Легирование металлов

Введение в состав сплава легирующих добавок, которые улучшают свойства сплава.

При легировании улучшаются прочность, твердость, пластичность и коррозионная стойкость. В качестве легирующих добавок применяют Cr, Ni, Al, Pb, Mo, Mn, W, Si. Защитное действие легирующих добавок обусловлено тем, что, являясь легко пассивирующимися металлами, они взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют прочную оксидную пленку на поверхности. Например, легирующие компоненты хром и никель, входящие в состав нержавеющей стали, при высокой температуре выходят на поверхность и образуют с кислородом окружающей среды соединения (шпинели): FeCr₂O₄ и NiCr₂O₄, покрывающие металл пленкой.

Таблица 6. Влияние легирующих добавок на свойства стали

Состав стали (Fe)	Свойства	Применение
Cr (4-9%)	устойчивость в атмосфере, растворах кислот, солей (кроме хлоридов)	нефтеперерабаты-вающая промышленность
Cr (25%), Si (1%)	жаростойкость до 900 –950ºС	горелки, элементы печей
Cr (30%), Al (5%), Si (0,5%)	жаростойкость до 1300ºС	спирали электро-нагревательных приборов

Электрохимическая защита

Данный способ защиты реализуется при электрохимической коррозии металла, протекающей по принципу работы гальванического элемента. При этом анодом является металлическое изделие, подвергающееся коррозии. Если на анод извне наложить больший, чем в гальваническом элементе отрицательный потенциал, то его разрушение прекратится. Этот принцип действия лежит в основе электрохимической защиты металла.

Катодная защита. При катодной защите металлическое изделие подключают к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, и оно становится катодом. В качестве анода используют вспомогательный металл, который в процессе работы образованной гальванопары будет постепенно растворяться.

Протекторная защита металла  разновидность катодной защиты, но без использования внешнего источника тока. Принцип тот же – создается гальванический элемент, в котором защищаемый металл будет играть роль катода, а анодом являться присоединяемый к нему более активный металл, имеющий более отрицательный потенциал, называемый протектором. В этом случае разрушению будет подвергаться протектор (рис. 10). В качестве протекторов используют сплавы на основе цинка, алюминия, магния.

Рис. 10. Схема протекторной защиты стального трубопровода магнием в морской воде

1-протектор; 2-соединительный провод; 3-трубопровод; 4-морская вода

Анодная защита. Анодная защита применяется только для тех металлов и сплавов, которые легко пассивируются при анодной поляризации, т.е. покрываются пассивной пленкой оксида, например:

2 Cr + 3H₂O - 6е^-   Cr₂O₃ + 6H⁺  

При проведении такой защиты металлическое изделие присоединяют к положительному полюсу внешнего источника постоянного тока, и оно становится анодом, на котором идет окисление с получением защитной оксидной пленки. А катодом выбирают другой металл (вспомогательный электрод), присоединяемый к отрицательному полюсу, на котором в процессе работы полученной гальванопары будут идти процессы восстановления катионов из окружающей среды.