Защита медных панелей от окисления. Коррозия алюминия, меди и латуни – изучаем причины и защитыные меры

Многие помнят трагедию в августе 2010 года, когда в Чили 33 шахтера были заживо погребены в шахте на глубине 700 метров. За спасательной операцией, которая длилась рекордные 69 дней, благодаря телевидению, пристально следили миллионы людей по всему миру. Эта грандиозная человеческая трагедия со счастливым концом, вдруг, через столько времени, дала новый, совершенно неожиданный информационный повод.

Невольные подземные узники, сами того не ведая, участвовали в своего рода импровизированном эксперименте... по лечению грибковых инфекций стопы.

Дело в том, что с 17-го дня заточения с шахтерами была установлена связь, и они могли получать с поверхности не только продукты, но и медикаменты и гигиенические средства.

В каменном мешке с температурой более 30 градусов и влажностью 85% многие шахтеры стали испытывать проблемы с кожей на ногах. Но противогрибковому крему не удалось облегчить эту проблему. Тогда, на 36 день заточения, им передали носки, изготовленные компанией Cupron Inc. Волокна этих носков были «пропитаны» окисью меди, которая хорошо известна как антибактериальное и противогрибковое средство.

Эффект превзошел все ожидания: многие шахтеры сообщили, что проблемы с кожей полностью решились уже в течение первой недели, после того, как они попробовали надеть эти носки.

Исследователи, принимавшие участие в разработке этих носков, утверждают, что носки могут быть полезны в предотвращении такого заболевания, как «нога атлета» или микоз. Шахтеры – одна из основных групп риска такого рода инфекций. Но носки могут также помочь и полицейским, солдатам, матросам и другим, чьи ноги подвергаются воздействию неблагоприятных условий окружающей среды.

Что касается чилийских шахтеров, то после подъема на поверхность, медики тщательно обследовали каждого участника этой трагедии. У троих шахтеров обнаружили микоз, семеро имели сухую кожу на подошвах ног, двое – грибковые инфекции на коже, трое – зуд и волдыри на руках и ногах, и у одного был грибок ногтя.



Несмотря на это, врачи были крайне удивлены, так как после столь длительного пребывания в экстремальных условиях они ожидали увидеть значительно более тяжелую клиническую картину. В целом же, оказалось, что состояние кожи, особенно на ногах, было на удивление хорошим, несмотря на 69-дневное пребывания в среде, которая способствует росту вредных микробов на коже.

При этом, многие шахтеры также сообщили о значительном сокращении дискомфорта, сухости кожи, раздражений и отшелушивания после ношения носков.

Тем не менее, несмотря на полученные результаты, исследователи не спешат. Предстоят еще длительные испытания чудо-носков и многочисленные наблюдения врачей, прежде чем будет окончательно подтвержден медицинский эффект нового изобретения.

Медь широко применяется в различных отраслях промышленности, это обусловлено высокой коррозионной стойкостью, электропроводностью и теплопроводностью. Коррозия меди представляет собой разрушение физического состояния под воздействием факторов окружающей среды. Разрушение материала может происходить при следующих условиях:

Изделия из меди наиболее устойчивы в атмосфере, морской воде, в горячей и холодной пресной воде. В морской воде медь не обрастает микроорганизмами, поскольку ее ионы оказывают губительное воздействие на водоросли и моллюсков. Этот металл абсолютно не устойчив в растворах серы и ее соединениях, в окислительных веществах, аэрированных водах, азотная кислота полностью разрушает его структуру.

Воздействие водной среды

В воде скорость коррозии меди зависит от наличия в ее составе оксидных пленок и растворенного кислорода. Чаще всего металл подвергается ударной или точечной коррозии. Чем насыщеннее вода кислородом, тем быстрее протекают процессы коррозии меди. Пагубно влияют воды, содержащие ионы хлора и низкий уровень pH. Но в целом этот металл оказывает высокое сопротивление водной среде, а разрушению препятствует появление слоя оксида. Так называемая зеленая или черная корка плотно соприкасается с поверхностью изделия и не позволяет разрушающим веществам проникать в металл. Оксид начинает образовываться после двух месяцев непрерывного нахождения изделия в воде. Оксидный слой бывает двух видов:

• карбонат – имеет зеленый цвет и считается более прочным;
• сульфат – имеет темный цвет и рыхлую структуру.

Медь является наиболее предпочтительным металлом для изготовления трубопроводов. Но если, вода, проходящая по медным трубам, в дальнейшем контактирует с алюминием, железом или цинком, то она в значительной мере ускорит коррозию этих металлов. Для предотвращения этого и защиты меди от коррозии используют лужение металла, которое получают путём нанесения на поверхность изделия расплавленного олова. Луженое изделие отличается высокой коррозийной стойкостью, оно не подвержено перепадам температур и способно противостоять негативным атмосферным факторам.

Воздействие кислот и щелочей

Кислотная среда является для меди наиболее агрессивной. Самое сильное воздействие оказывают азотная и серная кислота, если раствор концентрированный, то металл может полностью раствориться. Эту особенность металла учитывают при изготовлении труб, деталей для нефтегазовой промышленности, где такие кислоты присутствуют постоянно. Коррозия меди в щелочной среде не наблюдается, наоборот, в щелочи медь восстанавливается с двухвалентного состояния до одновалентного. Медь сама по себе является щелочным металлом.

Для защиты металла от кислотного воздействия используют ингибиторы – это такие вещества, которые способны замедлить химические реакции. Различают следующие виды ингибиторных веществ:

• экранирующие – образуют на поверхности металла защитную пленку и не позволяют ему контактировать с кислотой;
• окислительные – образуют слой окиси на металле, который вступает в реакцию с кислотой и препятствуют ее проникновению к поверхности металла, при этом чем толще это слой, тем выше защита;
• катодные – повышают перенапряжение катодов раствора, вследствие чего химическая реакция замедляется.

Для меди наиболее приемлемым является экранирующий вид ингибиторов, при этом используют бензотриазол, вместе с солями меди он образует защитную пленку и препятствует разрушению металла.

Коррозия в почве и влажном воздухе

Разрушение меди в грунте происходит под влиянием кислот, содержащихся в почве, в отличие от воды насыщенные кислородом породы в меньшей степени окисляют металл. Наибольшую опасность для изделий из меди представляют живущие в почве микроорганизмы, точнее, продукты их жизнедеятельности.

Многие из них выделяют сероводород, который способен разрушить структуру металла. Изделие, которое находилось долгое время в земле, может полностью рассыпаться при изъятии.

Во влажном воздухе коррозия меди проявляется с течением длительного периода времени. Сухой климат вообще не влияет на разрушение металла. Влажный воздух насыщен углекислым газом, сульфидами, хлоридами – эти вещества вызывают коррозию металла, разрушая ее защитную пленку. При длительном пребывании изделия во влажном воздухе начинает образовываться слой патины – это оксид солей, он сначала имеет темно-коричневый цвет, затем приобретает зеленый оттенок. Патина не растворяется в воде и не подвержена влиянию влажности, а также нейтральна к меди, поэтому не только не разрушает ее, но и выполняет защитную функцию. На сегодняшний день существуют методы искусственного создания патины, их чаще всего используют художники и скульпторы, делая предметы, похожими на старинные вещи. Винтажный стиль в интерьере сейчас пользуется большой популярностью.

Видео: Как остановить коррозию медных монет

Возможна ли коррозия алюминия, меди и иных цветных металлов или их сплавов? Принято считать, что они менее чувствительны к разному виду разрушения. В принципе, так оно и есть, однако это вовсе не означает, что эти материалы не нуждаются в дополнительной защите. Ниже будет приведена общая информация не только о том, что собой представляет столь губительная коррозия, но и как предотвратить ее.

1

В целом этот процесс проявляется как разрушение материала в результате его взаимодействия с внешней средой. Причем ему подвержены как металлы, так и неметаллы (керамика, дерево, полимеры и т. д.). Сюда же мы можем отнести и старение резины, и разрушение пластика. Что же насчет металлических сплавов, так в этом случае наиболее явным примером коррозии является всем известная ржавчина.

Основной причиной данного явления служит недостаточная термодинамическая устойчивость того либо иного материала к каким-либо веществам, которые мы можем обнаружить в контактирующей среде. Так, например, резиновые покрытия портятся из-за взаимодействия с кислородом, полимеры разрушаются после многочисленных контактов с атмосферными осадками, а на большинство металлов и их сплавов губительно влияет чрезмерная влажность. Кроме того, значительно на скорость протекания процесса влияет и температура окружающей среды, в основном, чем данный параметр выше, тем скорее осуществляется разрушение.

2

Вообще коррозия алюминия и многих его сплавов встречается достаточно редко, а все благодаря особенностям данного металла – он способен пассивироваться в различных агрессивных средах. Другими словами, он переходит в пассивное состояние, так, например, при взаимодействии с воздухом на его поверхности образуется оксидная пленка, выполняющая защитные функции. Причем в зависимости от условий толщина пассивного слоя может быть различной.

Также пленка устойчива и к воздействию влаги, а вот в кислой среде нет однозначного ответа, тут все зависит от вида кислоты. Таким образом, практически не боятся ни азотной, ни уксусной (при нормальной температуре), а вот щавелевая, серная, муравьиная и соляная губительно влияют на металл. Но особенно этот материал боится щелочной среды, так как при воздействии данного вещества разрушается оксидная пленка алюминия.

Теперь рассмотрим, в каких случаях встречается коррозия меди и содержащих ее сплавов. Этот металл разрушается при взаимодействии с серой и разными ее соединениями . Также она боится окислительных и некоторых аэрированных неокислительных кислот, солей и тяжелых металлов. Что же насчет водной среды, так в этом случае все зависит от того, насколько она насыщена кислородом, чем его содержание больше, тем скорее происходит разрушение.

Признаки коррозии латуни выражаются в основном в растрескивании (во влажной среде интенсивность повышается) и обесцинковании этого сплава, последнему же способствуют растворы, которые содержат ионы хлора. Также происходят данные процессы при взаимодействии материала с аммиаком, растворами различных кислот-окислителей и солей. Кроме того, губительными для латуни являются ртуть, оксиды азота, трехвалентное железо и медь. Еще одной причиной растрескивания могут послужить растягивающие напряжения.

3

Итак, немного узнав об особенностях разрушения цветных металлов, стоит уделить внимание вопросу, как остановить нежелательную коррозию алюминия, его сплавов и иных выше описываемых материалов. Безусловно, лучшим вариантом будет предупредить ее, но для этого необходимо знать некоторые нюансы.

Так, например, максимальной коррозионной стойкостью обладает сверхчистый алюминий, еще для работы с ним и его сплавами следует подбирать наиболее подходящую среду. Кроме того, защита может осуществляться и такими способами, как создание на поверхности изделия лакокрасочного покрытия, металлизация, шлифовка либо дробеструйная обработка, вследствие которых возникают остаточные напряжения сжатия.

Если же металл уже поражен, тогда нужно хорошенько очистить поврежденные участки и обработать их специальными антикоррозионными растворами, купить которые можно довольно легко практически на любом строительном рынке.

Что же насчет и ее сплавов, так и в этом случае меры борьбы практически такие же, как и в случае с алюминием. Условия эксплуатации, а именно pH среды, тут менее значимы, разрушение будет все равно в ощутимой степени. Действительно, произошла ли коррозия меди в сильно кислой среде или же какой-то другой, в любом случае элемент нуждается в тщательной очистке. Затем наносится защита, в качестве которой может выступать краска, лак, масло или же иной металл, такой как олово и алюминий. Метод, когда поверхность покрывают тонким слоем расплавленного олова, называется лужение.

Дабы предотвратить коррозию латуни в результате обесцинкования, в ее состав добавляют немного мышьяка, этот процесс называется легированием. Нейтрализовать же действие аммиака способны кислотные оксиды, однако с ними также нельзя переусердствовать. Кроме того, если речь идет об изготовлении латунных труб и иных изделий, то следует отказаться от таких операций, как безоправочное волочение, а также сборка с "натягом", дабы избежать возникновения растягивающих напряжений. Таким можно представить краткое руководство по защите от коррозии алюминия, латуни, меди и их сплавов. Конечно, особенностей невероятное множество, но об этом лучше поговорить в отдельных статьях.

Коррозия меди – это ее разрушение под воздействием окружающей среды.

Медь и ее сплавы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности. Это связано с высокой коррозионной стойкостью данного металла, теплопроводностью, электропроводностью. Медь отлично обрабатывается механически, паяется.

Значительная меди наблюдается в окислительных кислотах, аэрированных растворах, которые содержат NH 4+ , CN - и другие ионы, способные с медью образовывать комплексы.

Коррозия меди в воде

Скорость коррозии меди в воде во многом зависит от наличия на поверхности оксидных пленок.

В быстро движущихся водных растворах и воде медь подвергается такому виду разрушения, как ударная коррозия. Скорость протекания ударной коррозии меди сильно зависит от количества растворенного кислорода. Если вода сильно аэрирована – ударная коррозия меди протекает интенсивно, если же обескислорожена – разрушение незначительно. Коррозия меди в аэрированной воде усиливается с уменьшением рН, увеличением концентрации ионов хлора. Скорость коррозии меди в воде зависит от климатической зоны. В тропиках скорость разрушения несколько выше.

Особенностью меди, омываемой морской водой, можно считать то, что она является одним из немногих металлов, которые не подвержены обрастанию микроорганизмами. Ионы меди для них губительны.

С чистой меди очень часто изготавливают трубопроводы для подачи в дома воды. Они надежны, служат очень долгое время. При наличии в воде растворенной угольной и других кислот медь понемногу корродирует, а продукты коррозии меди окрашивают сантехническое оборудование. Если вода, проходящая через медные трубы контактирует с железом, алюминием или оцинкованной сталью – то коррозию этих металлов значительно усиливается. Ионы меди осаждаются на поверхности этих металлов, образуя коррозионные гальванические элементы.

Чтоб исключить вредное влияние воды с медных труб на другие металлы используют луженую медь. Внутреннюю часть медного трубопровода покрывают оловом. Оловянное покрытие должно быть безпористым, во избежание возникновения гальванического элемента (олово по отношению к меди является катодом).

Коррозия луженой меди

Луженая медь отличается превосходной коррозионной стойкостью. Луженая медь отлично служит даже под воздействием дождя, града, снега, не чувствительна к перепаду температуры окружающей среды. Атмосферная коррозия луженой меди весьма незначительна. Оловянное покрытие по отношению к меди является анодом, т.к. имеет более электроотрицательный потенциал. Если на нем нет никаких изъянов (пор, трещин, царапин), через которые медь контактирует с атмосферой – оно прослужит очень долго. Если же дефекты покрытия присутствуют – атмосферная коррозия луженой меди протекает по следующим реакциям:

А: Sn - 2e→ Sn 2+ - окисление олова;

К: 2 H 2 О + O 2 + 4e → 4 OH - - восстановление меди.

2 Sn + 2 H 2 О + O 2 → 2 Sn(OH) 2

Качественное оловянное покрытие продлевает срок службы луженой меди до 100 лет и более.

Атмосферная коррозия меди

В атмосферных условиях медь отличается высокой коррозионной стойкостью. На сухом воздухе поверхность меди почти не меняется. А при контакте с влажным воздухом образуется нерастворимая пленка, состоящая с продуктов коррозии меди типа CuCO 3 Cu(OH) 2 .

2Cu + H 2 O + CO 2 + O 2 → CuCO 3 Cu(OH) 2 .

В зависимости от состава среды и еще многих факторов на медной поверхности в атмосфере сначала образуется очень тонкая защитная пленка, состоящая с оксидов меди и ее чистой закиси. Время образования этой пленки может достигать нескольких лет. Поверхность немного темнеет, становится коричневатой. Иногда пленка может быть почти черного цвета (во многом зависит от состава коррозионной среды). После образования оксидного слоя на поверхности начинают скапливаться соли меди, имеющие зеленоватый оттенок. Образующийся оксид меди и соли называют еще патиной. Цвет патины колеблется от светло коричневого, до черного и зеленого. Зависит от качества обработки поверхности, состава самого металла и среды, времени контакта с коррозионной средой (от внутренних и внешних факторов). Закись меди – красно-коричневого цвета, окись – черного. Голубые, зеленые, синие и другие оттенки патины обуславливаются различными медными минералами (сульфаты, карбонаты, хлориды и др.). Патина по отношению к основному металлу нейтральна, т.е. не оказывает на медь вредного влияния (кроме хлористой меди). Соли и оксиды, формирующие патину, нерастворимы в воде и обладают естественными декоративными, защитными свойствами по отношению к поверхности меди.

Присутствие во влажном воздухе углекислого газа приводит к образованию на поверхности смеси, которую еще называют малахитом. Сульфиды, хлориды, находящиеся в воздухе, разрушают малахит. Это ускоряет атмосферную коррозию меди.

Коррозия меди в почве

Коррозия меди в почве сильно зависит от значения рН грунта. Чем грунт щелочнее либо кислее, тем быстрее проходит коррозия меди в почве. Менее сильное влияние оказывает аэрация, влажность грунта. При сильном насыщении почвы микроорганизмами усиливается коррозия меди и ее сплавов. Это объясняется тем, что некоторые из них в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают сероводород, который разрушает защитную оксидную пленку.

Продукты почвенной коррозии меди и ее сплавов по составу более сложны, чем при атмосферной коррозии и отличаются слоистой структурой.

Если медное изделие пролежало в почве очень долгое время – оно могло полностью превратиться в рыхлую светло-зеленую массу, состоящую с продуктов коррозии меди. При недолгом нахождении изделия в почве может наблюдаться только небольшой слой патины, который легко снять механически.

Медь устойчива в таких средах:

Атмосфера;

Морская вода;

Горячая и холодная пресная вода;

В определенных условиях, находясь в контакте с галогенами;

Неокислительных кислотах, горячих и холодных деаэрированных разбавленных растворах H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , уксусной кислоты.

Медь неустойчива в таких средах:

Сера, сероводород, некоторые другие соединения серы;

Окислительные кислоты, аэрированные неокислительные (также угольная), горячий, холодный концентрат H 2 SO 4 ,

Cu + 2H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O – горячий концентрат,

Cu + H 2 SO 4 → CuO + SO 2 + H 2 O – холодный концентрат;

Растворы окислительных солей тяжелых металлов (Fe 2 (SO 4) 3 , FeCl 3);

Аэрированных водах, водных растворах быстро движущихся, агрессивных водах (с низким содержанием ионов магния, кальция, высоким – кислорода, углекислого газа);

Амины, NH 4 OH (содержащим кислород).

Медь и её сплавы имеют высокую электро- и теп­лопроводность и широко используются в химическом и энергетическом машиностроении в качестве теплообменников, холодильников, паропроводов, электрораспределительных устройств, и т.д.

На воздухе и в кислороде медь окисляется с образова­нием оксидов Сu 2 О и СuО. Окисле­ние меди протекает по логарифмическому закону до 100 о С, до 500°С - по степенному кубическому закону, а при более высо­ких температурах - по закону квадратичной параболы с образованием преимущественно Сu 2 О (оксид с недо­статком металла).

Медь во многих газовых средах при высоких темпе­ратурах корродирует значительно медленнее железа (см. рис. 16). Помимо окисляющих газов, содержащих О 2 , сильную коррозию меди вызывают газы, содержащие H 2 S. Пары воды и двуокись углерода С0 2 на медь дей­ствуют слабо. Азот инертен по отношению к меди при всех температурах.

Медь, в которой в виде оксидов содержится более 0, 01% кислорода, при нагреве выше 400° С в атмосфере водорода и других восстановительных газов (например, при кислородно-водородной или кислородно-ацетиленовой сварке) становится хрупкой. Возникновение этой хрупкости обусловлено восстановлением водородом оксидов меди, располагающихся по границам кристаллитов металла, с образованием паров воды:

Cu 2 0 + Н 2 = 2Cu + Н 2 0 (nap)t

Защита от газовой коррозии

Окисление сильно сокращает срок эксплуатации стальных конструкций и наносит значительный ущерб, который включает в себя: 1) “угар” металла при термомеханической обработке, потери от которого составляют около 3 - 3,5% массы нагреваемого металла; 2) разрушение окалиной огнеупорных материалов нагревательных печей с образованием сварочного шлака; 3) усиление износа инструмента окалиной при штамповке, прошивке и т.д.; 4) брак из-за закатывания окалины в металл; 5) изменение (уменьшение) размеров нагреваемых деталей вследствие окисления и т.д. Все это указывает на необходимость борьбы с окислением металлов, в т.ч. железа, стали и чугуна при их нагреве.

Защита от газовой коррозии осуществляется 4 основными группами методов воздействия на гетерогенную систему металл – агрессивная среда (рис.3.1).

Рис.3.1. Методы защиты металлов от газовой коррозии.

Методы защиты от газовой коррозии включают: 1 - воздействие на металл (жаростойкое легирование, изменение фазового состава и структуры металла); 2 - воздействие на межфазную границу (нанесение защитных покрытий и обработка поверхности); 3 - воздействие на среду (защитные атмосферы ); 4 – прочие (технологические) методы уменьшения окисления металлов.

Жаростойкое легирование

Наиболее общим и эффективным методом повышения устойчивости к газовой коррозии является жаростойкое легирование. Существуют 3 наиболее обоснованные теории жаростойкого легирования в зависимости от механизма действия легирующих элементов.

1. Теория уменьшения дефектности оксида основного металла (Вагнер, Хауффе и др.), основана на диффузионной модели окисления, где скорости диффузии и передвижения ионов зависят от уровня дефектности кристаллической решетки оксидной пленки. Поскольку скорость окисления при диффузионном контроле процесса определяется скоростью диффузии ионов металла и окислителя, зависящей от концентрации точечных дефектов, то уменьшение дефектности оксидной пленки снижает скорость окисления.

Дефектами ионной ре­шетки оксида являются: 1) - междоузельные катионы и избыточные электроны (в оксидах с из­бытком металла), 2) - свободные катионные и электронные вакансии (оксиды с недостатком металла). Изменение концентрации дефектов в решетке оксидов может быть вызвано только введением ионов другой валентности.

1) В оксидах с избыт­ком металла (n – полупроводники) повышение жаростойкости достигается, если n*>n , где n* и n - валентности ионов легирующего и основного элемента. В этом случае замена части катионных узлов на катионы высшей валентности понизит концентрацию точечных дефектов и, соответственно, уменьшит скорость окисления. Например, при легировании цинка алюминием в оксиде ZnO три иона Zn 2+ в узлах решетки оксида заменяются двумя ионами Al 3+ для сохранения электронейт­ральности. Два иона Al 3+ займут места двух ионов Zn 2+ , а место третьего иона Zn 2+ займет тот же ион из междоузельного пространства. Это уменьшит кон­центрацию междоузельных катионов и приведет к сни­жению скорости диффузии катионов и, соответственно, контролируемой ей скорости окисле­ния сплава. Чем больше избыток металла в оксиде, тем больше должна быть добавка металла большей ва­лентности для уменьшения скорости окисления основного металла.

Легирование небольшой добавкой металла, образующего ионы низше й валентности, (например Li+), повысит скорость окисления основного металла.

Так легирование Zn 1,0% Аl уменьшает константу скорости окисления этого сплава при 390°С в 800 раз, а добавление 0,4% Li увеличивает ско­рость окисления на 4 . 10 3 .

2) В полупроводниковых оксидах р – типа с недостатком металла (или избытком кислорода) повышение жаростойкости обеспечивается при n*. Для оксидов этого типа (NiO, FeO, Cu 2 O) - наоборот, легирование решетки ионов низшей валентности уменьшит концентрацию ионных вакансий и скорость окисления будет снижаться . Так, при легировании никеля литием в NiO один ионNi 2+ в узлах решетки оксида заменяется двумя ионамиLi+. Из двух ионов Li + только один может занять место Ni 2+ , а другой занимает вакансию. Число катионных вакансий уменьшится, снизится ско­рость диффузии катионов сквозь оксидную пленку, и, соответственно, уменьшится скорость окисления.

Введение небольшой добавки металла, образующего ионы высшей ва­лентности, чем основной металл, повышает его скорость окисления.

При легировании металла той же валентности n*=n , должно соблюдаться условие r* i < r i , где r i – радиусы ионов. Замена в оксиде катионов основного металла катио­нами добавки той же валентности уменьшает концентрацию катионных дефектов, и, соответственно, скорость окисления, если радиус легирующего иона меньше радиуса иона основ­ного металла.

Кроме этого, оксид легирующего элемента (M*) должен иметь большее сродство к кислороду: и хорошую растворимости своего оксида М* m О n в оксиде основного металла М m О n .

Данная теория позволяет прогнозировать влияние низ­кого легирования на жаростой­кость основного металла. Если диффузия ионов не является контролирующей стадией окисления металлов, а определяется другими процессами, легирование приводит к образованию в оксидной пленке новой фазы, данная теория неприменима.

2. Теория образования высокозащитного оксида легирующего элемента (А.А. Смирнов, Н. Д. Томашов и др.) связывает механизм повышения жаростойкости с образованием на поверхности сплава более защитного оксида легирующего элемента, который затрудняет диффузию и окисление основного металла. По этой теории легирующий компонент (M*) должен: 1) удовлетворять условию сплошности ; 2) образовывать оксид с наименьшей ионной и электронной электропроводностью; 3) иметь r* i < r i ; 4) обладать большей энергией образования оксида, чем основной металл (легирующий оксид должен быть термодинамически менее стоек, чем основной); 5) иметь высокие температуры плавления и возгонки легирующего оксида и не образовывать низкоплавких эвтектик с другими оксидами; 6) обладать температурной стойкостью, т.е. иметь высокие значения равновесного давления (упругости диссоциации) оксида и температуры сублимации; 7) образовывать твердый раствор с основным металлом при данном проценте легирования.

Данная теория жаростойкого легирования подтверждается образованием защитного оксида Аl 2 О 3 на Fe, легированном 8 - 10% А1; ZnO на Сu , содержащей > 20%Zn; А1 2 O 3 на Сu при легировании >3% А1; ВеО на Сu, легированной >1% Be, и др.

Теория позволяет на основе свойств элементов и их оксидов, качественно оценить пригодность различных элементов для среднего и высокого жаростойкого легирования.

3. Теория образования высокозащитных двойных оксидов связывает повышение жаростойкости при легировании образованием смешанных двойных оксидов основного и легирующего компонента, защитные свойства которых выше оксида любого компонента. Это оксиды с кристаллической решеткой типа шпинели и составом M 1 М* 2 O 4 , обладающие более высокими защитными свойствами по сравнению с оксидами компонентов сплава.

Повышение жаростойкости железных сплавов по этой теории обеспечивается: 1) снижением возможности образования наименее защитного вюстита (FeO, c г.ц.к.), что определяется диаграммой состояния, 2) преимущественным образованием оксидов типа шпинели с меньшими параметрами кристаллической решетки в окалине.

Низкое легирование Al, Cr, Si, повышая температуру появления вюстита в окалине, уменьшает возможность образования вюститной фазы, и благоприятствует образованию шпинелей с малым параметром решетки (FeAl 2 О 4 , FeCr 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , NiCr 2 O 4 и др.), что повышает жаростойкость железных сплавов.

Теория позволяет прогнозировать влияние легирования на жаростойкость сталей.

Рассмотренные теории жаростойкого легирования дополняют друг друга и позволяют дать теоретическое обоснование существующих жаростойких сплавов, и более рационально подойти к разработке рецептуры новых жаростойких сплавов.

3.1.1. ЖАРОСТОЙКИЕ СПЛАВЫ

По характеру поведения при повышенных температурах металлы можно разделить на пять групп: 1) щелочные и щелочноземельные с V 0K /V M < 1, окисление которых происходит по линейному закону. При повышении температуры реакция окисления таких металлов может ускоряться, и, поскольку тепло экзотермической реакции окисления не успевает отводиться от поверхности, наступает возгорание металла. По возрастанию скорости окисления на воздухе эти металлы располагаются: К> Na>Li>Ва>Са>Mg;

2) основные практически используемые металлы, окисление которых происходит преимущественно по параболической зависимости, но может сопровождаться уменьшением степени n < 2 (например, при растрескивании окалины, или повышенных температурах, где иногда наблюдается переход к линейному закону окисления). При низких температурах металлы окисляются по кубическому или логарифмическому закону. По жаростойкости их условно можно расположить в последовательности Мn < Fe < Ti < Со< Zr

3) неблагородные металлы, наиболее жаростойкие, из-за образования оксидных пленок с высокими защитными свойствами, вследствие чего их используют в качестве легирующих компонентов жаростойких сплавов и для жаростойких покрытий. Жаростойкость возрастает в ряду: Zn < Si < Be < Al < Cr;

4) металлы c летучими оксидами при повышенных температурах, скорость окисления которых определяется скоростью сублимации их оксидов. При достаточно высоких температурах образующиеся оксиды полностью теряют защитные свойства, и скорость окисления металлов определяется линейной зависимостью. Возрастание стойкости к окислению этих металлов происходит в ряду Mo< W

5) термодинамически стабильные благородные металлы, т.к. их оксиды неустойчивы и имеют высокое равновесное давление (упругость диссоциации оксида). Возрастание термодинамической стабильности происходит в ряду: Au>Pt>Ir>Pd>Ag.

Легирование является наиболее эффективным методом повышения жаростойкости. Кроме того, к современным жаростойким материалам предъявляются требования по жаропрочности, длительной прочности, усталости при знакопеременных нагрузках, и т.д. Основными жаростойкими и жаропрочными материалами являются сплавы на основе Fe и Ni. Наиболее эффективно повышают жаропрочность элементы: Cr> Al> Si (рис.2.14), образующие защитные оксидные пленки Cr 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 . С увеличением концентрации легирующих элементов и при совместном легировании Cr, Al, Si возрастает жаростойкость сталей (рис. 3.2).

В качестве основных жаростойких материалов применяются легированные теплоустойчивые стали (группа II – III, до 9% Сr), длительно работающие в нагруженном состоянии до 600 0 С и различные высоколегированные жаростойкие стали и сплавы, основным легирующим компонентом в которых является хром.

Рис.3.2. Жаростойкость различных групп сталей: I – углеродистые, II – низколегированные, III – среднелегированные с 6% Cr, IV – высоколегированные хромистые (12 – 17% Сr), V – высоколегированные с кремнием (сильхром c 8-12% Cr, 2-3 % Si); VI – хромоникелевые аустенитные (Х18Н10), VII – высокохромистые (25-30 %Cr), воздух, 250 ч.

Дополнительное легирование Ni повышает жаропрочность сталей. Для жаропрочных сплавов на никелевой основе жаростойкость обеспечивается легированием Сr. Легирование Mo, W, Co, а также Ta, Nb ухудшает жаростойкость, но повышает жаропрочность сплавов (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Влияние содержания легирующих элементов на относительную скорость окисления (К спл /К М) никеля при 600-1400 0 С.

Основные жаростойкие и жаропрочные материалы приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Некоторые жаростойкие и жаропрочные материалы.

Название/ марка	Состав, %	Температура эксплуатации, (мах) 0 С	Применение	Структура сплава
По жаростойкости	по жаропрочности
Углеродистые стали
БСт1-БСт3 и др.	Fe(0,1-0,3)С			Листы котельных топок	феррит
Теплоустойчивые стали
12МХ				Трубы пароперегревателей, паропроводы	перлит
12Х1МФ				То же	То же
18Х3МВ				Трубы гидрогенизационных установок	То же
15Х5				Трубы, подвески котлов	мартенсит
15Х5М				Корпуса аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов	То же
12Х8ВФ				Трубы печей и коммуникаций	То же
Высоколегированные стали и сплавы
40Х9С2				Клапаны автомобильных моторов	мартенсит
40Х10С2М				То же	То же
12Х13				Детали турбин, котлов	мартенсит-феррит
08Х17Т				То же	феррит
15Х25Т				Детали термопар, теплообменники	То же
15Х28				То же	То же
08Х20Н14С2				Трубы	аустенит-феррит
12Х18Н9Т				Трубы, печная арматура, муфели	аустенит
12Х18Н12Т				То же	аустенит
36Х18Н25С2				Клапаны моторов	То же
55Х20Г9АН4				То же	То же
20Х23Н18				Установки конверсии метана, пиролиза	То же
12Х25Н16Г7АР				Газопроводные системы	То же
Сплавы на железоникелевой основе
Х15Н60 (нихром)				Проволока, ленты нагревателей
ХН38ВТ
ХН45Ю				Детали печей обжига, турбин
Сплавы на никелевой основе
ХН60Ю				Детали газовых систем, турбин
ХН70Ю				То же
ХН78Т				То же + трубы
ХН75МБТЮ				То же
ХН80ТБЮ				Лопатки турбин, крепеж
Кобальтовые сплавы
Виталиум	Co30Cr3Ni5Mo1			Лопатки турбин	Аустентная
	Co23Cr6Ni6Mo2Ta			То же	То же
Чугуны
СЧ 15-32	Fe2Si3C			Неответственные детали	Феррито-графитная
Нирезист	Fe3Cr14Ni2Si2C6Cu2Mn			Повышенные нагрузки	Аустенито-графитная
СЧ 21- 40	Fe8Si2C			Печная арматура	Феррито-графитная
Х34	Fe34Cr2Si2C			Феррито-карбидная

Примечание. Выделены материалы, используемые преимущественно в качестве жаропрочных с длительным режимом работы (50000 – 100000 ч).

В качестве других мер повышения жаростойкости используется изменение структуры материала. Так, для теплоустойчивых Cr-Mo сталей типа 12ХМ, 12Х1МФ – это стабилизация карбидной фазы и упрочняющая термообработка на более жаростойкую бейнитную структуру. Для аустенитных сталей типа Х18Н10, содержащих 5 – 15 % феррита, используют аустенизацию, поскольку аустенитная структура более жаростойка, и т.д.

Защитные покрытия

Для защиты от химической коррозии применяют защитные металлические и неметаллические покрытия. Использование защитных покрытий для жаростойкого оборудования менее долговечно, чем легирование, но более экономично. Покрытия подразделяются по материалу покрытия - на металлические и неметаллические, и по способу получения покрытий. Защитные покрытия должны иметь хороший защитные свойства и адгезию к основному металлу, наименьшую пористость.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ.

Для защиты от газовой коррозии в качестве основных металлических материалов, применяемых для покрытий углеродистых и легированных сталей, используют алюминий, хром и кремний, которые наносят на поверхность изделий различными методами.

Плакирование осуществляется горячей прокаткой или сваркой взрывом более высоколегированного материала на основной покрываемый материал. Так из углеродистых или низколегированных сталей получают биметалл с высокохромистыми или хромоникелевыми жаростойкими сталями (Х25, Х18Н10, Х17Н13М2Т, Х23Н18, 0Х23Н28МЗДЗТ и др.). Медь плакируют нихромом или инконелем (80%Ni, 14%Сr, 6% Fe). Производство жаростойких биметаллов позволяет экономить около 60 - 70% высоколегированных сталей и дорогих легирующих элементов.

Наплавка осуществляется различными методами сварки: газопламенной, дуговой, индукционной, плазменной, под флюсом, в защитных газах и др. Позволяет получить на основном металле беспористые защитные покрытия наплавленного металла практически любой толщины и химического состава. Наплавку часто применяют восстановления изношенных изделий, для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания и аналогичных деталей.

Металлизация распылением – процесс получение покрытий распылением расплавленного металла сжатым воздухом или инертным газом. По типу тепловой энергии, используемой для нагрева напыляемого металла, напыление подразделяется на газопламенное, где нагрев осуществляется при сгорании газа (воздух или кислород + ацетилен, пропан, бутан, водород) и электрическое, осуществляемое электрической дугой или плазмой. Газопламенной металлизацией обычно наносят Al (алюминирование), Cu, нержавеющие стали и оксиды Al, Si, Cr. Схема газопламенного напыления приведена на рис. 3. 4, а. Напыляемый металл в виде проволоки, прутка или порошка подается в отверстие 3 и расплавляется горючим газом 2, подающимся в сопло; расплавленный металл выдувается сжатым воздухом 1, образуя струю напыляемого металла 4, расплавленные частицы которого образуют покрытие 5.

Рис. 3.4. Схема газопламенного напыления (а) и характерная структура покрытия (б).

Для покрытий, полученных металлизацией, характерна пористая структура, рис.3.4,б. При движении в высокотемпературной газовой среде частицы напыляемого металла находятся в расплавленном состоянии (2) и покрываются оксидной пленкой (1). При столкновении с покрываемой поверхностью (9), часть которой оплавляется (8), частицы расплющиваются (3), и образуют под действием выдуваемого газа механически сцепленный тонкий слой (4). Поскольку скорость охлаждения частиц велика (10 4 – 10 8 град/с), кристаллизация частиц происходит очень быстро и соединение их происходит за счет механического сцепления с выступами подложки и в местах разрушения её оксидной пленки. В последнем случае происходит сплавление металлических частиц с образованием локальных участков сплавления (5) с высокой прочности сцепления. В процессе “налипания” частицы покрывают нерасплавленные частицы (6), между которыми находятся заполненные газом зазоры и пустоты, которые и образуют поры (7). Степень пористости зависит от вида металлизации и технологических параметров (скорость газа, температура и т.д.). Несколько меньше пористость в покрытиях, полученных дуговым и плазменным методами (рис.3.5), однако полностью устранена она может быть только поверхностным оплавлением, прокаткой, высокотемпературным отжигом, пропиткой в жидких металлах, силикатах, жидким стеклом с последующим отжигом, и т.д.). Другим недостатком покрытий является низкая адгезия к основному металлу.

Рис.3.5. Схема процесса электродуговой металлизации (а): 1- напыляемая проволока, 2 – механизм подачи проволоки, 3 – наконечники, 4 – сопло, 5 – электрическая дуга, 6 – поверхность металлизируемой детали; б - электрометаллизатор: 1 – подача сжатого воздуха, 2 – проволока; в – схема плазменной металлизации: 1- плазмообразующий газ, 2 – напыляемый материал, 3 – источник питания, 4 – катод, 5 – анод, 6 – поверхность изделия.

Дуговые и, особенно, плазменные металлизационные покрытия, вследствие более высоких температур (до 20000 0 С) позволяют наносить покрытия из тугоплавких металлов (W, Ti, Ta, Zr), оксидов Al 2 O 3 , SiO 2 , Cr 2 O 3 , TiO 2 , BeO), карбидов (Cr 2 C 3 , B 4 C, TiC, ZrC, WC, SiC и т.д.), силицидов типа TiSi 2 , MoSi 2 , нитридов (TiN, ZrN, AlN), металлооксидные покрытия (керметы), керамики и т.д. Так, на графитовые сопла ракеты “Поларис” напыляют слой Та толщиной 50-75 мкм, затем – слой W толщиной около 1.3 мкм.

Преимуществами напыленных покрытий являются высокая производительность, возможность получения металлических, композиционных и органических покрытий, экономичность процессов, возможность нанесения на поверхности крупногабаритных изделий, легкая переналадка оборудования и т.д.

Диффузионные покрытия получают обогащением поверхностного слоя основного металла химическими элементами способом диффузии. Этот метод можно рассматривать как поверхностное легирование. Получение термодиффузионных покрытий возможно для металлов, образующих твердый раствор с покрытием. Для железных сплавов это: Al, Cr, Si, Cu, Au, Be, Zn, B, Ti, C, V, Nb, Ta, Mo, W, Mn. На практике жаростойкие диффузионные покрытия на железных сплавах изготавливают, используя насыщение поверхности алюминием, хромом, кремнием. В зависимости от материала покрытия (Аl, Сг или Si) процессы называются алитированием, термохромированием и термосилицированием. Термодиффузионные покрытия получают, используя порошкообразные смеси в расплавленных средах, в га­зовых восстановительных атмосферах, в атмосфере хлора или в вакууме.

Наиболее распространен способ получения термодиффузионных покрытий в порошкообразных смесях. Покрываемые детали, очищают от окалины, ржавчины, грязи пескоструйными аппаратами, травлением в горячих растворах H 2 SО 4 или НСl и помещают в реактор, наполненный реакционной смесью. Смесь состоит из порошка наносимого элемента или его сплава с железом (ферросплава), порошка А1 2 О 3 , который не позволяет порошку наносимого элемента спекаться и прилипать к поверхности покрываемой детали, и добавки 2 - 5% NH 4 Cl. Реактор помещается в нагретую печь (900 - 950°С) и выдерживают в ней определенное время (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема алитирования: 1 – печь, 2 – клапан, 3 – порошкообразная смесь Al + Al 2 O 3 + NH 4 Cl, 4 – форма, 5 – изделия.

При нагревании реактора в печи происходит разложение хлористого аммония на аммиак и хлористый водород: NH 4 Cl = NH 3 + НСl, которые вытесняют из реактора воздух, предотвращая окисление деталей и наносимого элемента.

Насыщение поверхности стали легирующим элементом осуществляется в результате диффузии при контакте поверхности стали с порошком и вследствие переноса элемента (А1, Сг или Si) образующимися летучими хлоридами: 2 Al + HCl = 3H 2 + 2 AlCl 3 . Хлориды реагируют с поверхностью стали: АlСl 3 + Fe = FeCl 3 + Al.

Выделяющиеся при этом атомарные Al (Сr и Si, в зависимости от смеси), диффундируют в сталь, образуя сплав переменного состава, толщина которого h зависит от продолжительности выдержки, τ , (уравнение 2.23), и температуры диффузионного насыщения (рис. 3.7, а).

По экспериментальным данным скорость насыщения изделия при термодиффузионном способе нанесения покрытий в основном лимитируется диффузией легирующего компонента в металлической основе. Кинетику процесса насыщения можно описать нестационарным уравнением диффузии . Согласно реальным условиям процесса – это решение задачи для полубесконечного тела с постоянной концентрацией на поверхности: , где: С 0 - постоянная концентрация диффундирующего вещества в поверхностном слое металла; C(х, τ) - концентрация по глуби­не в момент времени τ, отсчитываемого от начала процесса насыщения; erf(z) – трансцендентная функция Крампа или интеграл ошибок, зависящий от параметра , который, в свою очередь, определяется величинами х , τ и коэффициентом диффузии D вводимого вещества в материале изделия. Значение интеграла ошибок erf(z) для конкретного D может быть найдено из таблицы 3 приложения. Зная С 0 , можно определить и значение C(х, τ) .

Существенное влияние на скорость процесса оказывает температура насыщения, что обусловлено экспоненциальным характером температурной зависимости коэффициента диффузии (уравнение 2.41).

Рис. 3.7. Влияние времени алитирования (а) сплава Fe – Al + 0,5% NH 4 Cl на толщину алитированного слоя стали 10, и жаростойкость сталей 10 и 1Х13 на воздухе при 1000 0 С: 1 – сталь без покрытия, 2 – алитированная сталь.

Значительное повышение жаростойкости изделий с термодиффузионными покрытиями (рис. 3.7, б) обусловлено образованием на поверхности сплавов оксидов Аl 2 O 3 , Сr 2 O 3 , SiO 2 , или двойных оксидов FeAl 2 О 4 , FeCr 2 O 4 , Fe 2 SiO 4 , обладающих повышенными защитными свойствами и препятствующих дальнейшему окислению.

Аналогично осуществляется термохромирование и термосилицирование. Так, получение хромовых покрытий (термохромирование) происходит с использованием порошка Cr или Cr – Fe при 900 – 1100 0 С в течение 8 -16 ч, в результате чего образуются слои покрытия толщиной 10 – 200 мкм.

Горячий способ получения покрытий основан на погружении основного покрываемого метала в расплавленный металл. Этот наиболее старый метод применяется для нанесения покрытий из легкоплавких металлов (Al, Zn, Sn, Pb и др.). В качестве жаростойких покрытий используют алитирование. Однако Al образует с железом твердые и хрупкие сплавы типа AlFe, Al 2 Fe, Al 3 Fe, для чего в расплав добавляют олово или другие металлы. Заготовку сначала помещают в ванну с флюсом, затем – с расплавленным металлом. Флюс для защиты от окисления обычно содержит NH 4 Cl + ZnCl 2 + глицерин.

Конденсационный способ получения покрытий основан на получение покрытия при испарении в вакууме наносимого материала, созданием направленного потока его частиц с последующим осаждением на поверхности основного покрываемого металла. При вакуумном напылении нагрев металла производится электронно-лучевой пушкой в вакууме с разрежением порядка 10 -7 – 10 -8 атм. Расплавленные пары напыляемого металла с помощью магнитной отклоняющей системы направляются на поверхность основного металла. Разновидностью способы является катодное распыление , при котором получение покрытия осуществляется распылением материала катода при газовом разряде. Переход материала катода в газовую фазу может происходить в результате испарения при нагревании или под действием бомбардирующих ионов. Испарение катода осуществляется за свет сопротивления (аналогично катоду в радиолампах), индукционного нагрева, электронно-лучевых пучков, электрической дуги. Наибольшее распространение получили магнетронный и вакуумно-дуговые методы катодного распыления.

Детонационный способ получения покрытий основан на получении покрытий из диспергированных материалов при взрыве горючих газов.

Вжигание (металлирование) основано на получении покрытий нагреванием диспергированного материала с флюсом и связующим веществом, нанесенного на поверхность покрываемого металла, в результате чего наносимый материал “припекается” или сплавляется c основным. Для покрытий используются порошкообразные металлы, сплавы, карбиды, нитриды, бориды и т.д. Технология получения покрытий состоит в нанесении на подготовленную поверхность деталей порошкового слоя и термической или термомеханической обработки, в процессе которой формируется спеченное покрытие.

Электрохимический способ получения покрытий в электролитах под действием электрического тока от внешнего источника основан на осаждении металлов на основной металл. Гальванические покрытия имеют ограниченное применение в качестве жаростойких, поскольку имеют небольшую толщину и низкую адгезию к основному металлу, они применяются при относительно невысоких температурах или для кратковременной защиты.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

Эмалирование - получение покрытий расплавлением силикатных материалов на поверхности покрываемого металла. Защитные свойства эмалей обеспечиваются сплавлением стеклообразных керамических составляющих, основу которых составляет кремнезем SiO 2 , и состоящих из неорганических оксидов (Сr 2 О 3 , Аl 2 О 3 , ТiO 2 , ZnO, SiО 2), оказывающих высокое сопротивление диффузии и повышающих жаростойкость стали, и минимального количества оксидов PbO, Na 2 О, СаО, облегчающих протекание диффузии в окалине и понижающих жаростойкость стали. Недостатком эмалей является хрупкость, недостаточная устойчивость к ударным нагрузкам и колебаниям температуры. В состав шихты жаростойких эмалей обычно входит кварцевый песок, Н 3 ВО 3 , ВаСО 3 , СаСО 3 , ТiO 2 , ZnO, которые сплавляют с последующим размолом застывшей остеклованной массы. Полученную водную суспензию наносят на металл, сушат и обжигают. Подобные эмали предназначены для защиты стальных деталей от окисления в газовых средах при температурах до 1000°С. Эмали на основе Сr 2 О 3 , Аl 2 О 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 используются для защиты от газовой коррозии до 1400 0 С. Методы нанесения эмалей аналогичны металлическим покрытиям.

Из других неметаллических жаростойких покрытий используются: фторопластовые (тефлоновые) покрытия (до 250 0 С), органосиликатные покрытия из теплостойких лаков на основе кремнеорганических полимеров с формулой R 3 SiO n SiR 3 , где R- CH 3 , C 2 H 5 и т.д. Для повышения жаростойкости в них вводят Cr 2 O 3 , TiO 2 и др. Кроме них используют покрытия на основе силоксановых лаков – полимерных кислородных соединениях кремния -O-Si-O-Si-O-Si-. Кремнеорганические покрытия работоспособны при температурах до 500 - 600 0 С.

Газотермический способ нанесения покрытий распылением позволяет наносить неметаллические материалы и пластмассы.

Наибольшую жаростойкость имеют покрытия из тугоплавких соединений - карбидов, нитридов, боридов, силицидов (до 2000 0 С), керамические (например, ZrO 2 + Al 2 O 3 + ТiO 2), и композиционные покрытия , состоящие из включений металлических и неметаллических составляющих. Композиционные покрытия - металлокерамические покрытия типа Cr-Al 2 O 3 ; Al-Al 2 O 3 ; Mo-ZrO 2 ; W-ZrB 2 ; W-ThO 2 ; W-HfO 2 (керметы), используемые в авиационной и ракетной технике. Методы нанесения этих покрытий аналогичны нанесению металлических покрытий с преобладанием плазменного напыления.

Защитные атмосферы

Применение защитных атмосфер при термообработке металлов позволяет отказаться от операций по очистке от окалины, которая к тому же нарушает геометрические размеры деталей, и дает экономию металла до 3,5%.

Общий принцип подбора атмосфер состоит в создании безокислительных условий, ∆G T >0, т.е. в соблюдении условия < , при котором окисление термодинамически невозможно.

Состав защитных атмосфер можно рассчитать из констант кривых равновесия газовых атмосфер с металлом. Практическое применение получили защитные атмосферы на основе газов: Ar 2 , He 2 , N 2 (нейтральные); Н 2 , СО, СН 4 (восстанавливающие); О 2 , СО 2 , пары Н 2 О (окисляющие); СО 2 и пары Н 2 О (обезуглероживающие для сталей); СО, СН 4 (науглероживающие для сталей); и вакуума.

Термодинамическая возможность окисления при взаимодействии металла и окислителя определяется по константам равновесия соответствующих реакций в зависимости от температуры. При высоких температурах возможность протекания реакций:

Fe + Н 2 О FeO + H 2 (3.1)