1.7 Защита от газовой коррозии

Для защиты от газовой коррозии используют жаростойкое легирование, создание защитных атмосфер, защитные покрытия.

Повышение жаростойкости сталей достигается их легированием хромом, алюминием и кремнием.

Известны различные теории по выбору легирующих компонентов при создании жаростойких сплавов.

Теория немецких ученых Вагнера и Хауффе выдвигает требова-ние, что в оксидной плёнке, образованной атомами основного металла, должна быть мала концентрация дефектов, так как диффузия в оксиде протекает по дефектным местам. Уменьшение количества дефектов возможно, если атомы легирующего элемента и основного металла имеют разные валентности. При этом, если образуются оксиды с избытком атомов металла (например, ZnО – V_ок /V_м = 9,2 см³/моль), легирование целесообразно осуществлять металлом с большей валентностью; в случае образования оксидов с недостатком атомов металла (например, NiO – V_ок /V _Ni = 6,6 см³/моль)─металлом с меньшей валентностью. Оксид легирующего элемента должен быть растворим в оксиде основного металла.

А.А. Смирнов и Н.Д. Томашов предложили теорию защитного оксида, включающую следующие основные требования к легирующему элементу:

1) оксид легирующего элемента должен давать сплошную плёнку;

2) оксид элемента, выбранного для легирования, должен иметь высокое электрическое сопротивление для того, чтобы препятствовать встречной диффузии ионов металла, электронов и ионов кислорода (наиболее высокие электрические сопротивления имеют Al₂O₃ и SiO₂);

3) радиус атома легирующего элемента должен быть меньше радиуса атома основного металла для облегчения его диффузии в защищаемый металл и затруднения диффузии ионов основного металла;

4) теплота образования оксида легирующего элемента должна быть больше, чем оксида основного металла (например, теплота образования Al₂O₃  1678 кДж/моль, а FeO  272 кДж/моль);

5) оксид легирующего элемента должен иметь высокие температуры плавления и возгонки, а также не давать низкоплавких эвтектик в смеси с другими оксидами;

6) легирующий элемент должен с основным металлом образовывать твердый раствор, что обеспечивает его равномерное распределение в основном металле и образование сплошной плёнки на поверхности сплава.

В соответствии с теорией В.И. Архарова повышение жаростой-кости достигается в том случае, если легирующий элемент образует с основным металлом двойные оксиды типа шпинели

. Эти оксиды обладают значительно более высокой защитной способностью, чем оксиды каждого металла в отдельности. По этой теории легирующие элементы должны предотвратить образование на поверхности сплавов на основе железа вюститной фазы (FeO), являющейся наиболее проницаемой при диффузии ионов железа. Высокими защитными свойствами обладают оксиды FeCr₂O₄, NiFe₂O₄, NiCr₂O₄.

Кратко изложенные три теории жаростойкого легирования дополняют и развивают одна другую и позволяют из теоретических представлений обосновать практические подходы по созданию жаростойких сплавов.

В качестве защитных покрытий на практике находят применение металлические и неметаллические покрытия.

Из металлических покрытий используют главным образом термодиффузионные покрытия алюминием (термоалитирование), хромом (термохромирование), кремнием (силицирование).

Неметаллические покрытия выполняют в виде жаростойких эмалей.