» » Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением
11.01.2015

До сих пор рассматривались закономерности растворителя как процесса. Теперь, используя полученные результаты, попытаемся описать закономерности изотермической коррозии твердого металла в тех терминах, которые обычно используются при коррозионных испытаниях. При этом будем полагать, что основным процессом, вызывающим коррозионное разрушение материала, является растворение. Пусть рассматриваемый образец или деталь находятся в ванне с жидким металлом объемом Vж, причем твердый и жидкий металлы в течение всего опыта находятся при постоянной температуре. Будем также полагать вначале, что жидкий металл не движется относительно твердого. Коррозию в таких условиях называют статической изотермической.
Под скоростью коррозии R будем понимать потерю веса с единицы поверхности образца твердого металла в единицу времени, т. е.
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

где P — вес металла, переходящего в жидкометаллический раствор; S — площадь поверхности образца, находящаяся в контакте с жидким металлом. В соответствии с общим определением для скорости изотермической коррозии в жидком металле может быть записано следующее уравнение:
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

где ρж — удельный вес жидкометаллического раствора при данной температуре (будем считать, что он равен удельному весу чистого жидкого металла).
Теперь, используя формулы (33) и (9), получаем для скорости коррозии в изотермических условиях выражение
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

Таким образом, скорость коррозии в жидкометаллической среде при постоянной температуре плавно изменяется от начального максимального значения Rиз макс = αρж*n∞ до нуля при достаточно большой длительности опыта. Из уравнения (35) видно, что скорость коррозии зависит от физико-химических свойств твердого и жидкого металлов, а также от размеров образца и жидкометаллической ванны.
На рис. 10 приведена зависимость скорости изотермической коррозии никеля в жидкой ртути при температуре 500° С от времени, построенная по данным работы. Видно, что изменение скорости коррозии во времени соответствует указанной выше закономерности.
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

Обычно при коррозионных испытаниях определяют вес образцов, и кривая зависимости изменения веса от времени является одним из основных источников информации о коррозионном воздействии среды. На основании формулы (33) потеря веса с единицы поверхности образца за время t может быть определена из соотношения
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

или в соответствии с (35)
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

Из формулы (37) следует, что потеря веса в жидком металле, так же как и скорость коррозии, зависит от свойств среды и образца и от отношения площади поверхности образца к объему жидкого металла.
Следовательно, для получения сопоставимых результатов коррозионных испытаний различных твердых металлов в одной и той же жидкометаллической среде или, наоборот, одного и того же твердого металла в различных средах необходимо эти испытания производить при одинаковых значениях отношения S/Vж. Если эти отношения различаются, то скорость коррозии при одном испытании Rиз1 может быть пересчитана для сравнения с соответствующее значение Sиз2 для условий другого испытания по формуле
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

На рис. 11 схематически представлена зависимость потери веса образца от времени. Из графика, а также из формулы (37) видно, что практически растворение происходит в течение ограниченного времени, а затем процесс протекает настолько медленно, что дальнейшим изменением веса можно пренебречь. Определим отрезок времени t0,9, в течение которого потеря веса образца составит 90% максимального значения. Максимальную потерю веса qиз макс определим из формулы (36), производя интегрирование от 0 до ∞; находим, что qиз макс = ρжn∞*Vж/S. Далее, в соответствии с определением находим, что
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

Формула (39) представляет интерес в связи с тем, что она позволяет правильно выбрать продолжительность коррозионных испытаний — общую продолжительность всех испытаний и каждого испытания в отдельности. Очевидно, что в том случае, когда не происходит межкристаллитной коррозии или диффузии атомов жидкого металла в твердый, общая продолжительность всех испытаний не должна превышать t0,9, а продолжительность каждого отдельного испытания должна быть короче t0,9. Следует отметить, что t0,9 соответствует не только 90% общей величины потери веса, но и уменьшению скорости коррозии в 10 раз.
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

Всe предыдущее справедливо для растворения в неподвижном жидком металле. Ho и для динамических условий, как показано выше, уравнение (9) может применяться, так как зависимость от скорости движения среды обнаруживает только константа скорости растворения. Таким образом, все выведенные выше формулы остаются в силе для обоих типов испытаний, только вместо а в динамических условиях в них должна быть введена ее функциональная зависимость от скорости движения жидкого металла v. Например, уравнение для отрезка времени t0,9 запишется следующим образом:
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением

На рис. 12 схематически показана зависимость потери веса образца от времени в неподвижной и движущейся жидкометаллической среде. Из схемы видно значительное увеличение скорости растворения в движущемся жидком металле. Из этой же схемы, а также из уравнения (40) следует, что отрезок времени t0,9 сильно сокращается в движущейся среде. Этот эффект влияния скорости на процесс растворения необходимо иметь в виду при проведении эрозионных испытаний и сравнении их результатов с результатами статических коррозионных испытаний для того, чтобы не принять его за эрозионное воздействие жидкого металла.
Закономерности изотермической коррозии, определяемой растворением