ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะ

ความต้านทานการกัดกร่อนคืออะไร?

ความสามารถของโลหะในการต้านทานการกัดกร่อนเรียกว่าการต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถนี้ถูกกำหนดโดยอัตราการกัดกร่อนภายใต้เงื่อนไขบางประการ คุณลักษณะเชิงปริมาณและคุณภาพใช้ในการประเมินระดับการกัดกร่อน

ลักษณะเชิงคุณภาพคือ:

• การเปลี่ยนลักษณะของพื้นผิวโลหะ

• การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคของโลหะ

ลักษณะเชิงปริมาณคือ:

• เวลาก่อนที่จะเกิดจุดสนใจแรกของการกัดกร่อน

• จำนวนจุดโฟกัสการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง

• การทำให้โลหะบางลงต่อหน่วยเวลา

• การเปลี่ยนแปลงของมวลโลหะต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา

• ปริมาตรของก๊าซที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาระหว่างการกัดกร่อนต่อหน่วยพื้นผิวต่อหน่วยเวลา

• ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสำหรับอัตราการกัดกร่อนที่กำหนด

• การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติในช่วงเวลาหนึ่ง (คุณสมบัติเชิงกล การสะท้อนแสง ความต้านทานไฟฟ้า)

โลหะต่างชนิดกันมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนต่างกันเพื่อเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน มีการใช้วิธีพิเศษ: การผสมเหล็ก การชุบโครเมี่ยม การชุบอะลูมิไนซ์ การชุบนิกเกิล การทาสี การเคลือบสังกะสี การทำทู่ ฯลฯ

เหล็กและเหล็กกล้า

เมื่อมีออกซิเจนและน้ำบริสุทธิ์ เหล็กจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว ปฏิกิริยาจะดำเนินไปตามสูตร:

ในกระบวนการของการกัดกร่อน ชั้นสนิมที่หลวมจะปกคลุมโลหะ และชั้นนี้ไม่ได้ปกป้องมันจากการถูกทำลายเพิ่มเติมเลย การกัดกร่อนจะดำเนินต่อไปจนกว่าโลหะจะถูกทำลายอย่างสมบูรณ์ การกัดกร่อนของเหล็กที่ออกฤทธิ์มากขึ้นเกิดจากสารละลายเกลือ: หากมีแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) อยู่ในอากาศเพียงเล็กน้อย กระบวนการกัดกร่อนก็จะดำเนินไปเร็วขึ้นมาก ในสารละลายกรดไฮโดรคลอริกอย่างอ่อน (HCl) ปฏิกิริยาก็จะดำเนินต่อไปเช่นกัน

กรดไนตริก (HNO3) ที่มีความเข้มข้นสูงกว่า 50% จะทำให้เกิดการทู่ของโลหะ — มันจะถูกปกคลุมด้วยชั้นป้องกันแม้ว่าจะเปราะบางก็ตาม กรดไนตริกที่ระเหยเป็นไอนั้นปลอดภัยต่อธาตุเหล็ก

กรดซัลฟิวริก (H2SO4) ในความเข้มข้นที่สูงกว่า 70% จะผ่านธาตุเหล็ก และถ้าเหล็กคลาส St3 ถูกเก็บไว้ในกรดซัลฟิวริก 90% ที่อุณหภูมิ 40 ° C อัตราการกัดกร่อนจะไม่เกิน 140 ไมครอนต่อปี ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ หากอุณหภูมิอยู่ที่ 90 ° C การกัดกร่อนจะดำเนินต่อไปในอัตราที่สูงขึ้น 10 เท่า กรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้นของธาตุเหล็ก 50% จะละลาย

กรดฟอสฟอริก (H3PO4) จะไม่กัดกร่อนเหล็ก และจะไม่กัดกร่อนตัวทำละลายอินทรีย์ที่ปราศจากน้ำ เช่น สารละลายอัลคาไลน์ แอมโมเนียในน้ำ Br2 และ Cl2 แห้ง

หากคุณเติมโซเดียมโครเมตหนึ่งในพันลงในน้ำ มันจะกลายเป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนของเหล็กที่ดีเยี่ยม เช่น โซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟต แต่คลอรีนไอออน (Cl-) จะดึงฟิล์มป้องกันออกจากเตารีดและเพิ่มการกัดกร่อนเหล็กมีความบริสุทธิ์ทางเทคนิค มีสิ่งเจือปนประมาณ 0.16% และมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง

เหล็กกล้าอัลลอยด์ปานกลางและอัลลอยด์ต่ำ

การเติมโครเมียม นิกเกิล หรือทองแดงผสมในเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำและอัลลอยด์ปานกลางจะเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนของน้ำและบรรยากาศ ยิ่งมีโครเมียมมากเท่าใด ความต้านทานต่อออกซิเดชันของเหล็กก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น แต่ถ้ามีโครเมียมน้อยกว่า 12% ตัวกลางที่มีฤทธิ์ทางเคมีจะมีผลทำลายเหล็กดังกล่าว

เหล็กกล้าอัลลอยด์สูง

ในเหล็กกล้าอัลลอยด์สูง ส่วนประกอบอัลลอยด์มีมากกว่า 10% หากเหล็กมีโครเมียม 12 ถึง 18% เหล็กดังกล่าวจะทนต่อการสัมผัสกับกรดอินทรีย์เกือบทุกชนิด ทนต่อกรดไนตริก (HNO3) เบส สารละลายเกลือหลายชนิด ในกรดฟอร์มิก 25% (CH2O2) เหล็กอัลลอยด์สูงจะสึกกร่อนในอัตราประมาณ 2 มม. ต่อปี อย่างไรก็ตาม สารรีดิวซ์ที่แรง กรดไฮโดรคลอริก คลอไรด์ และฮาโลเจนจะทำลายเหล็กอัลลอยด์สูง

เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีนิกเกิล 8 ถึง 11% และโครเมียม 17 ถึง 19% ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กกล้าโครเมียมสูงเพียงอย่างเดียว เหล็กกล้าดังกล่าวทนทานต่อสารออกซิไดซ์ที่เป็นกรด เช่น กรดโครมิกหรือกรดไนตริก ตลอดจนด่างแก่

นิกเกิลเป็นสารเติมแต่งจะเพิ่มความต้านทานของเหล็กต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่ออกซิไดซ์ ไปจนถึงปัจจัยในชั้นบรรยากาศ แต่สภาพแวดล้อมเป็นกรดรีดิวซ์และเป็นกรดด้วยไอออนฮาโลเจน - พวกมันจะทำลายชั้นออกไซด์ที่ทะลุผ่านส่งผลให้เหล็กสูญเสียความต้านทานต่อกรด

เหล็กกล้าไร้สนิมที่เติมโมลิบดีนัมในปริมาณ 1 ถึง 4% มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่าเหล็กกล้าโครเมียมนิกเกิลโมลิบดีนัมจะให้ความต้านทานต่อกำมะถันและกรดกำมะถัน กรดอินทรีย์ น้ำทะเล และสารเฮไลด์

Ferrosilicon (เหล็กที่เติมซิลิกอน 13 ถึง 17%) ที่เรียกว่าการหล่อเหล็ก-ซิลิกอน มีความทนทานต่อการกัดกร่อนเนื่องจากมีฟิล์มออกไซด์ของ SiO2 และกรดกำมะถัน ไนตริก และกรดโครมิกไม่สามารถทำลายได้ พวกเขาเสริมความแข็งแกร่งให้กับฟิล์มป้องกันนี้เท่านั้น แต่กรดไฮโดรคลอริก (HCl) จะกัดกร่อนเฟอร์โรซิลิกอนได้ง่าย

โลหะผสมนิกเกิลและนิกเกิลบริสุทธิ์

นิกเกิลมีความทนทานต่อปัจจัยหลายอย่าง ทั้งในบรรยากาศและในห้องปฏิบัติการ ต่อน้ำสะอาดและน้ำเค็ม ต่อเกลือที่เป็นด่างและเป็นกลาง เช่น คาร์บอเนต อะซีเตต คลอไรด์ ไนเตรต และซัลเฟต กรดอินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนและไม่ร้อนจะไม่ทำอันตรายต่อนิกเกิล เช่นเดียวกับการต้มด่างโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น (KOH) ที่ความเข้มข้นสูงถึง 60%

การกัดกร่อนเกิดจากตัวกลางรีดิวซ์และออกซิไดซ์, ออกซิไดซ์เกลืออัลคาไลน์หรือกรด, กรดออกซิไดซ์ เช่น ไนโตรเจน, ฮาโลเจนก๊าซชื้น, ไนโตรเจนออกไซด์ และซัลเฟอร์ไดออกไซด์

โลหะโมเนล (นิกเกิลสูงถึง 67% และทองแดงสูงถึง 38%) มีความทนทานต่อกรดมากกว่านิกเกิลบริสุทธิ์ แต่จะไม่ทนต่อการกระทำของกรดออกซิไดซ์ที่แรง มีความต้านทานต่อกรดอินทรีย์ค่อนข้างสูงและสารละลายเกลือจำนวนมาก การกัดกร่อนของบรรยากาศและน้ำไม่ได้คุกคามโลหะโมเนล ฟลูออไรด์ยังปลอดภัยสำหรับเขา โลหะโมเนลจะทนทานต่อไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) ที่จุดเดือดได้ 40% เช่น แพลทินัม

อลูมิเนียมอัลลอยด์และอลูมิเนียมบริสุทธิ์

ฟิล์มออกไซด์ป้องกันของอะลูมิเนียมทำให้ทนทานต่อสารออกซิไดเซอร์ทั่วไป กรดอะซิติก ฟลูออรีน บรรยากาศเพียงอย่างเดียว และของเหลวอินทรีย์จำนวนมากอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ทางเทคนิคซึ่งมีสิ่งสกปรกน้อยกว่า 0.5% ทนทานต่อปฏิกิริยาของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ได้เป็นอย่างดี

มันถูกทำลายโดยการกระทำของโซดาไฟในสภาพแวดล้อมที่ลดลงอย่างมาก กรดซัลฟิวริกเจือจางและโอเลียมไม่น่ากลัวสำหรับอะลูมิเนียม แต่กรดซัลฟิวริกแรงปานกลางจะทำลายมัน เช่นเดียวกับกรดไนตริกที่ร้อนจัด

กรดไฮโดรคลอริกสามารถทำลายฟิล์มออกไซด์ป้องกันของอะลูมิเนียมได้ การสัมผัสอะลูมิเนียมกับปรอทหรือเกลือของปรอทจะก่อให้เกิดอันตรายได้

อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าโลหะผสมดูราลูมิน (ซึ่งมีทองแดงมากถึง 5.5% แมกนีเซียม 0.5% และแมงกานีสสูงถึง 1%) ซึ่งมีความทนทานต่อการกัดกร่อนน้อยกว่า Silumin (เพิ่มซิลิกอน 11 ถึง 14%) มีความเสถียรมากกว่าในเรื่องนี้

โลหะผสมทองแดงและทองแดงบริสุทธิ์

ทองแดงบริสุทธิ์และโลหะผสมไม่กัดกร่อนในน้ำเค็มหรืออากาศ ทองแดงไม่กลัวการกัดกร่อน: เบสเจือจาง, NH3 แห้ง, เกลือที่เป็นกลาง, ก๊าซแห้งและตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่

โลหะผสม เช่น บรอนซ์ ซึ่งมีทองแดงจำนวนมาก ทนต่อการสัมผัสกับกรด แม้กระทั่งกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่เย็นจัดหรือร้อนเจือจาง หรือกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นหรือเจือจางที่อุณหภูมิห้อง (25°C)

ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน ทองแดงจะไม่สึกกร่อนเมื่อสัมผัสกับกรดอินทรีย์ ทั้งฟลูออรีนและไฮโดรเจนฟลูออไรด์แห้งไม่มีผลทำลายทองแดง

แต่โลหะผสมทองแดงและทองแดงบริสุทธิ์จะถูกกัดกร่อนด้วยกรดหลายชนิดหากมีออกซิเจน รวมทั้งเมื่อสัมผัสกับ NH3 เปียก เกลือของกรดบางชนิด ก๊าซเปียก เช่น อะเซทิลีน CO2 Cl2 SO2 ทองแดงทำปฏิกิริยากับปรอทได้ง่าย ทองเหลือง (สังกะสีและทองแดง) ไม่ทนต่อการกัดกร่อนสูง

ตรวจสอบรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่นี่ — ทองแดงและอะลูมิเนียมในงานวิศวกรรมไฟฟ้า

สังกะสีบริสุทธิ์

น้ำสะอาดไม่กัดกร่อนสังกะสีเหมือนอากาศบริสุทธิ์ แต่ถ้ามีเกลือ คาร์บอนไดออกไซด์ หรือแอมโมเนียในน้ำหรืออากาศ สังกะสีก็จะเริ่มสึกกร่อน สังกะสีละลายในเบสโดยเฉพาะอย่างยิ่งอย่างรวดเร็วในกรดไนตริก (HNO3) และช้ากว่าในกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริก

ตัวทำละลายอินทรีย์และผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมโดยทั่วไปไม่มีฤทธิ์กัดกร่อนสังกะสี แต่ถ้าสัมผัสเป็นเวลานาน เช่น น้ำมันเบนซินที่แตก ความเป็นกรดของน้ำมันเบนซินจะเพิ่มขึ้นเมื่อออกซิไดซ์ในอากาศและการกัดกร่อนของสังกะสีจะเริ่มขึ้น

ตะกั่วบริสุทธิ์

ความต้านทานสูงของสารตะกั่วต่อน้ำและการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศเป็นข้อเท็จจริงที่ทราบกันดี ไม่เป็นสนิม ฉันเป็นผู้นำ และเมื่ออยู่ในดิน แต่ถ้าน้ำมีคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากตะกั่วจะละลายในนั้นเนื่องจากตะกั่วไบคาร์บอเนตก่อตัวขึ้นซึ่งจะละลายได้อยู่แล้ว

โดยทั่วไป ตะกั่วมีความทนทานต่อสารละลายที่เป็นกลางมาก ทนต่อสารละลายที่เป็นด่างได้ในระดับปานกลาง ตลอดจนกรดบางชนิด: ซัลฟิวริก ฟอสฟอริก โครมิก และซัลฟิวริก ด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น (จาก 98%) ที่อุณหภูมิ 25 ° C ตะกั่วสามารถละลายได้ช้าๆ

ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ที่ความเข้มข้น 48% จะละลายตะกั่วเมื่อได้รับความร้อน ตะกั่วทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับกรดไฮโดรคลอริกและกรดไนตริกกับกรดฟอร์มิกและกรดอะซิติก กรดซัลฟิวริกจะปกคลุมตะกั่วด้วยชั้นของตะกั่วคลอไรด์ (PbCl2) ที่ละลายได้เล็กน้อย และการละลายต่อไปจะไม่ดำเนินต่อไป ในกรดไนตริกเข้มข้น ตะกั่วจะถูกเคลือบด้วยชั้นของเกลือเช่นกัน แต่กรดไนตริกเจือจางจะละลายตะกั่ว คลอไรด์ คาร์บอเนต และซัลเฟตไม่ก้าวร้าวต่อตะกั่ว ในขณะที่สารละลายไนเตรตนั้นตรงกันข้าม

ไททาเนียมบริสุทธิ์

ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีคือจุดเด่นของไททาเนียมไม่ถูกออกซิไดซ์โดยตัวออกซิไดเซอร์ที่แรง ทนทานต่อสารละลายเกลือ FeCl3 ฯลฯ กรดแร่เข้มข้นจะทำให้เกิดการกัดกร่อน แต่กรดไนตริกเดือดที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า 65%, กรดซัลฟิวริก - มากถึง 5%, กรดไฮโดรคลอริก - มากถึง 5% - จะไม่ทำให้เกิดการกัดกร่อนของไททาเนียม ความทนทานต่อการกัดกร่อนตามปกติของเบส เกลืออัลคาไลน์ และกรดอินทรีย์ทำให้ไททาเนียมแตกต่างจากโลหะอื่นๆ

เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์

เซอร์โคเนียมทนทานต่อกรดกำมะถันและกรดไฮโดรคลอริกได้ดีกว่าไททาเนียม แต่ทนทานต่ออะควาเรเจียและคลอรีนเปียกได้น้อยกว่า มีความทนทานต่อสารเคมีสูงต่อเบสและกรดส่วนใหญ่ ทนต่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2)

การกระทำของคลอไรด์บางชนิด กรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นเดือด aqua regia (ส่วนผสมของไนตริก HNO3 เข้มข้น (65-68 wt.%) และน้ำเกลือ HCl (32-35 wt.%) กรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อน และกรดไนตริกที่มีควัน เกี่ยวกับการกัดกร่อน นี่เป็นคุณสมบัติของเซอร์โคเนียมที่ไม่ชอบน้ำ กล่าวคือ โลหะนี้จะไม่เปียกน้ำหรือสารละลายที่เป็นน้ำ

แทนทาลัมบริสุทธิ์

ความต้านทานต่อสารเคมีที่ดีเยี่ยมของแทนทาลัมนั้นคล้ายกับแก้ว ฟิล์มออกไซด์หนาแน่นปกป้องโลหะที่อุณหภูมิสูงถึง 150°C จากการกระทำของคลอรีน โบรมีน ไอโอดีน กรดส่วนใหญ่ในสภาวะปกติจะไม่ทำปฏิกิริยากับแทนทาลัม แม้แต่กรดอะควาเรเจียและกรดไนตริกเข้มข้นก็ไม่ทำให้เกิดการกัดกร่อน สารละลายอัลคาไลน์ไม่มีผลต่อแทนทาลัม แต่ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ทำหน้าที่แทนทาลัมและใช้สารละลายอัลคาไลเข้มข้นเข้มข้น ใช้ละลายอัลคาไลน์เพื่อละลายแทนทาลัม