Раздел: Дом. Быт. Техника. Строительство. Сельское и приусадебное хозяйство

Магний и магниевые сплавы обладают относительно низкой коррозионной стойкостью из-за высокого электроотрицат. потенциала и недостаточных защитных св-в естественной окисной пленки. Процессы с преобладанием кислородной деполяризации протекают под тонкой пленкой влаги и в атм. условиях. В дистиллированной воде кислородная и водородная деполяризация имеет соизмеримое значение. В растворах солей и к-т, как правило, процесс идет с чисто водородной деполяризацией.

Магний и его сплавы не обладают достаточной стойкостью в большинстве неорга- нич. сред. Они устойчивы в растворе хромовой к-ты и ее солях, в растворах фтористоводородной к-ты определенных концентраций и ее солях, щелочных растворах. Низкий электродный потенциал и неустойчивость защитной окисной пленки в нейтральных и кислых растворах обусловливают очень большие скорости коррозии магния и его сплавов в этих средах. В щелочных растворах скорость коррозии резко падает вследствие повышения устойчивости защитной пленки и одновременного уменьшения концентрации водородных ионов. Скорость коррозии увеличивается с повышением темп-ры и зависит от состава и структуры сплава.

Коррозия магниевых сплавов в атм. условиях зависит от влажности воздуха, темп-ры, содержания в атмосфере газов и солей, от длительности пребывания пленки влаги на поверхности й скорости ее испарения. Наибольшая скорость коррозии отмечается в пром. районах, наименьшая — в сельской местности. Приморские районы занимают промежуточное положение. Продукты коррозии, образующиеся в пром. атмосфере, имеют примерно след. состав: 61,5% MgC03-3H20; 26,7% MgS04.7H20; 6,4% Mg(OH)2; углеродистые вещества~2,5%. В чистой атмосфере продукты коррозии состоят в основном из гидрата окиси магния. Коррозионную стойкость магния высокой чистоты снижает подавляющее большинство металлич. примесей и легирующих добавок, являющихся по отношению к магнию катодами. В средах, в к-рых процесс коррозии протекает с преимущественно водородной деполяризацией, сильное снижение коррозионной стойкости наблюдается под влиянием примесей с низким перенапряжением водорода: Fe, Ni, Со, Си. Металлы с высоким перенапряжением водорода, напр. Zn, Cd, Al, менее опасны. Каждая примесь имеет свой предел содержания, выше к-рого коррозионная стойкость магния резко падает. Все металлы в значительно меньшей степени снижают коррозионную стойкость магния в средах, в к-рых процесс протекает с преобладанием кислородной деполяризации, напр. в атм. условиях.

Снижением примесей железа и никеля в сплавах системы Mg—Al—Zn—Mn можно в значит, степени повысить коррозионную стойкость при эксплуатации в жестких условиях. Так, коррозионная стойкость сплава МЛ5пч (повыш. чистоты) в 3%-ном растворе NaCl при содержании примесей железа до 0,005 и никеля до 0,0006% повышается в 12 раз.

Снижение коррозионной стойкости сплавов системы Mg—Al—Zn—Mn под влиянием примеси железа увеличивается с увеличением содержания алюминия. Термич. обработка влияет на коррозионную стойкость магниевых сплавов. Так, сплав MJI5 в литом состоянии обладает более высокой коррозионной стойкостью, чем в закаленном, старение при 175° после гомогенизации np:i 420° в течение 24 час. неск. повышает коррозионную стойкость сплава в закаленном состоянии.

При плавке и литье магниевых сплавов широко используются в качестве рафинирующих и покровных флюсов хлориды щелочных и щелочноземельных металлов. При несоблюдении технологии в отливках могут оставаться включения этих флюсов. При соприкосновении с влагой флюсовые включения образуют растворы солеи, к-рые вызывают активное растворение магниевых сплавов. Интенсивное разрушение сплава в этом случае идет только в местах флюсовых включений. Коррозионная стойкость литейных магниевых сплавов в атм. условиях практически одинаковая. Коррозионная стойкость новых литейных сплавов MJI9, МЛ10, МЛН, МЛ 12, ВМЛ1, ВМЛ2 в термически обработанном состоянии выше, чем у широко применяемого сплава МЛ5. Пониженной коррозионной стойкостью обладают сплавы МАИ, МАЮ. Коррозионная стойкость др. деформируемых сплавов: МА9, МА8, МАЗ, МА2, ВМ65-1, ВМД1, ВМ17 практически одинакова. Однако многие высокопрочные деформируемые магниевые сплавы склонны к наиболее опасному виду коррозии — коррозионному растрескиванию. Поэтому приведенные 025 выше хар-ки общей коррозии еще недостаточны для выбора сплава.

Коррозионное растрескивание магниевых сплавов — образование трещин в сплавах при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих напряжений (внешних и внутренних). Осн. факторами, влияющими на склонность к коррозионному растрескиванию, являются состав и структура сплавов, величина растягивающих напряжений и характер коррозионной среды. Коррозионному растрескиванию подвержены, как правило, деформируемые сплавы. По склонности к коррозионному растрескиванию в атм. условиях деформируемые магниевые сплавы разделяют на три группы: 1) сплавы, практически не склонные к коррозионному растрескиванию, — MAI, МА8, МАИ, ВМД1, ВМ17; 2) сплавы, обладающие небольшой склонностью к коррозионному растрескиванию,—МА2, ВМ65-1, МА2-1; 3) сплавы, обладающие большой склонностью к коррозии под напряжением, — МАЗ, МА5 и МАЮ, особенно сплав МАЮ. Склонность к коррозионному растрескиванию сплавов системы Mg—А1—Zn—Мп увеличивается с увеличением содержания алюминия. Сплавы с содержанием алюминия до 2% (предельная растворимость алюминия при комнатной темп-ре)

не склонны к коррозионному растрескиванию в атм. условиях, т. е. склонность к коррозионному растрескиванию проявляется только у сплавов, представляющих собой пересыщенные твердые растворы. Термич. обработка, приводящая к изменению фазового состава сплава, существенно изменяет склонность к коррозии под напряжением. Термич. обработка сплава Mg+8% А1, приводящая к полному распаду пересыщенного твердого раствора и к выделению интермета л л ич. соединений в виде мельчайших, не связанных друг с другом частичек, предотвращает коррозионное растрескивание. Коррозионная среда является одним из условий, вызывающих коррозионное растрескивание. Изоляция поверхности напряженного образца, напр. лакокрасочным покрытием, смазкой и др., либо сильно отодвигает время образования трещин, либо предотвращает их. Коррозионное растрескивание не протекает также в средах, в к-рых процесс коррозии практически не идет, напр. в среде безводного бензина, керосина, ацетона и др. Время до растрескивания одного и того же сплава изменяется в зависимости от среды от неск. минут до неск. месяцев или до полной устойчивости в данной среде. Однако при большой скорости коррозии коррозионное растрескивание не наступает. Большую роль в скорости образования трещины играют характер и толщина естеств. или искусств. защитных пленок. Коррозионное растрескивание может происходить только при действии растягивающих напряжений, а сжимающие напряжения способствуют уменьшению склонности к коррозионному растрескиванию. Дробеструйная обработка, обработка роликами и др., при к-рых создаются на поверхности магниевых сплавов напряжения сжатия, существенно повышают сопротивление сплавов коррозионному растрескиванию. Коррозионная трещина всегда развивается перпендикулярно направлению действия растягивающих напряжений, при этом разрушение образцов носит хрупкий характер. Трещина, часто прерывистая, проходит как по телу зерна, так и по границам зерен. С увеличением растягивающих напряжении время до разрушения закономерно уменьшается. Существуют, как правило, критич. напряжения, ниже к-рых сплав практически не подвергается коррозионному растрескиванию.

Величина критич. напряжения в значит, степени зависит от величины остаточных напряжений. При больших остаточных растягивающих напряжениях предельное значение приложенного растягивающего напряжения становится весьма малым. Такой материал может подвергаться растрескиванию без приложения внешних напряжений. Отжиг, приводящий к снятию внутр. растягивающих напряжений, существенно повышает сопротивление коррозии под напряжением. Механизм процесса коррозионного растрескивания до сих пор является предметом дискуссии. Работами последних лет установлена элект- рохимич. природа коррозионного растрескивания магниевых сплавов. Показано, что зарождение трещин является результатом деятельности субмикроскопич. элементов, при к-рой избирательно растворяется один из атомов, входящих в кристалл ич. решетку. Защита от коррозионного растрескивания магниевых сплавов может осуществляться в след. направлениях: 1) повышение сопротивления коррозии под напряжением сплава путем термич. обработки или изменением состава сплава, не приводящем к значит, снижению прочностных хар-к; 2) применение рациональных форм деталей (напр., устранение резких переходов); 3) создание в поверхностном слое сжимающих напряжений и 4) нанесение покрытий. Лакокрасочные покрытия не могут обеспечить надежную защиту от коррозионного растрескивания в местах повреждения покрытия. Металлизационное покрытие более устойчиво к меха- иич. повреждениям и, кроме того, является электрохимич. защитой сплава.

Магниевые сплавы рекомендуются для применения гл. обр. в наименее агрессивной для них среде — атм. условиях. Все литейные сплавы, а также деформируемые MAI, МА2, МА2-1 (в отожженном состоянии), МА8, ВМ17, ВМ65-1, ВМД1 при соответствующей защите неорганич. пленками и лакокрасочными покрытиями (см. Лакокрасочные покрытия магниевых сплавов) могут надежно эксплуатироваться в атм. условиях.

Для деформируемых сплавов МАЗ, МА5, МАЮ, обладающих повыш. склонностью к коррозионному растрескиванию, в конструкциях следует ограничивать величину

действующих растягивающих напряжений, а также применять усиленную защиту.

Для деталей, работающих в морской атмосфере, где не исключено попадание морской воды, рекомендуется применять только наиболее коррозионностойкий сплав МЛБпч, к-рый может быть использован также для деталей, работающих в тропич. условиях. Магниевые сплавы не рекомендуется применять для деталей, работающих при полном погружении в морскую воду.

Защита магниевых сплавов от коррозии предусматривает комплекс мероприятий, включающий снижение металлич. и неметаллич. примесей, отсутствие флюсовых включений, нанесение неор- ганич. пленок и лакокрасочных покрытий, а в нек-рых случаях—п металлич. покрытий, выбор правильной конструктивной формы и сочетаний контактирующих материалов в изделиях. Защита от коррозии неорганич. пленками с лакокрасочными покрытиями обеспечивает надежную эксплуатацию деталей и конструкций в атм. условиях. Неорганич. пленки без лакокрасочного покрытия не обеспечивают достаточной защиты деталей, длительно работающих в различных климатич. условиях, но они повышают защитные св-ва лакокрасочного покрытия и его адгезию к металлу. Кроме того, неорганич. пленки применяются для защиты деталей и полуфабрикатов в процессе произ-ва и транспортировки (см. Анодирование магниевых сплавов, Оксидирование магниевых сплавов, Консервация магниевых сплавов). Лакокрасочное покрытие для магниевых сплавов состоит из грунтовочного пассивирующего и внешних эмалевых слоев. Металлич. покрытия (гальванич., металлизационные, плакирование) не находят широкого применения из-за недостаточной эффективности и сложности технологии. Иногда металлич. покрытия применяются для повышения износостойкости и электро- и теплопроводности магниевых сплавов. Нанесение гальванич. покрытий из-за окисной пленки на поверхности магниевых сплавов и сильно электроотрицат. потенциала магния затруднено, поэтому поверхность перед нанесением таких покрытий обрабатывают в спец. растворах (см. Гальванические покрытия магниевых сплавов). Гальванич. металлич. покрытия, являясь катодными, обеспечивают защиту только при отсутствии пор, поэтому необходимо применять многослойные покрытия. Плакирование для защиты магниевых сплавов не нашло применения как в отечеств, пром-сти, так и за рубежом. Эффективная защита высокопрочного магниевого сплава МАЮ от коррозионного растрескивания осуществляется металлизационным покрытием из сплава магния с цинком и литием.

В конструкции особенно уязвимыми участками являются места сочленений, где, как правило, имеются контакт с разнородными металлами и зазоры, в к-рых скапливается влага. Все сопрягаемые с магниевыми сплавами металлы (алюминиевые сплавы, сталь, оцинкованные, кадмиро- ванные, хромированные сплавы и т. д.) являются катодами по отношению к магниевым сплавам, однако степень их влияния различна. На развитие контактной коррозии большое влияние оказывают способ соединения деталей между собой и коррозионная среда. В атм. условиях наиболее неблагоприятными контактами являются медь п ее сплавы, никель, сталь, благородные металлы (серебро, золото, платина). Допустимы контакты с магниевыми сплавами п др. марок, алюминием и его сплавами, цинком и цинковыми покрытиями, кадмием и кадмиевыми покрытиями, фос- фатированной сталью (при условии обработки маслом фосфатной пленки), хромированной сталью (толщина хрома не менее 40 мк), лужеными медными сплавами и сталью, с титаном. В условиях морской атмосферы и в тропиках допускаются контакты с магниевыми сплавами др. марок, алюминием и его сплавами, анодированными с наполнением анодной пленки в хромпике, с кадмием и кадмиевыми покрытиями, хромированной сталью (толщина покрытия не менее 60 мк). Из алюминиевых сплавов наименьшее усиление коррозии вызывает сплав AMr5v, поэтому клепку листового материала, для к-рого контактная коррозия особенно опасна, рекомендуется производить заклепками из этого сплава. В качестве дополнит, защиты применяют изоляцию контактов с помощью грунтов, смазок, клеев, шпаклевок, герметиков, лент и прокладок. В жестких условиях эксплуатации (морская атмосфера, тропич. условия) применяют изолирующие прокладки или укрывают контакты спец. защитным (от проникновения влаги) покрытием. Материалом для шайб прокладок служат гетинакс, эбонит, органич. стекло и др.

В конструкциях необходимо особое внимание обращать на контакты с неметаллич. материалами, к-рые должны быть негигроскопичны и неагрессивны в отношении магниевых сплавов. Особо тщательной защите подлежат заклепочные и сварные швы. Во избежание коррозии сварного шва при газовой сварке категорически запрещается применять флюсы, содержащие хлористые соли. Сварка должна выполняться с применением фтористых флюсов или аргоноду- говым методом. Для повышения коррозионной стойкости швов, выполненных точечной сваркой, сварку производить по сырому грунту, не допускать выхода зоны термического влияния на поверхность, удалять с поверхности налипы меди от электродов.

Следует предусматривать такую форму деталей и конструкций, к-рая бы исключала скопление влаги в отдельных местах либо обеспечивала быстрое стекание. В местах неизбежного скопления влаги необходимо делать дренажные отверстия.

Лит.: Тимонова М. А.,О природе коррозионного растрескивания магниевых сплавов и методах их защиты, в кн.: Межкристаллитная коррозия и коррозия металлов в напряженном состоянии, М., 1960; Тимонова М. А., Кутайцева А. И., в сб.: Коррозия и зашита металлов, М., 1962; Тимонова М. А., Ершова Т. И., «ЗЛ», 1961, т. 27, № 4; Зарецкий Е. М.,в кн.: Коррозия металлов и методы борьбы с нею, М., 1955; Томашов Н. Д., Матвеева Т. В., «Тр. Ин-та физ. химии АН СССР», 1951, вып. 2, с. 146—65; Луз У., в сб.: Коррозия металлов, пер. с англ., кн. 1—2, Л.—М., 1952; Stevens J. А., «Prod. Engng», i960, v. 31, № 23, p. 31—35; G e о г- g e P. F., «Light Metal Age», 1959, v. 18, № 11- 12, p. 13—14; L о g a n Hugh L., H e s s i g H., «J. Res. Nat. Bur. Standards», 1950, v. 44, № 3, p. 233; В о t h w e 1 1 M. R., «J. Electrochem. Soc.», 1959, v. 106, № 12, p. 1014—18; F a b 1 a n R. J. and Stevens J., «Materials in Design Engng», 1958, v. 48, № 7.

  Цветные металлы и их сплавы. Алюминиевые сплавы

  Цветные металлы

  Сталь и чугун. Внедоменная десульфация чугуна

  Виды алюминия. Сочетание кремния с магнием делают возможным ...

  Дюралюминий. Алюминиевая бронза. Сплав алюминия с медью и магнием ...

  ЧЕРНЫЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ. Чугун представляет собой сплав железа и ...

  Цветные металлы и их сплавы. Сплавы на основе меди. Сплавы на ...