Большинство металлов, которые сегодня активно используются в промышленности, подвержены коррозии. Это опасный процесс, стремительно приводящий к потере прочности, эксплуатационных характеристик стальных изделий самых разных типов.
На то, чтобы не допустить как появления, так и распространения коррозии, направлены сегодня усилия многих ученых. Они отмечают, что в целях формирования правильной методики по борьбе с коррозией, стоит учитывать особенности конкретного варианта металла.
В этом материале мы затронем такую важную тему, как химическая и коррозийная стойкость разных видов металлов и сплавов на их основе. Это позволит понять, как можно защитить определенный вариант материала, существенно увеличить продолжительность его использования.
Особенности химической стойкости алюминия и сплавов на его основе
При работе с алюминием стоит учитывать такой его показатель, как электродный потенциал. Для материала он составляет 1,66В, что позволяет говорить о высоком уровне активности.
На фоне такого электродного потенциала наблюдается выраженная склонность к пассивированию. Про металл и сплавы на его основе говорят как о стойких продуктах при использовании в агрессивных средах.
Если рассматривать состояние алюминия в нормальной среде, можно заметить на нем естественное покрытие. Оно состоит из оксидов, а толщина может варьироваться в диапазоне от 5 до 100 нм.
Подобная пленка используется для того, чтобы не допустить контакта основного материала с катализаторами коррозии, которые воздействуют на него извне. Так как слой сплошной и отличается хорошим уровнем устойчивости, можно говорить о том, что он обеспечивает отличный уровень защиты от потенциальных внешних угроз.
Чтобы на алюминии сформировалась пленка, он должен находиться в среде с показателями рН=3-9. Степень защищенности от коррозии будет зависеть от состава материала. Чем он более чистый, тем выше этот показатель.
Если рассматривать наиболее востребованные марки, можно составить следующий список параметров коррозийной стойкости:
- АВ1 и АВ2 = 99,9-99,85%.
- А00 и А0 = 99,7-99,6%.
Самый низкий уровень стойкости к коррозии у дюралюминия. Он не лучшим образом показывает себя в различных условиях, когда факторы внешней среды оказывают выраженное негативное влияние на защитные характеристики.
Когда алюминий оказывается наиболее стойким
Есть несколько ключевых сред, в которых алюминий показывает высокий уровень защищенности от появления коррозии. К ним относятся такие, как:
- Негативное воздействие атмосферы при использовании металлического изделия на открытом воздухе.
- Контакт со средами с высоким уровнем концентрации H2S, SO2, NH3.
- Помещение в воду, которая находится в сильно прогретом состоянии.
- Контакт поверхности материала с раствором солей, потенциально способных приводить к сильному окислению металлических изделий.
- Помещение в растворы различных кислот, в том числе, азотных и серных, способных воздействовать на металл как окислитель.
- Применение материала в серной, фосфорной, уксусной кислоте, олеуме, сухом хлористом водороде, формальдегиде.
Во всех перечисленных средах важно учитывать конкретные параметры использования. К ним относится, в том числе, степень концентрации и нагрева.
Когда алюминий может начать ржаветь
Есть также ряд сред, в которых алюминий показывает себя не с лучшей стороны, потенциально может начать окисляться и активно ржаветь. Наиболее опасными становятся следующие варианты сред:
- Растворы солей с высоким уровнем концентрации галогенидов.
- Сильно концентрированная серная кислота.
- Уксусные кислоты в состоянии кипения.
- Щелочи.
Есть серьезная опасность возникновения коррозии алюминия, когда он оказывается в контакте с плавиковой кислотой, а также с медью и железом. Это нужно учитывать, чтобы своевременно сформировать высокий уровень защиты.
Особенности использования меди и сплавов на ее основе
Часто в промышленности также применяется медь и многочисленные сплавы, в которых она становится основным материалом. Здесь также важно обратить внимание на потенциал меди, который будет находиться на уровне +0,52/0,337В. Это значительные показатели, напрямую влияющие на способность элемента к восстановлению.
Коррозийный процесс в меди протекает по стандартному принципу. Медь принимает двухвалентную форму, после чего начинает переходить в раствор. На остальные показатели прямо влияет то, в каких условиях оказывается медь в конкретный момент времени, насколько высока концентрация активного вещества.
Когда медь находится в стандартных условиях применения, можно наблюдать, что не происходит вытеснения из растворов водорода. Таким образом исключается процесс коррозирования на фоне водородной деполяризации и других потенциально-опасных для материла ситуаций.
В отличие от многих других видов металлов, медь не настолько активно пассивируется. Можно говорить о слабой пассивации. При этом при проведении правильной внешней обработки защитные свойства значительно повышаются. Особенно хорошо влияет на характеристики меди обработка такими составами, как:
- Бериллий.
- Алюминий.
- Магний.
В промышленности активно применяется и латунь. Она представляет собой сплав меди, в которую добавляется цинк. Также распространены сплавы с дополнительными присадками, позволяющими расширить применение латуни в разных условиях. К примеру, добавление к продукту алюминия или марганца позволит дольше использовать продукт на открытом воздухе. В случае ввода в состав кремния можно существенно уменьшить вероятность появления коррозии при контакте изделия с морской водой.
Когда медь наиболее устойчива к коррозии
Как и в случае с другими материалами, при использовании меди стоит особенно внимательно учитывать ее стойкость во время применения с разными вариантами агрессивных сред. Одно из достоинств меди заключается в том, что она не поддается формированию ржавчины в условиях, когда на материал воздействуют следующие виды агрессивных сред:
- Солевые растворы.
- Неокислительные кислоты в разбавленном состоянии.
- Формалин.
Значительное воздействие на стойкость меди к коррозии, продолжительность сохранения защитных свойств, оказывает степень нагрева среды, а также уровень концентрации, продолжительность контакта.
Среды с высокой коррозийной опасностью для меди
Есть также ряд сред, в которых медь может начать быстро окисляться и затем терять свои эксплуатационные свойства. В первую очередь, к ним относятся растворы – это может быть аммиак, цианид, перекись водорода, азотная кислота и многие другие.
Контакт с растворенным кислородом может спровоцировать коррозию, как и ряд кислот. Среди них – муравьиная и хромовая. Серьезную угрозу могут представлять для меди или ее сплавов газы. Если вы планируете использовать деталь при постоянном или периодическом контакте с сернистым газом, полусульфидами и сульфидами, нужно обязательно подумать о мерах защиты.
Особенности применения никеля и уровень его химической стойкости
В промышленности активно применяется и никель. Его можно встретить и при проведении обработки материалов разных типов от негативного воздействия коррозийных факторов эксплуатационной среды.
Во многом особенности никеля характеризуются его потенциалом в стандартном состоянии. Он составляет -0,25В. Если материал оказывается все же затронут коррозией, она протекает при кислородной деполяризации.
Есть много сред, в которых никель показывает повышенный уровень стойкости к окислению и всем связанным с ним негативным процессам. Он может на протяжении длительного времени оставаться стабильным в таких средах, как:
- Разбавленные кислоты без эффекта окисления.
- Спирты.
- Различные типы органических кислот.
- Щелочи всех видов вне зависимости от степени их прогрева.
Иногда при контакте с внешней средой никель может начинать активно окисляться. К примеру, это происходит, если в растворе есть нитрат серебра, а также хлориды следующих видов материалов:
- Ртуть.
- Железо.
- Медь.
Кислоты также негативно влияют на стойкость раствора. Если же неокисляющие кислоты будут сильно сконцентрированными, они также смогут оказать на материал сильное негативное воздействие.
Особенности использования олова и его стойкость в коррозийных средах
Олово отличается высокими показателями химической стойкости. Оно обладает потенциалом -0,136В.
При использовании материала стоит учитывать то, как легко оно меняет форму и может переходить из одного состояния в другое. Также материал показывает слабые пассивационные характеристики. Чаще всего олово смешивается с висмутом, что потенциально может значительно повлиять на его характеристики.
Есть ряд сред, в которых олово показывает наиболее высокие параметры устойчивости к постепенному распространению коррозии. К ним относятся такие, как помещение в природную воду и растворенные в ней нейтральные соли. Также коррозии не наблюдается в пищевых средах и при контакте с некоторыми видами органических кислот. Если же поместить материал в раствор соляной или серной кислоты, он сохранит повышенный уровень стойкости.
Химическая устойчивость свинца
Этот материал отличается стандартным потенциалом, который находится на уровне -0,126В. Стойкость свинца при этом зависит от того, насколько хорошо он будет сопротивляться распространению процесса коррозии.
Существует целый ряд сред, в которых свинец показывает себя с лучшей стороны, хотя многие другие металлы постепенно становятся нестабильными и начинают ржаветь. К ним относится целый ряд составов:
- Соляная кислота при концентрации не выше 10%.
- Сульфаты и серные кислоты.
- Вода с высоким уровнем жесткости, добавление сульфата кальция.
- Фосфаты или фосфорные кислоты.
- Кремниевая кислота и многие другие.
При этом свинец показывает себя с лучшей стороны, когда требуется применять его в промышленности. Причина заключается в хорошей устойчивости к индустриальной атмосфере, в которой потенциально может быть велико скопление сероводорода, серной кислоты или газа.
Также свинец довольно быстро теряет стабильность при контакте с обширным списком агрессивных сред. К ним относятся кислоты – азотная, уксусная, серная, соляная. Также негативно влияют на материал щелочи и воды, в которых велико содержание углекислоты или органических кислот. Оно стоит учитывать и такие факторы, как концентрация кислоты, а также степень ее прогрева.
Применение цинка и параметры его химической стойкости
Большое значение в промышленности имеет цинк. Этот материал применяется для создания металлического покрытия на разных изделиях, которое не позволяет внешним негативных факторам среды катализировать окислительные процессы.
Во многом особенности цинка диктуются его стандартным потенциалом. Он находится на уровне -0,76В. При корродировании цинка наблюдается различная поляризация. При этом она может быть как водородной, так и кислородной, что сильно влияет на протекание процесса.
Важно понимать, что цинк чаще всего используется с другими металлами. Он проходит пассивацию, хроматирование и подвергается другим методам обработки.
Есть ряд сред, в которых цинк показывает хорошую стабильность. К ним относится пресная вода при условии прогрева не выше 55°С. Также можно не беспокоиться за безопасность материала, если он контактирует с морской атмосферой.
Цинк теряет устойчивость во многих агрессивных средах. К ним относятся кислые и щелочные, а также морская вода. Большое значение имеет рН среды. Если же материал оказывается в индустриальной среде, то его стойкость к коррозии понижается, если в ней также присутствует большое количество SO2, SO3 и HCl.
Кадмий и факторы его химической стойкости
Еще один распространенный в промышленности материал, который отлично зарекомендовал себя при защите от коррозии – это кадмий. Материал отличается стандартным потенциалом на уровне -0,4В.
Это один из металлов, у которых довольно малая способность пассивироваться. При этом многие химические реакции с его участием протекают по аналогии с процессами в цинке – стоит учитывать это во время работы. Большое значение на специфику также оказывает уровень рН.
Кадмий показывает отличную стойкость к химическим повреждениям в том случае, если применяется в кислых, либо в нейтральных средах. При этом по своим параметрам в подобных атмосферах он во многом превосходит показатели цинка, что также положительно влияет на востребованность.
Кадмий заметно отличается от цинка тем, что его можно использовать в морской воде. Сам цинк выдерживает только контакт с морской атмосферой, в то время как в жидкости может постепенно начать корродировать.
Опасность для материала возникает в том случае, если в среде есть большой уровень концентрации SO2 и SO3.
Титан и его химические свойства
Титан получил большое распространение в промышленности. Он может применяться как в двухвалентной, так и в трехвалентной форме. При этом будет меняться его потенциал. В первом случае это -1,63, а во втором -1,21В. У материала также наблюдается заметная склонность к пассивации.
Есть большой список сред, в которых материал на протяжении длительного времени остается устойчивым. К ним относятся многие варианты окислительных сред, хлориды, царская вода, вода с примесями. При различных показателях концентрации и температуры, будет обеспечиваться стабильность в фосфорной и соляной кислотах, а также в атмосфере влажного хлора.
Есть и риск потери устойчивости. При большом нагреве и концентрации это проявляется в соляной кислоте, щелочах с концентраций выше 20%, а также в атмосфере абсолютно сухого хлора.
