Поверхностная стабильность материалов
Обеспечение коррозионной стойкости. Процесс коррозии развивается в поверхностных слоях детали при работе в агрессивной среде, составляющие которой (жидкие или газообразные) взаимодействуют с составляющими сплава, образуя соединения – продукты коррозии, что уменьшает рабочее сечение детали.
Коррозия -самопроизвольная повреждаемость поверхности металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой, которая может приводить к разрушению конструкций. (Процесс).
Коррозионная стойкость - способность материала сопротивляться коррозии.
Различают два вида коррозии – электрохимическую и газовую. Электрохимическая коррозия протекает в различных средах, содержащих влагу, как результат образования на поверхности металла множества микрогальванических элементов (анод-катод). Газовая коррозия возникает при воздействии на поверхность сухих газов при повышенной температуре как результат образования оксидов, не имеющих защитных свойств.
Стали, устойчивые к электрохимической коррозии называют коррозионно-стойкими. Стали, устойчивые к химической (газовой) коррозии называют жаростойкими.
Коррозионно - стойкие стали применяют для изготовления деталей машин, оборудования и конструктивных элементов (в основном сварных), работающих в средах различной степени агрессивности (атмосфера обычная, влажная атмосфера, морская вода, кислоты, соли, щелочи и их растворы, и др.).
|
|
|
Характеристикой коррозии является скорость коррозии Vкор. Скорость равномерной коррозии оценивают удельной потерей массы в единицу времени (мг/(м2·с) или уменьшением размера образца за определенный период времени (мкм/год).
Для дополнительной регистрации процесса коррозии на поверхности металлов и сплавов применяют два способа – описательный (очень часто) и измерительный. Описательный способ регистрирует вид поражения, цвет продуктов коррозии, равномерность распределения их по поверхности, наличие местных повреждений. При количественной регистрации измеряют убыль массы – Δm, (абсолютную или удельную (с единицы площади); уменьшение толщины образца – Δh и другие параметры.
Под воздействием внешней среды на поверхности металлов и сплавов возникают замкнутые гальванические элементы (анод - катод). При электрохимической коррозии анодные микроучастки сплава растворяются (анодный процесс растворения), что и является причиной коррозионного повреждения поверхности.
Развитие электрохимической коррозии определяется термодинамической устойчивостью металла-основы сплава к анодному растворению, а также возможностью пассивации поверхности.
|
|
|
Пассивация – торможение анодного процесса вследствие образования на поверхности металла тонкой защитной пленки.
Возможность перехода металла в пассивное состояние определяется его химической природой. Например, железо является слабо пассивирующимся металлом, а углеродистые стали относятся к не коррозинно - стойким сплавами.
К сильно пассивирующимся металлам относятся алюминий, хром, титан, никель, молибден и другие, которые используются для легирования сталей с целью обеспечения коррозионной стойкости. Пассивное состояние, создаваемое этими элементами, связывают с образованием на поверхности тонких защитных пленок.
Обеспечение коррозионной стойкости достигается за счёт легирования сталей:
1. Хромом при содержании хрома более 12 %.
2. Одновременно хромом (13 - 27 %) и никелем (9 - 12 %).
3. Предотвращением образования в структуре сталей хромистых карбидов, потому что переход хрома в эти карбиды приводит к обеднению твердых растворов этим элементом, и, следовательно, к снижению коррозионной стойкости.
Коррозионно-стойкие покрытия – один из распространенных способов защиты металлов и сплавов от воздействия агрессивной среды.
|
|
|
Цинкование проводят при температуре 460 - 470°С. При таком способе покрытия толщиной от 15 до 200 мкм могут быть нанесены на мелкие и крупногабаритные детали и металлоконструкции длиной в несколько метров за время менее часа. Диффузионные цинковые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью как в атмосферных условиях, так в более агрессивных средах, например в коксохимическом производстве, при добыче нефти или газа, содержащих сероводород. После цинкования стойкость стальных труб, используемых в этих производствах, повышается от 3 до 6 раз по сравнению с состояние без покрытия. Сплавы успешно защищают от коррозии при создании покрытий из металлов, обладающихэффектом пассивации: алюминия, хрома, кремния.
Хромирование сталей применяют для обеспечения высокого сопротивлением коррозии во влажной, морской и большинстве промышленных атмосфер.
Силицирование придаёт сталям высокую коррозионную стойкость в морской воде, серной и соляной кислотах. Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности (трубопроводы, арматура, крепёжные детали и т.п.).
Неорганические защитные покрытияв виде коррозионно - стойких химических соединений образуются на поверхности металла и сплава в результате химической или электрохимической обработки. Наиболее распространенными являются фосфатные и оксидные покрытия. Однако эти покрытия по защитным свойствам уступают металлическим.
|
|
|
Фосфатные покрытияполучают фосфатированием - обработкой стальных изделий горячим раствором фосфорно - кислых солей марганца, железа, цинка, при которой на поверхности образуется пористая пленка из фосфатов металлов. Благодаря большой пористости фосфатные покрытия хорошо удерживают краску и служат отличным грунтом под лакокрасочные покрытия. Сами же фосфатные покрытия не обладают высокими антикоррозионными свойствами.
Оксидные покрытия получают оксидированием - созданием на поверхности оксидной пленки путем химической или электрохимической обработки. Электрохимическое оксидирование алюминия и его сплавов называется анодированием. Оксидные покрытия защищают черные и цветные сплавы от атмосферной коррозии.
К органическим покрытиямотносят краски, лаки, смолы, полимерные материалы, а также их композиции. Эти покрытия обеспечивают полную изоляцию изделий от агрессивной среды.
Обеспечение жаростойкости
При воздействии повышенных температур на поверхности сплавов возможно развитие газовой коррозии.
Газовая коррозия - процесс постепенного повреждения поверхности металлов и сплавов при эксплуатации в газовых средах при высоких температурах.
Жаростойкость - способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии. Газовой коррозии подвержены все металлы и сплавы за исключением золота, платины и серебра. Этот процесс особенно опасен для изделий и деталей в составе различных двигателей, турбин, печного оборудования, энергетических установок.
Газовая коррозия или высокотемпературное окисление имеет место в атмосферах с кислородосодержащими газами: чистый кислород, сухой воздух, водяной пар Н2О, углекислый газ СО2, диоксид серы SО2. Если процесс окисления протекает непрерывно, то масса изделия увеличивается за счёт нарастания оксидной плёнки (если она химически устойчива и остаётся на металле), или уменьшается, если оксид химически неустойчив и испаряется. В обоих случаях непрерывно протекающее окисление металла приводит к повреждению изделия, так как уменьшается его полезное сечение.
К характеристикам жаростойкости относятся скорость коррозии, выражаемая в г/мм2 сек или мм/год.
Устойчивыми к высокотемпературному окислению являются сплавы, на поверхности которых образуются оксиды с защитными свойствами.
Обеспечение жаростойкости в широком интервале температур обеспечивается оксидами, которые образуются на поверхности при легировании хромом, алюминием и кремнием, и обладающими защитными свойствами. Эти элементы, имеют большее сродство к кислороду, чем железо, поэтому при нагреве кинетически раньше, чем оксиды железа, образуются сложные оксиды состава FeCr2O4 и FeAlO4, которые называются шпинелями (Ме3О4). Шпинели обладают как макро -, так и микросплошностью. Эксплуатационные свойства защитных плёнок при повышенных температурах зависят также от адгезии их с металлом, разности коэффициентов линейного расширения (металл - оксид), от пластичности.
В качестве жаростойких используют хромистые (12 - 28 % хрома) и хромоникелевые стали. Содержание алюминия и кремния в сталях ограничено, так как они существенно понижают пластичность.
Жаростойкие покрытия применяют в зависимости от условий работы детали, требований к ресурсу, состава окислительной среды и химического состава защищаемого материала. Для повышения жаростойкости используют диффузионное насыщение алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование) и многокомпонентные покрытия в сочетании с другими элементами: танталом, иттрием, рением, гафнием.
Хромированию подвергают детали паросилового оборудования, пароводяной аппаратуры, клапанов и деталей, работающих на износ в агрессивных средах. Его применяют также для повышения стойкости деталей газового тракта в серосодержащих средах в двигателях внутреннего сгорания и газотурбинных установках (выпускные клапаны, турбинные лопатки).
В результате алитирования жаростойкость сталей повышается до 850 - 900°С.
Алитированию и хромоалитированию подвергают чехлы термопар, детали разливочных ковшей в сталеплавильной производстве, клапаны и другие детали, работающие в условиях газовой коррозии.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 165; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!