2 Основы химической коррозии металлов и сплавов

В зависимости от внешних факторов коррозии, (в первую очередь состава коррозионной среды, температуры, давления и т. д.), коррозия подразделяется на два типа химическую и электрохимическую. Химическая коррозия - взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. В общем случае химическую коррозию рассматривают как химическую гетерогенную реакцию окисления и восстановления металла на границе раздела фаз металл – окислитель. После разрыва металлической связи атомы металла непосредственно реагируют с атомами окислителя, акцептирующими валентные электроны металла. Эта реакция происходит одновременно по всей металлической поверхности. По условиям протекания различают следующие виды химической коррозии: коррозию в неэлектролитах (жидкостную) и газовую коррозию.

Коррозия в неэлектролитах протекает в непроводящих электрический ток жидкостях и газах. Жидкостная коррозия происходит в бензолах, безводных спиртах, бензинах, нефти (особенно сернистой) и продуктах её переработки, фенолах, а также в расплавах солей, шлаков и т.д. Химическая коррозия протекает в газах, содержащих электропроводные жидкости в концентрациях, недостаточных для их конденсации на поверхности металла, например 6 Сu + SO₂ = Cu₂S + 2 Cu₂O.

Химическая коррозия металла в газах при высоких температурах называется газовой коррозией (высокотемпературным окислением). Газовой коррозии подвержены реактивные турбины самолетов, нагревательные элементы, печи, топки, клапаны двигателей и турбин, тигли, термопары, теплообменники со стороны нагрева, и др. Газовая коррозия происходит при выплавке и термообработке металлов и сплавов, горячей обработки давлением, в химических высокотемпературных производствах обжига, получения кислот, синтеза, крекинга т.д.

Следует отметить, что образующиеся на поверхности металла продукты коррозии (оксиды, сульфиды, хлориды и др.) часто имеют свойства твердого электролита ионного характера. Перенос ионов металла и окислителя сквозь оксидную пленку является прохождением тока в твердых электролитах. На этой основе разработаны теории высокотемпературного окисления, основанные на электрохимической (ионно-электронной) модели высокотемпературного окисления.

Возможность использования материала при высоких температурах оценивается жаростойкостью и жаропрочностью. Жаростойкость - способность металла сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах. Жаростойкими (окалиностойкими) называются стали и сплавы обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550⁰С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Жаропрочностью называется способность сталей и сплавов работать в нагруженном состоянии в течение определенного времени (более 10³ ч) и сохранять при этом достаточную стойкость. Жаропрочность оценивается длительной прочностью, сопротивлением ползучести и способностью материалов сохранять свои механические свойства при высоких температурах.

Металлы могут быть жаростойкими, но не жаропрочными. Например, Аl и его сплавы имеют высокую жаростойкость при 400 – 600^оС, однако при температурах >300^oC они сильно теряют свой прочностные характеристики. В то же время вольфрамовые быстрорежущие стали при 600 – 800⁰С жаропрочны, но заметно окисляются.