Диффузией кислорода

Установлено, что инконель 60Q, независимо от содержания в нем углерода (0,006—0,046 %), разрушается в 10 % NaQH при 315 °С [14, 15]. Сплав (18 % Сг, 77 % Ni), близкий к инко-нелю 600, но содержащий только 0,002 % С, проявляет склонность к КРН в воде при 350 °С [16]. До зарождения трещин при контакте с чистой водой обычно проходит несколько месяцев. Это подтверждает предположение, согласно которому сплав приобретает склонность к растрескиванию лишь тогда, когда концентрация медленно диффундирующих элементов, которые! обусловливают разрушение металла, достигает критического значения в области границ зерен. В качестве этих элементов рассматривают фосфор и бор [15, 17] (см. также разд. 18.3.3).

Пожалуй, несколько более заметные эффекты в области подокалины связаны с реакцией диффундирующих элементов газовой фазы с наиболее легко окисляемыми (с точки зрения величины AG°) компонентами сплава с образованием частиц внутренних оксидов (см. рис. 7). Как известно [144—149], сформировавшиеся внутри материала коррозионные частицы могут по аналогии со сплавами, дисперсноупрочненными оксидами [5, 148], повышать твердость и прочность сплавов при комнатной температуре. Повышение сопротивления ползучести сплавов, содержащих железо и хром, внутренними частицами коррозионных продуктов наблюдалось как в случае внутренних оксидов [150—154], так и при образовании внутренних карбидов [34, 150—152] и нитридов [152, 153— 157].

ДРС, Диффузионное насыщение из расплавов солей. В расплав, состоящий из смеси . солей хлористого бария и натрия, добавляют диффундирующий ' элемент и его галогениды. Во время изотермической выдержки деталей при 1000— 1200 °С происходит диффу-- знойное насыщение (например, хромирование). ДШ. Диффузионное насыщение из суспензий (шликерный способ) заключается в том, что суспензию наносят окраской, окунанием или пульверизацией на хорошо очищенные поверхности деталей, а после сушки на воздухе отжигают в вакууме, аргоне или в воздушной атмосфере. Температура и время отжига в печах определяют толщину^ диффузионного покрытия. Суспензию приготовляют из тонких порошков диффундирующих элементов и органического (жидкого) связующего.

ИХТО. Ионная химико-термическая обработка — прогрессивный способ азотирования, цементации, нитроцементации, си-лицирования, алитирования и т. Д. в ионизированных газовых средах.В специальных установках все поверхности обрабатываемых деталей (катодов) бомбардируются иона« ми диффундирующих элементов в плазме тлеющего разряда, в результате чего происходит очистка, разогрев и диффузионное насыщение деталей. Для высокотемпературных процессов (цементация, ^лицирование и _ДР^ вводится дополнительный Ра*

Скорость диффузии, как известно, зависит от коэффициента диффузии и концентрации диффундирующих элементов на границе раздела.

2) адсорбцию диффундирующих элементов на поверхности металла, в результате чего тончайший поверхностный слой насыщается диффузионно-активным элементом;

ДШ. Диффузионное насыщение из суспензий (шликер иы и способ) заключается в том, что суспензию наносят окраской, окунанием или пульверизацией на хорошо очищенные поверхности деталей, а после сушки на воздухе отжигают в вакууме, аргоне или в воздушной атмосфере. Температура и время отжига в печах определяют толщину диффузионного покрытия. Суспензию приготовляют из тонких порошков диффундирующих элементов и органического (жидкого) связующего.

ИХТО. Ионная химико-термическая обработка — прогрессивный способ азотирования, цементации, нитроцементации, си-лицирования, алитирования и т. д. в ионизированных газовых средах.В специальных установках все поверхности обрабатываемых деталей (катодов) бомбардируются ионами диффундирующих элементов в плазме тлеющего разряда, в результате чего происходит очистка, разогрев и диффузионное насыщение деталей. Для высокотемпературных процессов (цементация, Ьилицирование и др.) вводится дополнительный ра-

В результате диффузионной металлизации в поверхности стали возникают слои высоколегированных твердых растворов диффундирующих элементов в железе, создавая принципиально иные физико-химические свойства поверхностных, защитных слоев изделия.

мированным деталям, жаростойкостью, достигающей 900 °С, и эрозионной стойкостью. В зависимости от требований, предъявляемых к обрабатываемому изделию, и меняя состав насыщающей среды, возможно получение хромоалитированных слоев в различными соотношениями в концентрациях диффундирующих элементов.

Введение в порошковые стали углерода, меди, молибдена и других легирующих элементов приводит к резкому уменьшению глубины диффузионного слоя, изменению распределения диффундирующих элементов и структуры насыщенного слоя. В табл 17, Б приведены данные о влиянии легирования на параметры насьпценного слоя в легированной никелем, молибденом и медью стали ПК50. Время насыщения для всех режимов составляло 4 ч, температура насыщения — 1050 °С. Исключением является никель, который не оказывает влияния на скорость насыщения. При наличии молибдена насыщенная зона состоит из

Образование зоны внутреннего окисления обусловлено диффузией кислорода внутрь сплава, а легирующего элемента в обратном направлении, т. е. в сторону поверхности сплава, до встречи с кислородом, с которым он соединяется; градиенты концентрации кислорода и легирующей добавки линейны и окисел внутреннего слоя (подокалины) не создает существенного препятствия диффузии.

Уравнение для силы коррозионного тока, обеспечиваемого диффузией кислорода, имеет вид

Таким образом, локальный коррозионный ток 7, обеспечиваемый диффузией кислорода к макрокатоду, прямо пропорционален площади катода SK, а к микрокатоду — прямо пропорционален квадратному корню из площади, т. е. линейным размерам (радиусу или периметру) катода (правило площадей для макро-и микрокатодов).

Сила коррозионного тока, обеспечиваемого диффузией кислорода г pf. (Со2)о-со2) „ .. /=^д[(^о2)о-со2]Х X /^ = а/5к = = k2rK (506)

Диффузионный контроль протекания катодного процесса, т. е. контроль диффузией кислорода к катодным участкам, имеет место при катодных плотностях тока, близких к предельной диффузионной плотности тока 1Л1, и очень малых скоростях подвода кислорода к корродирующему металлу, обусловленных затрудненностью диффузионного процесса: а) в спокойных (неперемешиваемых) электролитах; б) при наличии на поверхности корродирующего металла пленки вторичных труднорастворимых продуктов коррозии; г) при подземной коррозии металлов.

Таким образом, в условиях контроля процесса коррозии металлов диффузией кислорода природа катодных и анодных участков и омическое сопротивление электролита не влияют существенно на скорость процесса.

Если в особо чистый металл вводить катодные примеси или структурные составляющие, то в условиях контроля катодного процесса диффузией кислорода это приведет, согласно уравнению (499), к увеличению путей диффузии кислорода и повышению скорости коррозии металла. Однако начиная с некоторой сравнительно низкой степени загрязненности катодными примесями, которая свойственна техническим металлам, дальнейшее увеличение катодных примесей или структурных составляющих мало влияет на скорость процесса. Н. Д. Томашов доказал, что при достаточно тонкой дисперсности катодов на поверхности металла или сплава, корродирующего с кислородной деполяризацией при ограниченной скорости диффузии кислорода, даже при сравнительно небольшой общей поверхности микрокатодов, практически используется весь возможный объем электролита для диффузии кислорода к данной корродирующей поверхности (рис. 168), т. е. микрокатоды работают так, как будто SK «* SMe.

Преимущественный контроль диффузией кислорода Преимущественный контроль водородной деполяризацией

Наиболее характерным катодным процессом в подземных условиях является кислородная деполяризация с преобладанием торможения транспорта кислорода к металлу. Транспорт кислорода в почве или грунте к поверхности корродирующего металла осуществляется направленным течением газообразной или жидкой фазы, конвекционным перемешиванием этих фаз или диффузией кислорода в газообразной или жидкой фазе (рис. 275).

чиваст скорость коррозии; при том же процессе, но контролируемом диффузией кислорода, при увеличении поверхности катода наблюдается другая картина. Так как диффузия и концентрация кислорода в растворе — основные факторы, которые лимитируют скорость коррозии металлов с кислородной деполяризацией в этих условиях, то этими причинами объясняется различная скорость коррозии одного и того же металла в разных грунтах, а также повышенна скорости коррозии металлов при движении раствора электролита относительно металла или при работе металлических мешалок.

При коррозии металлов с кислородной деполяризацией, когда скорость коррозии определяется диффузией кислорода, наблюдается более сложная температурная зависимость, так как действуют новые факторы (уменьшение растворимости кислорода, увеличение скорости его диффузии, возрастание конвекции и др.). Следовательно, при коррозии металла, скорость которой определяется, в частности, растворимостью кислорода, последняя с ростом температуры уменьшается и может иметь место обратная температурная зависимость — коррозия с повышением температуры может уменьшаться. Если лимитирующим фактором является ионизация кислорода, то повышение температуры увеличивает ско-рост коррозии за счет уменьшения перенапряжения ионизации кислорода. Уменьшение скорости коррозии вследствие понижения концентрации кислорода в растворе особенно характерно для коррозии железа в воде в открвггой системе. Вода в открытой системе при комнатной температуре содержит в I дм'1 около 6 см3 растворенного кислорода, а при температуре около 100° С растворимость кислорода в воде, находящейся в этой системе, практически падает до нуля. Вследствие этого скорость коррозии железа в воде изменяется при повышении температуры различно, в зависимости от того, открыта или закрыта система (рис. 42).