Химически стойкие материалы

Химически стойкими материалами называют такие, которые обладают способностью противостоять разрушительному химическому воздействию окружающей среды. Любой материал в той или иной степени подвергается химическому воздействию среды, поэтому к химически стойким материалам принято относить такие материалы, скорость разрушения которых практически допустима в данном конкретном случае, а изготовленные из них изделия достаточно долговечны.

Химически стойкие материалы делятся на металлические и неметаллические. К первым относятся индивидуальные металлы различной степени чистоты и сплавы; ко вторым относятся различные силикатные материалы, пластические массы, материалы на основе каучука, древесина, уголь и графит, лаки и краски. Лаки и краски используются в виде защитных покрытий.

Металлические химически стойкие материалы. Оценку стойкости металлических материалов производят на основании лабораторных и производственных испытаний. Измеряют какую-либо характеристику материала, связанную с происходящим химическим разрушением до и после воздействия агрессивной среды на образец. Чаще всего для этого служит вес образца. Если продукты реакции легко удаляются с поверхности металла (например, растворимые соли, образуемые при действии кислот), то отмечается потеря веса или, реже, его увеличение (например, в случае образования нерастворимых окислов). Изменение веса (в граммах) образца, имеющего определенную величину поверхности, происходящее за определенный срок, относят к 1 м2 за 1 час (г/м2час). Это дает весовое выражение скорости коррозии. Если химическое разрушение протекает равномерно по всей поверхности, то, зная плотность материала, можно по потере веса вычислить уменьшение толщины образца, т. е. глубину проникновения коррозии. Так вычисляется скорость коррозии (мм/год). Если коррозия протекает неравномерно, сосредоточиваясь на относительно малых участках поверхности, то оценка химически стойких материалов весовым методом ненадежна. Тогда измеряют наибольшую глубину изъязвлений или изменение механических свойств. Последнее особенно важно в том случае, если коррозия происходит по границам зерен металла (интеркристаллитная коррозия).

Металлические химически стойкие материалы можно подразделить.

1. Железные сплавы (например, углеродистая и низколегированная сталь, чугун) нестойки в кислотах, ржавеют в атмосфере и природных водах, но стойки в концентрированной серной кислоте и растворах щелочей при комнатной температуре. Хромистые стали (12—14% Cr, 0,1—0,4% С) мартенситного и полуферритного класса (16—18% Cr, 0,1% С и иногда с добавкой 1,5—2,0% Ni и с 27—30% Cr), ферритного класса стойки во влажном воздухе, в пресной воде, азотной кислоте; нестойки в серной и соляной кислотах, в соленой воде наблюдается их точечная коррозия. При более высоком содержании Cr стойкость их выше. Хромистые стали с 12—14% Cr (типичная нержавеющая сталь) и с 27—30% Cr (жароупорная сталь) применяется в машиностроении и химической промышленности для работы главным образом в азотной кислоте. Сходными свойствами обладает высокохромистый чугун с содержанием 2% С, 35% Cr. Хромоникелевые стали (17—20%’ Cr, 8—10% Ni и 0,1% С, обычно с добавками Ti, иногда содержащие 2—3% Mo) относятся к аустенитному классу. Они стойки в тех же средах, значительно менее склонны к точечной коррозии, несколько более стойки в серной кислоте и соленой воде. Mo дополнительно увеличивает стойкость. После нагревания до 600—800° С (например, в зоне сварного шва) появляется их склонность к интеркристаллитной коррозии, устраняемая почти полностью добавкой Ti (иногда Nb). Существует много разновидностей аустенитной стали с различным содержанием Cr и Ni, часто Mo, Cu, обычно Ti, обладающей повышенной стойкостью в определенных средах. Особенно широко применяют сталь, содержащую 18% Cr, 9% Ni и 1% Ti (1Х18Н10Т). Благодаря высокой химической стойкости эта сталь обладает хорошими механическими технологическими свойствами в виде проката, штампованных, кованых и литых изделий и используется в химической, пищевой промышленности и в машиностроении. Применяются и аустенитные чугуны, содержащие 20% Cr, 20% Ni, а иногда 5—8% Cu. Сталь с 25% Cr и 20% Ni жароупорна и жаропрочна. Мартенситная и ферритная стали также проявляют склонность к межкристаллической коррозии. Сплав Fe—Si, содержащий не менее 14% Si, весьма стоек в серной кислоте различной концентрации и даже горячей, нестоек в соляной кислоте, но он очень хрупок и тверд и обладает пониженными литейными свойствами. Используется только в литом состоянии для изготовления насосов, клапанов и т. д. Сплав с 14—17% Si и 2,5—3% Mo стоек в серной и соляной кислотах.

2. Медь и ее сплавы. Чистая медь стойка в серной кислоте и разбавленной соляной в отсутствие кислорода, нестойка в азотной, в растворах NH3, KCN в присутствии кислорода, медленно тускнеет и окисляется во влажном воздухе и природных водах.

Близкие свойства имеют обычные медные сплавы. Оловянистая бронза с содержанием до 13% олова несколько более стойка, чем медь. Бронза алюминиевая (до 10% Al) имеет хорошую стойкость в разбавленных кислотах, кроме азотной, в растворах многих солей; применяется в химической промышленности. Хорошую стойкость имеют кремнистые бронзы с содержанием 3—4% Si. Весьма широко используется латунь, содержащая обычно до 40% Zn. Она применяется для изделий, работающие главным образом в природных водах и во влажном воздухе, но имеет склонность к так называемому обесцинкованию, т. е. потере Zn за счет окисления, с отложением чистой меди на поверхности изделия (особенно в кислых средах) и к «коррозионному растрескиванию» под действием агрессивной среды и механических напряжений, особенно в присутствии аммиака.

3. Никель и его сплавы. Чистый никель стоек во влажном воздухе и в природных водах, очень стоек в щелочах, сравнительно медленно разрушается в серной и соляной кислотах (в азотной кислоте не стоек). При нагреве нестоек в газах, содержащих сернистые соединения. Более высокой стойкостью обладает сплав, содержащий около 68—69% Ni, 28—29% Cu, остальные примеси (Fe, Mn, Si), так называемый монель-металл. Сплав с 20% Mo, остальное Ni (с примесью железа) весьма стоек даже в горячей соляной кислоте. Он обладает хорошими механическими свойствами. Применение его ограничено вследствие высокой стоимости. Никель и его сплавы нашли широкое применение в химической, пищевой, фармацевтической промышленностях.

4. Свинец и его сплавы. Чистый свинец обладает высокой стойкостью в серной кислоте и растворах ее солей. Стоек в 10%«ной соляной кислоте при комнатной температуре. He стоек (или мало стоек) в азотной, уксусной кислотах, щелочах, водах, содержащих свободную CO2 и многих других средах. Применяется свинец главным образом в виде листов для футеровки аппаратов и других приборов. Многие изделия (насосы, арматура) изготовляются из сплава с 10% Sb (твердый свинец), стойкость которого близка к стойкости свинца.

5. Алюминий и его сплавы. Чистый алюминий стоек во влажном воздухе, растворах нитратов, хроматов, концентрированной азотной кислоте, медленно разрушается в серной и уксусной кислотах при комнатной температуре. He стоек в соляной кислоте и щелочах, несколько более стоек в серной кислоте. Стойкость алюминия растет с уменьшением содержания примесей (Fe, Zn и др.). Он применяется в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Сплавы алюминия, применяемые для машиностроения, химически менее стойки.

6. Благородные металлы. Серебро устойчиво в кислотах, в отсутствие сильных окислителей, в растворах и расплавах щелочей. Оно не стойко в азотной, концентрированной серной кислотах.

Золото стойко в подавляющем большинстве сред. Нестойко в царской водке, в цианидах и водных растворах галогенов а присутствии кислорода.

Платина нестойка в царской водке, в газах HBr (бромоводороде) и HJ (йодистом водороде) при высокой температуре, в некоторых расплавах.

Благородные металлы находят ограниченное применение в химической промышленности; их используют лишь для особо ответственных целей.

Оценка химической стойкости неметаллических материалов производится так же, как и металлических, т. е. по изменению веса образца или навески порошка. При испытании весовая характерисгика дополняется определением изменений прочности, объема, набухания, внешнего вида и т. д. Ввиду разнообразия природы и свойств неметаллических химически стойких материалов общепринятой единой шкалы оценки их стойкости не существует. Ниже приведены основные группы неметаллических материалов.

1. Силикатные материалы. В эту группу входят как природные, так и искусственные материалы. Они обладают высокой стойкостью во всех кислотах, кроме плавиковой, в растворах солей, агрессивных газах, содержащих хлор. Менее стойки или вовсе не стойки в растворах и особенно расплавах щелочей.

В качестве футеровочных материалов, насадок, для постройки реакционных башен в химической промышленности применяют природные граниты, бештаунит, кварциты и др. Плавленые базальт и диабаз применяются в виде футеровочных плиток, труб, желобов, фасонных изделий. Из стекла изготовляют разнообразные, часто сложные изделия, например насосы. Плотная керамика применяется в виде кислотоупорных футеровочных плиток, труб и фильтров. В качестве вяжущего вещества для футеровки применяется кислотоупорный цемент. На его основе изготовляется кислотоупорный бетон для устройства башен, плавильных ванн и различных сосудов. Кислотоупорная эмаль служит для защиты металлических изделий, на которые она наносится тонким слоем. К силикатным материалам близок плавленый кварц, не чувствительный к резким колебаниям температуры, из которого изготовляют трубы, сосуды и различные детали химической аппаратуры.

2. Органические материалы. К этой группе химически стойких материалов относятся различные пластические массы. Пластические массы различаются по составу и свойствам. Для всех пластмасс характерна относительно низкая теплостойкость. Большинство из них обладает высокой стойкостью в минеральных и органических кислотах, растворах солей, агрессивных газах, содержащих хлор и сернистые соединения. Они обычно нестойки в азотной (HNO3), концентрированной серной (H2SO4) кислотах, растворах щелочей в некоторых органических растворителях. Из пластмасс изготовляются листы, трубы, вентили и другие фасонные изделия, часто весьма сложные.

К органическим металлам относятся химически стойкие материалы на основе каучука: резина мягкая и твердая (эбонит), стойкие в большинстве минеральных сред, кроме сильных окислителей (например, HNO3). Резину применяют часто для обкладки металлических изделий, работающих при температуре не выше 60—70° С.

Битумные материалы используют обычно в качестве обмазок, защищающих материал от коррозии (например, подземные трубопроводы). Обычно слой обмазки укрепляется тканевой обмоткой. Из асфальто-битумных материалов с добавкой наполнителей изготовляют баки для аккумуляторов, трубы, плиты и т. д.

В отдельную группу химически стойких материалов следует отнести различные лаки и краски, применяемые для защиты металлических изделий от разрушения агрессивной средой. Некоторые из них обладают высокой химической стойкостью, например бакелитовый лак, лак из хлорированного каучука и др.

К химически стойким материалам относятся так же древесина, уголь и графит. Древесина обладает достаточной стойкостью в некоторых кислотах, растворах солей; но она нестойка в окислителях, крепких растворах кислот (особенно H2SO4, HNO3) и в щелочах. Хвойные сорта древесины более стойки. Прессованная древесина имеет лучшие механические свойства, а пропитанная, например, расплавленными искусственными смолами имеет более высокую стойкость, однако нестойка в окислителях и некоторых органических растворителях. Из древесины изготовляют резервуары, баки, трубы, мешалки, реакторы и т. п.

Уголь и графит нестойки в сильных окислителях и растворяются в некоторых расплавленных металлах. Для уменьшения пористости применяют пропитку угля и графита, например, фенолформальдегидными смолами. Это мало влияет на стойкость, но снижает температуру, при которой возможно использование материалов до 140—150° С. Из угля и графита изготовляют ректификационные колонны, теплообменники (благодаря высокой теплопроводности), насосы, а также трубы и футеровочные плитки и другие сложные изделия.

Источник

Новости

11 августа 2021
Открыта вакансия: бухгалтер-юрист.
Подробнее

26 августа 2020
ВНИМАНИЕ! Мы переехали!
Уважаемые партнеры!
С 31.08.2020 наш офис и склад находится в д.Городище. Дозвонится можно по телефонам: 8-017-516-79-31 (32;33;34).

17 октября 2019
Республика Беларусь инициирует ограничения на пластиковую упаковку в ЕАЭС
Госстандарт Республики Беларусь выступает за внесение изменений в техрегламент ЕАЭС по упаковке.
Подробнее

18 января 2016
Флексокраски со склада в Минске.
Флексокраски предназначены для поверхностной флексографской печати по различным материалам.
Подробнее

03 июня 2019
Открыта вакансия.
Подробнее

02 ноября 2018
Новинка ассортимента! Меловая добавка PHALE.
Меловая добавка PHALE (Вьетнам) – это наполнитель на основе микронизированного кальцита
Подробнее

24 апреля 2018
Пополнение ассортимента: суперконцентрат торговой марки KARINA, Бразилия.
Не так давно список надёжных партнёров нашей компании пополнило одно из ведущих предприятий по производству суперконцентратов
для окрашивания и модификации полимеров
Подробнее

06 апреля 2017
Расширение ассортимента: органические и фталоцианиновые пигменты.
Органические и фталоцианиновые пигменты одного из крупнейших мировых производителей VIBFAST PIGMENTS PVT. LTD., (Индия).
Подробнее

28 июня 2016
Новинки ассортимента: стеарат цинка и стеарат кальция.
Стеарат цинка и стеарат кальция производства Nimbasia Stabilizers (Индия).
Подробнее

18 лет продаем суперконцентраты (для окрашивания и модификации полимеров) ведущих производителей на любых видах основ.

18 лет «продаем» уверенность, в том, что работая с нами, Вы получаете не только подходящую именно Вам качественную продукцию, подобранную сотрудниками с профильным образованием, но и необходимые квалифицированные консультации технолога.

Источник

Устойчивость металлов к коррозии

Что такое коррозийная стойкость

Способность того или иного металла сопротивляться коррозии, называется коррозийной стойкостью. Эта способность определяется скоростью протекания коррозии в определенных условиях. Чтобы оценить скорость коррозии, используют количественные и качественные характеристики.

Качественные характеристики — это:

изменение внешнего вида поверхности металла;

изменение микроструктуры металла.

Количественные характеристики — это:

время до появления первого очага коррозии;

количество очагов коррозии, образовавшихся за некоторый промежуток времени;

утончение металла за единицу времени;

изменение массы металла на единицу площади поверхности за единицу времени;

объем поглощенного или выделившегося газа в процессе коррозии на единице поверхности за единицу времени;

плотность электрического тока для данной скорости коррозии;

изменение того или иного свойства за определенный промежуток времени (механические свойства, отражательная способность, электрическое сопротивление).

Для разных металлов характерна разная стойкость к коррозии. Чтобы устойчивость к коррозии повысить, используют специальные методы: легирование для стали, хромирование, алитирование, никелирование, окраска, цинкование, пассивация и т.д.

В присутствии кислорода и чистой воды, железо быстро корродирует, реакция идет по формуле:

В процессе коррозии, рыхлый слой ржавчины покрывает металл, и этот слой отнюдь не защищает его от дальнейшего разрушения, коррозия идет до полного уничтожения металла. Более активную коррозию железа вызывают растворы солей: если в воздухе присутствует даже немного хлорида аммония (NH4Cl), коррозийный процесс пойдет значительно быстрее. В слабом растворе соляной кислоты (HСl) реакция тоже активно пойдет.

Серная кислота (H2SO4) в концентрации более 70% пассивирует железо, а если сталь марки Ст3 держать в 90% серной кислоте при температуре 40°С, то в данных условиях скорость ее коррозии не превысит 140 мкм в год. Если же температура составит 90°С, то коррозия пойдет с в 10 раз большей скоростью. Серная кислота концентрацией 50% железо растворит.

Ортофосфорная кислота (H3PO4) не вызовет коррозии железа, как и безводные органические растворители, как растворы щелочей, водный аммиак, сухие Вr2 и Сl2.

Если к воде добавить тысячную долю хромовокислого натрия, то он станет отличным ингибитором коррозии железа, как и натрия гексаметафосфат. А вот ионы хлора (Cl-) снимают с железа защитную пленку и усиливают коррозию. Железо технически чистое, в котором содержится примерно 0,16% примесей, отличается высокой устойчивости к коррозии.

Стали среднелегированные и низколегированные

Легирующие добавки хрома, никеля или меди в низколегированных и среднелегированных сталях повышают их устойчивость к водной и атмосферной коррозии. Чем больше хрома — тем выше устойчивость стали к окислению. Но если хрома меньше 12%, то химически активные среды подействуют на такую сталь разрушительно.

В высоколегированных сталях легирующих компонентов больше 10%. Если в стали содержится от 12 до 18% хрома, то такая сталь выдержит контакт почти с любой из органических кислот, с пищевыми продуктами, окажется стойкой к азотной кислоте (HNO3), к щелочам, ко многим растворам солей. В 25% муравьиной кислоте (CH2O2) коррозия высоколегированной стали пойдет со скоростью порядка 2 мм в год. Однако сильные восстановители, соляная кислота, хлориды и галогены разрушат высоколегированную сталь.

Стали нержавеющие, в которых содержится от 8 до 11% никеля и от 17 до 19% хрома более стойки к коррозии чем просто высокохромистые стали. Такие стали выдерживают кислые окислительные среды, как то хромовокислая или азотокислая, а также сильные щелочные.

Более высокую коррозийную устойчивость, чем хромоникелевые стали, имеют стали нержавеющие с добавлением молибдена в количестве от 1 до 4%. Молибден даст стойкость к сернистой и серной кислотам, к органическим кислотам, к морской воде и галогенидам.

Ферросилиций (железо с добавлением от 13 до 17% кремния), так называемое железокремнистое литье, обладает коррозийной стойкостью благодаря наличию оксидной пленки SiO2, и которую не способны разрушить ни серная, ни азотная, ни хромовая кислоты, они лишь усиливают эту защитную пленку. А вот соляная кислота (HCl) легко приведет к коррозии ферросилиция.

Сплавы никеля и чистый никель

Никель стоек ко многим факторам, как к атмосферным, так и к лабораторным, к чистой и соленой воде, к щелочным и нейтральным солям, таким как карбонаты, ацетаты, хлориды, нитраты и сульфаты. Не насыщенные кислородом и не горячие органические кислоты не причинят вреда никелю, как и кипящая концентрированная щелочь гидроксид калия (KOH) в концентрации до 60%.

Коррозию вызовут восстановительные и окислительные среды, окислительные щелочные или кислые соли, окислительные кислоты, такие как азотная, влажные газообразные галогены, оксиды азота и диоксид серы.

Монель-металл (до 67 % никеля и до 38 % меди) более стоек к действию кислот, чем чистый никель, но действие сильных окисляющих кислот не выдержит. Отличается довольно высокой стойкостью к кислотам органическим, к значительному количеству растворов солей. Атмосферная и водная коррозия не грозят монель-металлу, безопасен для него также фтор. Монель-металл безопасно выдержит действие кипящего фтороводорода (HF) концентрацией 40%, как его выдерживает платина.

Сплавы алюминия и чистый алюминий

Защитная оксидная пленка алюминия делает его устойчивым к обычным окислителям, к уксусной кислоте, к фтору, просто к атмосфере, и к значительному количеству органических жидкостей. Технически чистый алюминий, в котором примесей меньше 0,5%, очень стоек к действию перекиси водорода (H2O2).

Разрушается под действием едких щелочей сильных восстановительных сред. Разбавленная серная кислота и олеум не страшны алюминию, но серная кислота средней концентрации его разрушит, как и горячая азотная кислота.

Защитную оксидную пленку алюминия способна разрушить соляная кислота. Контакт алюминия со ртутью или с солями ртути разрушителен для первого.

Чистый алюминий более устойчив к коррозии, чем например сплав дюралюминий (в котором до 5,5% меди, 0,5% магния и до 1% марганца), который менее стоек к коррозии. Силумин (добавка от 11 до 14% кремния) в этом отношении более устойчив.

Сплавы меди и чистая медь

Чистая медь и ее сплавы не корродируют ни в соленой воде, ни на воздухе. Не страшны меди в плане коррозии: разбавленные щелочи, сухой NH3, нейтральные соли, сухие газы и большинство органических растворителей.

Такие сплавы как бронза, в которых содержится много меди, выдерживают нахождение в кислотах, даже в холодной концентрированной или в горячей разбавленной серной кислоте, либо в концентрированной или разбавленной соляной кислоте при обычной температуре (25°С).

В отсутствие кислорода медь не корродирует при контакте с органическими кислотами. Не оказывают разрушительного действия на медь ни фтор, ни сухой фтороводород.

Но медные сплавы и чистая медь корродируют от различных кислот если есть кислород, а также при контакте с влажным NH3, некоторыми кислыми солями, влажными газами, типа ацетилена, CO2, Cl2, SO2. Медь легко взаимодействует со ртутью. Латунь (цинк и медь) не отличается высокой устойчивостью к коррозии.

Чистая вода, ровно как и чистый воздух, не приводит к коррозии цинка. Но если в воде или в воздухе присутствуют соли, углекислый газ или аммиак, то начнется коррозия цинка. Цинк растворяется в щелочах, особенно быстро — в азотной кислоте (HNO3), медленнее — в соляной и серной кислотах.

Органические растворители и нефтепродукты в принципе не оказывают корродирующего действия на цинк, но если контакт будет длительным, с крекинг-бензином, например, то кислотность бензина повысится при окислении его на воздухе, и начнется коррозия цинка.

Высокая устойчивость свинца к водной и атмосферной коррозии — известный факт. Не корродирует свинец и при нахождении в почве. Но если в воде содержится много углекислого газа, то свинец в ней растворится, поскольку образуется гидрокарбонат свинца, который уже будет растворим.

В целом свинец очень стоек к растворам нейтральным, умеренно стоек к щелочным, а также к некоторым кислотам: серной, фосфорной, хромовой и сернистой. Концентрированной серной кислотой (от 98%) при температуре в 25°С, свинец можно медленно растворить.

Фтороводород при концентрации 48% растворит свинец при нагревании. Сильно взаимодействует свинец с соляной и азотной кислотами, с муравьиной и уксусной кислотой. Серная кислота покроет свинец труднорастворимым слоем хлорида свинца (PbCl2), и дальше растворение уже не пойдет. В концентрированной азотной кислоте свинец также покроется слоем соли, но разбавленная азотная кислота растворит свинец. Хлориды, карбонаты и сульфаты к свинцу не агрессивны, а растворы нитратов — наоборот.

Цирконий более устойчив к серной и соляной кислотам чем титан, однако к царской водке и влажному хлору — устойчив менее. Обладает высокой химической стойкостью к большинству щелочей и кислот, устойчив к перекиси водорода (H2O2).

Действие некоторых хлоридов, кипящая концентрированная соляная кислота, царская водка (смесь концентрированных азотной HNO3 (65—68 % масс.) и соляной HCl (32—35 % масс.), горячая концентрированная серная кислота и дымящая азотная — вызывают коррозию. Очень значимым в плане коррозии является такое свойство циркония, как гидрофобность, то есть этот металл не смачивается ни водой, ни водными растворами.

Превосходная химическая стойкость тантала подобна стеклу. Его плотная оксидная пленка защищает металл при температурах до 150°С от действия хлора, брома, йода. Большинство кислот в нормальных условиях не действуют на тантал, даже царская водка и концентрированная азотная кислота не вызывают коррозии. Растворы щелочей практически не действуют на тантал, но на него действуют фтороводород и концентрированные горячие растворы щелочей, чтобы растворить тантал, применяют расплавы щелочей.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник