Коррозионно-стойкие материалы

Конструкционные материалы, работающие в химически активной среде, помимо определенного комплекса свойств, обеспечивающих прочность и технологичность конструкций, должны обладать способностью не подвергаться коррозионному разрушению, т. е. обладать коррозионной стойкостью. Это свойство материалов определяет надежность конструкции в эксплуатации.

Коррозионная стойкость металлов зависит от большого числа факторов: химического состава и структуры, наличия на поверхности защитных природных оксидов или иных продуктов коррозии; от состава, температуры электролита и многих других. При этом меняется не только скорость коррозионного разрушения, но механизм и характер коррозионного разрушения.

Именно поэтому коррозионную стойкость металлов и сплавов следует определять при натурных испытаниях в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. Справочные данные, полученные при испытании образцов, можно использовать для сравнительной оценки коррозионной стойкости сплавов, если условия эксплуатации и испытаний достаточно близки. Коррозия по характеру разрушения может быть общей и местной. Сопротивление разрушению при общей коррозии оценивают скоростью, которая и определяет долговечность материала в эксплуатации. Скорость коррозии определяется скоростью изменения размера либо массы. Для удобства коррозионную стойкость при общей коррозии оценивают по десятибалльной шкале в зависимости от значения скорости коррозии. Баллы 1…5 определяют коррозионно-стойкие материалы, баллы 6…10 - некоррозионно-стойкие.

Местная коррозия оценивается по изменению механических свойств, в частности прочности или пластичности. Во многих случаях такой вид коррозии заканчивается хрупким аварийным разрушением изделий.

Легирующие элементы в конструкционных сталях и сплавах, обеспечивая требуемый комплекс механических и технологических свойств, изменяют коррозионную стойкость основного металла. Характер этого изменения определяется составом сплава и его структурой, формирующейся при термической обработке.

Возможность улучшения коррозионной стойкости легированием и терми­ческой обработкой следует рассматривать как резерв увеличения надежности конструкционных сплавов в эксплуатации.

Широкое применение в машиностроении имеют коррозионно-стойкие стали, обладающие хорошей прочностью и технологичностью.

Коррозионная стойкость достигается легированием хромом (>12,5%). Дополнительное легирование никелем и марганцем позволяет получать одно­фазную аустенитную или аустенитно-ферритную структуру.

Хромистые стали 08X13, 20X13 коррозионно-стойкие в окислительных средах, в том числе во влажной атмосфере воздуха; эти стали упрочняются термической обработкой, сохраняя коррозионную стойкость. В средах, содержащих ионы хлора (морская вода, морской воздух), хромистые стали склонны к местным видам коррозионного разрушения.

Дополнительное легирование никелем придает стали после закалки однофазную аустенитную структуру высокой коррозионной стойкости и пластичности. Стали 08Х18Н10, 12Х18Н10Т коррозионно-стойкие во многих окислительных средах даже при нагреве. При легировании стали молибденом сталь 10Х17Н13М2Т, например, имеет повышенную стойкость в средах, содержащих ионы хлора.

Распространенным средством повышения коррозионной стойкости и дол­говечности деталей машин и изделий является применение коррозионно-стойких покрытий.

По характеру основы покрытия разделяют на металлические и неметал­лические.

Металлические покрытия из более электроположительного металла, чем защищаемый металл, обеспечивают коррозионную стойкость в течение длительного срока эксплуатации, если нет механических повреждений. Такие покрытия называют катодными. Для стали ими являются покрытия оловом или свинцом. Олово обеспечивает коррозионную стойкость в органических кислотах, и покрытия оловом применяют в пищевой промышленности. Свинец имеет высокую коррозионную стойкость в неорганических кислотах, и покрытия свинцом используются в химической промышленности. Покрытия создают электролитическим (гальваническим) методом либо распылением или окунанием в жидкий металл.

Металлические покрытия более электроотрицательными металлами назы­вают анодными. Они менее долговечны, чем катодные, но механические повреждения не ухудшают коррозионную стойкость. На сталях такими покрытиями являются цинковые, кадмиевые и алюминиевые. Оцинкованную сталь используют во влажной атмосфере и воде с температурой не выше 65°С. Покрытие кадмием находит применение в морской атмосфере и морской воде. Луженые медные сплавы применяют в пищевой промышленности, так как покрытия оловом предохраняют от токсичной меди.

Неметаллические покрытия однотипны по механизму своего влияния. Обладая большим электрическим сопротивлением, они уменьшают коррозионный ток и скорость коррозии. Покрытия очень разнообразны по составу и способам нанесения.

Оксидные покрытия на сталях, алюминиевых и магниевых сплавах повы­шают коррозионную стойкость во влажной атмосфере и воде. Их получают химическим, термическим или электрохимическим методами. Оксидные покрытия на сталях дополнительно покрывают минеральным маслом; при анодировании алюминия получают толстые, рыхлые слои оксидов, которые хорошо окрашиваются.

Покрытия лакокрасочными материалами выполняют методами окунания, полива или распыления жидкого раствора (или суспензии) с последующей сушкой, при которой удаляется растворитель и происходит полимеризация пленкообразующего вещества.

Для покрытий, коррозионно-стойких во влажной атмосфере, используют лаки, в которых пленкообразующими веществами являются высокомолекулярные полимеры (эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные и др.), а также элементоорганические соединения и фторопласты. Для получения эмалей и красок в лаки, в олифу и жидкое стекло вводят пигменты (белила цинковые или свинцовые, сурик, оксид хрома, сажа и др.).

Для защиты от коррозии листового проката и труб во влажных атмосфере воздуха и почве применяют пленочные материалы (полиэтилен, поливинилхлорид, полиамид), которые крепят на поверхности металла при помощи клея, либо путем небольшого подогрева и обжатия.

Износостойкие материалы

Износостойкость материалов при трении находится в зависимости от сочетания материалов в паре трения, от вида трения и режима работы (скорость относительного скольжения, нагрузка, характер ее приложения), от свойств смазочного материала, температуры.

Совокупность этих факторов определяет различные виды изнашивания: абразивное, эрозионное, усталостное, окислительное, фреттинг процесс и т. д. (ГОСТ 27674-88).