Химическая стойкость металлов и сплавов.

ЖЕЛЕЗО

Углеродистая сталь и ковкое железо.

В присутствии воды и кислорода быстро подвергается коррозии:

4Fe+ 2Н₂O+3O₂ = 2 (Fe₂O₃ • Н₂O).

Ржавчина покрывает металл рыхлым слоем, поэтому не предохраняет его от дальнейшей коррозии вплоть до полного разрушения. Растворы солей, как правило, вызывают более сильную коррозию, чем чистая вода. Небольшие количества NH₄Cl, присутствующие в воздухе лабораторий, в значительной степени ускоряют коррозию. Неустойчивы к действию большинства разбавленных кислот. В разбавленных растворах НСlрастворение железа идет интенсивно. Азотная кислота с концентрацией выше 50% пассивирует металл, однако защитный слой оксида хрупок, и пассивное состояние легко нарушается. Железо вполне устойчиво к действию дымящей HNO₃. Серная кислота пассивирует Железо при концентрации выше 70%, при нагревании стали марки СтЗ в 90%-й H₂SO₄при 40 °С скорость коррозии составляет 0,14 мм/год; при 90 °С скорость коррозии увеличивается в 10 раз; 50%-я H₂SO₄ очень активно растворяет железо. Фосфорная кислота в отношении железа не агрессивна. В безводных органических растворителях Железо практически не корродирует, устойчиво к действию растворов щелочей, водного аммиака, сухих Сl₂ и Вr₂. Хорошими ингибиторами коррозии являются хромовокислый натрий (в виде добавки к воде в количестве 0,1%), гексаметафосфат натрия. Ион Сl^- , напротив, способствует снятию с металла защитной пленки и усилению коррозии. Технически чистое Железо с массовым содержанием примесей около 0,16% обладает высокой коррозионной стойкостью.

Низколегированные и среднелегированные стали. Подобны простым углеродистым сталям, но небольшие легирующие добавки меди, никеля или хрома могут повышать устойчивость к атмосферной и водной коррозии. С повышением количества хрома повышается стойкость к окислению. Однако стали с содержанием хрома менее 12% в основном не рекомендуется использовать при контакте с химически активными средами.

Высоколегированные стали (содержание легирующих элементов более 10%).

Стали с содержанием хрома 12—18% устойчивы при контакте с пищевыми продуктами, большинством органических кислот, азотной кислотой, сильными щелочами, большинством растворов солей. скорость коррозии в 25%-й муравьиной кислоте составляет около 2 мм/год. Эта группа сталей неустойчива к действию сильных восстановителей, соляной кислоты, хлоридов и галогенов.

Нержавеющие стали с содержанием 17—19% хрома и 8—11% никеля более устойчивы по сравнению с обычными высокохромистыми сталями. Они исключительно стойки в окислительных средах, в том числе кислых (азотнокислой, хромовокислой и т. д.) и сильно щелочных. Добавка никеля повышает устойчивость к некоторым неокислительным средам. Они превосходно устойчивы к действию атмосферных факторов. Однако в кислых восстановительных средах, и особенно в кислых, содержащих ионы галогенов, пассивирующий слой оксидов разрушается и нержавеющие стали теряют свою кислотоустойчивость.

Нержавеющие стали с добавкой 1—4% молибдена. Их общая коррозионная стойкость выше, чем у хромоникелевых сталей. Введение молибдена повышает устойчивость к серной, сернистой, органическим кислотам, галогенидам и морской воде.

Железокремнистое литье (сплавы железа с 13—17% Si, ферросилиций). Коррозионная стойкость определяется образованием пленкиSi0₂, поэтому окислительные среды (азотная, серная, хромовая кислоты) лишь усиливают защитные свойства пленки. Соляная кислота вызывает коррозию ферросилиция.

НИКЕЛЬИ ЕГО СПЛАВЫ

Устойчив к атмосферным факторам, в том числе к атмосфере химических лабораторий, воде, даже соленой, нейтральным и щелочным солям — хлоридам, карбонатам, сульфатам, нитратам, ацетатам. Достаточно устойчив к органическим кислотам, если только они не горячие и не насыщены кислородом. Устойчив к кипящим концентрированным щелочам (КОН до 60%). Подвержен воздействию окислительных или восстановительных сред, окислительных солей (кислых или щелочных), окислительных кислот, например азотной, влажных газообразных галогенов, оксидов азота, диоксида серы.

Монельметалл (70% Ni, 30% Си) по сравнению с никелем более устойчив к кислотам, хотя и не выдерживает действия кислот с сильными окислительными свойствами. Обладает сравнительно хорошей устойчивостью к органическим кислотам, к большинству растворов солей. Не подвержен атмосферной и водной коррозии, устойчив к действию фтора. Монельметалл подобно платине выдерживает HFв концентрации 40% при кипении.

АЛЮМИНИЙИ ЕГО СПЛАВЫ

Благодаря защитной окисной пленке стойки к окислительным средам, в том числе к фтору, уксусной кислоте и большинству органических жидкостей, к атмосферной коррозии. Алюминий с содержанием примесей не более 0,5% обладает высокой стойкостью к действию Н2О2. Сильные восстановительные среды и едкие щелочи разрушают алюминий. Алюминий устойчив к действию разбавленной серной кислоты и олеума, но не стоек к серной кислоте средней концентрации. Такая же картина и в отношении горячей азотной кислоты. Соляная кислота разрушает защитную.пленку. При соприкосновении с ртутью или ее солями Алюминий быстро разрушается. Чем чище алюминий, тем меньше он подвержен коррозии. Дюралюминий (сплав с 3,5—5,5% Си, 0,5% Mgи 0,5—1% Мп) менее коррозионностоек. Силумин (11 — 14% Si) имеет высокие антикоррозионные свойства.

МЕДЬИ ЕЕ СПЛАВЫ

Отличаются стойкостью к атмосферной и водной коррозии, включая морскую воду. Устойчивы к растворам едких щелочей при комнатной температуре, горячим разбавленным щелочам, сухому NH₃, нейтральным солям, сухим газам и к большинству органических растворителей. Сплавы с высоким содержанием меди (бронзы) устойчивы ко многим кислотам, включая горячую разбавленную и холодную концентрированную H₂SO₄. как разбавленную, так и концентрированную НСl без нагревания. Контакт с органическими кислотами в отсутствие кислорода не вызывает разрушения меди. Медь не поддается воздействию F₂и сухого HF. Медь и ее Сплавы подвержены действию окисляющих кислот и неокисляющих кислот в присутствии кислорода, влажного NH3, некоторых кислых солей, таких влажных газов, как ацетилен, Cl₂. SO₂, СО₂. Медь легко амальгамируется. Цинк-медные Сплавы (латуни) в основном не отличаются высокой коррозийной стойкостью.

ЦИНК

Устойчив в сухом и влажном воздухе, в чистой воде. В воде с содержанием СО₂, NH₃ или солей подвержен коррозии. Сильно корродирует в атмосфере лаборатории. щелочи растворяют цинк, в HNO3 он растворяется быстро, в НСl и H₂SO₄— тем медленнее, чем чище цинк. Не взаимодействует с органическими растворителями, нефтепродуктами, однако при длительном контакте, например с крекинг-бензином, происходит коррозия за счет постепенного повышения кислотности бензина при его окислении воздухом.

СВИНЕЦ

Отличается устойчивостью к атмосферной и водной коррозии, устойчив при контакте с почвой, хотя заметно растворяется в воде, содержащей высокие концентрации СО₂ , за счет образования растворимого гидрокарбоната свинца. В основном обладает хорошей стойкостью по отношению к нейтральным растворам, удовлетворительной к щелочным, практически стоек к хромовой, серной, сернистой и фосфорной кислотам. В H₂SO₄концентрации 98% и выше при комнатной температуре свинец растворяется очень медленно; 48%-я HFвызывает коррозию при нагревании; заметно действуют на свинецНСl, HNO₃, а также уксусная и муравьиная кислоты. При взаимодействии с НСlсвинец покрывается слоем труднорастворимого РbСl₂, который препятствует дальнейшему растворению металла. Азотнокислый свинец, образующийся при действии азотной кислоты, нерастворим в концентрированной HNO₃, но растворим в разбавленной, поэтому разбавленная HNO₃более агрессивна по отношению к свинцу, чем концентрированная. Растворы нитратов агрессивны по отношению к свинцу, а хлориды, сульфаты и карбонаты — нет.

ТИТАН

Обладает превосходной коррозионной стойкостью. Устойчив к действию FeCl₃, растворов солей, в том числе сильных окислителей. Легко подвергается действию более концентрированных минеральных кислот, но выдерживает кипящую HNO₃до концентрации 65% и H₂SO₄и НСl ниже 5%. Проявляет хорошую устойчивость к органическим кислотам, щелочам и щелочным солям.

ЦИРКОНИЙ

Используется при необходимости высокой химической стойкости к большинству кислот и щелочей. Устойчив при контакте с Н₂О₂. Подвержен действию некоторых хлоридов, кипящей концентрированной НСl, царской водки, дымящей азотной и горячей концентрированной серной кислот. По отношению к соляной и серной кислоте цирконий устойчивее титана, а по отношению к влажному хлору и царской водке — наоборот. Практически важное свойство металлического циркония — гидрофобность его поверхности, он не смачивается водой и водными растворами.

ТАНТАЛ

Отличается превосходной химической стойкостью, подобно стеклу,что обусловлено наличием плотной оксидной пленки. При температуре ниже 150 °С на него практически не действуют Cl₂, Вr₂, I₂. Устойчив к большинству кислот при комнатной температуре, в том числе к азотной кислоте, царской водке. На него почти не оказывают действия Растворы щелочей. На тантал действует HFигорячиеконцентрированные Растворы щелочей, он растворяется в расплавах щелочей.