Аморфные материалы (835546), страница 64
Текст из файла (страница 64)
На поверхности аморфного сплава с помощью тефлона наносятся искусственные щели, после чего в процессе коррозионного растворения в водном растворе NaCl при высоком потенциале измеряют электрический ток. Однако этот ток ослабевает завесьма короткое время, так как аморфные сплавы даже при наличии щелей легко репассивируются [33, 34].Мы уже подчеркивали, что аморфные сплавы, являясь химически однородными, практически не подвержены местной коррозии,в частности, питтинговой коррозии. Благодаря тому, что на поверхности аморфных лент быстро образуется пассивирующая пленка,протекание щелевой коррозии на искусственных царапинах тормозится за счет ускоренной репассивации. Это существенно затрудняет получение корректных оценок, однако и является основнойпричиной высокого сопротивления аморфных сплавов щелевой коррозии.9.6.
КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ И ВОДОРОДНОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ'Н а поверхности обычных кристаллических материалов таких,как нержавеющие стали, образуется внешняя пленка, предохраняющая материал от коррозии. Однако если к металлу, находящемуся в. коррозионной среде, приложить растягивающую нагрузку, товследствие протекания пластической деформации скольжением наповерхности появляются участки, где пленка отсутствует, что облегчает коррозию на этих участках. В свою очередь коррозия вызывает появление микротрещин, где происходит концентрация напряжений, что инициирует пластическую деформацию. Поскольку276процесс активного растворения локализован в пределах этих участков, остальная поверхность сохраняет металлический блеск ивлияние коррозии внешне почти не проявляется. Разрушение металла проходит именно по тем участкам, где протекает коррозия.Это явление называется коррозионным растрескиванием.
Оно, таким образом, происходит в результате комбинированного действиянапряжений и коррозии. Коррозионное растрескивание приводит ккрайне серьезному ухудшению свойств, поскольку оно может возникать даже при растягивающих напряжениях, составляющихменее одной десятой от напряжения разрушения в отсутствии коррозионной среды.Коррозионное растрескивание протекает за счет развития скольжения по кристаллографическим плоскостям. Поскольку в аморфных структур ах нет кристаллографических плоскостей, разрушениев процессе активного растворения при приложении растягивающихнапряжений (коррозия под напряжением) не обнаруживается1,.Однако различные аморфные сплавы при приложении растягивающих напряжений в условиях коррозионной среды разрушаютсяпри низких нагрузках, что Связано с охрупчиванием за счет водорода, образующегося в результате коррозии12.
Катодная реакция(9.5) может быть детально описана следующим образом:Н + (в растворе) 4- е (в металле) = Над2 Над = Н2 (г а з),(9 .7 )(9 .8 )■а также,Н ад + Н + ( в растворе) + е (в металле) = Н2 (г а з ) .(9 .9 )Здесь Над — атомарный водород, адсорбированный внешней поверхностью металла. Он составляет некоторую часть от всего водорода, образовавшегося при восстановлении ионов водорода навнешней поверхности металла:Н ад^Н аб,(9 .1 0 )где Наб — водород, абсорбированный металлом.Абсорбированный водород охрупчивает металлические матери•алы, т. е.
вызывает их разрушение при напряжении, гораздо болеенизком, чем предел прочности в отсутствии водорода. Это явлениеи носит название водородного охрупчивания. Такое охрупчиваниедовольно легко происходит в высокопрочных материалах, например в высокопрочных сталях. При естественной коррозии, когдаскорость коррозии (т. е. скорость активного растворения) велика,велико и количество водорода, образующегося по реакции (9 .5 ),что способствует водородному охрупчиванию.На рис.
9.26 представлена зависимость напряжения разрушения аморфного сплава Fe—23Ni—7,5Cr— 13Р-—7С от потенциала1 Надо предполагать, что имеются в виду напряжения, не превышающие•предела текучести. Прим, ре д.2 Нельзя исключить из рассмотрения также рольлокальногоанодногоактивирования и соответственно локального наводороживания. Прим. ред.277при анодной или катодной поляризации в трех различных водныхрастворах серной кислоты 1[35].
По оси ординат отложено отношение предела прочности в растворе к пределу прочности на воздухе.Скорость растяжения во всех случаях одинакова. Низкие .значенияпредела прочности соответствуют высокой степени охрупчиванияпри испытаниях на растяжение в водных растворах серной кислоты. В случае катодной поляризации реакция (9.5) протекает бурноеи, следовательно, количество абсорбированного водорода по реакции (9.10) довольно велико.
В результате оказывается, что в случае катодной поляризации при испытаниях на растяжение при отрицательном потенциале количество абсорбированного водородарастет, что облегчает водородное охрупчивание и приводит к снижению прочности.У1минВремя доразрушенияю1сут“Г/— 1—го-я-26? ^|>I" '^#7-0,500,01,0ЛотенцищЗ1,5Рис. 9.26. Измененияпрочности,вызванные водородным охрупчиванием аморфного сплава Fe—23Ni— 7,5Cr— 13Р—7С.
в 2 н. водном растворе H 3 S 0 4 (Л , 5 н. водном растворе H2 SO 4 . (2 ) и в водном растворе 5 н. H 2 SO 4 + 0 , l н.NaCI в зависимости от потенциала поляризации (скорость деф ормации растяжения 5,6 -1 0 - 6 с-1 ):А — потенциал коррозии-а - 1■о- 4ооtV101Ук _____*о*fe103 10* 13s ю 6Время даразрушения,?10еРис. 9.27. Зависимость временидо разрушения аморфных сплавовFe—Мо—Сг — Металлоидв 1 н. водном растворе HCI:/ — Fe—5Cr— 12Мо— 18С; 2 —Fe—5Сг— 12Мо— 20В; 3 — Fe—5Сг— 12Мо— 13Р— 7С; 4 — Fe—1ОСг— 12Мо—8С;5 — Fe—1OCr— 12Мо— 20В;6 — Fe—ЮСг— 12Мо— I3P —7СОднако при испытаниях на растяжение в водных растворах серной кислоты в случае анодной поляризации прочность сплава неснижается.
Кроме того, если образец аморфного сплава предварительно выдержать некоторое время в смешанном растворе сернойкислоты и поваренной соли, а затем провести испытание на растяжение на воздухе, прочность в этом случае также не снижается.При такой предварительной выдержке в растворе без нагрузкиданный аморфный сплав почти не корродирует и, естественно, отсутствует водородное охрупчивание. Однако, если нагрузку приложить одновременно с погружением образца в сильнокислый водный раствор с определенной концентрацией, например, хлоридионов, водородное охрупчивание возникает и в случае анодной поляризации.278На водородное охрупчивание аморфных сплавов существенновлияют их коррозионная стойкость и содержание металлоидов.
Нарис. 9.27 показано, как изменяется время до разрушения аморфных сплавов Fe—Сг—Мо в зависимости от величины деформациии времени выдержки в 1 н. водном растворе НС1 '[36]'. Видно, чтовремя до разрушения значительно увеличивается и коррозионнаястойкость сплава повышается при увеличении содержания хрома.Растрескивания при этом нет.
В таком растворе, как 1 и. НС1 прикоррозии происходит реакция (9.5) восстановления ионов водорода Н+, причем восстанавливается только то количество водорода,которое определено по реакции. Соответственно по реакции (9.10)определяется и количество абсорбированного водорода. Если коррозия прекращается, то водород не абсорбируется, и, естественно,водородное охрупчивание отсутствует.Сплавы, содержащие только один металлоид — углерод, в наибольшей степени подвержены водородному охрупчиванию. Напротив, сплавы, содержащие углерод и бор, или углерод и фосфор,трудно поддаются водородному охрупчиванию.
Такие сплавы пассивируются в 1 и. водном растворе НС1. Сплавы, содержащие фосфор, имеют очень большую скорость пассивации и почти не корродируют при приложении нагрузки, так как, хотя при растяжениипассивирующая пленка разрушается, она быстро восстанавливается за счет повторной пассивации (репассивации). Следовательнои в этих сплавах водородное охрупчивание затруднено.Обычно считают, что фосфор вреден для кристаллических сплавов, так как он ускоряет водородное охрупчивание.
Это происходитвследствие того, что фосфор тормозит реакцию (9.7), уменьшающую количество водорода, абсорбирующегося на внешней поверхности металла, другими словами, фосфор ускоряет реакцию (9.10).Однако в аморфных сплавах фосфор предотвращает водородноеохрупчивание, так как способствует повышению коррозионной стойкости. Тем не менее, известно, что аморфные сплавы Ее— Р—С,не содержащие второго металлического элемента, наиболее подвержены коррозии среди сплавов типа железо — металлоид и прииспытаниях на длительную прочность в воздушной атмосфере этисплавы корродируют за счет наличия влаги в воздухе, что приводит к их разрушению вследствие водородного охрупчивания [37].Количество абсорбированного водорода, вызывающее водородное охрупчивание аморфных сплавов, невелико по сравнению саналогичным количеством водорода для кристаллических сплавов[35].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
