Учебно-методическое пособие «Защита материалов от коррозии», страница 6

Поверхностное легирование

Этот способ легирования осуществляется методом ионной имплантации. Легированный слой формируется в результате бомбардировки поверхности металла ионами легирующих элементов, приобретающих высокие скорости в электрическом поле.

Ускоренные ионы проникают в металл, тормозятся при столкновении с его атомами, а затем нейтрализуются свободными электронами. В результате ионы внедряются в кристаллическую решетку металла, занимая узлы, или располагаясь в межузлиях. Используя метод ионной имплантации, получают большое число коррозионно-стойких сплавов.

Поверхностно легируют железо - хромом, никелем, алюминием, танталом, свинцом; различные сорта стали - свинцом, аргоном, гелием, кислородом, фосфором, титаном, танталом, молибденом, хромом, никелем. Метод позволяет вводить любую модифицирующую добавку в любой металл при низких температурах, точно регулируя толщину легированного слоя, дозируя добавку и контролируя её чистоту. Метод ионной имплантации применяется для получения сплавов, состоящих из взаимно нерастворимых компонентов. Недостаток метода: высокая стоимость, сложность, малая толщина легированного слоя (менее 1 мкм).

Рациональное конструирование

При проектировании и изготовлении изделий необходимо: правильно выбрать материал, с учетом его коррозионной стойкости к воздействию данной коррозионной среды.

Нельзя соединять в одном изделии металлы с разными значениями электродных потенциалов без изоляции соприкасающихся поверхностей, чтобы исключить возникновение контактной коррозии. В качестве изоляторов и герметиков можно использовать резины на основе синтетического каучука, уплотнительные мастики. Нельзя использовать в качестве герметиков войлок, асбест, древесину без специальной их подготовки. Если разделение двух разнородных металлов диэлектриками невозможно, то между ними помещают третий металл, который уменьшает разность потенциалов между первыми двумя металлами или осуществляют металлизационное покрытие обеих деталей, образующих соединение.

Следует избегать образования зазоров между соединяемыми разнородными металлами. Необходимо избегать скопления влаги в элементах конструкций за счет создания обтекаемых форм, отсутствия углублений, пазов, канавок, устройства проветриваемых полостей и дренажных отверстий. По возможности нужно применять сварные соединения вместо болтовых и клёпаных, чтобы избежать возникновения внутренних напряжений.

Воздействие на коррозионную среду

Агрессивные коррозионные среды – водные растворы кислот и щелочей, атмосфера, почва. Изменяя состав и свойства сред, можно уменьшать её коррозионную активность.

Влияние на жидкую среду

Например, добавление в состав активной среды гидразина способствует увеличению ее восстановительных свойств, так как при контакте гидразина с медными сплавами и сталью возможны следующие процессы:

2Cu₂O + N₂H₄ = N₂ + 2H₂O + 4Cu

2CuO + N₂H₄ = N₂ + 2H₂O + 2Cu

6Fe₂O₃ + N₂H₄ = N₂ + 2H₂O + 4Fe₃O₄

4Fe(OH)₃ + N₂H₄ = N₂ + 4H₂O + 4Fe(OH)₂

Агрессивность коррозионной водной среды зависит также от растворенных в ней О₂ и СО₂, удаляя которые, можно снизить скорость коррозии.

В случае коррозии с водородной деполяризацией кислотные растворы нейтрализуют введением щелочных растворов, например едкого натра. При этом ионы водорода нейтрализуются гидроксильными ионами щелочи с образованием молекул воды.

H⁺ + OH^- = H₂O

Содержание кислорода в среде можно уменьшить термической деаэрацией при пониженном давлении, или химической деаэрацией. Для этого процесса можно использовать различные химические реакции:

·  пропускание воды через слой стальных стружек:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄;

·  обработку промышленных вод восстановителями Na₂SO₃, Na₂S₂O₄, N₂H₄:

2Na₂SO₃ + O₂ = 2Na₂SO₄;

^{сульфит}

2Na₂S₂O₄ + 3O₂ + 4NaOH = 4Na₂SO₄  +2H₂O;

^{гидросульфит}

N₂H₄× H₂O + O₂ = N₂ + 3H₂O;

^{гидразингидрат}

N₂H₄×H₂SO₄ + O₂ + NaOH = N₂ + NaHSO₄ +3H₂O;

^{гидразинсульфат}

N₂H₄×H₂SO₄ + O₂ + 2NaOH = N₂ + Na₂SO₄ + 4H₂O.

Скорость процесса химической деаэрации зависит от концентрации восстановителя, температуры, рН коррозионной среды, исходной концентрации растворенного в ней кислорода.