Легирование стали

По степени легкости отдачи электронов металлы располагаются в определенном порядке, называемом рядом напряжении. В качестве примера можно привести расположение в нем следующих металлов. …К…  Са… Mg. . Al… Zn… Fe… Sn… Pb… H… Cu… Ag… Au.

В этом ряду прочность удерживания электронов в металле увеличивается от К до Au. Чем левее в ряду напряжении стоит металл, тем больше в нем концентрация свободных электронов, плохо удерживаемых в атомах данного металла. Поэтому если два разных металла привести в соприкосновение (например, как в случае, когда железо содержит включения меди), то будет происходить выравнивание концентраций свободных электронов, а именно электроны с железа начнут перетекать на медь и уже с последней на ионы кислорода или водорода, находящиеся в окружающей среде (например, в воде).

При  протекании этого процесса медь (или другой металл, стоящий правее железа) не расходует свои электроны на нейтрализацию ионов кислорода или водорода, а отдает лишь электроны, перешедшие на нее от железа. С другой стороны, эти лишние для меди электроны она отдает в раствор на реакции                      4е + 02 + 2Н20->40Н- и

е + Н+ -> Н (см.«Коррозия металла в формулах»)

значительно легче, чем если железо отдавало бы их непосредственно. Именно поэтому образование Fe+2 по реакции    Fe -> Fe2+ + 2е, где е — свободный электрон идет значительно быстрее, чем в отсутствии меди.

Усиление коррозии железа в контакте с медью протекает при очень малых величинах и площадях катодных участков включений меди и больших площадях анодных участков чистого железа.

В ряде случаев, особенно в атмосферных условиях при нейтральной среде (рН = 6-7), когда скорость коррозии сравнительно невелика, она может быть значительно снижена легированием стали медью, т. е. введением в сталь 2—3% меди и других легирующих компонентов.

Полученная низколегированная сталь имеет более высокий электродный потенциал, приближающийся к электродному потенциалу катодного включения (чистой меди), т. е. происходит выравнивание разности потенциалов и, следовательно, снижение скорости коррозии.

В начальной стадии атмосферной коррозии такая низколегированная сталь образует более плотную защитную пленку продуктов коррозии, которая предохраняет от ускорения процесса коррозии и снижает скорость этого процесса.

Резкого повышения коррозионной стойкости стали можно достигнуть при введении в нее 11—18% легирующих элементов, таких как хром, никель, получая высоколегированные нержавеющие стали. При столь значительном содержании легирующих металлов сталь переходит в пассивное состояние.

Хром очень легко пассивируется и, находясь  в твердом растворе с железом, повышает его стойкость и затрудняет переход железа в активное состояние. Этим и объясняются противокоррозионные свойства таких сталей.

Если в железе имеются включения цинка, стоящего левее в ряду напряжений, то окисляться (отдавать электроны) будет в основном цинк, а не железо.

Выравнивание концентраций свободных электронов у двух контактирующихся металлов, т. е. движение электронов, представляет собой электрический ток, характеризуемый разностью потенциалов.

Чем больше разница по величине потенциалов у  соприкасающихся металлов, тем сильнее корродирует более активный из них и тем эффективнее защита от коррозии для второго, менее активного металла. Поэтому недопустимо, например, наличие деталей из меди и ее сплавов в конструкции из алюминиевого сплава.

Продолжение «Легирование стали ч.2″

23 Октябрь 2012 Опубликовано в Мастер-класс

Комментирование закрыто.