Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Для повышения надежности работы деталей машин и механизмов необходимо обеспечить эффективную защиту деталей и конструкций от коррозии. Коррозия представляет собой поверхностное разрушение металла под воздействием окружающей среды, механизм которого определяется химическими или физико-химическими процессами.
Коррозию классифицируют, в частности, по типу внешней коррозионной среды: коррозия в газовой среде, электрохимическая коррозия в водных растворах — электролитах, коррозия в жидкометаллических и химически активных средах. Коррозионная стойкость в газовой среде при повышенных температурах называется жаростойкостью.
Типы коррозионных повреждений весьма разнообразны. Коррозия может быть общей равномерной, местной язвенной, точечной, межкристаллитной и т.п. Механизмы коррозии определяются термодинамикой и кинетикой процессов химического и физикохимического взаимодействия сплавов с коррозионной средой.
Коррозионная стойкость и жаростойкость высоколегированных сплавов определяются стабильностью поверхностного пассивирующего или защитного оксидного слоя. Формирование указанных слоев, защищающих металл от коррозионного воздействия внешней среды, их стабильность, устойчивость в значительной степени связаны со степенью однородности структуры сплава.
Примером эффективного влияния легирования на коррозионную стойкость металла является резкое повышение коррозионной стойкости при введении в сталь ≥12 % Сr. Хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали характеризуются резким повышением электрохимического потенциала от отрицательного значения для активно корродирующего железа и малолегированных сталей до положительного, характерного для коррозионно-устойчивых благородных металлов (рис. 1.18). Этот эффект обусловлен пассивацией поверхности нержавеющих сталей в водных средах: образованием тонкой защитной пленки.
Хромистые и хромоникелевые стали обладают также высокой жаростойкостью, что связывают с образованием прочных оксидных пленок со структурой сложных оксидов — шпинелей, обладающих структурным соответствием с матрицей. Разрушение защитных пленок, образование дефектов структуры в виде трещин, пор в результате действия, например, термических напряжений приводит к ускорению коррозии, потере жаростойкости.
В области газотурбинной техники жаростойкость конструкционных материалов имеет существенное значение. Проблема обеспечения работоспособности ответственных деталей энергетических машин при высоких температурах газовой среды весьма актуальна. На рис. 1.19 приведены примеры коррозионного повреждения лопаток газовых турбин в результате интенсивного воздействия газового потока при высоких температурах.
Объемное легирование традиционных конструкционных материалов практически исчерпало возможности повышения жаростойкости, поэтому большое Значение имеют разработка и использование прогрессивных методов нанесения жаростойких покрытий, обеспечивающих высокое сопротивление высокотемпературной газовом коррозии и усталостному разрушению.
Возрастание температуры газового потока в газотурбинных двигателях сопровождается повышением рабочей температуры на поверхности лопаток турбины до 1000—1200 °С, Для повышения надежности и рабочего ресурса двигателей, защиты теплонагруженных деталей от высокотемпературной газовой коррозии применяют жаростойкие покрытия, предохраняющие поверхности лопаток от высокотемпературного окисления, эрозии и разупрочнения основного материала.
В покрытиях могут образовываться термоусталостные трещины, сколы, могут происходить эрозионный износ, внутреннее окисление, снижение концентрации защитных элементов (прежде всего алюминия), изменение структуры покрытий.
В решении проблемы создания эффективных защитных покрытий многое зависит от технологии. Так, например, с помощью технологических приемов снижения концентрации алюминия в слое покрытия с одновременным уменьшением его толщины до 0,01— 0,02 мм можно увеличить срок службы покрытия, получаемого алитированием в порошке ферроалюминия, до 300 ч. В этом случае срок службы покрытия контролируется в большей степени коррозионно-эрозионным повреждением наиболее горячих участков пера лопаток.