Коррозия и старение металла

Одним из самых распространенных материалов, которые используются в промышленности и строительстве, является металл. Даже на фоне появления технологичных стеклопластиков и композитов его уникальные комбинации эксплуатационных свойств не теряют актуальности. Тем не менее такие факторы, как старение металла, эффект усталости, коррозия и другие процессы разрушения ограничивают его применение, заставляя технологов искать средства повышения стойкости структуры.

Процесс старения

Под старением металлических сплавов и чистых элементов понимается изменение их эксплуатационных качеств. С течением времени конструкции и детали меняются в своей структуре, что отражается и в рабочих показателях. Считается, что процесс старения металла имеет негативные последствия, хотя он обуславливает и повышение отдельных полезных технико-физических свойств. Например, повышается твердость материала, хотя параллельно увеличивается и хрупкость. В любом случае изменение структуры отклоняет эксплуатационные качества, на которые делается расчет, к примеру, при разработке проекта здания или техники.

Время является главной причиной старения, но не единственной. Немалую роль в этом процессе могут играть внешние условия и особенно химические агрессивные среды, с которыми контактирует материал. В нормальных же условиях эксплуатации происходит медленное механическое старение металла, на фоне которого атомы изделия подвергаются диффузии.

Искусственное старение

Поскольку данный процесс не всегда приводит к полной утрате эксплуатационной ценности материала, а также способствует наращиванию некоторых качеств, нередко используется искусственное старение. Например, эта методика применяется к сплавам алюминия и титана в целях повышения их прочности. Достигается же этот эффект посредством термической обработки. Если естественное старение металла может происходить очень медленно даже при нормальной комнатной температуре, то искусственный процесс требует специальной закалки. Но важно учитывать принципиальное различие этого метода и технологии отпуска металла. Старение в искусственно созданных условиях обуславливает повышение твердости и прочности, но также способствует и уменьшению пластичности.

Меры предотвращения старения

В принципе, остановить этот процесс нельзя. Но замедлить его или исключить факторы, стимулирующие старение, с разной степенью успешности вполне возможно. К примеру, на некоторых производствах металлы отдельных конструкций периодически обрабатываются защитными растворами и полиролями, которые минимизируют влияние негативных факторов эксплуатации – химических, температурных, механических и т. д. Что касается замедления эффекта старения металла в условиях нормальной среды эксплуатации, то в зависимости от типа конструкции или детали может применяться та же термическая обработка. Сварщики, например, подвергают швы высокотемпературному воздействию при режимах 600-650 °С. Эта методика в большей степени близка именно к отпуску металлов, но она также позволяет сократить интенсивность старения.

Химическая коррозия

Процесс ржавления более опасен для металлов с точки зрения изменения технико-физических качеств. Коррозия может происходить под воздействием химического или электрохимического влияния на конструкцию. И если старение металла протекает медленно, то скорость распространения ржавчины может быть очень высокой в зависимости от внешних условий.

Химические коррозийные процессы обычно имеют место в случаях, когда металл напрямую контактирует с кислотными растворами, газовыми средами, солями и щелочами. Это наиболее активные стимуляторы коррозии, которые всегда находятся в окружающей среде, но в разных формах. В конечном счете на зоне поражения образуется хрупкий и рыхлый слой, наличие которого снижает долговечность материала.

Электротехническая коррозия

В данном случае происходит процесс самопроизвольного взаимодействия металлических изделий с электролитической средой. На его фоне деталь подвергается окислению, а жидкий активный компонент восстанавливается. Такие процессы могут возникать в точках контакта между сплавами, у которых разный электродный заряд. Если же на таких участках присутствуют солевые или кислотные растворы, то формируется гальваническая пара, в которой функцию анода выполняет элемент с низким электродным зарядом. Соответственно, высокий потенциал делает металл катодом.

Важно отметить, что и старение, и коррозия металла могут происходить даже без сильных стимуляторов. Для электрохимического ржавления достаточно минимального воздействия кислотной среды, которая может присутствовать и в закрытых помещениях. Но чаще всего таким процессам подвергается элементная база автомобилей. Причиной возникновения электрохимической коррозии в таких ситуациях может стать засор карбюраторных жиклеров, залегание топливных клапанов, нарушения в проводке пар электрооборудования и т. д.

Меры борьбы с коррозией

Большинство средств защиты представляют собой внешние покрытия, с которых и начинается разрушение структуры. Для этого могут применяться специальные напыления, лакокрасочные покрытия, порошки, эмали и лаковые составы. Эффективный барьер от коррозийного поражения формируется и методами предварительного цинкования перед вводом конструкции или детали в эксплуатацию.

Более серьезная подготовка предполагает и легирование. Подобная модификация структуры, в частности, может изменить и темпы старения металла, причем как в сторону повышения, так и к понижению. Существуют и специальные высокотехнологичные методы, применяемые на производствах и в промышленности. К таким можно отнести фаолитирование, деаэрацию и газотермическую обработку.

Заключение

Перечисленные процессы разрушения и изменения структуры металлов являются лишь частью тех явлений, которые могут оказывать влияние на характеристики материала. Особое место среди них занимает и эффект усталости. Это процесс, при котором постепенно накапливаемые повреждения обуславливают рост напряжения в структуре, что впоследствии приводит к утрате эксплуатационных свойств. Но в отличие от старения металла его усталость почти всегда обуславливается внешними физическими воздействиями.

Чтобы ни один из рассмотренных процессов не оказал негативного влияния на конструкционную стойкость изделия, следует изначально оценить его подверженность влиянию тех или иных факторов. Для этого технологи вырабатывают специальные методы контроля заготовок, указывая для проектных материалов их слабые и сильные технико-физические качества.