Борьба с коррозией металлов является одной из старейших технических проблем, которая берет свое начало с подбора материала для создаваемого изделия. Требования к коррозионной стойкости материала могут меняться в широких пределах, в зависимости от назначения изделия, условий его эксплуатации и планируемого срока службы. Изделия и сооружения из металла составляют наиболее значительную и ценную часть основных производственных фондов любой промышленно развитой страны, и их защита от коррозии является важной проблемой.
Стремительный рост количества производимого металла, к сожалению, сопровождается быстрым ростом экономических потерь от коррозионного разрушения. Широко развиваются такие металлоемкие отрасли промышленности, как металлургия, химическая, нефтяная, автомобильный транспорт, авиация, для которых характерно использование весьма агрессивных сред, высоких температур и давлений, а также условий, когда изделия эксплуатируются при одновременном воздействии агрессивной среды и больших механических нагрузок, то есть факторов, способствующих коррозии. Для этих отраслей коррозионная стойкость или химическое сопротивление конструкционного материала -одна из важнейших, а часто и наиболее важная характеристика, определяющая надежность и срок службы технологического оборудования.
По мере расширения сферы и ужесточений условий использования металла становится все более очевидным, что с помощью одних только эмпери-ческих методов, даже существенно усовершенствованных, можно решить весьма ограниченный круг задач, и что основой дальнейшего прогресса в этой области должны стать фундаментальные исследования процессов коррозии. Разработка новых алюминиевых сплавов путем легирования - является реальным и эффективным способом повышения химической (коррозионной) стойкости материала. Улучшение пассивационных характеристик материала путем его легирования является важным фактором в вопросе повышения его химической стойкости.
Алюминий легируют многими металлами. Если второй компонент образует с алюминием твердый раствор и изменяет энергетическое состояние ячейки кристаллической решетки, улучшая термодинамическую устойчивость сплава, то склонность растворения металла в электролите существенно снижается. Следовательно, одним из реальных путей повышения химической стойкости материалов является увеличение склонности к пассивации и к повышению стабильности пассивного состояния. Известно, что наиболее ярко склонность к пассивности выражена у переходных металлов. Этим объясняется выбор марганца как основного легирующего компонента к алюминию. К тому же его присутствие в сплаве снижает вредное влияние примесей за счет образования интерметаллических соединений (Mn, Fe)Al и других с достаточно отрицательным электродным потенциалом.
Если сплавы системы алюминий-марганец хорошо известны в первую очередь как промышленные деформированные сплавы неупрочняемые термической обработкой, то согласно основам металловедения, алюминиево- же-лезовые сплавы не классифицированы, их не относят ни к деформируемым, ни к литейным сплавам. Между тем сплавы системы Al-Fe вызывают большой интерес в качестве конструкционного материала, так как железо всегда присутствует в алюминии, попадая в алюминий при использовании стальной оснастки при плавке и литье, его добавляют как легирующую добавку для по-вышения жаропрочности. Поэтому одной из задач является превращение некондиционного алюминия в конструкционный материал путем его легирования. Решению данной проблемы помогает привлечение к исследованию различных малоизученных микродобавок редкоземельных металлов (РЗМ). В данной работе в качестве третьего компонента выбраны редкоземельные металлы, учитывая ценные свойства, а также их широкое использование для улучшения структуры и свойств конструкционных сплавов,
среди которых важная роль принадлежит коррозионной стойкости. По мнению Савицкого Е.М., накопленный на сегодняшний день опыт убедительно показывает, что «при умелом применении редкоземельные металлы резко улучшают структуру, механические, физические и другие свойства сплавов буквально на всех основах». Необходимо подчеркнуть, что именно малые добавки редкоземельных металлов (не более 0.2%) модифицируют структуру, нейтрализуют вредное влияние неметаллических примесей, значительно повышают механические и технологические свойства сталей и сплавов. Поэтому, применение редкоземельных металлов будет экономически оправданным. Исследователям, имеющим дело с редкоземельными металлами понятно, что их более широкому использованию мешает недостаточные знания свойств РЗМ, к которым можно отнести и коррозионную стойкость.
В области защиты металлов от коррозии одним из кардинальных методов в решении данной проблемы является электрохимическая защита. Актуальность широкого применения электрохимической защиты обусловлена рядом достоинств, присущих только данному методу предотвращения коррозии. К ним относятся: высокая эффективность; доступность; простота в использовании и экономичность; неограниченный срок службы благодаря, тому, что восстановление защищаемого объекта может осуществляться без вывода конструкций из эксплуатации; безопасность для окружающей среды; использование экономно легированных металлов взамен дефицитных и дорогостоящих. Основой для получения протекторного материала классически считают: А1, Mg и Zn. Наиболее целесообразно для изготовления протекторов использовать алюминий, обладающий наибольшим выходом тока на единицу веса (2980 А-ч/кг), но он легко пассивируется и исправить данный недостаток можно легированием более электроотрицательным элементом, что приведет к смещению рабочего потенциала к более отрицательным значениям.
Перспективным направлением в расширении внедрения протекторной защиты является разработка новых составов протекторных материалов на ос-
нове металлов технической чистоты. Так, для разработки состава гальванического анода может быть использован вторичный алюминий с содержанием железа до 3.0%. Кроме этого, известно, что сплавы на основе алюминия с добавкой железа и редкоземельного металла используются в качестве проводниковых материалов в электронике, для изготовления автомобильных и авиационных двигателей, провода, кабеля, стержней, шин и других изделий электротехнической промышленности, что позволяет расширить область применения данных сплавов.
Проведенные исследования и анализ полученных результатов позволили разработать новые составы протекторных сплавов на основе алюминия в качестве эффективного материала для защиты стали от коррозионного разрушения в природной и искусственной водах.
|
