Газовой коррозии металлов и сплавов

 

На скорость газовой коррозии металлов и сплавов в газовой среде оказывают влияние различные внутренние факторы – природа, химический и фазовый состав сплава, механические напряжения и деформация.

Влияние состава и структуры сплава

Защитные свойства оксидных пленок зависят от природы и состава сплавов. Известно, что скорость окисления сталей при высоких температурах с повышением содержания углерода понижается. При высоких температурах происходит также уменьшение содержания углерода в стали. Это связано с интенсификацией процесса образования оксида углерода (II).

Сера, фосфор, никель и марганец не влияют на скорость окисления стали.

Хром, алюминий и кремний достаточно сильно замедляют процесс окисления стали, что связано с образованием пленок с высокими защитными свойствами. Влияние легирующих элементов на относительную скорость окисления стали (К) приведено на рисунке 2.4.

При содержании до 20 % хрома, до 10 % алюминия и до 5 % кремния стали имеют высокую жаростойкость. Легирование стали титаном, медью и кобальтом приводит к гораздо меньшему повышению жаростойкости. Элементы, образующие легкоплавкие или летучие оксиды (ванадий, молибден, вольфрам), ускоряют процесс окисления стали.

Скорость окисления меди понижается при ее легировании алюминием, оловом, цинком. Высокой жаростойкостью обладают сплавы никеля     и хрома – нихромы.

Структура сплава также может оказывать влияние на скорость окисления. Наиболее жаростойкой является сталь с аустенитной структурой (аустенит – твердый раствор углерода в γ-железе). Хромированные стали    с  двухфазной аустенитно-ферритной структурой менее устойчивы к окислению (феррит – твердый раствор углерода в α-железе). С увеличением содержания ферритной составляющей скорость окисления стали повышается. Это объясняется тем, что на двухфазных сталях образуются менее совершенные пленки с большими внутренними напряжениями.

 

Влияние деформации

 

По мере роста окисел испытывает деформационные усилия со стороны металлической поверхности, на которой он формируется. Это обусловлено тем, что объем окисла не всегда равен объему металла, из которого он образуется.

В защитных пленках могут возникать следующие напряжения:

· внутреннее сжимающее напряжение, т.к. при росте защитной пленки происходит рост ее объема

· внутреннее напряжение сжатия на неровной поверхности, вызывающее отрывающее усилие.

Напряжение на неровной поверхности больше чем на плоской. По этой же причине в процессе окислении различные трещины появляются сначала на краях образцов. Знак и величина напряжений зависят от механизма окисления и от кривизны образца.

· внутренние напряжения внутри защитной пленки появляются из-за различия линейного и объемного коэффициента теплового расширения металла и материала пленки

Эти напряжения уменьшают сохранность защитных пленок на металле и вызывают их механическое разрушение.

Причины разрушения оксидных пленок в процессе их роста:

· при недостаточной прочности пленок появляются пузырьки, что делает пленку газопроницаемой, а под пузырем образуется новая оксидная пленка;

· возникновение газонепроницаемых микропузырей, которые препятствуют диффузии ионов металла и тормозят процесс окисления, контролируемый этой диффузией, что может привести от параболического закона роста пленки к степенному или логарифмическому;

· отслаивание пленки на поверхности металла;

· растрескивание при сдвиге (характерно для пленок, обладающих большой адгезией к металлам и малой прочностью);

· растрескивание на узлах и крутых изгибах поверхности приводит к интенсивному окислению острых выступов и служит началом разрушения оксидных пленок отслаиванием.

При окислении металла переменной валентности (Fe, Co) в условиях, допускающих образование нескольких различных окислов, пленки могут иметь многослойную структуру.

Деформация металлов и сплавов в процессе нагрева может нарушать сплошность пленок. А это приводит к увеличению скорости окисления. Предварительная деформация оказывает сравнительно небольшое влияние на скорость окисления только при температуре ниже температуры рекристаллизации.