Реферат на тему Коррозионное поведение магния и сплавов на его основе

Содержание:

Введение. 2

1. Механизм коррозионного
растрескивания. 5

2. Чувствительность к коррозионному
растрескиванию магниевых сплавов. 7

3. Сущность способов антикоррозионной
обработки магниевых сплавов. 8

4. Общие закономерности химического
поведения магния в водных средах. 14

5. Коррозионное поведение сплавов
магния с литием в растворах электролитов. 15

Заключение. 20

Список использованной литературы.. 21

Введение:

Промышленное
производство магния и сплавов на его основе имеет сравнительно недолгую
историю. Впервые магний в чистом виде был выделен в 1808 г. английским ученым
Гемфри Дэви, а его массовое производство было освоено лишь к началу двадцатого
столетия [1]. С тех пор развитие данной отрасли промышленности идет довольно
быстрыми темпами. Интерес к магниевым сплавам обусловлен их благоприятными
свойствами, важнейшими из которых является их малый удельный вес и высокая
удельная прочность. Если сравнивать магний с другими металлами, то его удельный
вес составляет примерно четвертую часть от удельного веса стали, две третьих –
от веса алюминия и почти две пятых – от удельного веса титана [2]. Поэтому в
настоящее время магниевые сплавы, наряду с алюминиевыми и титановыми,
представляют огромный интерес для авиационной и аэрокосмической
промышленностей.

Применение магниевых
сплавов в технике делает возможным снижение массы конструкции на 10 – 30 %,
которое в итоге позволяет значительно уменьшить расход топлива. Кроме того,
магний значительно лучше, чем алюминий и сталь, поглощает вибрацию. Эти
преимущества, а также то, что магний широко распространен в природе,
увеличивают перспективность его использования в технике.

Актуальность. Современная промышленность несет значительный ущерб
от снижения работоспособности и ресурса тепломеханического оборудования из-за коррозионных
поражений поверхности конструкционных материалов на основе магниевых сплавов.
Одной из важнейших мер по предупреждению коррозионных процессов в магниевых
сплавах является прогнозирование и мониторинг скорости коррозии. В этой области
коррозиологии на сегодняшний день недостаточно представлены электрохимические
методы, которые являются наиболее эффективными, т.к. используют однотипные с коррозией
процессы. Скорость коррозии конструкционных металлов и сплавов главным образом
определяется свойствами формирующихся на поверхности оксидных пленок, в связи с
чем системное сочетание их физико-химических и электрохимических свойств
является перспективной основой решения рассматриваемых задач.

Цель настоящей работы – описание механизма коррозионного растрескивания магния
и магниевых сплавов, который заключается в концентрации коррозионных поражений
в относительно небольшом числе точек, что способствует образованию питтингов,
которые часто являются местом зарождения трещины.

Также рассмотрены
методы защиты от коррозии магниевых сплавов — хроматирование, фосфатирование,
анодное окисление с последующей окраской.

Задачи работы:

– исследование
закономерностей концентрации коррозионных
поражений;

– выбор состава
электролита для электрохимической идентификации оксидных фаз; – исследование
формирования продуктов коррозии в условиях теплопроводов; – исследование
фазового состава защитных пленок, сформированных на поверхностях нагрева
различных объектов теплоэнергетики и его влияние на скорость коррозии; –
проведение электронно-микроскопических исследований морфологии защитных пленок
и их толщины; – определение эффективной площади анодных участков и толщины
защитных пленок методами локального электрохимического анализа; – исследование
ионной и электронной проводимости пленок; – системная характеристика защитных
свойств пассивных пленок и разработка моделей прогнозирования скорости коррозионного
процесса.

Методология и методы. Работа направлена на разработку методов мониторинга и
прогнозирования скорости коррозии.

Применение деталей из
магниевых сплавов в летательных аппаратах космической и авиационной техники,
автомобилестроении, различных агрегатах и ответственных приборах предъявляет
особые требования к их свойствам. Применение магниевых сплавов в конструкции,
прежде всего, связано с обеспечением надежной защиты их от воздействия внешних
климатических и других факторов, вызывающих коррозионное разрушение. В
конструкциях, состоящих из различных металлов и сплавов, магниевые сплавы
вследствие отрицательного стационарного потенциала работают только в качестве
анода, т. е. корродируют, и поэтому необходимо применение дополнительных средств
защиты [3].

Структура реферата
состоит из характеристики магния, как материала и основных методов по антикоррозионной защите магниевых сплавов.

Благодаря своему
малому удельному весу магний находит все большее применение в промышленности,
однако, низкая коррозионная устойчивость сильно ограничивает возможность его
использования.

Магний переходит в
раствор в виде двухвалентных ионов.

Магний настолько
электроотрицателен, что выделяет газообразный водород из воды. Его способность
пассивироваться значительно ниже, чем алюминия. Образующаяся на его поверхности
под действием окислителей защитная пленка, хотя и повышает коррозионную
устойчивость магния, но зна­чительно меньше, чем в случае алюминия.

Магний устойчив
только в чистой атмосфере. В водах и растворах солей он корродирует, в
кислотах, за исключением чистой плавиковой, очень быстро растворяется. В
щелочах поверхность магния покрывается защитной пленкой, и по­этому он
устойчив.

Чистый магний имеет
низкие механические свойства и плохую коррозионную устойчивость, поэтому на
практике применяются его сплавы.

Обязательным
компонентом магниевых сплавов является марганец, содержание которого в сплавах
с магнием доходит до 2%. Марганец повышает коррозионную устойчивость магния.
Причина такого влияния марганца лежит в том, что на образующихся
интерметаллических соединениях марганца и магния перенапряжение выделения
водорода выше, чем на катодных включениях, находящихся в техническом магнии, не
содержащем марганца.

Заключение:

Механизм
коррозионного растрескивания магниевых сплавов недостаточно полно освещен, но
основные особенности установлены. Роль электролита заключается в концентрации
коррозионных поражений в относительно небольшом числе точек, что способствует
образованию питтингов, которые часто являются местом зарождения трещины. В тех
случаях, когда или образуются небольшие питтинги, или нс возникают совсем. Растрескивание
происходит при достаточно высокой величине напряжений. Это, вероятно, является
следствием разрушении поверхностной пленки за счет пластической деформации поверхности
зерен металла.

Защита магниевых сплавов от коррозии предусматривает комплекс мероприятий,
включающий снижение металлич. и неметаллич. примесей, отсутствие флюсовых
включений, нанесение неорганических пленок и лакокрасочных покрытий, а в некоторых
случаях металлических покрытий, выбор правильной конструктивной формы и
сочетаний контактирующих материалов в изделиях. Защита от коррозии неорганическими.
пленками с лакокрасочными покрытиями обеспечивает надежную эксплуатацию деталей
и конструкций в атмосферных условиях.

Фрагмент текста работы:

1. Механизм коррозионного растрескивания Механизм
коррозионного растрескивания магниевых сплавов недостаточно полно освещен, но
основные особенности установлены. Роль электролита заключается в концентрации
коррозионных поражений в относительно небольшом числе точек, что способствует
образованию питтингов, которые часто являются местом зарождения трещины. В тех
случаях, когда или образуются небольшие питтинги, или нс возникают совсем. Растрескивание
происходит при достаточно высокой величине напряжений. Это, вероятно, является
следствием разрушении поверхностной пленки за счет пластической деформации
поверхности зерен металла.

В поликристалличсских
образцах пороговые напряжения, ниже которых растрескивание не происходит, будут
ниже предела текучести материала, но в монокристаллических образцах предел
текучести, несомненно, должен быть превышен, чтобы началась пластическая
деформация. Это положение подтверждено на практике. В водных электролитах способность
металла к восстановлению разрушенной пленки не должна быть высокой, в противном
случае этот процесс будет происходить в месте зарождения трещины. Если среда
является слишком агрессивной, то коррозия может протекать с очень большой
скоростью в местах образования питтингов и трещин. В лабораторных испытаниях
обычно используют смеси NaCl и Na2Cl2O7,
которые способствуют образованию глубоких питтингов и последующему
растрескиванию. Состав смеси следующий: 3,5% NaCl + 2% К2 Сr2 О7.
Наличие агрессивных ионов необходимо, и растрескивание происходит не только в
присутствии ионов С1-. Так, например, в 1 растворах, указанных ниже, наблюдали
коррозионное растрескивание образцов, чувствительность к которому понижалась в
следующей последовательности:

Na2SO4 >
NaNO3 >
Na2CO3 > NaCl+СН2СOON2

Однако скорость
коррозии ненапряженных образцов уменьшается в несколько другой
последовательности:

NaCl > Na2SO4 > NaNO3  >
СН2СOON2> Na2CO3 В смесях КаС1 + К2СrО4
скорость растрескивания зависит как от абсолютной концентрации каждого
отдельного вещества, так и от соотношения их концентраций. Установлено, что в
растворах КHF2, также наблюдается коррозионное растрескивание. Проведено мало
исследований по действию этого электролита, но, поскольку ионы F~ являются
ингибиторами коррозии магния, то в какой-то мере можно объяснить их влияние на
растрескивание с помощью применения электрохимических представлений о
разрушении защитной пленки и кинетике ее вос­становления. Соответственно
растрескивание не имеет места в растворах фторидов при концентрациях выше
определенной предельной величины. В растворах, нt
содержащих фториды, возникновение коррозионного растрескивания подавляется при
значениях рН > 10,2. Последнее, вероятно, также связано с облегчением
образования пленки, которое имеет место в сильно щелочных растворах на
поверхности магния. В условиях анодной поляризации или без нее на ненапряженных
образцах для всех состояний термообработки наблюдается только образование
питтингов в средах, в которых происходит растрескивание напряженных образцов.

Как правило,
коррозионное растрескивание носит транскристаллитный характер, но оно может
изменяться в зависимости от термической обработки сплава, размера зерен и,
вероятно, от величины рН коррозионной среды. Так, например, сплав Мg-6,5А1-1Zn
растрескивается транскристаллитно, если образцы закалены в воде. При этом
наблюдаются очень тонкие, рассеянные по всему зерну частицы FeА1
в виде пластинок, которые являются катодами по отношению к твердому раствору
матрицы. Растрескивание может проходить на участках твердого раствора,
непосредственно прилегающего к выделениям, который обеднен растворенным
веществом. Тот же самый сплав, но охлажденный с печью (отожженный), разрушается
межкристаллитно и это может быть связано с выделением по границам зерен фазы Мg17Al12, которая образуется в процессе медленного охлаждения.
Эти выделения также являются катодами по отношению к матрице, но образованная
ими разность потенциалов намного меньше разности потенциалов между частицами FeAl и матрицей. Этим частично можно объяснить увеличение
доли транскристаллитного разрушения при повышении в сплаве содержания железа
даже для сплавов, охлажден-ных с печью. Если размеры зерен больше 0,03 мм, то
растрескивание имеет транс кристаллитный характер независимо от вида
термической обработки. В двухфазных сплавах межкристаллитное растрескивание
происходит в образцах, состаренных при >150 ° С, и транскристаллитное растрескивание
в образцах, состаренных при >150 °С.

Пути распространения
транскристаллитных трещин точно не установлены, и они могут изменяться от
одного сплава к другому. Сообщается, что трещины проходят по
кристаллографическим плоскостям, вероятно, по базисной плоскости.

Считается, что
коррозионное растрескивание проходит за счет комбинации реакций растворения и
механического разрушения. Поэтому нет никаких оснований объяснить относительно
высокие скорости распространения трещин за счет анодного растворения, поскольку
для этого необходимы высокие плотности тока, например, для скорости 0,6 мм/мин
необходима плотность тока 14 А/см2. Анодная поляризация,
по-видимому, способствует процессу растрескивания, а катодная — препятствует
зарождению трещины и приостанавливает ее распространение. В процессе
растрескивания вершина трещины является активной в ней выделяется водород.

Пороговые напряжения,
ниже которых не происходит разрушения образцов, наблюдались в ряде коррозионных
сред. Их уровень зависит от состава сплава, терми­ческой обработки и от условий
испытания. В 3%-ном растворе С1 пороговые напря­жения определены недостаточно
точно и это связано с тем, что в этом растворе образуются глубокие питтинги,
которые, как полагают, уменьшают в локальных участках площадь поперечного
сечения и постепенно повышают эффективность действия напряжений в этих
участках. При значении напряжений ниже порогового трещины не растут до длины,
необходимой для полного разрушения образцов. Наблюдаемая длина трещины не
связана с разрушающим напряжением соотношением: σ=const. Такие трещины наблюдали при усталостных и
коррозионно-усталостных испытаниях, а их количество и длина зависят от
механических свойств сплавов. Из проведенного анализа следует, что описанные
выше сплавы подвергаются питтинговой коррозии при низких значениях напряжений;
питтин- гообразование и рост трещины без полного разрушения образца при
повышении напряжений продолжаются до уровни порогового напряжения, выше
которого время до разрушения уменьшается с увеличением величины заданных
напряжений.