Методы оценки коррозии металлов

Существуют качественные и количественные методы оценки коррозии.

Качественная оценка – визуальный контроль характера продуктов коррозии, прочности их сцепления с металлом.

Количественная оценка выражается в оценке скорости коррозии V_м (весовой показатель). Может быть выражена через потерю массы ∆m единицы поверхности (S) за единицу времени (t)

, мг/(см²×сут); г/(см²×ч) (12.2)

Более удобным показателем оценки коррозии, учитывающим плотность материала, является глубинный показатель П

, см/ч, (12.3)

где V_м – скорость коррозии, г/(см²×ч);

r – плотность металла, г/см³.

П для стали ≈ 8,76 мм/год, тогда

. (12.4)

 

Цветные металлы и сплавы

 

В промышленности и строительстве широко применяют цветные металлы и сплавы, которые обладают рядом особых свойств: пластичностью, высокой электро- и теплопроводностью, антикоррозионной стойкостью, малой плотностью.

К редким металлам относят вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, цирконий. Все они имеют температуру плавления выше 1700 °С и применяются в качестве специальных добавок при производстве стали. К редким радиоактивным металлам относят уран, торий, актиний, протактиний. В связи с развитием атомной энергетики применение их резко возросло. В строительстве из цветных металлов наиболее широко применяют сплавы алюминия и меди.

Алюминий и его сплавы

Алюминий – легкий серебристо-белый металл. Важным достоинством его является низкая плотность (2700 кг/м³). В чистом виде алюминий мягок, пластичен, хорошо отливается, прокатывается, температура плавления составляет 657 °С. Алюминий обладает повышенной стойкостью к коррозии на воздухе за счет образования защитной пленки (Аℓ₂О₃), имеет высокую тепло- и электропроводность. Предел прочности у алюминия при растяжении – 90…120 МПа, относительное удлинение – 20…30 %, твердость НВ = 25…30, коэффициент теплопроводности – 200 Вт(м×°С).

В чистом виде в строительстве алюминий применяется для отливки деталей, изготовления порошков (алюминиевые краски и газообразователи при изготовлении ячеистых бетонов), фольги, электропроводов. Из алюминиевой фольги делают высокоэффективный утеплитель (альфоль), используют ее в качестве отражателя тепловых лучей, а также декоративного материала.

В связи с открытием нового способа выплавки алюминия непосредственно из руды значительно снизилась стоимость производства алюминиевых сплавов и изделий из них. Алюминиевые сплавы рекомендуются для:

− несущих конструкций зданий и сооружений (оболочки, рамы, фермы и т.д.), конструкций для химических предприятий с агрессивной средой (кроме воздействия влажной и щелочной среды, растворов серной кислоты и ее солей), опор линий электропередачи;

− ограждающих конструкций, кровельных панелей, подвесных потолков, витрин, переплетов и т.д.

Элементы конструкций из алюминиевых сплавов можно соединять заклепками, болтами, сваркой. Сварные соединения выполняются механизированной или ручной электродуговой сваркой в защитной среде аргона, электрической контактной сваркой, сваркой под слоем флюса и газовой сваркой.

Для строительных изделий алюминий применяют в виде сплавов, в состав которых входят Cu, Mn, Mg, Si, Fe.

Сплавы, состоящие из алюминия, меди, магния, марганца, носят название дюралюминий. Сплавы алюминия имеют предел прочности при растяжении более 100 МПа. Из них изготовляют плоские и волнистые листы, прокатные, гнутые, клепаные и сварные профили, трубы. Конструкции и изделия из таких сплавов весьма эффективны для устройства оконных коробок и переплетов, дверей и дверных коробок, наружной облицовки зданий и для изготовления легких трехслойных панелей с пенопластовым утеплителем.

Медь и ее сплавы

Медь – металл красного цвета с плотностью 8800 кг/м³, температурой плавления – 1083 °С, пределом прочности при растяжении – около 200 МПа, относительным удлинением – 30…60 %. Медь – мягкий и пластичный металл, хорошо проводит электричество и теплоту. Ее применяют для изготовления электрических проводов и в качестве составной части различных сплавов.

Сплав, состоящий из меди и цинка (до 50 %), называют латунью. Латунь обладает высокими механическими и антикоррозийными свойствами и поддается горячей и холодной обработке. Иногда к сплаву латуни добавляют свинец, олово, алюминий, кремний и другие (в сумме до 10 %).

Сплав меди с оловом (до 10 %) называют оловянистой бронзой. Сплавы меди с алюминием, никелем, кремнием носят название безоловянистых бронз. Бронзу применяют в виде изделий для внутреннего оборудования зданий (сантехническая арматура, вентиляционные решетки, детали карнизов, фурнитуры и др.).

Кроме бронз и латуни известны другие сплавы, содержащие медь. Например, мельхиор (20 % никеля и 80 % меди), никелин (45 % никеля и 55 % меди), константан (40 % никеля, 59 меди и 1 % марганца).

Цинк получают из сульфидных цинковых руд ZnS. Плотность цинка – 7000 кг/м³. Его температура плавления – 420 °С. Применяют для оцинковки стальных изделий (гвоздей, болтов, кровельной стали), в качестве компонента сплавов.

Титан и его сплавы

Титан – относительно легкий металл (его плотность равна 4500 кг/м³), по прочности близкий к железу (s_в = 250 МПа). Особенностью титана является хорошая коррозионная стойкость. В сплавах на основе титана может быть достигнут высокий уровень прочностных характеристик (до 1000…1200 МПа). Малая плотность и значительная прочность титановых сплавов обусловили их широкое применение в авиационной и космической технике.

Одно из важных преимуществ титана – отсутствие охрупчивания при низких температурах. В настоящее время разработан ряд сплавов на основе титана, предназначенных для конструкций, работающих в районах Заполярья и Крайнего Севера.

Титан и его сплавы пока еще мало применяются в строительстве. Это связано с трудоемкостью и техническими сложностями получения титана из руд, что обусловливает довольно высокую его стоимость.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Охарактеризуйте свойства и структуру металлов.

2. Как производят чугун?

3. Что такое сталь? Как ее производят?

4. Что такое легированные стали?

5. Назовите прокатные профили стали.

6. Как происходит обработка металлов давлением?

7. Охарактеризуйте сварку и резку металлов.

8. Какие процессы происходят при коррозии стали? Какие методы защиты применяются?

9. Назовите основные цветные металлы, их сплавы и характерные свойства.

 

 

[1] Для характеристики всех структур битумов приводятся примерные цифры.

[2] Все методы определения свойств битумов изучаются при проведении лабораторных работ и поэтому здесь не рассматриваются.

[3] По данным Н.В.Горелышева

1) Литопон – белый порошок, смесь пигмента ZnS и наполнителя ВаSO₄. Применяется для приготовления различных красок.