Аморфные материалы (835546), страница 57
Текст из файла (страница 57)
В частности, весьма важным обстоятельством является наличие металлоидов, в больших количествах содержащихся во многих аморфныхсплавах. Можно уверенно говорить о том, что химические свойствааморфных сплавов определяются в первую очередь их химическимсоставом.9.2. КОРРОЗИЯ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ9.2.1. А морфные сплавы на основе ж елеза, Скорость коррозииАморфные сплавы железо — металлоид, получаемые сверхбыстрым охлаждением и не содержащие других металлических элементов, кроме железа, обычно характеризуются довольно высокой скоростью коррозии по сравнению с чистым кристаллическим железомили сталью, что вызвано химической неустойчивостью их аморфного состояния.
Однако замена в таких сплавах некоторой части ж елеза хромом приводит к тому, что их коррозионная стойкостыстановится необычайно высокой, превышающей коррозионную стойкостьнержавеющих сталей, высоконикелевых сплавов и других подоб-'ных материалов.
На рис. 9.1 приведены результаты коррозионныхиспытаний аморфных сплавов системы Fe — Сг — 13 Р — 7 С и кристаллических сплавов системы Fe—Сг при 30°С в 1 н. водном растворе NaCl, в котором концентрация NaCl в Два раза больше, чемв обычной морской воде. Скорость коррозии определялась по умень248шению массы образца и показана на рисунке как функция концентрации хрома [3] [в данной главе химический состав сплавов описывается формулами, в которых цифрами выражено содержание техили иных компонентов, % (ат.)].
На рис. 9.2 дается сравнение скоростей коррозии различных аморфныхсплавов на основе железа, двойныхсплавов Fe — Со, некоторых нержавеющих сталей и высоконикелевыхсплавов при 30°С в 1 н. водном растворе НС1 [4, 5]. Как видно из этих рисунков, для чистого кристаллическогожелеза легирование химически болееактивным хромом приводит к увеличению скорости коррозии в обоих водных растворах. Для сплавов Fe — Сги нержавеющих сталей, хотя в водном растворе НС1 большая часть ихвнешней поверхности сохраняет меС г °/о(ат .)таллический блеск, в некоторых локальных участках появляются питтин- Рис.
9.1. Влияние хромаиаги, которые растут внутрь материала, скорость коррозии кристалличеи скорость коррозии повышается имен ских сплавов Fe—Сг (1) иаморфных сплавовFe— Сг—но за счет питтинговой коррозии1.1?Р—7С (2) в 1 н. водном расВ аморфных сплавах, напротив,творе NaClдаж е в водном растворе НС1 пит10007тинги не возникают. Как МОЖНО ^100судить по рис. 9 .2 , скорость коррозии аморфного сплава на железной \ 10основе при отсутствии других ме- |5 Г,Г }таллических элементов ( х = 0 ), т.
е. Ц 1 ■ X4%&.Jскорость коррозии сплава F e — ^ 0,1 Ггг.13Р — 7С, выше скорости корро- § Q01 1зии чистого кристаллического желе- §■- дза. Из этого сравнения напрашива10 го зо w so 14ется вывод, что аморфные сплавы%,%№)металл — металлоид, не содержащие Рис. 9.2. Влияние концентрациикроме основного металла других второго металлического элементаметаллических элементов, обычно(х) на скорость коррозии крисимеют более высокую скорость кор таллических и аморфных сплавов,розии по сравнению с чистым иа основе железа в 1 н. водномАрастворе НС1 при 30°С:1 В оригинале описанный вид местнойкоррозии назван щелевой коррозией. В отечественной литературе обычно рассматривается питтииговая и щелевая коррозия.Поэтому в том случае, когда ясно, что речьидет о коррозий в искусственно созданныхдефектах типа щелей, при переводе использован термин, «щелевая коррозия», вовсех остальных случаях — термин «питтинговая коррозия». Прим.
ред.1 — F e—х Сг— 13 Р— 7 С; 2 — Fe—х М о — 13Р—7С;3 — Fe—x W —13Р—7С;4 — Fe—х Ni— 13Р—7С; 5 — кристаллические сплавыFe —'х Ni; 6 — Fe—х Со— 1ЗР— 7С;7 — кристаллические сплавы Fe—хС г; 8 — хасталлой В; 9 — Ni—ЗОМо;1 0 — нержавеющая сталь316;11 — нержавеющаясталь304; 12 — ЗОСг—2Мо ; 13 — х астаЛлой X; 14 — хасталлой С249»кристаллическим металлом, использованном в соответствующихаморфных сплавах в качестве основы.
Добавление в аморфныйсплав типа металл^металлоид второго металлического компонента,как видно да рис. 9.3 и 9.4, снижает скорость коррозия аморфногосплава, однако величина этого снижения зависит от того, какойметалл добавляется. В частности, добавление хрома в аморфныесплавы на железной основе является эффективным, но здесь важ-Рис. 9.3. Влияниелегирующихэлементов (А!) на скорость коррозии аморфных сплавов Fe— М—13Р—7С в 0,1 н. водном раствореНС1 при ЗОХ (элементы М указаны на рисунке; штриховой линиейлоказаи случай двойных кристаллических сплавов Fe—Сг)Рис. 9.4. Влияние легирующихэлементов (А!) на скорость коррозии аморфных сплавов F e—М — 13Р—7С в 0,1 н.водномрастворе H 2 SO 4 при 30°С (элементы М указаны на рисунке)пую роль играют также сорт и концентрация металлоидных атомов. В целом, легирование хромом, при котором не наблюдаетсясущественных потерь массы за счет корразии в кислотах при обычных температурах, возможно в широком диапазоне концентрацийв аморфных сплавах на основе железа, что облегчает их производство.
Добавление второго металлического элемента повышает коррозионную стойкость не только в водных растворах соляной кислоты, та же тенденция имеет место и водных растворах серной и.азотной кислот.Коррозия и поляризационные кривыеВсем известно, что железо ржавеет. Химическая реакция междукислородом и водой, с одной стороны, и железом, с другой, в результате которой образуется ржавчина, выглядит следующим образом:4Fe + 3 0 2 + 2H 20 = 4FeOOH.(9.1)По реакции (9.1) получается, что железо реагирует целиком.Однако в действительности движение электронов (е) в металлеи гидроксильной группы (ОН-) в воде приводит к тому, что сначала атомы железа превращаются в ионы железа (Fe2*).
Практи250г;чески реакция образования ржавчины (9.1) является результатомпротекания трех реакций:4 Fe (металл) = 4 Fe2+ (в воде) + 8 е (в м еталле);2 0 2 (в воде) + 4 Н20 + 8 е (в металле) = 8 О Н ~ (в в о д е);4 Fe2+ (в воде) -f- 0 2 (в воде) + 8 ОН- (в воде) = 4 Fe ООН + 2 Н20 .(9 .2 >(9 .3 >(9 .4 >В реакции (9.2) атомы железа, переходя в раствор, становятсядвухвалентными положительными ионами, при этом электроныостаются в металле. Эта реакция является реакцией окисления, которая называется также реакцией коррозии металла, или анодной,реакцией. Если бы протекала только анодная реакция, то в водномрастворе собирались бы положительные ионы, а в металле с капливались бы электроны, вследствие чего коррозия должна бы мгновенно прекратиться. Для продолжения реакции коррозии необходима нейтрализация ионов железа в водном растворе и электроновв металле, т.
е. необходимо, чтобы поддерживалась электрическаянейтральность и в водном растворе, и в металле. Реакция, при которой происходит продолжение коррозии за счет нейтрализациирастворенных ионов металла и утечки электронов из металла, называется катодной реакцией коррозии.
Катодная реакция протекает за счет того, что в естественных растворах, в частности в воде„кроме ионов кислорода всегда имеются и ионы водорода. Ионы водорода (Н+), присоединяя электроны, превращаются в молекулярный водород (Н2) по реакции2 Н + (в воде) + 2е (в металле) = Н2 (г а з).(9 .5 >Коррозия металлических материалов в действительности происходит в условиях, когда скорости перемещения электрических зарядов в приведенных выше анодной и катодной реакциях одинаковы,,т. е. когда сохраняется электрическая нейтральность как металла,,так и окружающего его раствора.Если в раствор, помимо исследуемого металла, поместить какойлибо другой малоактивный металл, например, платину, и соединитьих внешним электрическим контуром, то на исследуемом металлебудет протекать только анодная реакция, а на платине — толькокатодная реакция.
Таким образом, можно регулировать электрический потенциал и электрический ток в металлическом электроде,,подключенном к внешнему контуру. В данном случае платина является анодом, а исследуемый металл — катодом. Увеличение окислительной способности раствора приводит к повышению потенциала,,и если измерять электрический ток при данном потенциале, то повеличине электрического тока можно оценить скорость коррозии всоответствии с окислительной способностью данного раствора1.Получаемые таким образом кривые зависимости электрическоготока от электрического потенциала называют поляризационнымикривыми.1 Повышение окислительной способности раствора равнозначно смещениюпотенциала в положительную сторону.
Прим. ред.25*Классические поляризационные кривые приведены на рис. У.5.Сначала кислород из воздуха переходит в водный раствор, послечего потенциал металла повышается1 от потенциала катода (— ) допотенциала анода ( + ). При этом течет «отрицательный» электрический ток, складывающийся из малого тока восстановления ионовкислорода и большого тока восстановления ионов водорода.
Этотсуммарный ток всегда отрицательный. Его протекание повышаетэлектрический потенциал. По абсолютной величине этот ток невелик. Анодный ток, соответствующий анодному растворению, по абсолютной величине равен катодному току, а потенциал, отвечающийтакому состоянию, является потенциалом коррозии. Так как вовнешней цепи поддерживается равновесие, растворение металланачинается уже при электрическом потенциале, отвечающем точке123. Анодный электрический ток (ток коррозии) пропорционален скорости коррозионного растворения. Он-возрастает с увеличением потенциала.
Диапазон потенциалов, соответствующий активному растворению металла, называется областью активного состояния.Рис. 9.5. Обычная (типичная) поляризационная кривая (а) и поляризационная кривая в случае самопассивации (б ):1 — активное состояние; I I — пассивное; III — перепассивация; А —потенциал коррозии; В —питтинговая коррозия;-------------- —экспериментальная к р и в а я ;-------------— истинный электрический ток (Н----растворение металла, ------- электрический ток образования водородаи восстановления к и сл ор ода);-------------- суммарный катодный ток о б разования водорода и восстановления кислородаКогда окислительная сила раствора возрастает, окисленныеионы металла образуют оксиды, гидрооксиды и оксиды-гидрооксиды, покрывающие тонким слоем поверхность металла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
