Αντοχή στη διάβρωση των μετάλλων

Τι είναι η αντοχή στη διάβρωση;

Η ικανότητα ενός μετάλλου να αντιστέκεται στη διάβρωση ονομάζεται αντοχή στη διάβρωση. Αυτή η ικανότητα καθορίζεται από το ρυθμό διάβρωσης υπό ορισμένες συνθήκες. Για την εκτίμηση του βαθμού διάβρωσης χρησιμοποιούνται ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά.

Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά είναι:

• αλλαγή της εμφάνισης της μεταλλικής επιφάνειας.

• αλλαγή στη μικροδομή του μετάλλου.

Τα ποσοτικά χαρακτηριστικά είναι:

• χρόνος πριν από την εμφάνιση της πρώτης εστίας διάβρωσης.

• ο αριθμός των εστιών διάβρωσης που σχηματίστηκαν σε μια ορισμένη χρονική περίοδο·

• αραίωση μετάλλων ανά μονάδα χρόνου.

• μεταβολή της μάζας του μετάλλου ανά μονάδα επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου.

• τον όγκο του αερίου που απορροφάται ή απελευθερώνεται κατά τη διάβρωση ανά μονάδα επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου·

• πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος για δεδομένο ρυθμό διάβρωσης.

• αλλαγή της ιδιότητας σε μια χρονική περίοδο (μηχανικές ιδιότητες, ανακλαστικότητα, ηλεκτρική αντίσταση).

Διαφορετικά μέταλλα έχουν διαφορετική αντοχή στη διάβρωση.Για την αύξηση της αντοχής στη διάβρωση, χρησιμοποιούνται ειδικές μέθοδοι: κράμα για χάλυβα, επιχρωμίωση, αλουμίνιση, επινικελίωση, βαφή, επίστρωση ψευδαργύρου, παθητικοποίηση κ.λπ.

Σίδερο και ατσάλι

Παρουσία οξυγόνου και καθαρού νερού, ο σίδηρος διαβρώνεται γρήγορα, η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με τον τύπο:

Στη διαδικασία της διάβρωσης, ένα χαλαρό στρώμα σκουριάς καλύπτει το μέταλλο και αυτό το στρώμα δεν το προστατεύει καθόλου από περαιτέρω καταστροφή, η διάβρωση συνεχίζεται μέχρι να καταστραφεί πλήρως το μέταλλο. Η πιο ενεργή διάβρωση του σιδήρου προκαλείται από διαλύματα αλάτων: εάν υπάρχει ακόμη και λίγο χλωριούχο αμμώνιο (NH4Cl) στον αέρα, η διαδικασία διάβρωσης θα προχωρήσει πολύ πιο γρήγορα. Σε ένα ασθενές διάλυμα υδροχλωρικού οξέος (HCl), η αντίδραση θα προχωρήσει επίσης ενεργά.

Το νιτρικό οξύ (HNO3) σε συγκέντρωση πάνω από 50% θα οδηγήσει σε παθητικοποίηση του μετάλλου — θα καλυφθεί με ένα προστατευτικό στρώμα, αν και εύθραυστο. Το εξατμισμένο νιτρικό οξύ είναι ασφαλές για τον σίδηρο.

Το θειικό οξύ (H2SO4) σε συγκέντρωση άνω του 70% παθητικοποιεί τον σίδηρο και εάν η κατηγορία χάλυβα St3 αποθηκεύεται σε θειικό οξύ 90% σε θερμοκρασία 40 ° C, τότε υπό αυτές τις συνθήκες ο ρυθμός διάβρωσης δεν θα υπερβαίνει τα 140 μικρά ετησίως. Εάν η θερμοκρασία είναι 90 ° C, τότε η διάβρωση θα συνεχιστεί με 10 φορές υψηλότερο ρυθμό. Το θειικό οξύ με συγκέντρωση σιδήρου 50% θα διαλυθεί.

Το φωσφορικό οξύ (H3PO4) δεν θα διαβρώσει το σίδηρο, ούτε οι άνυδροι οργανικοί διαλύτες όπως τα αλκαλικά διαλύματα, η υδατική αμμωνία, το ξηρό Br2 και Cl2.

Εάν προσθέσετε ένα χιλιοστό χρωμικού νατρίου στο νερό, θα γίνει ένας εξαιρετικός αναστολέας της διάβρωσης του σιδήρου, όπως το εξαμεταφωσφορικό νάτριο. Αλλά τα ιόντα χλωρίου (Cl-) αφαιρούν την προστατευτική μεμβράνη από το σίδερο και αυξάνουν τη διάβρωση.Ο σίδηρος είναι τεχνικά καθαρός, περιέχει περίπου 0,16% ακαθαρσίες και είναι ιδιαίτερα ανθεκτικός στη διάβρωση.

Χάλυβες μεσαίου και χαμηλού κράματος

Οι προσθήκες κράματος χρωμίου, νικελίου ή χαλκού σε χαμηλού κράματος και μεσαίου κράματος χάλυβες αυξάνουν την αντοχή τους στο νερό και στην ατμοσφαιρική διάβρωση. Όσο περισσότερο χρώμιο, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στην οξείδωση του χάλυβα. Αλλά εάν το χρώμιο είναι μικρότερο από 12%, τότε τα χημικά ενεργά μέσα θα έχουν καταστροφική επίδραση σε τέτοιο χάλυβα.

Χάλυβες υψηλής κραματοποίησης

Στους χάλυβες υψηλής κραματοποίησης, τα κράματα είναι περισσότερα από 10%. Εάν ο χάλυβας περιέχει από 12 έως 18% χρώμιο, τότε αυτός ο χάλυβας θα αντέξει την επαφή σχεδόν με οποιοδήποτε από τα οργανικά οξέα, με τα τρόφιμα, θα είναι ανθεκτικός στο νιτρικό οξύ (HNO3), βάσεις, πολλά διαλύματα αλάτων. Σε 25% μυρμηκικό οξύ (CH2O2) ο χάλυβας υψηλής κραματοποίησης θα διαβρώνεται με ρυθμό περίπου 2 mm ετησίως. Ωστόσο, ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες, υδροχλωρικό οξύ, χλωρίδια και αλογόνα θα καταστρέψουν τον χάλυβα υψηλής κραματοποίησης.

Οι ανοξείδωτοι χάλυβες που περιέχουν 8 έως 11% νικέλιο και 17 έως 19% χρώμιο είναι πιο ανθεκτικοί στη διάβρωση από τους χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο μόνο. ​​Τέτοιοι χάλυβες αντέχουν σε όξινα οξειδωτικά μέσα, όπως χρωμικό οξύ ή νιτρικό οξύ, καθώς και σε ισχυρά αλκαλικά.

Το νικέλιο ως πρόσθετο θα αυξήσει την αντοχή του χάλυβα σε μη οξειδωτικά περιβάλλοντα, σε ατμοσφαιρικούς παράγοντες. Αλλά το περιβάλλον είναι όξινο, αναγωγικό και όξινο με ιόντα αλογόνου, - θα καταστρέψουν το στρώμα οξειδίου που παθητικοποιείται, με αποτέλεσμα ο χάλυβας να χάσει την αντοχή του στα οξέα.

Οι ανοξείδωτοι χάλυβες με προσθήκη μολυβδαινίου σε ποσότητα 1 έως 4% έχουν μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση από τους χάλυβες χρωμίου-νικελίου.Το μολυβδαίνιο θα δώσει αντοχή στο θειικό και θειικό οξύ, τα οργανικά οξέα, το θαλασσινό νερό και τα αλογονίδια.

Το σιδηροπυρίτιο (σίδηρος με προσθήκη 13 έως 17% πυρίτιο), η λεγόμενη χύτευση σιδήρου-πυριτίου, έχει αντοχή στη διάβρωση λόγω της παρουσίας ενός φιλμ οξειδίου SiO2 και το οποίο ούτε θειικό, ούτε νιτρικό ούτε χρωμικό οξέα μπορούν να καταστρέψουν, ενισχύουν μόνο αυτό το προστατευτικό φιλμ. Αλλά το υδροχλωρικό οξύ (HCl) θα διαβρώσει εύκολα το σιδηροπυρίτιο.

Κράματα νικελίου και καθαρό νικέλιο

Το νικέλιο είναι ανθεκτικό σε πολλούς παράγοντες, τόσο ατμοσφαιρικούς όσο και εργαστηριακούς, στο καθαρό και αλμυρό νερό, σε αλκαλικά και ουδέτερα άλατα όπως ανθρακικά, οξικά, χλωριούχα, νιτρικά και θειικά άλατα. Τα μη οξυγονωμένα και μη καυτά οργανικά οξέα δεν βλάπτουν το νικέλιο, καθώς και το βρασμό πυκνού αλκαλικού υδροξειδίου του καλίου (ΚΟΗ) σε συγκέντρωση έως και 60%.

Η διάβρωση προκαλείται από αναγωγικά και οξειδωτικά μέσα, οξειδωτικά αλκαλικά ή όξινα άλατα, οξειδωτικά οξέα όπως το άζωτο, τα υγρά αέρια αλογόνα, τα οξείδια του αζώτου και το διοξείδιο του θείου.

Το μέταλλο μονέλ (έως 67% νικέλιο και έως 38% χαλκός) είναι πιο ανθεκτικό στα οξέα από το καθαρό νικέλιο, αλλά δεν αντέχει στη δράση ισχυρών οξειδωτικών οξέων. Διαφέρει σε αρκετά υψηλή αντοχή σε οργανικά οξέα, σε σημαντική ποσότητα διαλυμάτων αλάτων. Η ατμοσφαιρική και η υδάτινη διάβρωση δεν απειλούν το μέταλλο μονέλ. Το φθόριο είναι επίσης ασφαλές για αυτόν. Το μέταλλο Monel θα αντέξει με ασφάλεια το 40% βραστό υδροφθόριο (HF) όπως η πλατίνα.

Κράματα αλουμινίου και καθαρό αλουμίνιο

Το προστατευτικό φιλμ οξειδίου του αλουμινίου το καθιστά ανθεκτικό στα κοινά οξειδωτικά, το οξικό οξύ, το φθόριο, την ατμόσφαιρα μόνο και μια σημαντική ποσότητα οργανικών υγρών.Το τεχνικά καθαρό αλουμίνιο, στο οποίο οι ακαθαρσίες είναι μικρότερες από 0,5%, είναι πολύ ανθεκτικό στη δράση του υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2).

Καταστρέφεται από τη δράση καυστικών βάσεων σε έντονα αναγωγικό περιβάλλον. Το αραιό θειικό οξύ και το ελαιούχο δεν είναι τρομερά για το αλουμίνιο, αλλά το θειικό οξύ μέσης αντοχής θα το καταστρέψει, όπως και το καυτό νιτρικό οξύ.

Το υδροχλωρικό οξύ μπορεί να καταστρέψει το προστατευτικό φιλμ οξειδίου του αλουμινίου. Η επαφή του αλουμινίου με υδράργυρο ή άλατα υδραργύρου είναι καταστροφική για το πρώτο.

Το καθαρό αλουμίνιο είναι πιο ανθεκτικό στη διάβρωση από, για παράδειγμα, το κράμα ντουραλουμίου (στο οποίο έως και 5,5% χαλκός, 0,5% μαγνήσιο και έως 1% μαγγάνιο), το οποίο είναι λιγότερο ανθεκτικό στη διάβρωση. Το Silumin (προσθέτοντας 11 έως 14% πυρίτιο) είναι πιο σταθερό από αυτή την άποψη.

Κράματα χαλκού και καθαρός χαλκός

Ο καθαρός χαλκός και τα κράματά του δεν διαβρώνονται στο αλμυρό νερό ή στον αέρα. Ο χαλκός δεν φοβάται τη διάβρωση: αραιές βάσεις, ξηρό NH3, ουδέτερα άλατα, ξηρά αέρια και οι περισσότεροι οργανικοί διαλύτες.

Κράματα όπως ο μπρούντζος, που περιέχουν πολύ χαλκό, αντέχουν την έκθεση σε οξέα, ακόμη και σε ψυχρό συμπυκνωμένο ή ζεστό αραιό θειικό οξύ, ή σε συμπυκνωμένο ή αραιό υδροχλωρικό οξύ σε θερμοκρασία δωματίου (25 °C).

Ελλείψει οξυγόνου, ο χαλκός δεν διαβρώνεται σε επαφή με οργανικά οξέα. Ούτε το φθόριο ούτε το ξηρό υδροφθόριο έχουν καταστροφική επίδραση στον χαλκό.

Αλλά τα κράματα χαλκού και ο καθαρός χαλκός διαβρώνονται από διάφορα οξέα εάν υπάρχει οξυγόνο, καθώς και σε επαφή με υγρό NH3, μερικά άλατα οξέος, υγρά αέρια όπως ακετυλένιο, CO2, Cl2, SO2. Ο χαλκός αλληλεπιδρά εύκολα με τον υδράργυρο Ο ορείχαλκος (ψευδάργυρος και χαλκός) δεν είναι ιδιαίτερα ανθεκτικός στη διάβρωση.

Δείτε περισσότερες λεπτομέρειες εδώ — Χαλκός και αλουμίνιο στην ηλεκτρική μηχανική

Καθαρός ψευδάργυρος

Το καθαρό νερό, όπως και ο καθαρός αέρας, δεν διαβρώνει τον ψευδάργυρο. Αλλά εάν υπάρχουν άλατα, διοξείδιο του άνθρακα ή αμμωνία στο νερό ή στον αέρα, τότε θα αρχίσει η διάβρωση του ψευδαργύρου. Ο ψευδάργυρος διαλύεται σε βάσεις, ιδιαίτερα γρήγορα — σε νιτρικό οξύ (HNO3), πιο αργά — σε υδροχλωρικό και θειικό οξύ.

Οι οργανικοί διαλύτες και τα προϊόντα πετρελαίου γενικά δεν έχουν διαβρωτικό αποτέλεσμα στον ψευδάργυρο, αλλά εάν η επαφή είναι παρατεταμένη, για παράδειγμα με σπασμένη βενζίνη, η οξύτητα της βενζίνης θα αυξηθεί καθώς οξειδώνεται στον αέρα και θα αρχίσει η διάβρωση του ψευδαργύρου.

Καθαρός μόλυβδος

Η υψηλή αντοχή του μολύβδου στο νερό και την ατμοσφαιρική διάβρωση είναι ένα ευρέως γνωστό γεγονός. Δεν διαβρώνεται οδηγώ και πότε στο χώμα. Αν όμως το νερό περιέχει πολύ διοξείδιο του άνθρακα, τότε ο μόλυβδος θα διαλυθεί σε αυτό, καθώς σχηματίζεται διττανθρακικός μόλυβδος, ο οποίος θα είναι ήδη διαλυτός.

Γενικά, ο μόλυβδος είναι πολύ ανθεκτικός σε ουδέτερα διαλύματα, μέτρια ανθεκτικός σε αλκαλικά διαλύματα, καθώς και σε ορισμένα οξέα: θειικό, φωσφορικό, χρωμικό και θειικό. Με πυκνό θειικό οξύ (από 98%) σε θερμοκρασία 25 ° C, ο μόλυβδος μπορεί να διαλυθεί αργά.

Το υδροφθόριο σε συγκέντρωση 48% θα διαλύσει τον μόλυβδο όταν θερμανθεί. Ο μόλυβδος αντιδρά έντονα με υδροχλωρικό και νιτρικό οξύ, με μυρμηκικό και οξικό οξύ. Το θειικό οξύ θα καλύψει τον μόλυβδο με ένα ελαφρώς διαλυτό στρώμα χλωριούχου μολύβδου (PbCl2) και δεν θα προχωρήσει περαιτέρω διάλυση. Στο συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ, ο μόλυβδος θα επικαλυφθεί επίσης με ένα στρώμα άλατος, αλλά το αραιό νιτρικό οξύ θα διαλύσει τον μόλυβδο. Τα χλωρίδια, τα ανθρακικά και τα θειικά δεν είναι επιθετικά προς τον μόλυβδο, ενώ τα νιτρικά διαλύματα είναι το αντίθετο.

Καθαρό τιτάνιο

Η καλή αντοχή στη διάβρωση είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα του τιτανίου.Δεν οξειδώνεται από ισχυρά οξειδωτικά, αντέχει σε διαλύματα αλάτων, FeCl3 κ.λπ. Τα συμπυκνωμένα ανόργανα οξέα θα προκαλέσουν διάβρωση, αλλά ακόμη και το βρασμό νιτρικού οξέος σε συγκέντρωση μικρότερη από 65%, θειικό οξύ - έως 5%, υδροχλωρικό οξύ - έως 5% - δεν θα προκαλέσει διάβρωση του τιτανίου. Η κανονική αντοχή στη διάβρωση σε βάσεις, αλκαλικά άλατα και οργανικά οξέα διακρίνει το τιτάνιο από άλλα μέταλλα.

Καθαρό ζιρκόνιο

Το ζιρκόνιο είναι πιο ανθεκτικό στο θειικό και το υδροχλωρικό οξύ από το τιτάνιο, αλλά λιγότερο ανθεκτικό στα aquaregia και το υγρό χλώριο. Έχει υψηλή χημική αντοχή στις περισσότερες βάσεις και οξέα, ανθεκτικό στο υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2).

Η δράση ορισμένων χλωριδίων, το βραστό συμπυκνωμένο υδροχλωρικό οξύ, το aqua regia (μίγμα συμπυκνωμένου νιτρικού HNO3 (65-68 wt.%) και αλατούχου HCl (32-35 wt.%), το θερμό πυκνό θειικό οξύ και το ατμίζον νιτρικό οξύ προκαλεί Όσον αφορά τη διάβρωση, αυτή είναι μια τέτοια ιδιότητα του ζιρκονίου όπως η υδροφοβία, δηλαδή το μέταλλο αυτό δεν διαβρέχεται ούτε από νερό ούτε από υδατικά διαλύματα.

Καθαρό ταντάλιο

Η εξαιρετική χημική αντοχή του τανταλίου είναι παρόμοια με το γυαλί. Το πυκνό φιλμ οξειδίου του προστατεύει το μέταλλο σε θερμοκρασίες έως 150 ° C από τη δράση χλωρίου, βρωμίου, ιωδίου. Τα περισσότερα οξέα υπό κανονικές συνθήκες δεν δρουν στο ταντάλιο, ακόμη και τα aquaregia και το συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ δεν προκαλούν διάβρωση. Τα αλκαλικά διαλύματα δεν έχουν πρακτικά καμία επίδραση στο ταντάλιο, αλλά το υδροφθόριο δρα σε αυτό και χρησιμοποιούνται συμπυκνωμένα θερμά αλκαλικά διαλύματα, τα αλκαλικά τήγματα χρησιμοποιούνται για τη διάλυση του τανταλίου.