2. Структура металів і її вплив на корозійні процеси

Механізм утворення поверхневих сполук, їх адгезія до металу і властивості впливають на процес корозії. В свою чергу ці показники багато в чому визначаються структурою і складом металу.

Більшість металів мають кристалічну структуру. У вузлах кристалічної решітки розташовані позитивно заряджені іони (або атоми), а електрони вільно переміщаються в металі.

Найменша частина просторових грат, яким притаманні всі властивості симетрії грат в цілому, називається елементарним осередком. Якщо цей осередок є кубом, то і відповідні грати будуть кубічними.

Мал.1. Форми елементарних осередків різних сингоній:

I - кубічна; II- тетрагональна;

III- гексагональна; V- ромбо-едрічна; V- ромбічна;

VI- моноклінна; VII- триклінна.

У ряді випадків кристалографічна структура визначає корозійну стійкість металів і їх сплавів.

Реальні металеві матеріали, як правило, є полікристалічними, тобто складаються з безліч окремих кристалів, які в загальному випадку мають неправильну форму і називаються кристалітами або зернами. На відміну від ідеальних кристалів, в яких атоми кристалічної решітки розташовані строго періодично, реальні кристали завжди мають порушення регулярності структури , які називаються дефектами.

Основними причинами відсутності у реальних конструкційних металевих матеріалів ідеального кристалічного стану є:

- нерівноважні умови кристалізації металу;

Мал. Площинні дефекти.

Будова границь в простій кубічній кристалічній решітці: а) границя скручування; б) двійник з когерентною границею; в, г) границі зерен, що разорієнтовані під великим кутом.

а г

- присутність в його складі легуючих і домішкових елементів;

- деформація кристалічної решітки внаслідок дії на неї в процесі виготовлен-ня виробів механічних, термічних, радіаційних і інших чинників.[ ].

Дефекти кристалічних решіток змінюють задані властивості металів, впливають на його хімічні і електрохімічні характеристики. Дефекти структури, що виходять на поверхню металу, володіють підвищеною реакційною здатністю і вони є першими осередками корозії. Сторонні домішки концентруються у лінійних дислокаціях і дірках по межах зерен. Ці сегрегації можуть збільшувати окиснення металу, полегшувати утворення піттінгів.

Будь-який вид неоднорідності підсилює як хімічну, так і електрохімічну корозію. Дефекти кристалічної решітки сприяють протіканню в металі процесів дифузії і фазових перетворень.

Процес твердіння рідкого металу супроводжується зміною його агрегатного стану з рідкого на тверде. Структура ближнього порядку змінюється при цьому на структуру дальнього порядку, коли практично у всьому об'ємі матеріалу дотримується регулярне розташування атомів (характерно для кристалічних твердих тіл).

Об'єм тіла при його твердінні зменшується на 2-6%, що є наслідком зменшення міжатомних відстаней. Ефект тим більше, чим компактніша решітка характерна для затверділого металу.

Внаслідок зменшення об'єму металу при його твердінні в структурі реального злитка, як правило, присутні макродефекти - тріщини, раковини, порожнини. Окрім макродефектів затверділий метал містить велика кількість мікродефектів - вакансій, дислокацій, дефектів упаковки, меж розділу.

Будь-який вид неоднорідності, як то за складом, наявністю домішок, осередків залишкової напруги, електропровідності окремих ділянок, приводить до збільшення швидкості корозії. Для того, щоб усунути або зменшити ці явища, проводять такі технологічні операції як загартування, відпал та ін.

У переважній більшості металеві конструкційні матеріали є багатокомпо-нентними сплавами, до складу яких входять легуючі (що вводяться спеціально для додання матеріалу необхідних властивостей) і домішкові (що потрапляють в матеріал з рудними матеріалами в процесі виплавки) елементи. Вступаючи один з одним у взаємодію компоненти сплавів можуть утворювати фази - однорідні за структурою (кристалічній будові) і складу (концентрації ком-понентів) області, обмежені поверхнями розділу. Конструкційні матеріали, як правило, містять декілька фаз, відносна кіль-кість яких може істотно розрізнятися.

Фази постійного складу називають хімічними сполуками або інтерметалоїдами.

Багато металів піддається алотропічному перетворенню. Алотропічним або поліморфним перетворенням називають зміну грат кристалічного тіла. Така зміна відбувається ізотермічно і характеризується температурою фазової рівноваги двох алотропічних різновидів. Наприклад, залізо при температурах до 910°С і при 1401-1539°С утворює α-фазу і кристалізується у вигляді кубічної об’ємноцентрованої решітки, а в інтервалі температур 910-1401°С утворює γ-фазу у вигляді кубічної об’ємноцентрованої решітки.