжений металлов левее его.

Для борьбы с коррозией существует много способов.

·        Во-первых, это нанесение защитных покрытий на поверхность металла. Для этого  часто используют масляные краски, эмали, лаки.  Эти неметаллические покрытия дешёвые, но обычно недолговечные, поэтому их нужно обновлять.

Так, например, раз в год  красят Эйфелеву башню в Париже.

В 1617 г. В Англии был выдан патент №4 на изобретение защиты доспехов – кольчуги и лат – от коррозии путём использования специального масла.

Предохраняемый металл можно покрыть и слоем другого металла: золота, серебра, хрома, никеля, олова, цинка. А также используют сплавы: бронзу, латунь и др. Таким образом, металлические изделия хромируют, никелируют, цинкуют и т.д.

Один из самых старых способов – это лужение, или покрытие железного листа слоем олова. Такое железо называют белой жестью, которую в основном используют для изготовления консервной тары.

·        Во-вторых, используют нержавеющие стали, содержащие специальные добавки. Например, так называемая «нержавейка», из которой изготавливают столовые приборы, содержит до 12% хрома и до 10% никеля.

Лёгкие нержавеющие сплавы включают алюминий и титан. Эта нержавеющая сталь довольно стойкая к коррозии из-за того, что на её поверхности образуется оксидная плёнка, которая состоит из оксидов хрома и железа. Так, обелиск «Покровителям космоса», расположенный во Всероссийском выставочном центре, облицован пластинками из титанового сплава.

·        В-третьих, для защиты от коррозии вводят в среду, где находятся металлические изделия, вещества, которые значительно уменьшают агрессивность среды. Такие вещества называют ингибиторами коррозии. Ингибиторами коррозии могут быть фосфаты натрия, соли хромовой кислоты или органические соединения. Для предотвращения коррозии железа в серной кислоте к ней добавляют в качестве ингибитора азотную кислоту.

·        В-четвёртых, создают контакт с более активным металлом – протектором. Например, для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют цинк. На суше металлические конструкции, линии электропередачи и трубопроводов соединяют с листом или куском более активного металла. С этой же целью к деталям конструкции мостов приваривают куски цинка.

Сплавы.

Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволока имеют чистоту около 99%. В большинстве же других случаев люди имеют дело со сплавами.

   

В расплавленном состоянии  металлы обычно смешиваются между собой, образуя однородную жидкость – расплав. Большинство металлов, например олово и свинец, золото и серебро, цинк и медь, могут смешиваться в каком угодно соотношении. При застывании этого однородного расплава получают твёрдую массу, которую называют сплавом.

Физические свойства сплавов отличаются от свойств составляющих их металлов. Например, сплав меди и цинка – латунь – значительно твёрже, чем отдельно взятые металлы, а прочность бронзы выше, чем у составляющих её меди и олова, сталь и чугун прочнее технически чистого железа.  К серебру или золоту, которые в чистом виде очень мягки, для придания им твёрдости добавляют медь, хотя она в чистом виде также значительно мягче полученного сплава.

Поэтому в чистом виде металлы используют редко. Значительно чаще применяют их сплавы. Из различных металлов получены десятки тысяч различных сплавов.

Интересно, что для производства золотых изделий используют сплавы золота с медью. В зависимости от массовой доли в них золота различают пробы: , то есть это означает, что на 960 массовых частей золота приходится 40 массовых частей меди – это высшая проба, проба – это ювелирный металл, 880 – 750 – монетный сплав, 750 – 375 – сплав для ювелирных изделий, а – сплав для корпусных часов. Проба золота может быть выражена в каратах. В этом случае она показывает, сколько каратов (один карат = 0,2 г) чистого золота содержится в двадцать четыре каратах сплава. Проба при этом выражается числами 22, 18 и . Само слово «карат» происходит от названия зёрен субтропического дерева, которые использовали для взвешивания золота и драгоценных камней.

Существует сплав никеля с титаном, обладающий одним, почти фантастическим, свойством – своего рода памятью. Если куску проволоки из этого сплава в нагретом состоянии придать определённую форму, охладить, а потом как угодно смять или согнуть, то при повторном нагревании до некоторой минимальной температуры он снова примет ту форму, какую имел после горячей деформации.

       

Температура плавления большинства сплавов ниже температуры плавления наиболее легкоплавкого из металлов, образующих сплав. Например, температура плавления сплава олова и свинца, равна 180 0С, с температурами плавления чистых металлов, образующих сплав, соответственно 232 и 328 0С.

Комбинируя различные металлы в разнообразных количественных соотношениях, можно получить большое число сплавов с важными техническими свойствами:

·        лёгкие

·        кислотоустойчивые

·        сверхтвёрдые

·        коррозионно-стойкие

Так, чистая медь очень плохо поддаётся литью, из неё трудно получить отливки. И в тоже время оловянная бронза – сплав меди и олова – имеет прекрасные литейные свойства: из неё отливают художественные изделия, требующие тонкой проработки деталей. Чистый алюминий – очень мягкий металл, сравнительно непрочный на разрыв. Но сплав, состоящий из алюминия, магния, марганца, меди и никеля, называемый дюралюминием, в четыре раза прочнее алюминия на разрыв. 

 

Таким образом, сплавы – это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух или более компонентов, один из которых – металл.

Компонентами сплавов могут быть и неметаллы, и различные соединения.

По состоянию компонентов сплавы могут быть:

·        однородными, когда при сплавлении образуется как бы раствор одного металла в другом, например сплавы меди и олова, золота и серебра

·        неоднородными, например чугун, представляющий собой механическую смесь железа с углеродом.

А также сплавы классифицируют по составу: медные,  алюминиевые, никелевые, титановые и другие сплавы.

Названия наиболее распространённых сплавов, их состав и области применения приведены в  таблице.

Название сплава

Примерный состав

Свойства

Применение

Бронза

80-92% меди,

2% цинка,

6% олова

Твёрдость

Детали машин, приборы, художественные отливки

Монель-металл

65-70% никеля,

30% меди,

добавки железа и

марганца

Коррозионная стойкость, устойчивость

к истиранию

Лопатки турбин, химическая, судостроительная, нефтяная, медицинская промышленность, изготовление монет

Латунь

50-60% меди,

40-50% цинка

Коррозионная стойкость

Машиностроение, химическая промышленность, производство бытовых товаров

Мельхиор

70-80% меди,

20-30% никеля,

добавки железа и

марганца

Коррозионная стойкость, красивый внешний вид

Медицинская техника, изготовление бытовой посуды, художественных изделий

Припой

50-70% олова,

30-50% свинца и др.

Низкая температура плавления

Пайка металлических изделий

Дуралюмин

80-95% алюминия,

1,3-1,5% меди,

0,5% магния,

0,5% марганца и др.

Высокая прочность, лёгкость

Авиастроение, детали велосипедов

Сплавы бывают чёрные и цветные.

К чёрным сплавам относятся сплавы, где преобладает железо, а к цветным, где преобладают другие металлы. К чёрным сплавам относятся: чугун, сталь.

К цветным сплавам относятся бронза, латунь, мельхиор, дюралюминий, припой, монель-металл.

В состав сплавов могут входить не только металлы, но и неметаллы. Так, например, чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержание углерода в котором составляет от двух до четырех процентов по массе. Высокое содержание углерода приводит к тому, что при затвердевании чугуна часть углерода выделяется в виде графита и соединений углерода с железом. Выделяющийся графит образует в чугуне прожилки, что приводит к хрупкости чугуна. Чугун значительно твёрже железа, обычно он очень хрупкий, не куётся, а при ударе разбивается. Этот сплав применяют для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун.

Чугун используют как сырьё при производстве другого распространённого сплава железа – стали, в которой содержится около двух процентов или меньше углерода по массе. В отличие от чугуна сталь можно ковать, штамповать, прокатывать, то есть придавать изделиям различную форму.

Для придания сталям определённых свойств в их состав вводят другие металлы, бор, кремний. Такие стали называют легированными. Например, сталь легированная вольфрамом, отличается высокой твёрдостью, поэтому она применяется для изготовления режущих инструментов. Легирование молибденом приводит к повышению её износоустойчивости, а сталь, содержащая примеси кобальта, используется для изготовления постоянных магнитов. Никель придаёт сталям высокую химическую стойкость и механическую прочность. Сплавы с высоким содержанием никеля используются для производства химической аппаратуры, сопел самолётов, космических ракет и спутников. Эти изделия устойчивы при температурах выше 1000 0С, то есть не разрушаются кислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей.

   

Хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии. Их применяют в строительстве.

Например при облицовки колонн станции «Маяковская», а также при изготовлении нержавеющих предметов домашнего обихода: ножей, вилок, ложек, всевозможных медицинских инструментов.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа с углеродом, но в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также марганца, кремния, фосфора и серы гораздо меньше.

  

Теперь вы знаете, что коррозия – это разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды. Различают химическую и электрохимическую коррозию. В результате коррозии протекает окислительно-восстановительная реакция, при которой атомы металла взаимодействуют с компонентами окружающей среды и окисляются. Коррозия металла усиливается при соприкосновении его с менее активным металлом и замедляется, если металл соприкасается с металлом более активным. Для защиты металлов от коррозии используют нанесение защитных покрытий, вводят ингибиторы коррозии, создают различные коррозионно-стойкие сплавы.

А если скомбинировать металлы в различных соотношениях друг с другом, а также с некоторыми неметаллами, то можно получить большое число сплавов. Физические свойства сплавов отличаются от свойств составляющих их металлов. Чугун и сталь – наиболее распространённые сплавы железа, то есть чёрные сплавы, а к цветным сплавам относятся бронза, латунь, мельхиор, дюралюминий, припой, монель-металл.