Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы - Клинов И.Я.

Author: Клинов И.Я.

Tags: химия металлургия металлы коррозия металлов коррозия коррозионная стойкость

Year: 1950

Similar

Краткий справочник по коррозии (химическая стойкость материалов)

Коррозия металлов. Физико-химические принципы и актуальные проблемы

Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии

Коррозия и защита химической аппаратуры. Том 9. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность

Text

и. я. клинов
к, чл,
КОРРОЗИЯ
ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ
И КОРРОЗИОННОСТОИКИЕ
МАТЕРИАЛЫ
^ Допущено Министерством высшего образования СССР
с*1 в качестве учебного пособия
^") для химико-технологических вузов и факультетов
<3>
Х»*мич ск,й зазод
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ХИМИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА 1950 ЛЕНИНГРАД

66+621-7
К35 18-5
Книга предназначена в качестве учебного
пособия для студентов
химико-машиностроительных и химико-технологических вузов.
В ией изложены основы учения о коррозии
и защите металлов с современной
электрохимической точки зрения; показана передовая роль
советской науки о коррозии; дано описание
металлов и сплавов, применяемых в химическом
машиностроении; приведены основные свойства
химически стойких неметаллических материалов
и указаны области их применения.
Книга может быть полезна для
инженерно-технических работников химических заводов,
проектных организаций и научио-исслеловательских
институтов.
К ЧИТАТЕЛЮ
Издательство просит присылать Ваши замечания
и отзывы об этой книге по адресу: Москва, 12,
Новая площадь, 10, Госхимиздат.

СОДЕРЖАНИЕ
.Предисловие 7
Введение .•> . 8
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
Глава I. Основные положения II
1. Виды коррозии 11
2. Кристаллическое состояние 12
3. Растворы электролитов 14
4. Электрохимические процессы, протекающие на границе
металл— раствор . . 17
5. Электродное потенциалы ~. . 17
6. Гальванические элементы 21
Литература .... 25
Глава II. Электрохимическая теория коррозии . . . ."'".' 26
1. Теория местных элементов 26
2. Поляризация и деполяризация . . . 28
3. Деполяризация вследствие удаления водорода с поверхности
катода '30
4. Деполяризация вследствие ионизации кислорода 34
5. Поляризационные кривые 36
6. Многоэлектродные элементы 38
7. Коррозия вследствие различной аэрации 41
8. Атмосферная коррозия 42
Литература 44
Глава III. Зависимость коррозии сплавов от их свойств и структуры 45
1. Типы сплавов 45
2. Диаграммы состояния 45*
3. Многофазные сплавы и их коррозия 47
4. Однофазные сплавы и их коррозия 48
5. Влияние состояния поверхности металла на коррозию 55
6. Влияние деформации и напряжений на коррозию 55 .
Литература 5S
Глава IV. Влияние различных факторов на коррозию 59
1. Влияние концентрации и состава агрессивной среды .... 59
2. Влияние температуры 61
3. Влияние скорости движения раствора 62
4. Влияние давления 64
5. Действие блуждающих токов 65
6. Влияние некоторых конструктивных особенностей аппаратуры *Щ
1* >

4 СОДЕРЖАНИЕ
7. Замедлители коррозии 71
Литература 74
Глава V. Химическая коррозия и пассивные пленки 75
1. Действие агрессивных газов иа металлы '. . . 75
2. Поверхностные пленки на металлах 78
3. Пассивность металлов 81
4. Теория пассивности металлов В. А. Кистяковского 83
Литература 86
Глава VI. Виды коррозионных разрушений и методы
исследования коррозии 87
1. Классификация коррозионных разрушений 87
2. Методы коррозионных испытаний металлов 90
3. Способы оценки коррозии 95
4. Лабораторные испытания 96
Литература , 100
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава VI/. Черные металлы и их сплавы 101
1. Железоуглеродистые сплавы • . . . 101
2. Железокремнистые сплавы . . 107
3. Железокремнемолибденовые сплавы ПО
4. Нержавеющие стали и чугуны 112
Литература , 133
Глава VII/. Цветные металлы и их сплавы 134
1. Медь 134
2. Медные сплавы 136
3. Никель 141
4. Никелевые сплавы 142
5. Свинец ...• 144
6. Алюминий 147
7. Алюминиевые сплавы 151
8. Магний 152
9. Цинк • 154
10. Кадмий • 154
11. Олово 154
12. Благородные металлы « 155
13. Тантал 156
Литература * 157
Глава IX. Металлические защитные покрытия 158
1. Основные принципы защиты железа от коррозии
металлическими покрытиями 158
2. Гальванические покрытия 160
3. Покрытие распылением (металлизация). 161

СОДЕРЖАНИЕ 5
4. Диффузионные покрытия 162
5. Покрытие методом погружения в расплавленный металл . . . 165
6. Плакирование 166
Литература 167
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава X. Общая характеристика и методы испытания
неметаллических материалов 168
1. Характеристика неметаллических материалов 168
2. Методы испытаний неметаллических материалов 173
Литература i 183
Глава XI. Горные породы 184
1. Общие сведения 184
2. Граниты 185
3. Андезиты 188
4. Бештауииты 188
5. Асбесты 191
6. Пылевидный кварц 191
7. Туфы 192
8. Фельзиты 193
9. Кварциты 194
Литература 194
Глава XII. Искусственные силикатные материалы, получаемые
путем полного расплавления сырья 195
1. Каменное литье 195
2. Плавленый кварц (кварцевое стекло) 199
3. Стекло . . 202
4. Кислотоупорная эмаль 205
Литература 211
Глава XIII. Искусственные силикатные материалы, получаемые
путем обжига до спекания 212
1. Керамика с плотным черепком (плотная керамика) 212
2. Керамика с пористым черепком (пористая керамика) 219
Литература 224
Глава XIV. Искусственные силикатные материалы, получаемые без
обжига конечного продукта 225
1. Силикатные кислотоупорные цементы 225
2. Глето-глнцернновые цементы 231
3. Цементы на основе серы 231
4. Портланд-цементы. . . • 232
5. Кислотоупорный бетон ; »*H?2L
Литература

6 СОДЕРЖАНИЕ
Глава XV. Естественные химически стойкие материалы
органического происхождения 239
1. Дерево 239
2. Уголь 249
Литература 251
Глава XV/. Пластические массы 252
1. Пластические массы и лаки на основе феноло-формальдегид-
ных смол 252
2. Пластические массы и лаки на основе полихлорвиниловых смол 262
3. Композиции и лаки на основе отходов производства
синтетического каучука 267
4. Асфальто-битумные пластические массы 269
■ 5. Прочие виды пластических масс 273
Литература . 276
Глава XV11- Материалы на основе каучука 277
. 1. Общая характеристика . 277
2. Химическая стойкость резины и эбонита 278
3. Обкладка аппаратов резиной 279
4. Лаки на основе каучука 283
Литература 283
Предметный указатель 284

ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга является учебным пособием по курсу
химического сопротивления материалов, читаемому в
химико-технологических и химико-машиностроительных вузах.
Задачей данного пособия является освещение и изложение
следующих вопросов:
1) причин коррозии металлов, сплавов и неметаллических
материалов, главным образом в химической промышленности;
2) основ учения о коррозии в свете современного состояния
науки и техники;
3) влияния на коррозию некоторых конструктивных
особенностей химической аппаратуры.
Излагая эти вопросы, автор стремился возможно полнее
осветить роль и приоритет советской науки в учении о коррозии и
показать опыт передовых предприятий химической промышленг-
ности в области борьбы с коррозией аппаратуры.
При составлении книги автор пользовался преимущественно
материалами лекций по курсу «Химическое сопротивление
материалов», читаемых им в Московском институте химического
машиностроения. Широко использованы также данные собственных
исследований по вопросам коррозии металлов и неметаллических
материалов.
Автор выражает благодарность за ценные указания и советы
чл.-корр. АН GCCP проф. Н. А. Изгарышеву, проф. С. Г. Веден-
кину, проф. К. А. Полякову, чл.-корр. АН СССР проф. С. 3. Ро-
гинскому, проф. Б. Н. Рутовскому, доц. А. И. Рычкову, доц.
А. В. Турковской, доц. Ю. А. Геллеру, ст. научн. сотр.
Е. И. Гуровичу и М. С. Веженковой, оказавшей также большую
помощь в подготовке рукописи к печати.
Автор

ВВЕДЕНИЕ
По мере развития техники вопросы коррозии и защиты
металлов приобретают все большее народнохозяйственное значение.
Практическое значение этой проблемы видно хотя бы из
того, что ежегодные мировые потери металлов вследствие
коррозии составляют в среднем от 10 до 25 млн. т.
Нет почти ни одной отрасли промышленности, где коррозия
не приносила бы больших убытков и не вызывала бы
безвозвратных потерь металла. Часто коррозия вызывает не только потери
металла, но и является причиной выхода из строя на некоторое
время отдельных установок и агрегатов, приостановки работы
целых цехов и предприятий и т. д. Коррозия, например,
газопровода, подающего газ на предприятия, или коррозия котла
высокого давления теплоэлектроцентрали может вывести их из строя
и нарушить промышленную жизнь целого района.
В химической промышленности явления коррозии имеют
особенно большое значение вследствие сильной агрессивности
большинства применяемых реагентов. Разнообразные по своему
характеру явления коррозии, протекающие при химических
процессах, вызывают необходимость применения для химической
аппаратуры самых различных конструкционных материалов.
Развитие передовой техники выдвигает перед химической
промышленностью ряд новых задач по подбору конструкционных
металлов и сплавов, неметаллических материалов и защитных
покрытий, удовлетворяющих требованиям высокой химической
стойкости при высоких температурах и давлениях.
Современные способы защиты металлов от коррозии — галь-
ваностегические, возникли на основе работ русского академика
Б. С. Якоби (первая половина XIX в.),'впервые получившего
сплошные покрытия путем электролитического осаждения
металлов.
После Октябрьской революции учение о коррозии нашло
блестящее развитие в работах советских ученых.
Необходимость систематической борьбы с коррозией
выявилась в связи с индустриализацией страны. Строительство новых
заводов, создание новых отраслей промышленности, особенно
химической и промышленности переработки нефти, потребовало
громадного количества химически стойких материалов и
изыскания более совершенных способов предохранении аппаратуры от

ВВВДЕНИЕ .9
коррозии. Интенсификация ряда производств в химической
промышленности и внедрение новых процессов, хвязанных с
применением высоких давлений и повышенных температур, вызвали
усиленный износ материалов, что также требовало глубокого
изучения явлений коррозии.
Основоположниками учения о коррозии являются русские
ученые В. А. Кистяковский и Н. А. Изгарышев, продолжающие и
в настоящее время вместе со своими сотрудниками и учениками
работать в этой области.
Первые работы В. А. Кистяковского, посвященные изучению
пассивности металлов, относятся к 1901 г. Работы В. А.
Кистяковского и его сотрудников дали теоретическое обоснование
явлений активности и пассивности металлов в растворах
электролитов я во влажной атмосфере, в результате чего была
предложена пленочная теория пассивности металлов.
Н. А. Изгарышев с 1913 г. изучал пассивность металлов,
главным образом, в растворах органических веществ. В 1922 г. им
была изложена в книге «Болезни металлов» электрохимическая
теория коррозии металлов. Предположение Н. А. Изгарышева,
что поверхность чугуна или стали в растворах электролитов
представляет собой комплекс связанных между собой
электродов с различными потенциалами, в дальнейшем подтвердилось
работами Г. В. Акимова и Н. Д. Томашова по многоэлектродным
системам.
Н. А. Изгарышевым и его школой впервые дано теоретическое
объяснение электрокристаллизации и свойств гальванических
покрытий, а такж:е влияния коллоидов и разных
физико-химических факторов на качество осадков.
В результате этих исследований и позднейших работ,
проведенных в Советском Союзе, развилась оригинальная советская
гальваностегия и был разработан способ термодиффузионных
покрытий. Достижения советской гальваностегии широко
используются и за рубежом.
Г. В. Акимов с 1930 г., а позднее Г. В. Акимов и Н. Д. Томашов
дали новые теоретические обоснования некоторых важных
коррозионных явлений в области структурной коррозии металлов. Они
создали теорию многоэлектродных элементов и дали метод
расчета гальванических систем при любом количестве электродов.
Эта теория позволила выяснить влияние ряда факторов, ранее
не учитывавшихся.
На основе изучения влияния легирующих добавок в
Советском Союзе освоено производство новых марок нержавеющих и
кислотостойких сталей.
Достигнуты также большие успехи в области теории и
практики применения антикоррозионных неметаллических материалов.
Широкое распространение в химической промышленности нашли

10 . ВВЕДЕНИЕ
различные кислотоупорные материалы неорганического
происхождения. Работы советских ученых дали возможность освоить
в производственном масштабе изготовление аппаратов и деталей
из различных кислотоупоров, каменного литья, плавленого
кварца, эмали и др. Изучение процессов твердения и
схватывания кислотоупорных цементов позволило разработать в СССР
способ изготовления крупных сооружений из кислотоупорного
бетона.
Для защиты химической аппаратуры от коррозии широко
применяются и органические материалы, особенно пластические
массы.
В качестве конструкционного материала находит также
применение уголь. Из него изготовляют различные аппараты для
некоторых процессов, которые не могут быть осуществлены
в металлической аппаратуре (производство синтетической
соляной кислоты и др.).
Физико-механические и антикоррозионные свойства
неметаллических материалов дают полное основание рассчитывать на
весьма быстрое расширение области их применения.
Успехи, достигнутые в Советском Союзе как в области теории,
так и практики защиты от коррозии, велики. Однако
современная технология выдвигает много новых задач по защите
аппаратуры. На разрешение этих задач в кратчайший срок и дальнейшее
развитие науки о коррозии направлены усилия советских ученых.
.- щ

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
ГЛАВЛ I
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Виды коррозии
Коррозией* называется разрушение металлов или
сплавов, происходящее при химическом взаимодействии их с
окружающей средой. В результате коррозии изменяются состав и
свойства материала.
Коррозия начинается на поверхности металла и постепенно
распространяется на более глубокие слои его.
Различают два вида коррозии:
1. Электрохимическую, которая вызывается
действием на металл растворов электролитов и обусловливается
наличием местных электрических токов.
2. Химическую, которая типична для действия на металл
сухих газов и жидких сред, не способных проводить
электрический ток.
Иногда наблюдается химическая коррозия металлов под
действием электролита.
Химическая коррозия возможна в том случае, когда
электролит обладает агрессивными свойствами, не обусловленными
диссоциацией (например, действие активного кисло_рйДа_персульг
фата калия на железо).
К этому виду коррозии относится также действие различных
газов на металлы при высоких температурах.
Чаще всего разрушение металлов вызывается
электрохимической коррозией.
Электрохимическая коррозия возникает при взаимодействии
металла и соприкасающегося с ним раствора электролита.
Естественно поэтому, что главное значение для процесса коррозии
имеют строение и состояние соприкасающихся фаз.
* Коррозию следует отличать от эрозии — разрушения, вызываемого
механическими воздействиями (удары водяных струй, истирание взвешенными
частицами и т. п.).

12
I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2. Кристаллическое состояние
В твердом состоянии все металлы представляют собой
кристаллические тела. Последние характеризуются закономерным
распределением атомов в пространственной (кристаллической)
решетке, отвечающей определенной кристаллографической
системе *.
Почти все металлы, имеющие техническое значение, имеют
кубическую или гексагональную решетку (рис. 1).
е
/
*■«*
V
■* 1
Л
У
а
6
. ЗфГ
- о;
--__^г_-
Рис. I. Типы кристаллических решеток, характерных
для технических металлов:
а—простая кубическая; о"—объеивоцевтрированная кубическая;
в—гранецентрировавная кубическая; г—гексагональная.
В простой кубической решетке атомы располагаются в
вершинах куба (рис. \,а).
В объемноцентрированной решетке (рис. 1,6) атомы
размещаются в вершинах и центре куба (в точке пересечения его
больших диагоналей). Решеткой такого типа обладают a-Fe, Cr, Mo, W.
* Это положение было развито Е. С. Федоровым и доказано рентгеновским
ааализом.

2. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ 13
В кубической гранецеитрированной решетке (рис. 1,в) атомы
помимо вершин куба занимают места в центрах граней. Решетку
этого типа дают Al, y-Fe, Ni, Cu, Ag, Pb, Pt.
Гексагональную решетку (рис. 1,г) имеют Be, Mg, Ti и
некоторые другие металлы.
Когда грани растущего кристалла находятся в неодинаковых
условиях, образуются монокристаллы с неправильными
очертаниями.
Обычно на практике имеют дело с твердыми телами,
состоящими из множества монокристаллов неправильной формы (поли-
::::::::::::::::ЙН::::1Ш
а
б
Рис. 2. Схематический вид структур гипотетической двухмерной
решетки:
а—идеальный кристалл; §—реальный кристалл.
кристаллические тела). Они получаются при одновременном
росте большого числа начальных зародышей кристаллизации.
В результате механической деформации, наличия загрязнений
и т. п., расположение атомов в кристаллической решетке может
измениться и наряду с основной структурой может возникнуть
вторичная структура — кристаллическая решетка искажается.
Поэтому большинство металлических кристаллов — кристаллы
реальные — отличается от идеальных кристаллов.
На рис. 2 показано различие: между идеальной и реальной
структурами гипотетической двухмерной решетки.
Поверхность металлов обладает высокой адсорбционной
способностью, благодаря чему молекулы, атомы и' ионы могут
адсорбироваться ею (поверхностью). Так как даже при самой
тщательной обработке поверхности металла не удается сделать ее
однородной, то различные участки поверхности металла
обладают различной адсорбционной способностью.

14
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки
металла, все время обмениваются друг с другом своими валентными
электронами. Электроны как бы являются «свободными» и
беспрерывно и беспорядочно перемещаются внутри кристаллической
решетки. Атомы металла по существу лишены свободных
электронов и поэтому заряжены положительно. В отличие от
нейтральных атомов, такие атомы называются ион-атомами.
Специфическая структура металлов, характеризующаяся
наличием свободных электронов и решетки из ион-атомов,
объясняет ряд свойств, типичных для металлов: пластичность, блеск,
электропроводность и др.
Электропроводность металлов обусловливается
направленным перемещением электронов под влиянием разности
потенциалов, приложенной к металлу. В отличие от
электропроводности растворов электролитов она не связана с переносом
вещества: электропроводность металлов носит название
электронной или металлической и является характерным свойством
металла.
Электроны обладают способностью самопроизвольно
переходить из одной металлической среды в другую при их
соприкосновении.
3. Растворы электролитов
Электролитами называются вещества, проводящие в
растворенном или в расплавленном состоянии электрический ток при
непрерывном выделении на электродах продуктов разложения
(электролиз). Электропроводность электролитов, таким образом,
сопровождается переносом вещества. Электролитами являются
кислоты, основания и соли.
Электропроводность растворов электролитов объясняется тем,
что в растворах молекулы растворенных веществ полностью или
частично распадаются (диссоциируют) на ионы: положительно
заряженные— катионы (Н+, Ag+, Zn2*, А13*) и отрицательно
заряженные— анионы (Cl~, SQf", POf" и т. п.). Молекулы кислот
диссоциируют на ионы водорода * Н+ я ионы кислотного
остатка R~; молекулы оснований диссоциируют на ионы металла
Ме+ и ионы гидроксила ОН~; молекулы солей — на ионы металла
Ме+ и ионы кислотного остатка R".
Катионы и анионы, перемещаясь под действием постоянного
электрического поля в разные стороны по направлению поля,
* В водных растворах кислот в действительности нет ионов Н+, ибо ионы
водорода реагируют с молекулами воды
Н+ + Н20—*НзО+
образуя так называемые иона оксоиия НаО+.

з.:растворы электролитов
15
подходят к электродам и разряжаются. Они таким образом
являются переносчиками электричества.
Чём больше концентрация ионов и чем с большей скоростью
они движутся в растворе, тем больше электропроводность
раствора.
Электролиты, почти полностью диссоциирующие в растворах
на ионы (минеральные кислоты, щелочи и все соли), хорошо
проводят электрический ток. В таких растворах имеются
благоприятные условия для возникновения электрохимической
коррозии металлов.
Коррозия металлов в растворах электролитов в
значительной степени зависит от реакции раствора: она протекает по-
различному в кислых, щелочных и нейтральных растворах.
Величиной, характеризующей реакцию раствора, является
концентрация водородных ионов.
В воде, которая плохо диссоциирована на ионы,
устанавливается подвижное равновесие между ионами Н+ и ОН-, с одной
стороны, и недиссоциированными молекулами НгО, с другой
стороны:
н++он- ^ н2о
Это равновесие характеризуется тем, что в любых водных
растворах произведение концентрации ионов водорода на
концентрацию ионов гидроксила является постоянной величиной,
числовое значение которой при комнатной температуре равно
КГ1*, т. е.
Сн+ • Сон- = Kw = Ю"14
Так как в чистой воде количества ионов Н+ и ионов ОН"
равны, то их концентрации составляют 10~7 г-экв/л. Такие
растворы, в которых концентрации ионов Н+ и ОН" равны 10~7,
называются нейтральными.
Если в воде растворена кислота, то, очевидно, концентрация
ионов Н+ в растворе станет больше, чем в чистой воде, т. е.
раствор, обладающий кислой реакцией, имеет Сн+ > 10т7.
Очевидно, что в растворах щелочей концентрация Н+ будет
меньше, чем в воде, т. е. раствор, обладающий щелочной
реакцией, имеет бн+ < 1(Г7.
Концентрацию ионов Н+ в растворе можно охарактеризовать
водородным показателем, который представляет логарифм
концентрации ионов Н+, взятый с обратным знаком:
— lgCH+ =рН

16
I. ОСНОВНЫЕ|ПОЛОЖЕНИЯ
Для нейтральной среды, где концентрация водородных ионов
равна 10~7, рН будет равен 7. Концентрации водородных ионов,
равной, например, ICh5 (кислая среда), соответствует рН = 5;
концентрации водородных ионов, равной 10~10 (щелочная среда),
соответствует рН = 10.
Кислые растворы имеют рН от 0 до 7, а щелочные — от 7
до 14. Практически нейтральным считают раствор при рН,
равном 6—8.
Рис. 3. Схема гидратированных ионов.
Ряд свойств (кислотность, электродный потенциал и др.) не очень раз
бавлеиных растворов зависит не от концентрации иоиов, а от величины ей
пропорциональной — активности иоиов
а = f-C
где /—коэфициеит активности, различный для разных растворов.
Поэтому точной характеристикой кислотности растворов является
активность иовов водорода и водородный показатель равен
рН = — lgaH+
В разбавленных растворах величина коэфициента активности близка
к единице и активность равна концентрации. Для таких растворов, очевидно
рН = — lgCH+
При рассмотрении большинства вопросов даже для не разбавленных
растворов можно с достаточной приближенностью пользоваться концентрациями
вместо активностей.
•>
Ионы растворенного электролита взаимодействуют с
молекулами растворителя — воды. Как известно молекулы воды
являются диполями. В электрическом поле иона они
ориентируются, между ионом и молекулами воды возникает
электростатическое притяжение и ион окружается оболочкой молекул
воды (рис. 3).
Это явление называется гидратацией. Гидратация
сопровождается значительным выделением энергии.

4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 17
+ +
+ +
+ +
+ +
+■
4. Электрохимические процессы, протекающие
на границе металл — раствор
При погружении металла в раствор электролита, содержащий
катионы данного металла, на поверхности металла протекают
сложные процессы взаимодействия ион-атомов металла с
полярными молекулами воды и ионами, находящимися в растворе.
В результате этого взаимодействия ион-атомы, находящиеся на
поверхности металла, гидратируются и переходят в виде
катионов в раствор, а катионы из раствора осаждаются на поверхности
металла. Скорость первого и второго процессов зависит
соответственно от состояния поверхности металла
и концентрации катионов в растворе.
Если скорость первого процесса
больше, чем скорость второго, то в
растворе у поверхности электрода появится
избыточное количество катионов и
раствор зарядится положительно. При этом
сама поверхность металла зарядится
отрицательно за счет избыточных электронов,
оставшихся после перехода в раствор
части ион-атомов.
Таким образом, на границе металл —•
раствор возникает двойной
электрический слой (рис. 4,а). При
образовании двойного слоя скорости
обоих процессов выравниваются и
дальнейшее растворение прекращается, так
как между электронами и катионами возникает
электростатическое притяжение, не дающее возможности катионам отойти от
поверхности металла. Система приходит в состояние
динамического равновесия.
Двойной слой образуется также в том случае, когда скорость
осаждения катионов на поверхности металла больше скорости
перехода ион-атомов в раоГВор.-~'Н^«--зтхщ.^щма поверхность
металла заряжается положит^лм^^а'сче^^катй^нЪв, а раствор
у поверхности металла заряжали Ъ^Щ&ШШта'&Ы счет избытка
анионов, оставшихся после| ЩМД^част!^ каоддаов из раствора
(рис. 4, б). • ■»—15.1:':;.1 ;у>Лйотекaj
5. Электродные потенциалы
Образование двойного слоя означает возникновение на
границе соприкосновения металла с раствором электролита,
содержащим катионы данного металла, скачка потенциала, который
называется равновесным электродным
потенциалом и который при заданных условиях имеет определенную
величину.
а а
Рис. 4. Схема двойного
электрического слоя:
а—металл заряжен
отрицательно; б—металл заряжен
положительно.
2 Зак. 1142. И. Я. 'Клинов.

18
i. основныешоложенйй
Измерение абсолютных величин потенциалов отдельных электродов
является при современном состоянии науки задачей неразрешимой. Однако для
решения большинства практических вопросов
достаточно знать только разность между
потенциалами электродов. Поэтому величины электродных
потенциалов измеряют по отношению к
стандартному электроду, электродный
потенциал которого условно принят равным нулю.
Таким стандартным электродом является
водородный электрод, представляющий собой пла.
типовую пластинку, покрытую свежеосажденной
платиновой чернью, насыщенную водородом при
7в0 мм и 25° и погруженную в раствор с
активностью иоиов водорода, равной единице.
Растворами с такой активностью являются, например,
2 и. H2S04 или 1,3 н. HC1. Водород, насыщающий
поверхность платиновой пластинки, соприкасаясь
с указанными растворами, при данной
температуре дает определенный скачок потенциала,
величину которого принимают равной нулю.
Водородный электрод неудобен в обращении,
поэтому в качестве стандартного электрода
часто применяют не водородный, а нормальный
каломельный электрод, потенциал которого по
отношению к водородному электроду равен
+0,28 в.
Устройство каломельного электрода
изображено на рис. 5.
На металлическую ртуть насыпают слой
каломели и затем наливают 1 н. раствор КС1;
в ртуть погружают стеклянную трубку с
впаянной в иее платиновой проволочкой. В трубку наливают ртуть, в,которую
погружают проволоку, соединяющую электрод с внешней цепью.
Для определения величины электродных потенциалов
металлов составляют гальваническую цепь
(Pt)Ha|H+||Me: -|Me
Hg.Ci,
Рис. 5. Каломельный
электрод.
и измеряют электродвижущую силу этой цепи. Так как э. д. с.
цепи равна разности потенциалов, а потенциал стандартного
водородного электрода принят равным нулю, то очевидно, что
э. д. с. цепи будет численно равна величине потенциала данного
металла.
Согласно принятому обозначению потенциалы металлов,
величина которых меньше величины стандартного потенциала
водорода, пишутся со знаком минус; соответствующие металлы
называются электроотрицательными. Потенциалы металлов, величина
которых больше величины стандартного потенциала водорода,
пишутся со знаком плюс; соответствующие металлы называются
электроположительными.
Величина равновесного электродного потенциала данного
металла зависит от концентрации его ионов в растворе.

S. ЭЛЁКТРбДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ 1*J
Эта величина может быть приближенно раесчитана по
уравнению Нернста
где Ео — нормальный потенциал;
R — газовая постоянная;
Т — абсолютная температура;
п — валентность иона;
F — число Фарадея;
С — концентрация.
Когда концентрация ионов металла в растворе равна
единице, второй член уравнения Нернста превращается в н^п>.
Электродный потенциал при этом становится равным
нормальному потенциалу. Таким образом, нормальный потенциал
представляет собой электродный потенциал металла, погруженного
в раствор с концентрацией (точнее, активностью) своих ионов,
равной единице, и является характерной величиной для данного
металла.
В табл. 1 приведены нормальные электродные потенциалы
наиболее важных металлов. Эти металлы, расположенные в»
порядке убывания их нормальных потенциалов, составляют,,* я д
напряжений.
» Таблица 1
Нормальные электродные потенциалы некоторых металлов при 25°
(ряд напряжений)
Металл
Золото . .
Ртуть . . .
Серебро .
Медь . . .
Медь . . .
Висмут . .
Сурьма . .
Водород .
Свинец . .
Олово . . .
Никель . .
Электродный
процесс
Au х * Аи3 +
Hg 5=£ Hg'+
Ag ^r± Ag+
Cu ^Z± Cu+
Си ^ZZ Cu2+
Bi ^=± Btf+
Sb 5=± St>3+
H2 ^z* 2H+
Pb ^z± Pb*+
Sn ^z± Sn2+
Ni ^Z± Ni2+

Нормальный
потенциал
в
+ 1,5
+ 0,86
+ 0,80
+ 0,51
+ 0,34
+ 0,23
+ 0,20
0,00
— 0,13
— 0,14
— 0,22
Металл
Кобальт . .
Кадмий . .
Железо . .
Хром . . .
Цинк . . .
Марганец .
Алюминий .
Магний . .
Натрий . .
Калий . .
Литий . .
Электродный
процесс
Со Z=± Со*+
Cd ^z£ Cds+
Fe 5Z£ Fe2+
Cr j£± Crs+
Zn ^z± Zn*+
Mn 5=± Mn2+
Al 5Г± АР+
Mg ^zt Mgs+
Na 5=± Na+
К ^=±K+
Li 5=t Li+

Нормальный
потенциал
в
— 0,29
— 0,40
— 0,44
— 0,56
— 0,76
— 1,10
— 1,34
— 1,55
— 2,71
— 2,92
— 2,96
2*

16 i. основные положений
Металлы, стоящие в ряду напряжений ниже водорода, —
электроотрицательны. Металлы, стоящие выше водорода, —
электроположительны. Более электроположительные металлы
называют благородными по отношению к металлам,
стоящим ниже их в ряду напряжений.
Чем более электроотрицателен металл, тем больше
возможность перехода его в ионное состояние. Если поместить металл
в раствор соли другого металла, обладающего более
положительным потенциалом, то погруженный металл<абудет переходить
в раствор, вытесняя из него ионы более благородного металла,
которые при этом будут осаждаться на металле, погруженном
в раствор.
„Например, цинк, погруженный в раствор РЬСЬ, покрывается
металлическим свинцом, причем эквивалентное количество цинка
переходит в раствор:
Pba+ + Zn_^.Zn«+ + Pb
Коррозия железной аппаратуры, применяемой в производстве
медных солей, также происходит вследствие реакции:
Fe + Cu2+ —>Cu + Fe2+
В химической промышленности наблюдается коррозия железа
растворами, содержащими трехвалентные соли железа, что
объясняется более электроположительным значением потенциала
Fe,Fe3+ по сравнению с потенциалом Fe Fe2+.
Так как между вытеснением ионов водорода и ионов металла
нет принципиальной разницы, то металлы более
электроотрицательные, чем водород, будут в ряде случаев вытеснять водород
из воды.
Растворение металлов с выделением из растворов более
благородных металлов часто имеет место при коррозионных
•процессах.
В промышленности большей частью подвергаются коррозии
металлы, погруженные в раствор электролита, содержащий ионы
других металлов. В этих случаях на границе металл — раствор
также возникают электродные потенциалы, однако эти
потенциалы являются неравновесными, так как погруженный
в раствор металл не находится в равновесии с собственными
ионами.
Уравнение Нернста, выведенное для расчета равновесных
потенциалов, а также ряд напряжений, приведенный в табл. 1,
неприменимы для неравновесных потенциалов. Величины
последних весьма различны в зависимости от природы раствора
электролита и заранее рассчитать их невозможно. В каждом
отдельном случае неравновесные потенциалы приходится
определять опытным путем.

6. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ 21
В табл. 2 приведены значения неравновесных электродных
потенциалов некоторых металлов в водных растворах,
содержащих 3% NaCl я 3% NaCl+ 0,1% Нг02.
Таблица 2
Неравновесные электродные потенциалы некоторых
металлов
Металл
Алюминий . .
Висмут . .
Железо .
Кадмий .
Кобальт
Магний
Марганец
Медь . .
Никель .
Олово .
Свинец .
Серебро
Сурьма .
Хром . .
Цинк . .
Электродный потенциал, в
Водный
раствор
3'|(, NaCl "
начальный
— 0,63
— 0,15
— 0,34
— 0,58
— 0,17
-1,45
— 1,05
+ 0,02
— 0,13
-0,25
— 0,39
+ 0,24
— 0,12
— 0,02
— 0,83
конечный
— 0,63
— 0,18
— 0,50
— 0,52
— 0,45
—
-0,91
+ 0,05
— 0,02
-0,25
— 0,26
+ 0,20
— 0,09
+ 0,23
— 0,83
Водный
раствор
31,'о NaCl + 0,l°|o H-jOo
начальный
— 0,52
—
— 0,25
+ 0,50
—
— 1,40
—
+ 0,23
. + 0,20
— 0,08
-0,35
+ 0,23
—
+.0,40
— 0,77
конечный
— 0,52
—
— 0,50
— 0,50
—
—
—
+ 0,05
+ 0,05
+ 0,10
— 0,24
+ 0,23
—
+ 0,60
— 0,77
Из табл. 2 видно, что электродные потенциалы металлов
зависят от рода электролита и что для многих металлов
начальные и конечные потенциалы различны.
На изменение величины неравновесных потенциалов с
течением времени могут влиять самые разнообразные причины,
например температура, движение и изменение состава раствора,
состояние поверхности металла и др. Характер и степень их
влияния на величину потенциала изучены недостаточно.
6. Гальванические элементы
Гальваническим элементом (гальванической цепью)
называется система, превращающая химическую энергию в
электрическую.
Как будет показано ниже, коррозия металлов обусловлена
возникновением гальванических элементов, поэтому мы подробно
рассмотрим наиболее часто встречающиеся типы этих элементов.

22
I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Элементы, образующиеся при погружении двух разных метал*
лов в растворы различных электролитов. Классическим
примером этого типа гальванических элементов является медно-цинко-
вый элемент.
В этом элементе цинковая пластинка погружена в раствор
сернокислого цинка, а медная пластинка в раствор сернокислой
меди. ВО избежание перемешивания оба раствора разделены
диафрагмой.
Если соединить обе пластинки металлическим проводником,
то, так как потенциал цинка по сравнению с медью более
отрицателен, электроны в металлической части системы начнут
перемещаться от цинка к меди. Равновесие в двойном слое у
поверхности цинка нарушится — катионы цинка перейдут от
поверхности цинка в раствор. В то же время электроны, перешедшие
на медную пластинку, образуют с катионами меди,
находящимися в двойном слое, нейтральные атомы меди, оседающие на
медной пластинке. В связи с разрядом ионов Си24- ионы SO|~
будут двигаться от меди к цинку.
Указанный процесс протекает непрерывно.
У цинкового электрода протекает процесс, который, следуя
Л. В. Писаржевскому, можно записать так:
Zna+-2t?-f лН.,0 —> Zn2+-«H20 + 2t?
У медного электрода протекает процесс:
Си2+-лН20 + 2е —> Cu2+-2e-f лН20
В целом в элементе протекает реакция вытеснения цинком
меди из растворов:
Zn2+.2e-fCu2+.«H20 —> Zn2+.«H90+Cu2+.2e
цинк растворяется, а медь осаждается из раствора.
Эта химическая реакция является источником электрической
энергии гальванического элемента.
Электродвижущая сила элемента равна разности
электродных потенциалов и, если последние известны, ее можно
вычислить *:
Если цинк и медь погружены в нормальные растворы своих
солей, можно, пользуясь рядом напряжений (табл. 1), подставить
* При точных вычислениях необходимо вносить поправку иа
диффузионный потенциал, возникающий на границе соприкосновения двух
разных растворов, в данном случае CuSO^ZnSOi-

6. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ 23
соответствующие значения потенциалов этих электродов и
вычислить э. д. с. элемента:
е = +0,34 —(—0,76) = 1,1в
В коррозионной практике элементы, аналогичные медно-
цинковому, встречаются редко.
Концентрационные элементы. Такие элементы образуются
при погружении электродов из одного и того же металла в
растворы различных электролитов или в растворы одного и того же
электролита, отличающиеся концентрацией, температурой,
насыщенностью кислородом, скоростью движения (при
перемешивании или перекачивании).
Примером гальванических элементов указанного типа может
служить любая концентрационная цепь, в которой электроды из
одинаковых металлов погружены в растворы, содержащие
одинаковые электролиты различных концентраций:
Fe | Fe3+ | Fe2+ | Fe
С j. С2
В такой замкнутой цепи всегда отрицательно заряжен
электрод, соприкасающийся с более разбавленным раствором, а
положительно — соприкасающийся с более концентрированным
раствором.
Металл, соприкасающийся с разбавленным раствором,
растворяется, а поверхность металла, соприкасающегося с
концентрированным раствором, "покрывается металлом из раствора.
Этот процесс длится до выравнивания концентрации обоих
растворов.
Одинаковые металлы, погруженные в растворы одних и тех
же электролитов, различающиеся только содержанием
кислорода, также образуют концентрационные цепи. Так, при
подземной коррозии трубопровод, подвергающийся воздействию почвы,
одинаковой по физико-механическому и химическому составу, но
различной по влажности, корродирует вследствие образования
цепи
Fe
влажная
почва
та же почва,
почти сухая
Fe
Эта цепь возникает вследствие неодинаковой концентрации
кислорода в различных зонах почвы и показывает разность
потенциалов, равную 0,5 в или даже выше.
Элементы, составленные из металлов, погруженных в
растворы одного и того же электролита одинаковой концентрации,
но различающиеся температурой, также будут работать по
принципу концентрационных цепей.

24
I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Из практики эисплоатаций химической аппаратуры известно,
что выпаривание без перемешивания ведет к более сильному
износу тех частей аппаратов, которые подвергаются воздействию
более разбавленного раствора. При смешивании растворов или
при одновременном растворении двух или нескольких веществ,
со стенками аппарата соприкасаются растворы разных веществ
или разной концентрации. Содержание кислорода всегда больше
в поверхностном слое жидкости, соприкасающемся с воздухом.
Разная температура жидкости, неодинаковая скорость движения
ее в различных местах аппарата приводят к возникновению
разности потенциалов между отдельными участками одного и того
же металла, соприкасающимися с одинаковыми растворами
электролита *.
Участки, которые в возникающем концентрационном элементе
являются электроотрицательными, будут усиленно
корродировать.
Элементы, образующиеся при погружении двух разных
металлов в раствор одного и того же электролита. Примерами этого
типа элементов являются следующие:
Fe|NaCl|Cr Fe[H2SOJCu
Железо в обоих случаях является электроотрицательным
электродом, хром и медь — электроположительными. Железо
растворяется, а на хроме и меди выделяется водород.
Элементы указанного типа весьма часто образуются в процессе
эксплоатации химической аппаратуры, так как аппарат может
быть изготовлен из различных металлов.
Возникновение гальванических элементов этого типа имеет
место не только при контакте двух разнородных металлов, но и
при воздействии раствора электролита на один и тот же металл,
отличающийся на разных участках физической или химической
неоднородностью.
Этим, в частности, объясняются случаи коррозии аппаратуры
на участках вблизи сварного шва, где неизбежно существует
зона металла, подвергавшаяся нагреву при более низкой
температуре, чем шов, или случаи коррозии заклепок, которые
изготовлены из того же металла, что и основная конструкция, но
имеют пониженный потенциал вследствие наклепа.
Весьма распространенными элементами этого типа являются
также гальванические цепи, возникающие при соприкосновении
* В литературе описан случай коррозии насоса, вызванный различной
скоростью движения жидкости. Концентрационный элемент возник между
корпусом насоса и рабочим колесом. ■ ■ • ■ . -

ЛИТЕРАТУРА 25
электролитов с техническими металлами, вследствие наличия
в последних примесей, или с гетерогенными сплавами.
Различными электродами в конструкционных металлах и
сплавах служат и разнородные структурные составляющие.
Электродвижущая сила таких элементов, даже небольшая, при
хорошей проводимости среды и низком потенциале
растворяющегося металла приводит к весьма значительной коррозии.
ЛИТЕРАТУРА
Агеев Н. В., Природа химической связи в металлических сплавах, изд.
Академии наук СССР, 1947.
Д о р ф м а н Я. Г. и К и к о и н И. К-, Физика металлов, Гос. техи. теорет.
изд., 1933.
Крен иг В. О., Коррозия металлов, ГОНТИ, 1938.
П е р ш к е В. К. и К л и и о в И. Я., Химическое сопротивление материалов,
Госхимиздат, 1940.
Т о м а ш о в Н. Д., Коррозия металлов с кислородной деполяризацией, изд.
Академии наук СССР, 1947.
Юм-Розери В., Структура металлов и сплавов, ГОНТИ, 1938.
Э в а н с Ю. Р., Коррозия, пассивность и защита металлов, Металлургиздат,
1941.
Энциклопедия металлофизики, т. I, ОНТИ, 1937.
•

ГЛАВА II
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
1. Теория местных элементов
Помимо описанных выше случаев коррозии,.вызванных
возникновением гальванических элементов и не нуждающихся
для. своего объяснения в создании особой теории, коррозия
металлов имеет место и там, где такие макроскопические
гальванические элементы отсутствуют. Так, например, внешне одно-,
родный кусок железа будет корродировать в водном растворе
хлористого натрия даже при условии, что температура и
концентрация раствора во всех точках одинаковы и перемешивание
отсутствует.
Причины коррозии в этих случаях впервые были разъяснены
электрохимической теорией местных элементов, которая
получила большое развитие в работах Н. А. Изгарышева, Г. В.
Акимова, С. А. Погодина и других советских ученых.
Поверхность реального кристалла, как об этом говорилось
выше, всегда является физически неоднородной. Вследствие
этого два соседних участка поверхности могут обладать в одном
и том же растворе электролита разными электродными
потенциалами. Так как эти участки непосредственно соприкасаются,
то система работает как местный микроэлемент. Участок
поверхности, на котором металл растворяется, называется
анодом, а участок, на котором разряжаются катионы
электролита, — катодом. При работе микроэлемента металл
корродирует.
Принципиальную схему коррозионного процесса можно
представить следующим образом (рис. 6).
Электроны переходят с анода на катод. В растворе
электролита перенос тока осуществляется ионами, причем анионы
передвигаются от катода _ к аноду, а катионы от анода к
катоду.
С анода ион-атомы переходят в раствор в виде катионов,
которые в некоторых случаях взаимодействуют с анионами
растворенного электролита, образуя недиссоциированные, или
нерастворимые соединения.
" Катионы растворенного электролита, присоединяя электроны,
разряжаются на катодных участках.
"V

1. ТЕОРИЯ МЕСТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 27
Электроны катода могут взаимодействовать не только с
катионами, но и с атомами и с молекулами, например с
кислородом с образованием иона гидроксила:
2е + Н20 + 0 _>20Н~
Частицы, взаимодействующие с электронами катода,
называются деполяризаторами (D).
Согласно терминологии, впервые введенной Л. В. Писар-
жевским (1914 г.), анодные процессы, т. е. процессы,
связанные с освобождением
электронов, называются
окислительными, а
катодные, связанные с
присоединением
электронов, —
восстановительными; с этой
точки зрения металл,
подвергающийся коррозии,
можно рассматривать как

слительно-восстановительную систему.
Местные элементы
могут возникнуть также
вследствие химической
неоднородности металла.
Роль катодных участков
обычно выполняют инородные
Металл
Раствор
£Ж@=й
Рис.
6. Принципиальная схема
коррозионного процесса.
в металле, а роль
включения
анодных участков играет основной металл.
Таким образом, процесс электрохимической коррозии
объясняется неоднородностью поверхности металла. Коррозия
рассматривается как результат процессов, протекающих на
анодных и катодных участках, причем непременным условием
считается пространственное разделение указанных участков
поверхности металла.
Причины возникновения электрохимической гетерогенности
поверхности металла могут быть самыми различными: включения
других металлов, анизотропность кристаллов, структурная
неоднородность поверхности, наличие неоднородных внутренних
напряжений в металле и др.
Согласно новым взглядам некоторых советских ученых,
вносящим принципиальные изменения в классическую теорию
электрохимической коррозии, даже если металлическая поверхность
абсолютно электрохимически гомогенна, все же должно
происходить растворение металла.
А. Н. Фрумкин и Я. М. Колотыркин в своих работах
показали, что пространственное разделение катодных и анодных

28 П. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
участков не обязательно для протекания электрохимического
растворения металлов. Согласно их взглядам анодный и
катодный процессы могут происходить на одном и том же участке
металлической поверхности одновременно.
Таким образом, исчезает принципиальное различие между
поведением однородной и неоднородной поверхности металла
в растворе электролита.
Н. Д. Томашов, исходя из термодинамических положений,
считает, что при растворении металла в электролите протекают
одновременно два процесса — гомогенно-электрохимический й
гетерогенно-электрохимический. В большинстве практических
случаев преобладает гетерогенно-электрохимический процесс и
лишь при растворении чистых металлов, и особенно амальгам,
преобладающее значение приобретает
гомогенно-электрохимический процесс.
Эти взгляды, однако, не умаляют значения
электрохимической теории местных элементов, которая нами принята при
дальнейшем изложении.
При многофазности сплава, что имеет место, в частности,
в технических металлах, загрязненных различными примесями,
возникает множество гальванических микроэлементов; каждая
фаза сплава получает электроны от менее благородной и
отдает их более благородной. Вопрос о том, какая из фаз
будет растворяться, а какая останется без изменения при
одновременной работе такого многоэлектродного элемента,
довольно сложен и зависит от ряда факторов, рассматриваемых
в дальнейшем.
2. Поляризация и деполяризация
Экспериментальные данные показывают, что э. д. с.
работающего гальванического элемента меньше разности потенциалов
его электродов в момент замыкания цепи и что коррозионный
процесс с течением времени замедляется. Изменение потенциалов
электродов после замыкания цепи носит название
поляризации. При поляризации катод становится более
отрицательным, анод более положительным. Понижение потенциала
катода носит название катодной поляризации, а
повышение потенциала анода —,# нодной поляризации.
Таким образом, интенсивность коррозионного процесса
определяется не только начальными значениями потенциалов аиода
и. катода в момент замыкания цепи, но в значительной степени
а явлениями поляризации.
Деполяризацией называют устранение или уменьшение
поляризации электродов. Деполяризация приводит к усилению
коррозионного процесса., - ...
Л'Г

5. ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ U&
При растворении металла, вблизи анодных участков
накапливаются ионы, перешедшие в раствор, концентрация ионов
повышается и потенциал анода становится более положительным.
Поляризация анода наблюдается также в случае покрытия его
образующейся пленкой.
Деполяризация анода может иметь место при перемешивании
раствора, или при образовании комплексных ионов, или при
выпадении продуктов коррозии в осадок. Так, например, медь
и ее сплавы образуют в растворе аммиака комплексный ион
[Cu(NH3b]2+; при этом у поверхности металла понижается
концентрация перешедших в раствор ионов и снижается потенциал
анода.
На катодных участках происходит сдвиг потенциала в
отрицательном направлении вследствие накопления на них
избыточных электронов, поступающих с анодных участков.
При деполяризации катода может иметь место разряд
катионов или образование анионов.
Разряд катионов. На катодных участках ионы металлов,
находящихся в растворе, разряжаются последовательно в порядке,
соответствующем ряду напряжений, составленному для данного
раствора. Так, если анодом в двухфазном сплаве является
железо, а электролитом кислая среда, содержащая одновременно
ионы серебра и меди, то первыми должны разрядиться ионы
серебра, далее ионы меди, а потом уже ионы водорода, всегда
имеющиеся в водных растворах электролитов.
В производственных условиях водные растворы
электролитов редко содержат более благородные ионы, чем ион
водорода, поэтому последний обычно разряжается на катоде.
Выделяющиеся на катоде ионы водорода оказывают весьма
сильное влияние на коррозионный процесс и сами обусловливают
поляризацию катода. Катодная поляризация в данном случае
сводится к тому, что, с одной стороны, разрядившиеся ионы
водорода как бы обволакивают катод и могут покрыть всю его
поверхность, препятствуя тем самым доступу к катоду новых
ионов из раствора электролита, а, с другой стороны, ионы
водорода недостаточно быстро связывают электроны, поступающие
с анодных участков.
В результате поляризации катода водородом
электродвижущая сила элемента, а также скорость растворения анода
уменьшаются.
Образование анионов. На катодных участках может
происходить процесс восстановления кислорода притекающими
электронами с образованием ионов ОН- по схеме
Оа-1-2Н20 + 4е-->40Н~

$0 II. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
Указанное явление обычно имеет место при наличии в
нейтральном растворе молекул растворенного кислорода,
адсорбирующихся на поверхности катода. Поэтому катод в данном
случае можно рассматривать как кислородный электрод. При
непрерывном доступе кислорода к катоду э. д. с. поляризованного
элемента возрастает, что влечет за собой увеличение скорости
коррозионного процесса.
3. Деполяризация вследствие удаления водорода
с поверхности катода
Процесс коррозии с выделением водорода на катоде
происходит в большинстве случаев при растворении металлов в средах
с высокой концентрацией водородных ионов, т. е. в растворах
кислот.
Деполяризация катода может происходить путем выделения
водорода в виде пузырьков газа или окислением водорода
кислородом воздуха или другим окислителем, содержащимся в
электролите.
Выделение водорода в виде пузырьков. Экспериментальные
данные показывают, что на катодах из разных металлов
выделение пузырьков водорода протекает при различных катодных
потенциалах, всегда более отрицательных, чем равновесный
потенциал водорода в данных условиях.
Разность f\n, между значением потенциала Es, при котором
наступает выделение водорода на данном металле, и
равновесным значением водородного потенциала Еп для того же
электрода в тех же условиях называется перенапряжением
водорода:
i\a, — Еъ.—Еа
Процесс выделения водорода на катоде сложен, он состоит из
нескольких стадий:
1) дегидратация иона водорода:
Н+-иНаО—> H+-f иНаО
2) присоединение электрона к иону водорода и образование
атомарного водорода:
Н++е—> Н
3) соединение атомов водорода попарно с образованием
молекул водорода:
H-f-H—>Н2
4) образование пузырьков из молекул водорода;
5) отделение пузырьков водорода от поверхности металла.

3. ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ ВСЛЕДСТВИЕ УДАЛЕНИЯ ВОДОРОДА $1
Последняя стадия имеет место, когда пузырьки водорода
достигнут такой величины, что смогут преодолеть поверхностные
силы и оторваться от электрода.
Медленное течение одной из стадий процесса вызывает
смешение потенциала катода в отрицательную сторону по
сравнению с равновесным потенциалом водородного электрода в
данном электролите, т. е. обусловливает перенапряжение.
В настоящее время следует считать наиболее обоснованной
теорию замедленного разряда ионов, развитую А. Н. Фрумки-
ным *. Эта теория объясняет перенапряжение медленностью
протекания второй стадии.
Для удаления водорода с поверхности металла, т. е.
водородной деполяризации катода, необходимо, чтобы потенциал анода
был отрицательнее потенциала выделения водорода на катоде
в данных условиях.
В растворах с рН >-7 гальванические элементы,
составленные из большинства металлов, будут работать без выделения
газообразного водорода, так как потенциал разряда ионов
водорода отрицательнее, чем потенциал анода. Только в растворах
с рН < 7 процесс коррозии может сопровождаться выделением
водорода. Металлы с очень электроотрицательным
потенциалом могут выделять водород из нейтральных и даже
щелочных растворов.
Таблица 3
Перенапряжение водорода на некоторые металлах
(прн плотности тока 1 ма/см-)
Металл
Алюминий
Висмут .
Вольфрам
Железо .
Золото .
Медь
Никель .

Перенапряжение
в
0,57
0,75
0,22
0,35
0,18
0,48
0,25
Металл
Платина
Ртуть
Серебро ....
Углерод (графит)

Перенапряжение
в
0,70
0,02
0,75
1,16
0,57
0,60
0,72
Перенапряжение водорода зависит от рода материала катода.
В табл. 3 приведены величины перенапряжения водорода для
ции
* А. Н. Ф р у м к и н, Электродные потенциалы, Труды второй конферен-
по коррозии металлов, т. I, изд. Академии наук СССР, 1940.

V
32
II. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
разных металлов. Наименьшее значение перенапряжения
водорода наблюдается на платине, т. е. с поверхности платины легче
всего удаляется водород (в виде пузырьков). С поверхности
цинка выделение водорода затруднительно, еще труднее оно
происходит с поверхности ртути и свинца. Чем больше
перенапряжение водорода на
катоде, тем меньше
величина э. д. с.
гальванического элемента и тем
медленнее протекает
коррозионный процесс.
Примеси в металле,
являющиеся более
положительными, чем основная
составляющая, ускоряют
растворение металла, если
перенапряжение водорода
на них невелико. Так,
например, известно, что
растворение чистого
цинка в серной кислоте
протекает медленно; при
загрязнении цинка
примесями других металлов
скорость растворения его
резко увеличивается.
На рис. 7
представлены данные о
растворимости цинка в 0,5 н. H2S04 в
зависимости от рода
примесей. Примеси меди и
железа в цинке резко
увеличивают
растворимость цинка, так как
перенапряжение водорода на меди и железе невелико; примеси
ртути и свинца повышают химическую стойкость цинка в серной
кислоте, замедляя его растворение, поскольку перенапряжение
водорода на ртути и свинце больше, цем на цинке.
Изменение концентрации растворар?если последний
достаточно разбавлен, мало влияет на перенапряжение водорода, но
при введении легко адсорбируемых веществ и электролитов
с ионами высокой валентности перенапряжение сильно
изменяется.
Перенапряжение водорода зависит также от плотности
поляризующего тока.
f
!
»Сй
^
<-■->
е^
180
160
140
/?Л
М*м
«с-,
Л
*§
^
8
Mi
>
I
80
60
40
20
1
ь
1
1
s
1
/
/
/
'
I*
1
/
3
i>
i-7
6
д
4
-^-
2 3 4 5
Время, чаш
6 7 8
Рис. 7. Влияние примесей на растворимость
циика в серной кислоте:
1—1<>/0 ртути; 2—1",'» свинца; 3—0,%1% алюминия;
4—чистый цинк; 5—1°(0 кадмия; 6—1,1°о мышьяка;
7—lJOS'lit олова; 8—\,Ш\а сурьмы; 9— 1,23'ю железа;
10—0,97о/о меди.

3. ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ ВСЛЕДСТВИЕ УДАЛЕНИЯ ВОДОРОДА 33
Эта зависимость выражается формулой
%а = в + ft lg /.
где %, — перенапряжение;
а и b — постоянные;
/ — плотность тока.
Постоянная b для всех металлов одинакова — около 0,12 при
комнатной температуре; постоянная а зависит от природы
металла и состояния его поверхности. Перенапряжение водорода
на всех металлах повышается с увеличением плотности тока. По
достижении некоторой величины плотности тока перенапряжение
водорода перестает расти.
Перенапряжение водорода на гладкой поверхности больше,
чем на шероховатой. Поэтому водород легче отделяется от
катода, имеющего шероховатую поверхность.
Перенапряжение водорода зависит от температуры,
уменьшаясь с ее повышением.
На перенапряжение водорода большое влияние оказывает
соотношение площадей анода и катода, а также сопротивление
гальванической пары.
Сила тока гальванического элемента, работающего с
водородной деполяризацией, подчиняется закону Ома и определяется
выражением
т Ек — ^а
1 —~~R~ '
где ЕК и Zfa — потенциалы катода и анода;
R— общее сопротивление гальванической пары,
складывающееся из сопротивлений электролита и
металлической части элемента.
Сопротивление металлической части при коррозионных
процессах обычно мало, так как анод и катод непосредственно
соединены друг с другом. Работами Г. В. Акимова * над моделями
гальванических элементов внесена ясность в механизм
растворения металлов, происходящего с выделением водорода.
На рис. 8 графически представлены результаты опытов
Г. В. Акимова, из которых следует, что изменение силы тока
элемента связано с изменением площади катода. С увеличением
площади катода при прочих равных условиях его потенциал еще
больше облагораживается, потенциал анода меняется мало. Чем
больше площадь катода, тем меньше плотность тока и
перенапряжение водорода, тем больше разность потенциалов н сила
* Г. В. Акимов, Теория микроэлементов в учении о коррозии металлов,
Труды второй конференции по коррозии металлов т. I, изд. Академии иаук
СССР, 1940.
3 Зак. 1142. И. Я. Клипов.

34
П. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
тока и тем сильнее растворяется анод. При увеличении площади
катода уменьшение внутреннего сопротивления также влияет на
увеличение силы тока.
Окисление водорода.
Присутствие кислорода в
электролите вблизи катодной
поверхности устраняет
накопление водорода вследствие
того, что кислород вступает
в реакцию с атомарным
водородом и окисляет его в
воду.
Скорость растворения
металла определяется
скоростью доступа кислорода к
поверхности катода. Если
жидкость находится в
движении, то катод поляризуется
меньше, чем в жидкости,
находящейся в состоянии
покоя.
В движущейся жидкости
катод непрерывно
соприкасается с новыми порциями жидкости, содержащей растворенный
кислород.
Коррозия с ■ окислением водорода наблюдается в растворах
кислородсодержащих кислот: азотной, концентрированной
серной, хромовой, а также в присутствии окислителей, например
перекиси водорода, и в хорошо аэрированных растворах.
Площадь катвда
Рис. 8. Зависимость электрических
характеристик цепи Си | 0,1 Н.НС1) Zn от
площади катода. Площадь анода равна
1 см2:
I—сила тока; 2?а—потенциал анода;
ЕК—потенциал катода; т—внутреннее сопротивление.
4. Деполяризация вследствие ионизации кислорода
Процессы растворения металлов, протекающие с
кислородной деполяризацией, обусловленной ионизацией кислорода на
катоде, наиболее распространены.
Растворение конструкционных металлов в нейтральных
растворах электролитов, в слабокислых растворах в присутствии
кислорода, а также во влажном воздухе протекает, главным
образом, с кислородной деполяризацией. Явления коррозии
металлов с кислородной деполяризацией еще недостаточно
изучены, однако на основе работ Н. Д. Томашова * в
настоящее время имеется возможность установиц^ механизм
ионизации кислорода на катоде.
W
* Н. Д. Том а шов, Коррозия металлов с кислородной деполяризацией,
Изд. Академии наук СССР, 1Щ7.

4. ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ ВСЛЕДСТВИЕ ИОНИЗАЦИИ КИСЛОРОДА 35
Согласно взглядам А. Н. Фрумкина* процесс катодного
восстановления кислорода не является процессом окисления
водорода в присутствии кислорода согласно уравнению
4Н + 0,—*2Н,0.
а протекает самостоятельно по реакции
02 + 2Н20 + 4е _> 40Н"
причем катод следует рассматривать как кислородный электрод,
существование которого обусловливается постоянно
поступающим к катоду кислородом.
Доступ кислорода таким образом является необходимым
условием для протекания указанного процесса. Так, например,
глубина погружения металла в электролит оказывает влияние
на интенсивность коррозионного процесса, протекающего с
кислородной деполяризацией. Детали, более глубоко погруженные
в электролит, медленнее растворяются, чем детали, находящиеся
ближе к поверхности жидкости, так как кислороду воздуха
приходится проходить более длинный путь, пока он достигнет
катодных участков.
На катоде наблюдается перекал ряжение кислорода,
аналогичное перенапряжению водорода. Процессы коррозии с
кислородной деполяризацией могут протекать в том случае, если при
данных условиях потенциал анода отрицательнее равновесного
потенциала кислородного электрода.
Перенапряжение кислорода зависит от плотности тока и от
рода материала (при интенсивном доступе кислорода).
Общая скорость коррозионного процесса при кислородной
деполяризации определяется скоростью поступления кислорода из
воздуха к катодной поверхности и значением перенапряжения
кислорода.
Вопросы скорости поступления кислорода к катодной
поверхности, изученные Н. Д. Томашовым **, позволяют установить ряд
закономерностей для процессов, протекающих с кислородной
деполяризацией. В частности, Н. Д. Томашовым показано для
многих случаев^ что увеличение количества примесей (катодных)
мало влияет на скорость растворения большинства металлов
и сплавов в нейтральных растворах электролитов, т, е.
коррозионный процесс почти не зависит от общей площади катодных
участков.
*Я. М.Колотыркин н А. Н. Фрумкин, Журнал физической
химии 15, 356(1941).
** Н. Д. Томашов, О механизме электрохимической защиты металлов
от коррозии, Труды совещания по вопросам коррозии, изд. Академии иаук
СССР, 1940.
3*

Зб П. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
шт
к,
к,
к?
Так, например, коррозия сталей с различным содержанием
углерода, протекающая в воде с кислородной деполяризацией, не
зависит от содержания углерода в стали. Это объясняется тем,
что в переносе кислорода к катодным участкам Ki, Къ Кг (рис. 9)
участвует не весь раствор, а расширяющийся кверху столб
жидкости. Поэтому уже при малом числе катодных участков
используются все пути для подвода кислорода и дальнейшее увеличение
числа катодных участков практически не изменяет количества
притекающего
кислорода и, следовательно, не
влияет на
коррозионный процесс.
Наряду с
кислородной деполяризацией
часто может
параллельно протекать процесс
водородной
деполяризации. Такие случаи
встречаются на
практике при коррозии железа
в разбавленных растворах серной кислоты или алюминия в
нейтральных растворах. Если при растворении металла с кислородной
деполяризацией первичные продукты коррозии на аноде и катоде
(Ме+-лН20 и ОН-) диффундируют от поверхности металла
навстречу друг другу, возможно взаимодействие между ними и
образование вторичных продуктов коррозии, т. е. твердой фазы.
Например, при коррозии железа с анода перейдут в раствор
гидратированные ионы железа Fe2+ • лН20, а с катода — ионы
ОН-. Они будут диффундировать навстречу друг другу и при
встрече образуют гидрат закиси железа, являющийся вторичным
продуктом коррозии. В дальнейшем, при доступе кислорода,
гидрат закиси железа может перейти в гидрат окиси, согласно
уравнению:
4Fe(OH)2-f 02 + 2НаО —* 4Fe(OH)8
Рис. 9. Пути диффузии кислорода к
катодным включениям.
5. Поляризационные кривые
Скорость коррозионного процесса (глава II, § 2) в значшель- %
ной степени определяется поляризацией электродов. у
Для изучения поляризации систем в настоящее время
Широко применяют метод снятия поляризационных кривых анода
и катода, предложенный в общем виде Эвансом и в дальнейшем
разработанный Г. В, Акимовым и Н. Д. Томашовым.
Поляризационные кривые широко используются при изучении
коррозионных процессов.

5. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ КРИВЫЕ
37
В схематической диаграмме, приведенной Г. В, Акимовым *
(рис.10), потенциалы анода и катода сопоставлены с силой тока
в системе. На оси абсцисс отложена сила тока /, а на оси
ординат соответствующие значения потенциалов Ел и £_ (вверх —
более отрицательные значения), пунктиром показано общее
сопротивление системы _обЩ-
Сила тока / определяет скорость коррозии. По мере
изменения сопротивления изменяется и сила тока, а именно при
уменьшении сопротивления сила тока в системе увеличивается.
При этом вследствие
увеличения поляризации уменьшается
разность электродных
потенциалов — катод делается
отрицательнее, а анод положительнее.
В данной схеме поляризация
катода сильнее поляризации
анода. Увеличение силы тока
при падении разности
потенциалов объясняется тем, что в
приведенном случае общее
сопротивление системы изменяют
произвольно и оно
уменьшается быстрее, чем разность
потенциалов.
Точка пересечения Еа и Ек
соответствует для данной
системы максимально возможной
силе тока, при которой
происходит полная поляризация
пары. Эта точка соответствует
Ел=Ек и разность
потенциалов при этом равна нулю. Это мыслимо только при условии,
если и общее сопротивление равно нулю. Практически такой
случай невозможен, так как раствор электролита неизбежно создает
внутреннее сопротивление в системе. Поэтому, как бы близко
мы ни продвигались к точке пересечения поляризационных
кривых аиода и катода, всегда будем иметь некоторую разность
потенциалов (&Е). В реальных условиях мы можем только
близко подходить к этой точке пересечения.
Равенства потенциалов электродов (точка пересечения
поляризационных кривых) можно достигнуть только при
поляризации электродов от постороннего источника. Сила тока работаю- .
Щей электрохимической системы будет всегда меньше
теоретического максимального значения /макс.
•
* Г. В. Акимов, Основы учения о коррозии и защите металлов, Метал-
лургиздат, 194(5.
Сила тона ——
Рис. 10. Изменение анодного и
катодного потенциала гальванической пары
в зависимости от силы тока:
На—потенциал анода; Ек—потенциал катода;
шобщ — общее сопротивление системы.

38
II. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
Если пренебречь сопротивлением системы, сила тока будет
определяться только поляризацией.
На рис. 11 изображены три основных вида поляризационных
диаграмм, в которых кривые поляризации даны схематически
в виде прямых. Относительный наклон кривых определяет
большую или меньшую роль катодной и анодной поляризации.
Если точка пересечения полностью определяется наклоном
катодной кривой (рис. 11, а), то в основном изменение начальной
Сила тона Сила тона Сила тона
a d a
Рис. 11. Основные виды поляризационных диаграмм:
а—поляризация катода; б—поляризация аяода; в—поляризации обоих электродов.
разности потенциалов происходит вследствие поляризации
катода; если точка пересечения определяется наклоном анодной
кривой (рис. 11,6), то изменение разности потенциалов
обусловлено поляризацией анода. В большинстве случаев мы
встречаемся с изменением разности потенциалов вследствие примерно
одинаковой поляризации обоих электродов (рис. 11, в).
6. Многоэлектродные элементы
Технические металлы и сплавы, погруженные в раствор
электролита, в большинстве случаев представляют собой коротко-
замкнутые многозлектродные гальванические элементы. При
этом одни участии их являются катодами, другие анодам».
Решить вопрос о том, какие электроды в таких система^
являются катодами и какие анодами весьма затруднительно/
В 1930 г./ Г. В. Акимов впервые предложил теорию
многоэлектродного элемента, которая в основном сводится к тому, что
в данной системе электрод является катодом или анодом в
зависимости от того, будет ли его потенциал больше или меньше
полусуммы потенциалов двух электродов с наиболее
отличающимися в данной среде эффективными потенциалами. В первом
случае такой электрод будет работать как катод, во втором —
как анод. Эта теория, допускающая количественное решение
вопроса только для трехзлектродной системы, не учитывала не^

6. МНОГОЭЛЕКТРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ 39
которых факторов, как-то: соотношения площадей электродов,
поляризации электродов, сопротивления системы и др.
В настоящее время, благодаря работам Н. Д. Томашова,
теория многоэлектродных элементов Г. В. Акимова получила
дальнейшее развитие и дает более правильное понимание работы
миогоэлектродных систем с любым количеством электродов.
В качестве простого примера рассмотрим работу двухэлектрод-
ного элемента Zn—Pt, в систему которого присоединен третий
электрод (Cd), который может
перемещаться в цепи (рис. 12). Опыт
показывает, что в среднем положении кадмий
не будет ни катодом, ни анодом;
перемещение кадмия к платине делает его
катодом, а к цинку — анодом.
Полярность промежуточного электрода в такой
системе зависит от его расположения по
отношению к другим электродам. Все
факторы, способствующие повышению
потенциала катода (усиление
деполяризации, перемешивание раствора, добавка
окислителей и др.), снижают потенциал
нового промежуточного электрода,
работавшего катодом, и в некоторых случаях
он может стать анодом.
Опыт также показывает, что,
увеличивая площадь основного катода по
отношению к основному аноду, можно все
промежуточные катоды превратить в аноды. Увеличение площади
анода приводит к превращению слабых анодов в катоды. Чем
меньше площадь электрода при прочих равных условиях, тем
меньше его влияние на другие электроды системы. Включение
нового электрода действует, в зависимости от его полярности,
аналогично увеличению площади соответствующего электрода.
На рис. 13 схематически показаны результаты работы
системы Al—Cd при постепенном подключении трех других
электродов (Pb, Zn и Pt).
В положении а алюминий — анод, кадмий — катод. В
положении б свинец, являясь более сильным катодом, чем кадмий,
превращает последний в анод, алюминий остается анодом. В
положении в цинк, являющийся сильным анодом, превращает
как кадмий, так и алюминий в катоды; свинец остается катодом
и усиливает свою работу. В положении г подключена платина —■
алюминий и кадмий ослабляют свою работу, но остаются
катодами, цинк усиливает свою работу как анад. Если к системе*
присоединить еще один катод, например медный электрод, то
алюминий и кадмий можно перевести в аноды. ,:,
-о,оз
О 5 W
Расстояние
Рис. 12. Изменение
полярности
промежуточного электрода Cd в
зависимости от его
положения по отношению к Zn
и Pt.

40 п. электрохимическая теория коррозии
При коррозии, протекающей с водородной деполяризацией,
увеличение площади катода влечет за собой уменьшение
поляризации и более интенсивное разрушение анодной поверхности.
Однако эта закономерность не всегда наблюдается в случае
коррозии с кислородной деполяризацией. Например, скорость
коррозии стали и чугуна (у
последнего больше включений, т. е. больше
катодная площадь) в случае
протекания процесса с водородной
деполяризацией различна, в то время как
скорость коррозии этих же металлов при
кислородной деполяризации почти
одинакова. Последнее явление имеет место
в том случае, когда исчерпаны все пути
для доступа кислорода к катодным
участкам.
Пользуясь теорией
многоэлектродного элемента, можно разрешить ряд
практических вопросов. В частности,
эта теория обосновала метод
протекторной защиты, который состоит в том,
что к металлической конструкции,
подвергающейся коррозии вследствие
действия на ее поверхности местных
гальванических элементов,
присоединяют дополнительный анод, что
способствует уменьшению скорости
коррозии анодных участков конструкции
и переходу их в катоды, в то время,
как он сам (дополнительный анод)
разрушается. Протекторная защита
осуществляется присоединением к
защищаемой конструкции при помощи
проводника пластины металла,
имеющего более отрицательный потенциал,
чем потенциал самой конструкции. %
Протекторная защита широко при¥
меняется в судостроении; протектором
служит цинк, хорошо защищающий конструкции из стали и
алюминия от коррозии в морской воде. Дуралюмин в морской
воде полностью защищается алюминием, кадмием и цинком (даже
при контакте дуралюмин а с медью).
Для того чтобы протектор работал эффективно, требуется
соблюдение ряда условий (соотношение площадей протектора и
защищаемой конструкции, форма и размеры протектора, правильное
прикрепление его и т. д.).
щ
Zn
%
М
.it:
Cd
V
РЬ
1
\
\ \
Рис. 13. Изменение работы
отдельных электродов
гальванической системы при
подключении нового электрода
(ширина отдельных ветвей
пропорциональна силе
устанавливающегося в цепях тока).

7. КОРРОЗИЯ ВСЛЕДСТВИЕ РАЗЛИЧНОЙ АЭРАЦИИ 41
7. Коррозия вследствие различной аэрации
При коррозии, протекающей с кислородной деполяризацией,
скорость коррозионного процесса большей частью лимитируется
доступом кислорода к катодной поверхности растворяемого
металла. Влияние кислорода еще сильнее сказывается, если
смывание им металла происходит неравномерно. Опытные данные
показывают, что между двумя участками металлической
поверхности может протекать электрический
ток вследствие различного доступа
к ним воздуха.
Участок, подвергающийся интен*
сивному воздействию кислорода,
может покрыться окисной пленкой,
станет катодом и не будет
растворяться; разрушение будет
происходить на участке, к которому доступ
кислорода затруднен.
Гальванический элемент, возникающий
вследствие различной скорости диффузии
кислорода или воздуха к разным
участкам поверхности металла,
представляет собой пару, работающую
вследствие различной аэрации. ^ рис. и. Постепенное разруше-
Коррозия вследствие различной ние стальной пластинки, по-
аэрации часто возникает на тех груженной в раствор
электроучастках конструкций и сооруже- лита-
ний, которые менее доступны
воздействию кислорода, чем остальная поверхность. Такими
участками являются углубления в виде царапин, раковин и т. п.
В частности, интенсивная коррозия замечается в местах пере-
хлестки заклепочных швов и в так называемых «водяных
мешках», в которых скапливается вода и весь кислород
израсходован. Эти участки по отношению ко всей конструкции становятся
анодами. Иногда коррозия трубопроводов в почве также
объясняется возникновением пары за счет неравномерной аэрации.
Коррозия сооружений, частично погруженных в спокойную
жидкость (например, водяные затворы газгольдеров, сборники,
резервуары, цистерны, полностью не залитые нейтральными
растворами или водой), большей частью вызывается
неравномерным поступлением кислорода к поверхности металла.
Наибольшая коррозия наблюдается на некотором расстоянии от
ватерлинии, где приток кислорода меньше, чем у поверхности
жидкости.
На рис. 14 схематически показано постепенное разрушение
стальной пластинки, соприкасающейся до известного уровня

42
И. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
с раствором электролита. В начальный период коррозии может
образоваться первая зона разъедания металла (I). По мере
израсходования кислорода в нижних зонах, начинается
постепенное растворение новых участков металла, расположенных ближе
к поверхности жидкости.
Вторая (II) и третья (III) зоны относятся к более поздним
стадиям коррозии.
8. Атмосферная коррозия
Атмосферная коррозия железа в большинстве случаев
протекает с кислородной деполяризацией. Сухой воздух не оказывает
действия на железные сплавы; коррозия начинается только при
относительной влажности воздуха выше 60% и наличии на
поверхности металла пыли, грязи или старых продуктов коррозии.
Если температура металла ниже температуры окружающего
воздуха, коррозионный процесс может
иметь место и при более низкой
влажности. Влага воздуха конденсируется
на поверхности металла в виде
тонкой пленки.
Атмосферная коррозия имеет
электрохимический характер, так как в
воздухе всегда содержатся примеси
различных газов, в особенности в
промышленных районах, где
атмосфера загрязнена такими газами, как
углекислота, окислы азота, хлористый
водород, пылинками различных солей
и др., которые образуют с влагой
сильно агрессивные среды. Таким
образом, при атмосферной коррозии
анодные и катодные участки
поверхности металла покрыты пленкой
раствора электролита, поэтому
практически возникает гальваническая пара.
Если учесть, что через тонкий слой раствора электролита доступ
к катодным участкам кислорода, являющегося деполяризатором,
весьма облегчен, коррозионный процесс при указанных условиях
протекает весьма интенсивно.
Чаще всего воздух загрязнен дымовыми газами, которые
содержат сернистый газ, образующийся при сжигании каменного
угля.
Сернистый газ может окисляться до серного ангидрида,
который поглощается вдагой воздуха с образованием серной
кислоты,
^120
|
30
60
1 ^,
-"t^-
1
1
2
1 1
/
j/
О /0 23 30 40 SO 00
0рем, су/пли
Рис. 15. Влияние на
коррозию железа примеси SOa в
воздухе при относительной
влажности 99%:
/—чистый воздух; 2—воздух,
содержащий O.Olo'o S02.

8. АТМОСФЕРНАЯ КОРРОЗИЯ
43
На рис. 15 показано влияние
тельных примесей сернистого газа
тельной влажности 99%.
Следует также учесть, что
вместе с дымовыми газами из
топок выделяется угольная
пыль, которая оседает на
металлических конструкциях. При
контакте с железом, например,
угля, пылинок песка, частичек
минеральных солей и при
содержании в воздухе даже
незначительных количеств
сернистого газа коррозия металла
увеличивается.
На рис. 16 показано влияние
на коррозию железа контакта
его с указанными веществами
при относительной влажности
>90% в чистом воздухе и в
присутствии 0,01% SO2.
Интересно, что коррозия
железа в воздухе, содержащем
сернистый газ, значительно
усиливается при контакте с
костяным углем. Это, очевидно,
связано с высокими
адсорбционными свойствами
костяного угля по отношению к
сернистому газу.
Механизм коррозии железа
во влажной атмосфере
заключается в образовании вначале
первичного продукта коррозии-
гидрата закиси железа Fe(OH)2,
который при доступе к нему
кислорода воздуха может
перейти в гидрат окиси железа
)Ре(ОН)з. Гидрат окиси железа
обладает незначительной
растворимостью в воде и обычно
покрывает поверхность металла
рыхлым осадком, не
защищающим металл от дальнейшего
разрушения. В результате
непрерывной подачи кислорода
/^~$
5
"S?
./
*
-J
на коррозию железа неэначи-
(0,01 %) в воздухе при относн-
360
* 300
I
| 120
I 60
о го 40 ео so wo
время, сутки
Рис. 16. Коррозия железа в чистом
воздухе и в воздухе, содержащем
0,01% S02, при контакте с различными
веществами:
/—чистый воздух, контакт с углем;
2—чистый воздух, контакт с (NH4)sSOi; 3~ воздух
-f SOs; 4—воздух 4- SO» контакт е SiO-;
5—воздух + SO», контакт с (NH,),S04;<5—
воздух + SOs, контакт с углем.
I
В
1
I
juu
250
200
150
100
50
0
^
1
{
J
/
У
/
/
г
Месяцы
Рис. 17. Интенсивность коррозии
железа в разные месяцы 1938 г,

44
П. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ
коррозия железа будет продолжаться до полного его разрушения
с образованием ржавчины.
Ржавчина представляет собой вещество состава nFeO •
• /wFe203 • /?Н20. Коэфициенты п, т, р зависят от ряда факторов
(влажности, температуры, доступа кислорода и др.). Продукты
коррозии железа гигроскопичны, что также влияет на ускорение
коррозионного процесса. Гигроскопичными могут быть и продукты
коррозии других металлов, что следует учитывать при складском
хранении аппаратов, деталей и изделий.
Время года и количество атмосферных осадков также
оказывают влияние на интенсивность коррозии железа в воздухе.
На рис. 17 графически представлена зависимость коррозии
железа от времени года (1938 г.) *. Осенние месяцы этого года
были очень дождливы, в летний период дождей почти не было;
поэтому в июле—сентябре коррозия почти полностью
прекратилась. Обычно коррозионные процессы протекают наиболее
интенсивно в осенний период.
ЛИТЕРАТУРА
Акимов Г. В., Основы учения о коррозии и защите металлов, Металлург-
нздат, 1946.
В е д е и к и и С. Г., Атмосферная коррозия металлических конструкций, Труды
совещании по вопросам коррозии, изд. Академии наук СССР, 1940.
Томашов Н. Д., О механизме электрохимической защиты металлов от
коррозии, Труды совещания по вопросам коррозии, изд. Академии наук
СССР, 1940.
* С. Г. В е д е н к и н, Атмосферная коррозия металлических конструкций,
Труды совещания по вопросам коррозии, изд. Академии наук СССР, 1940.

ГЛАВА III
ЗАВИСИМОСТЬ КОРРОЗИИ СПЛАВОВ ОТ
ИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ
1. Типы сплавов
В химическом машиностроении в качестве конструкционных
материалов применяются, главным образом, сплавы двух или
нескольких металлов (или металлов и неметаллов). Чистые,
точнее технически чистые, металлы применяются реже.
Коррозионная стойкость металлических сплавов зависит не
только от химического состава сплава, но и от его структуры и,
следовательно, от свойств образующихся в сплаве фаз и
структурных составляющих, от величины поверхности, формы и
характера распределения последних, а также от напряжений,
возникающих в сплаве, и от состояния его поверхности.
Следует различать два типа сплавов:
1) многофазные сплавы, состоящие из двух или нескольких
фаз, а следовательно, имеющие несколько химически и
физически неоднородных составляющих;
2) однофазные сплавы, имеющие одну структурную
составляющую и представляющие собой твердый раствор или
химическое соединение.
Сплавы — химические соединения — не применяются в
качестве конструкционных материалов вследствие значительной
хрупкости, твердости и плохих технологических свойств. Наоборот,
сплавы — твердые растворы — широко используются в
качестве конструкционных материалов, устойчивых против коррозии.
2. Диаграммы состояния
Структурное и фазовое состояния сплавов при разных
концентрациях и температурах можно определить (в условиях
равновесия), пользуясь диаграммами состояния, которые строят на
основании экспериментальных данных. Рассмотрение диаграмм
состояния сплавов позволяет указать (приблизительно) струга
ТУРУ. которую сплав приобретает в неравновесном состоянии,
т. е. при ускоренном охлаждении.
Диаграммы состояния двойных сплавов хорошо изучены для ■-*%
многих систем. Они легко изображаются на плоскости в коорди-

46 HI. ЗАВИСИМОСТЬ КОРРОЗИИ ОТ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ
натах температура—концентрация. Для тронных сплавов такое
построение диаграммы невозможно и последняя изображается
фигурой в пространстве, при этом на одной горизонтальной
координатной оси откладывают содержание первого компонента; иа
другой — второго, а третья, вертикальная ось, — температурная.
90 80 70 SO 50 40 JO 20 W
%/)-
Рис. 18. Концентрационный треугольник.
Во многих случаях ограничиваются построением диаграммы
при постоянной температуре; при этом для указания концентрации
тройных сплавов пользуются построением равностороннего
треугольника, который называют концентрационным.
Равносторонний треугольник выбран по следующим соображениям:
сумма трех отрезков, пересекающихся в любой точке внутри
треугольника и параллельных трем сторонам треугольника, равна
стороне треугольника. Эта сумма принимается за 100%, т. е. за
сумму содержаний всех трех компонентов в сплаве; в
соответствии с этим каждая сторона треугольника делится на 100 частей.
Каждая из вершин треугольника (рис. 18) является точкой,
изображающей чистый компонент; каждая точка на сторонах тре-

з. Многофазные сплавы и их коррозия 47
угольника определяет состав соответствующего двойного сплава,
а точки внутри треугольника — состав тройного сплава.
Для определения процентного состава сплава,
соответствующего некоторой точке М на диаграмме, из точки М проводят
линии, параллельные сторонам, и иа соответствующей стороне
треугольника отсчитывают процентное содержание нужного
компонента.
В точке М сплав будет иметь следующий состав:
20% Л + 20% £ + 60% В.
Изучение диаграмм состояния трех- и тем более
многокомпонентных систем представляет значительные трудности.
3. Многофазные сплавы и их коррозия
К двойным многофазным сплавам относятся многие
технические цветные сплавы: системы РЬ—Sb, Sn—Zn, Al—Sn,
Al—Si и др. Диаграммы состояния этих сплавов представляют
системы с эвтектикой. В общем виде такая диаграмма изображена
на рис. 19. В этом случае два металла
обладают полной взаимной растворимостью в
жидком состоянии и совершенно не
растворяются в твердом состоянии; при
затвердевании оба компонента образуют
механические смеси. В твердом состоянии такие
сплавы состоят из двух фаз, различных по
химическому составу и физическим
свойствам, юои г .,
Ь рассмотренном случае химический состав
состав одной из образующихся фаз отвечает
компоненту А, а состав другой фазы — ком- Рис. 19. Диаграмма
поненту J5. Каждой фазе соответствует свой состояния двойного
электродный потенциал. сплава, дающего
В зависимости от соотношения площадей эвтектику,
анодных и катодных участков коррозионный
процесс может протекать различно. Предположим, что площадь
компонента А, являющегося анодом, будет больше, чем
площадь компонента Б — катода. Тогда потенциал сплава
будет соответствовать почти точно потенциалу А и только
для сплавов, весьма близких по составу к компоненту Б, будет
резко возрастать, доходя до потенциала более благородной
составляющей. С увеличением площади компонента Б, являющегося
катодом, потенциал сплава будет изменяться в положительную
сторону в тем большей степени, чем больше площадь катода Б.
Если коррозионный процесс протекает е водородной
деполяризацией, то следует учесть значение перенапряжения водорода на

48 ю. зависимость коррозии от свойств и структуры сплавов
катоде при всех прочих условиях. При коррозии с кислородной
деполяризацией структурная неоднородность сплава, как ранее
было указано, играет меньшую роль.
В коррозионном отношении многофазные сплавы большей
частью неустойчивы. Однако известны случаи, когда многофазные
сплавы обладают очень высокими антикоррозионными свойствами
(кремнистый чугун, силумин и др.).
4. Однофазные сплавы и их коррозии
Большинство конструкционных сплавов, применяемых в
химическом машиностроении, обладающих химической устойчивостью
в агрессивных средах, относится к однофазным металлическим
системам.
Твердые растворы. Особый интерес представляют двойные
системы с неограниченной взаимной растворимостью компонентов
в жидком и твердом состояниях. В этом случае сплавы после
затвердевания образуют твердые растворы. При затвердевании
таких сплавов из жидкости выпадают кристаллы твердого
раствора, всегда более богатые, чем
маточный раствор, тем
компонентом, который повышает
температуру плавления. Диаграмма
состояния для такой системы
представлена на рис. 20. Как видно из
диаграммы, по охлаждении
расплава, содержащего г % компо'
нента Б, до температуры,
отвечающей точке с, выпадут первые
кристаллы твердого раствора,
состав которых характеризуется
точкой d и которые более богаты
компонентом А, чем исходный
расплав. Смешанные кристаллы
выпадают начиная от
температуры, которой отвечает точка с, до температуры, которой
соответствует точка е, причем по мере того как понижается
температура кристаллизации, состав кристаллов изменяется в сторону
увеличения содержания компонента Б. Наиболее богаты им
последние кристаллы, выпадающие при температуре, которой
отвечает точка е.
Если затвердевание сплава происходит медленно и сплав
долго выдерживается при высокой температуре, то его состояние
приближается к равновесному, при котором кристаллы твердого
раствора по всему объему химически однородны и их состав
не отличается от состава исходного расплава. Это объяс-
а
<о
1
^
I
К
*
»Sj
^-\
\^\
>_ .. ^S
*^J
С
[>
-0\
7^^
3
Рис. 20. Диаграмма состояния
двойного сплава с полной взаимной
растворимостью компонентов в
твердом состоянии.

4. ОДНОФАЗНЫЕ СПЛАВЫ И ИХ" КОРРОЗИЯ 49
няется диффузией, протекающей в кристаллах твердого раствора
при медленном охлаждении сплава и длительной выдержке при
высокой температуре. Состав кристаллизующегося твердого
раствора при этом непрерывно изменяется по кривой солидуса adeb;
твердый раствор в точке е имеет состав исходного расплава.
Если же охлаждение происходит быстро, то сплав — твердый
раствор — состоит из смеси кристаллов различного состава. Это
явление может быть устранено, если полученный сплав
подвергнуть нагреву при температуре, близкой к точке его плавления,
так как в этих условиях диффузия протекает быстро.
При образовании твердых растворов атомы растворенного металла
располагаются в кристаллической решетке растворителя.
Различают три типа твердых растворов:
1) твердые растворы замещения;
2) твердые растворы внедрения;
3) твердые растворы вычитания.
Твердые раствлрьв замещения. При образовании твердых
растворов этого типа, в узЖх решетки атомы растворителя замещаются атомами
растворяющегося элемента. Твердые растворы замещения обычно образуются
в том случае, когда взаимодействующие компоненты обладают одинаковой по
типу кристаллической решеткой, когда их атомные радиусы примерно
одинаковы или мало отличаются друг от друга и когда элементы, образующие сплав,
расположены в одной или близких группах периодической системы. При
отклонениях от этих условий возможно образование механических смесей или
твердых растворов с ограниченной растворимостью, когда оба компонента
образуют друг с другом твердые растворы лишь до определенной
концентрации, а при бол: /ем содержании одного из компонентов сплав становится
двухфазным.
Однако не все металлы, обладающие одинаковым типом решетки и
близкими размерами атомных радиусов, способны образовывать твердые растворы.
Так, например, системы железо —медь и медь — кобальт при
небольшом различии в атомных радиусах лишь незначительно растворимы друг
в друге в твердом состоянии, в то время как сплавы системы золото — никель
при значительном различии в атомных радиусах обоих элементов
характеризуются полной взаимной растворимостью в твердом состоянии.
Помимо указанных условий на взаимную растворимость металлов влияют
и некоторые дополнительные факторы (различие в температуре плавления
металлов, ионизация атомов элементов при вхождении их в сплав и др.).
Твердые растворы внедрения. Твердыми растворами внедрения
являются сплавы металлов с некоторыми элементами, стоящими в начале
периодической системы: водородом, бором, углеродом, азотом. В твердых
растворах этого типа атомы растворяющегося элемента располагаются в
кристаллической решетке металла между атомами, находящимися в узлах
решетки. Твердые растворы внедрения чаще всего образуются на основе
металлов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку.
Громадное большинство твердых растворов относится к первому типу —
растворам замещения и только весьма немногие — к растворам внедрения,
среди которых наиболее важны твердые растворы внедрения углерода
в железо.
На рис. 21 в качестве примера изображены схемы кристаллических
решеток твердых растворов обоих типов.
Твердые растворы вычитания. Такие твердые растворы,
которые образуются при растворении в химическом соединении двух компонентов
избытка одного из компонентов, причем часть узлов решетки освобождается от
4 Зак. 1142. И. % Клииов.

50 HI. ЗАВИСИМОСТЬ КОРРОЗИИ ОТ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ
о
°)
io.
го
о
Ж}
(•
•
о
*0
^
с
•
J
•
>о
о
о
—т
У
•
•
С ш-S
°
k±
о
Y~
7о
го ^Л
э
J
о
2. J
о
о
0-г\
s>°
^
fc
_о>
-о
о J
о
о
а О
Рис. 21. Кристаллические решетки твердых
растворов:
а—твердый раствор заиещення: т-железо—никель (черные
кружки — никель);
б—твердый раствор внедрения: ^-железо—углерод (черные
кружки — углерод).
атомов растворителя и не заполняется атомами другого компонента, —
называются растворами вычитания. Так, например, алюминий и кобальт дают
химическое соединение, причем это соединение может растворять избыток и алюминия
и кобальта. Когда в
твердом растворе, в котором
растворителем является
химическое соединение,
имеется избыток атомов
алюминия, то часть
узлов решетки, которые
при стехиометрическом
соотношении между
компонентами должны были
быть заняты атомами,
кобальта, остаются
пустыми. Это объясняется
различием в величине
атомных радиусов
алюминия и кобальта.
Твердые растворы
вычитания обнаружены
также в карбидных
фазах стали и
сравнительно мало изучены.
Коррозия однофазных сплавов. Правило "/е- Химическая
стойкость твердых растворов проявляется весьма своеобразно.
Изучение коррозии однофазного сплава, состоящего из двух
компонентов, показывает, чтр по мере увеличения в сплаве
содержания благородной составляющей потенциал сплава изменяется
очень медленно, оставаясь по значению близким к потенциалу
менее благородного металла. Когда концентрация защищающего
металла в сплаве достигнет определенной для данной
агрессивной среды величины, потенциал сплава резко изменяется в
положительную сторону, приближаясь по своему значению к
потенциалу благородной составляющей.
Эта важная закономерность, установленная для большого
количества сплавов, выражающая зависимость между
концентрацией твердого раствора и его химической устойчивостью,
была найдена Таманном и в, дальнейшем развита ' советскими
учеными В. В. Скорчеллети и А. И. Шултиным. Она известна
под названием правила "/в или правила порогов
устойчивости и состоит в следующем. Если к металлу А,
не обладающему химической устойчивостью в данной среде,
прибавлять возрастающие количества металла Б, который не
подвержен коррозии в этой среде и с металлом Л образует
непрерывный ряд твердых растворов, то защищающее действие
более благородного (легирующего) компонента Б проявляется не
постепенно, а скачкообразно. Защищающее действие проявляется
при содержании благородного компонента в количестве '/в, 2/в,
Те» 4/в атомных долей и т. д., в общем случае "/а (где п — целое
число от единицы до семи), т. е. отвечает 12,5; 25; 37,5;

4. ОДНОФАЗНЫЕ СПЛАВЫ И ИХ КОРРОЗИЯ 51
50% атомн. По достижении указанных концентраций благородного
металла, называемых порогами устойчивости,
потенциал сплава скачкообразно возрастает.
На рис. 22 схематически представлено правило порогов
устойчивости.
Следует заметить, что такое изменение скорости коррозии не
всегда обязательно. Значение порога устойчивости зависит от
характера данной среды и от рода благородного компонента: чем
выше агрессивность, среды, тем выше должен быть порог
устойчивости. Так, например, сплавы системы Fe — Сг дают
непрерывный ряд твердых растворов, в которых хром играет роль
«защищающего» компонента. Первый порог устойчивости
достигается тогда, когда содержание
хрома в сплаве станет равным 12,5%
атомн.
Сплав указанного состава не
подвергается коррозии в азотной
кислоте всех концентраций при 20°, но
в кипящей азотной кислоте он
неустойчив; при достижении второго
порога устойчивости, т. е, начиная
с содержания хрома, равного 25%
атомн., сплав устойчив и при этих
условиях.
В отдельных случаях
наблюдается отсутствие первых порогов
устойчивости; резкое падение скорости
коррозии сплава наступает только
при более высоком значении "/е. Если, например, химическая
устойчивость твердого раствора в данной среде не наступает при
содержании благородного компонента, равном 12,5% атомн.
(первый порог), то содержание этого компонента в сплаве
следует увеличить сразу на 12,5% атомн., т. е. до второго порога
устойчивости. Если и 25% атомн. недостаточно, то добавляют еще
12,5% атомн. и т. д.
Рассмотрим для примера систему Си — Ni, образующую, как
известно, непрерывный ряд твердых растворов. В качестве
агрессивной среды возьмем электролит, который действовал бы
на один компонент, но не действовал бы на второй. Таким
электролитом является, например, раствор аммиака, который при
доступе воздуха интенсивно растворяет медь и почти совсем не
действует на никель.
Результаты испытания этого сплава представлены на рис. 23.
Здесь мы видим три порога устойчивости ('/в, 2/в и */8), при
которых скачкообразно повышается химическая устойчивость
сплава. Полная защита достигается только при пороге устой-
l/в 2/з 3/д 4/g
Содеряюнце лееирующего
компонента, мол доли
Рис. 22. Графическая схема
правила порогов устойчивости.
4*

52 ш. зависимость Коррозии от свойств И структуры сплавов
чивости, равном 50% атомн. Ni; этот порог характеризуется
падением растворимости сплава до нуля.
Подобные результаты получены при определении химической
стойкости железохромистых сплавов в растворе фосфорной кис-
час
*N, U.J ГП
1
1
1
П 1
п
и
ь
•—.
0 25 50' 75 100
Содержаний Ni^ват
а
U
Ю
0.3
as
0.4
0J
.0.2
UI
о
I
— — п_.
3 Щ 15 20 25 30 35 40
содержание Cv.%am
Рис. 23. Коррозия
сплавов Си—Ni в растворе
аммиака за 120 час.
Рис. 24. Коррозия литых
сплавов Fe- Cr—С в 85% -иой
фосфорной кислоте при 90° за
120 час.
лоты высокой концентрации при 90°, где правило п/8 ясно
выражено. Эти результаты представлены на рис. 24.
Таблица 4
Пороги устойчивости некоторых твердых растворов
Сплав
Ag—Au
Ag —Pd
Au —Pd
Cu —Au
Cu —Pd
Fe —Si
Защищающий
компонент
Au
Pd
Pd
Au
Pd
Si
Пороги
устойчивости
(атомные доли)
Va 4/з
Vs
4/8
Ve; 2/8; 4/s
3/8; Ve
2/8
Сплав
Fe —V
Mg—Ag
Mg—Cd
Ma— Ag
Zn —Ag
Zn — Au
Защищающий
компонент
V
Ag
Cd
Ag
Ag
Au
Пороги
устойчивости
(атомные доли)
*/8
7/8
2/8
в/8
2/8
4/8

4. ОДНОФАЗНЫЕ СПЛАВЫ И ИХ КОРРОЗИЯ
53
В табл. 4 приведены пороги устойчивости некоторых двух-
компонентных твердых растворов, причем, как видно из
приведенных данных, для некоторых систем может наблюдаться,
в соответствии с агрессивностью данной среды, и несколько
порогов устойчивости.
В табл. 5 приведены характерные агрессивные среды, в
которых твердый раствор Си—Аи имеет различные пороги
устойчивости в зависимости от характера электролита. В некоторых
случаях, как это видно из табл. 5, пороги устойчивости лишь
приблизительно подчиняются правилу "/8.
Таблица 5
Пороги устойчивости твердого раствора Си—Аи в различных
агрессивных средах
Среда
Марганцовая кислота ....
Алюминий сернокислый . . .
Натрий виннокислый (щелоч-
Пикриновая кислота (спирто-
Характер среды
Сильно окислительная
То же
а »
Слабо окислительная
Сильно окислительная
Слабо окислительная
Сильно окислительная
Слабо окислительная
Пороги устойчивости
°!о атомн.
50
50
50
25
22
22
22
8-15
атомные
доли
4/8
4/8
4/8
«/в
~2/8
~2/8
~>/в
~'/в
Правило nU выведено на основе опытных данных. Достаточно
обоснованной теории этого правила до настоящего времени еще
не имеется. В общем механизм защиты неблагородного
компонента более благородным, несомненно, объясняется
расположением атомов последнего в кристаллической решетке. При
определенном содержании в сплаве атомы благородных металлов
блокируют атомы неблагородных и защищают их от воздействия
агрессивной среды. При такой, защите поверхностные слои
сплава могут растворяться до тех пор, пока не будет полностью
осуществлена блокада менее устойчивых атомов более
устойчивыми.
На рис. 25 представлена схема защиты от коррозии путем
блокады. Атомы компонента, обладающего химической
стойкостью в данной среде, обозначены крестиками, а атомы
неблагородного компонента — кружками. Агрессивная среда дей-

54 Ш. ЗАВИСИМОСТЬ КОРРОЗИИ Of СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ
ствует сверху вниз. Атомы 1 и 2 благородного компонента,
расположенные в первых двух слоях пространственной решетки,
подвергаются «подмыванию», поскольку они окружены со всех
i i + + + t + t t ♦
X—О —О—О—X—X—О—О—X О—Ч
/
X О Х„ О X О ХОО XX
охооохохжоо
ОХХОХХ ОХО XX
ххохоо хох ох
а
X—X X
V 1 \ /
X хох хх
X \ \ /
ОХ X О X X 0 0
\ 1
О X X X—X ОХ О О X
\ /
ХХО ХООхО ХОХ
б
Рис. 25. Схема защиты от коррозии путем блокады:
а—решетка сплава до начала коррозии; б—решетка сплава по окончании коррозии.
сторон атомами неблагородного компонента. Растворение
поверхностных слоев сплава, имеющее место до создания барьера,
практически не играет большой роли из-за ничтожной
толщины этих слоев.
Механическая блокада атомов неблагородных компонентов,
предохраняющая последние от действия агрессивной среды,
может иметь место только в случае отсутствия процесса
диффузии. В противном случае атомы
неблагородного компонента
будут диффундировать из глубоких
слоев на поверхность сплава и
после создания блокады, т. е.
никаких порогов устойчивости
наблюдаться не будет. Это
подтверждается исследованиями
коррозии сплава Pb—Hg в 20%-ной
уксусной кислоте *.. Система
Рис 26. Коррозия сплавов Pb-Hg Pb-Hg дает твердые растворы,
в уксусной кислоте при 20°; в которых уже при 20° набЛЮ-
/-время испытания 96 час.; 2-вреыя ДавТСЯ ДИффуЗИЯ.
испытания 72 часа. Исследования ПОКаЗЭЛИ, ЧТО
в данном случае не
наблюдается скачкообразного характера изменения химической
стойкости сплава (рис. 26). Энергичный обмен местами между
атомами Hg и Pb препятствует созданию барьера из атомов ртути,
который мог бы защищать неблагородный компонент сплава —
свинец.
ho
?
5 10 1Ь 20 25
Содержание fig\ %am
30
* В. В. Скорчеллетн и А. И. Шултин, Химическое разрушение
металлов, ОНТИ, 1035.

5. 6. ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ, ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЙ 55
5. Влияние состояния поверхности металла на коррозию
Состояние поверхности металла и характер ее обработки
оказывают влияние на скорость коррозионного процесса. С
повышением чистоты обработки поверхности металла повышается его
химическая стойкость.
Из практики известно, что грубо обработанная шероховатая
поверхность подвергается коррозии быстрее, чем полированная.
Объясняется это тем, что к участкам металла, лежащим в
углублении, поступает меньше кислорода, чем к участкам металла,
лежащим на самой поверхности. Поэтому аэрация оказывается
неравномерной, в связи с чем может возникнуть
концентрационный элемент.
Царапины на металле, углубления в виде раковин являются
участками, где коррозия обычно начинается. Кроме того,
перенапряжение водорода на полированной поверхности больше, чем
на грубо обработанной, и, следовательно, химическая
устойчивость полированного металла выше.
В табл. 6 приведены данные о влиянии характера обработки
поверхности углеродистой стали (0,8% С) на коррозию
последней во влажной атмосфере.
Таблица 6
Влияние характера обработки
стойкость углеродистой стали
Характер обработки
Полировка ца сукне . .
Полировка наждачной
бумагой
№ 5/0
№ 4/0
№ 2/0
№ 1/0
Время
нахождения в
атмосфере до начала
коррозии,
сутки
28
20
20
12
12
поверхности иа коррозионную
(0,8% С) во влажной атмосфере
Характер обработки
Полировка наждачной
бумагой
№ 1
№ 2
Обработка напильником
Обработка на токарном
Время иахож-
дошя в
атмосфере до начала
коррозии,
сутки
10
10
10
10
6. Влияние деформации и напряжений на коррозию
Металл и изделия из него в процессе изготовления (ковка,
штамповка, сварка и т. д.) подвергаются различным деформациям.
Холодная деформация, а также сварка, если за ними не следует
отжиг, создают в металле значительные внутренние напряжения,
вызывают искажение кристаллической решетки и снижают
электродный потенциал металла.

56 Ш. ЗАВИСИМОСТЬ КОРРОЗИИ ОТ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ
Кроме того, в эксплоатационных условиях детали и
конструкции обычно подвергаются разнообразным нагрузкам. Опыт
эксплоатации химической аппаратуры, в частности, некоторых
деталей, работающих в напряженном состоянии, как, например,
барабанов центрифуг, лопастных мешалок, колес насосов и др.,
показывает, что коррозионный процесс обусловливается не
только действием агрессивной среды, но в значительной степени
и характером напряжений в металле.
Рис. 27. Межкристаллитная "коррозия углеродистой стали в
напряженном состоянии в растворе NH4N03.
Напряжения и деформации, как правило, всегда ускоряют
коррозионный процесс, но при равномерном распределении
напряжений он не столь интенсивно протекает, как в случаях
неравномерного распределения напряжений в металле. Однако
в ряде случаев равномерная коррозия под влиянием
напряжений переходит в межкристаллитную.
На рис. 27 представлены фотографии (при разных
увеличениях) образца стали, подвергшейся межкристаллитной коррозии
в напряженном состоянии.
На рис. 28 * представлено влияние растягивающих усилий
при неравномерном распределении напряжений ** на скорость
коррозии углеродистой стали в 30%-ном растворе NH4NO3
при 80°. На оси абсцисс отложены номинальные напряжения
* И. Я. К л и н о в и Г. Л. Шварц, Методика коррозионных испытаний
нагруженного металла, Заводская лаборатория 2 (1948).
** Неравномерные напряжения в металле в данном случае были созданы
, путем местного ослабления сечеиия образца «надрезом».

6. ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЙ НА КОРРОЗИЮ 57
в кг/мм2, на оси ординат — время до разрушения вследствие
коррозии. Диаграмма показывает, что при. возрастании
номинальных напряжений уменьшается время,д<необходимое для
разрушения образцов.
Некоторые другие металлы ведут себя аналогичным
образом. Так, дуралюмин, не склонный в нормально закаленном
состоянии к межкристаллитной коррозии, при наличии
напряжений, даже не выходящих за предел
пропорциональности, обнаруживает ярко
выраженную межкристаллитную коррозию.
При местных концентрациях
напряжений причиной быстрого разрушения
металла является снижение потенциала у
основания «надреза», где располагаются
анодные точки с наиболее
отрицательными значениями потенциалов, что
приводит к дальнейшему углублению «надреза».
Механизм разрушения вследствие
местных концентраций напряжений можно
представить следующим образом.
Коррозионный процесс начинает развиваться
по границам между кристаллами
напряженного металла; в связи с ослаблением
границ агрессивная среда проникает
в глубину металла, оказывая
расклинивающее действие, и металл разрушается
вследствие появления трещин.
Изменение механической прочности
материалов, находящихся в напряженном
состоянии в условиях воздействия некоторых
поверхностно-активных веществ, объясняется адсорбцией их
молекул в микрощелях, образующихся даже при малых
деформациях *. Молекулы поверхностно-активного вещества проникают
вглубь металла, что ведет к понижению его прочности.
Указанные поверхностно-активные вещества называются
понизителями твердости. Действие их сводится к увеличению
количества микрощелей в металле и к активному их раздвиганию,
т. е. к образованию трещин.
Особый вид коррозии, так называемая щелочная
хрупкость железа и стали, также вызывается совместным
воздействием напряжений и агрессивной среды.
Щелочная хрупкость вызывает растрескивание аппаратуры,
соприкасающейся с растворами щелочей высоких концентраций,
100
90
%80
%70
%
%60
1
го
,020~25 30~Ж 40
номиналаное
напряжение, кг/мм*
Рис. 28. Влияние
растягивающих усилий иа
скорость коррозии стали
(0,2 С0/0) в 30%-ном
растворе NH4N03 при 80°.
q
1
i
J~
\У~
N^
* П. А. Р е б и н д е р, Л. Л. Ш р е й н е р, К. Ф. Ж и г а ч, Понизители
твердости в бурении, изд. Академии наук СССР, 1944. ^

58 HI. ЗАВИСИМОСТЬ КОРРОЗИИ ОТ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ
//
/ 2 \
г
V
\
"-—
особенно при повышенной температуре (~200°) и давлении.
Появление трещин имеет место на тех участках аппарата,
которые находятся в напряженном состоянии:
в заклепочных швах или в тех местах,
■где металл деформирован. Особую
опасность эти разрушения представляют для
паровых котлов высокого давления.
Механизм подобного разрушения металла
еще недостаточно ясен. С увеличением
концентрации щелочи, давления и
температуры коррозионный процесс
ускоряется (рис. 29). Для предотвращения
щелочной хрупкости проводят химическую
обработку воды.
Детали машин и аппаратов могут
также подвергаться воздействию
агрессивной среды в условиях переменных
напряжений. Эти условия вызывают
интенсивное разрушение металла. Разрушение
металла вследствие коррозионного
воздействия и переменных напряжений носнт
название коррозионной
усталости. В результате коррозионной
усталости в детали появляются
микроскопические трещины, переходящие в более
крупные трещины, которые и приводят
детали. Коррозионной усталости обычно
компрессоров, пароперегреватели, шатуны
двигателей внутреннего сгорания и др. Прн борьбе с
коррозионной усталостью особое внимание следует уделять
конфигурации конструируемых деталей, добиваясь устранения концентрации
напряжений.
ЛИТЕРАТУРА
Агеев Н. В., Природа химической связи в металлических сплавах, изд.
Академии наук СССР, 1947.
К л и н о в И. Я. и Шварц Г. Л., Коррозия некоторых конструкционных
сталей, работающих в условиях напряженного состояния, Хим. пром. № 10,
(1947).
К р е н и г В. О., Коррозия металлов, ГОНТИ, 1938.
Перщке В- К. и Клинов И. Я-, Химическое сопротивление материалов,
Госхимиздат, 1940.
Пивоварский Е., Общее металловедение, ОНТИ, 1936.
Ребиндер П. А., Шрейнер Л. А.-, Жигач К. Ф-, Понизители
твердости в бурении, изд. Академии наук СССР, 1944.
СкорчеллетиВ. В. иШултин А. И., Химическое разрушение металлов.
ОНТИ, 1935.
800
Щ500
%?0О
100 WO 300 400 500
Содержание ЫаоН,<?/г
Рис. 29. Влияние
концентрации щелочи и
давления иа стойкость
котельной стали:
1—давление 70 ати,
температура 170*; 2—давление 35 ати,
температура 243° •
к разрушению этой
подвергаются штоки

ГЛАВА IV
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КОРРОЗИЮ
Скорость коррозии зависит не только от состава или
состояния металла, но и от большого числа факторов, связанных с
характером раствора электролита и с условиями воздействия его
на металл (температура, движение раствора, давление и др.).
1. Влияние концентрации и состава агрессивной среды
Скорость коррозии зависит от концентрации и состава
агрессивной среды. Большое влияние на скорость коррозии
оказывает величина рН *.
С повышением концентрации водородных ионов скорость
коррозии в растворах кислот возрастает. Однако это справедливо
только по отношению к кислотам, не являющимся
окислителями, в которых процесс коррозии протекает с образованием
растворимых продуктов коррозии, как например при коррозии
железа в соляной кислоте. В кислотах же, которые являются
окислителями (в азотной или концентрированной серной кислоте),
с повышением их концентрации скорость коррозии увеличивается
в тех случаях, когда кислород играет роль деполяризатора
(действие НЫОз на Си), и уменьшается, когда на поверхности металла
образуются нерастворимые продукты коррозии. В последнем
случае коррозия практически прекращается. В частности, это
имеет место при действии на железо концентрированной серной
кислоты (выше 80%).
В растворах щелочей скорость коррозии зависит от
характера образовавшихся продуктов коррозии. Так, например,
железо в растворах едких щелочей образует на анодных участках
гидрат закиси железа, который растворим при рН раствора,
большем 1.0,5.
Скорость коррозии металлов, гидраты которых растворимы
в едких щелочах (свинец, цинк, алюминий), возрастает с
уменьшением концентрации водородных ионов.
Скорость коррозии в растворах нейтральных солей мало
зависит от рН. В этом случае решающую роль играет характер
аниона и катиона среды, а также растворимость продукто^дор-
розии. Так, хлористые, сернокислые и азотнокислые соли ще-
* Скорость коррозии платины и. золота практически не зависит от рН.
%.

60
IV. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КОРРОЗИЮ
лочных металлов дают с железом растворимые анодные и
катодные продукты. В растворах этих солей скорость коррозии
возрастает. Такие соли, как углекислый и фосфорнокислый
натрий, образуют с некоторыми
Время
Рис. 30. Влияние характера аниона
(галоида) на коррозию металлов.
металлами нерастворимые
продукты на аноде, благодаря
чему уменьшается скорость
коррозии. Скорость коррозии
большинства металлов в растворах
солей галоидоводородных
кислот зависит от характера
аниона. Медленнее всего коррозия
протекает в растворах солей
иодистоводородной кислоты и
быстрее всего в растворах
солей фтористоводородной:
J~<Br~<Cr<F~
Зависимость скорости коррозии от характера аниона
иллюстрирует рис. 30 *.
Активирующее действие на коррозионный процесс оказывают
также некоторые катионы, в особенности Fe3+ и Си2+.
Соли, вследствие гидролиза
уменьшающие (А1С13, СаС12) или
увеличивающие (Na2C03) pH
раствора, влияют на скорость
коррозии в зависимости от
степени кислотности или щелочности
среды.
Нередки случаи коррозии
некоторых металлов и в кислой и
в щелочной среде. Так, коррозия
цинка, алюминия и свинца
протекает интенсивно и в кислой
и в щелочной средах, так как
в обоих случаях образуются
растворимые продукты коррозии.
Скорость коррозии зависит
также от концентрации солей
в растворе. Для большинства металлов при очень малых
концентрациях солей (до 0,1—0,2 н.) скорость коррозии вначале
быстро растет, затем медленно уменьшается.
На рис. 31 представлена типичная кривая зависимости
скорости коррозии от концентрации нейтральных солей. Наличие
I
I
Концентрация соли
Рис. 31. Зависимость скорости
коррозии от концентрации соли в
растворе.
* Н. А. Изгарышев, Современная теория коррозии металлов, Труды
Института прикладной минералогии, 1931.

1 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ 61
максимума на кривой объясняется тем, что повышение
концентрации соли увеличивает электропроводность раствора и
усиливает коррозию до тех пор, пока концентрация соли не
достигнет некоторой величины. Дальнейшее повышение концентрации
соли в растворе уменьшает скорость коррозии вследствие
уменьшения растворимости кислорода. Концентрация раствора,
которой отвечает максимум на кривой, зависит от свойств металлов
и солей.
2. Влияние температуры
С повышением температуры скорость коррозии металлов,
протекающей с водородной деполяризацией, как правило,
возрастает. Это объясняется не только ускорением химической
реакции с увеличением
температуры, но и уменыне- 450
нием перенапряжения
водорода.
На рис. 32 приведен
пример зависимости от
температуры скорости
коррозии железа в
растворах соляной кислоты
различной концентрации
(водородная деполяризация).
Повышение
температуры уменьшает
растворимость кислорода воздуха
в растворе, и в тех
случаях, когда скорость
коррозии определяется
доступом кислорода к
катодным участкам
(кислородная деполяризация),
интенсивность растворения
металла падает.
Уменьшение скорости коррозии,
вследствие понижения
концентрации кислорода
в растворе, особенно
характерно для коррозии
железа в воде^ в открытой системе. Вода в открытой системе
при комнатной температуре содержит в 1 л около 6 см?
растворенного кислорода, а при 99° — около 0,2 см3/л; содержание же
кислорода в воде, находящейся в закрытой системе, при повышу
нии температуры не меняется. Вследствие этого скорость коррбР^
400
350
^ 300
\
1 200
| 150
100
50
2/6г
/~Г/
\\
/л J
/
7/
if/
L-ЮОг/л
/-.
1.75 г/л
! »
fL25
г/л
10
20 30 40 SO
Температура,°С
60 - 70
Рис.32. Влияние температуры на коррозию
железа в растворах соляной кислоты
разной концентрации.

62 iV. влияние различных факт оров на коррозии
зии железа в воде изменяется при повышении температуры
различно, в зависимости от того, открыта или закрыта
система.
Как видно из рис. 33, в первом случае при повышении
температуры до 80° наблюдается усиление коррозии, но при более вы-
^
^
0.750
0,625
1 0,500
<i
И
&>
*-
-т
~з
|
0375
0750
0J25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
температура, °С
Рис. 33. Влияние температуры^на коррозию железа •
в воде:
/—коррозия в открытой системе; 2—коррозия в закрытой
системе.
сокой температуре вследствие слишком низкой концентрации
кислорода в растворе скорость коррозии уменьшается.
Во втором случае скорость коррозии с повышением
температуры непрерывно возрастает до полного израсходования
кислорода.
3. Влияние скорости движения раствора
В химической промышленности довольно часто детали и
аппараты работают в условиях движения жидкости (мешалки,
насосы, трубопроводы и др.). Увеличение скорости движения
раствора относительно металла в большинстве случаев влечет за
собой усиление коррозии.
При коррозии, протекающей с кислородной деполяризацией,
движение раствора способствует:
1) ускорению растворения воздуха, так как поверхностные
слои жидкости все время насыщаются кислородом;
2) ускорению доступа кислорода к катодным участкам
вследствие того, что слой жидкости, непосредственно прилегающий
к поверхности металла, при движении обновляется;
3) удалению образовавшихся продуктов коррозии,
прилетающих к поверхности металла и осаждающихся на ней. Пленки,
образоэавшиеся на поверхности металла, разрушаются пото-
—1
>^2
-'

3. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ РАСТВОРА
63
I
ками жидкости при возрастании скорости движения и этим
усиливается коррозия.
На рис. 34 представлена наиболее типичная зависимость
скорости коррозии в нейтральных растворах от скорости движения
раствора при доступе воздуха. При небольших скоростях
движения раствора вследствие усиления доступа кислорода
к поверхности металла скорость коррозии увеличивается по
сравнению с неподвижными системами (наблюдается также
и в кислых растворах). Замедление
коррозии при некоторых значениях
скорости движения раствора
объясняется образованием на поверхности
металла в этих условиях продуктов
коррозии (пленок), замедляющих
процесс. При дальнейшем
увеличении скорости движения раствора
коррозия опять возрастает
вследствие механического износа пленки.
При коррозии с водородной
деполяризацией скорость движения
раствора сказывается в меньшей
степени, чем при кислородной
деполяризации, а в некоторых случаях имеет
место даже уменьшение скорости коррозии
недостаточно изучено.
При большой скорости потока жидкости и действии его в
распыленном виде разрушение металла может быть вызвано
так называемой ударной коррозией. Такой вид
коррозии наблюдается, например, в результате действия ударов
струи влажного пара на металл при работе лопастей
циркуляционных насосов.
Экспериментальные данные показывают, что при ударной
коррозии скорость разрушения металла обратно пропорциональна
пределу его прочности. Разрушение носит в основном
механический характер.
Если в потоке жидкости образуются пространства с
пониженным давлением (вакуумные пустоты), то наблюдается
особый вид разрушения, называемый кавитацией. Причиной
кавитации являются гидравлические удары, возникающие
вследствие того, что в вакуумные пустоты с силой устремляется
поток жидкости, который разрушает металл. Такой вид
разрушения металла наблюдается на лопатках гидравлических турбин,
на лопастях пропеллерных мешалок, в насосах, в трубах и т. п.
Разрушение в зоне кавитации характеризуется появлением
множества мелких углублений, переходящих в раковины.
Спорость 'движения раствора
Рис. 34. Влияние скорости
движения раствора на коррозию
металла.
Это явление еще

t;4 iv. влияние различных факторов нл коррозию
* 4. Влияние давления
В химической промышленности большое количество
процессов осуществляется при высоких давлениях и при больших
разрежениях. Изменение давления воздуха над раствором может
оказать влияние на изменение состава или концентрации
коррозионной среды. Это изменение в свою очередь увеличивает или
уменьшает скорость коррозии независимо от влияния давления,
имеющего самостоятельное значение. Так, например, коррозия
с кислородной деполяризацией при повышении давления
усиливается вследствие непосредственного влияния давления, а также
благодаря увеличению растворимости кислорода воздуха в
растворе (рис. 35).
. О ЮО 200 300 400 500 600 700 800
ДаВлвнае, мм рт ст.
Рис. г35. Влияние давления на коррозию меди в
30°/0-ной азотной кислоте (длительность испытания
3 часа при 20°).
С увеличением давления при одновременном повышении тем- •
пературы скорость коррозии металлов и сплавов в условиях
воздействия некоторых газов особенно усиливается. В частности,
водород, не действующий на железные сплавы при атмосферном
давлении и температуре 350°, оказывает на них весьма сильное
агрессивное действие при давлении выше 300 ат и температуре
порядка 200°.
В котлах высокого давления даже следы кислорода в воде
приводят к весьма усиленной коррозии.
При коррозии, протекающей с водородной деполяризацией,
наличие воздуха (кислорода) над раствором электролита не
оказывает существенного влияния на растворение металлов и
изменение давления является самостоятельным- фактором,
влияющим на коррозию.
В табл. 7 приведены данные И. Я. Клинова и Е. С. Пили-
вер* по коррозии углеродистой стали, алюминия и свинца в
соляной кислоте при разных давлениях в атмосфере воздуха и
азота.
* И. Я. Клииов н Е. С. Пиливер, Влияние вакуума на коррозию,
Труды Института химического машиностроения № 7, 1939.

5. ДЕЙСТВИЕ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ 65
Из таблицы видно, что характер газовой среды над раствором
не играет существенной роли и что с увеличением давления
коррозия увеличивается.
Таблица 7
Влияние давления на коррозию некоторых металлов
в 3,5°/0-ном растворе соляной кислоты (при 20°)
Металл
Алюминий
Свинец
Сталь 3
Газовая
среда
Воздух
Азот
Воздух
Воздух
Азот
Давление
мм рт, ст.
760
30
760
30
760
30
760
200
70
30
22
760
30
Потеря веса
г/м-
16,6
ИД
14,1
8,7
10,3
8,9'
12,3
11,4
9.6
9,9
8,7
13,7
9,8
5. Действие блуждающих токов
Электрические токи, протекающие в земле вследствие утечки
через слабую изоляцию токоведущих частей, способны вызывать
усиленную коррозию подземных металлических сооружений.
Такие токи называются блуждающими. Особенно сильное
влияние на коррозию оказывают блуждающие токи
постоянного направления, т. е. посылаемые источниками постоянного
тока. Переменные токи влияют на коррозию значительно
меньше.
Подземные трубопроводы, кабельные сети и другие
сооружения подвергаются наибольшей коррозии в районах
расположения электротяговых устройств постоданого тока (трамвай,
метрополитен, электрофицировайные железные дороги и т. п.),
так как в этих случаях в качестве обратного провода
используются рельсы, не имеющие, естественно, (специальной
электрической изоляции относительно земли.
■$№ТУ
5 Зак. 1142. И. Я. Климов. ' * *

66 IV. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КОРРОЗИЮ
На рис. 36 изображена схема коррозии подземной трубы под
действием блуждающих токов.
Ток от положительного полюса фидера трамвайной линии
поступает в рабочий воздушный провод, а обратно к
отрицательному полюсу возвращается по рельсам. Вследствие недостаточной
изоляции рельсов часть тока ответвляется и направляется
к источнику по почве. Если вблизи рельсов расположены
подземные металлические сооружения, то блуждающие токи
попадают в них через почву.
//
воздушный д/
гш т //
Ремас
Jpyfio
катодная зона Анодная зама
Рис. 36. Коррозия блуждающими токами; стрелки показывают
направление потока „положительного электричества".
Постоянный электрический ток вызывает электролиз солей,
содержащихся в почвенных водах, при этом в участках входа
в металл и выхода из него тока будут катодные и анодные зоны.
Вследствие того, что катодные и анодные участки отделены друг
от друга, продукты коррозии не взаимодействуют между собой
с образованием нерастворимых соединений, что могло бы
замедлить коррозионный процесс. Наоборот, так как продуктами
коррозии обычно являются хлористые, сернокислые, углекислые
соли, которые вновь растворяются в почвенных водах и
диссоциируют, то происходит интенсивная электрохимическая
коррозия. Участками, подвергающимися коррозии под действием
блуждающих токов, являются: участок рельса, с которого ток
стекает в почву, и участок подземного сооружения, с которого ток
возвращается в рельс.
Большое влияние на величину ответвляющегося в землю тока
оказывает характер почвы. Известны случаи, когда употребление
каменной соли, которой зимой посыпают рельсы у стрелок для
того, чтобы последние не замерзали, увеличивало коррозию,
прошводимую блуждающими токами. Почза в местах коррозии
блуждающими токами имела слабокислую реакцию и содержала
много хлористых солей.

6. ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ АППАРАТУРЫ 6?
Блуждающие токи могут возникать не только в земле, но и
в металлических и полупроводящих частях оборудования и
производственных помещений. Так, на химических заводах в
цехах электролиза хлористого натрия наблюдается коррозия труб,
ван», вызываемая указанйым явлением, если имеет место утечка
тока.
Потери от коррозии блуждающими токами могут быть очень
значительными: ток силой 1 а в течение года разрушает около
10 кг. железа, 11 кг меди или 37 кг свинца.
Для борьбы с коррозией блуждающими токами
устанавливают обратные отсасывающие фидеры или устраивают
электродренаж.
Присоединение отсасывающих фидеров обычно производится
в местах с сухим грунтом, так как в сырых почвах может иметь
место утечка электрического тока. Электродренаж заключается
в отводе тока от подземных сооружений на электростанции по
проводам, благодаря чему анодная зона металлических
сооружений не подвергается коррозии. Трубопроводы, проложенные
в земле, защищаются от блуждающих токов асфальтовыми
покрытиями *, а кабели — джутовой обмоткой, пропитанной
битумными составами.
Кроме указанных методов защиты, применяется также
катодная защита. Она заключается в том, что, при помощи
уложенного в землю дополнительного электрода, к подземным
сооружениям подводится извне постоянный ток, поляризующий
защищаемую конструкцию катодно, а дополнительный электрод
анод но.
6. Влияние некоторых конструктивных особенностей
аппаратуры
Иногда коррозия наступает или ускоряется вследствие
конструктивных особенностей отдельных узлов и деталей
аппарата.
Неудачные конструкции часто обусловливают возникновение
механических и термических напряжений, застоя жидкости,
местных перегревов и т. п., вызывающих, как известно,
коррозию. . , ■ ■
Сварной шов является наиболее уязвимым участком, где
чаще всего возникают очаги коррозии. С целью устранения
коррозии в этом случае прибегают к ряду
предупредительных мер (выбор электродов соответствующего состава,
последующая термическая обработка и др.). Хороший сварной шов
трудно получить в месте соединения деталей, имеющих
различную толщину. В таких местах часто возникает коррозия. Во
* Предложено впервые инж. Н. И. Зиминым в 1901 г. ;
5*

68
IV. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КОРРОЗИЮ
которых у шва
избежание этого изображенная на рис. 37 конструкция
сварного узла * предусматривает сварку деталей, толщина
уравнена.
Известно, что при сварке обичйек внахлест
часть обичайки, находящаяся между швами,
разъедается гораздо интенсивнее, чем
остальные части стенок. Усиленная коррозия этого
участка объясняется термическими
напряжениями, остающимися в поясе после сварки.
Лучший способ устранения подобных явлений
в данном случае—сварка стенок встык.
Иногда коррозия вызывается отеканием
агрессивных растворов по крышкам и стенкам
аппарата, а также пропитыванием прокладок
и разъеданием их и смежных с ними деталей.
Во избежание этого жидкость нужно вводить
в аппараты не через штуцеры, а через специальные трубы,
обеспечивающие непосредственное попадание ее в рабочее
пространство аппарата (рис. 38).
Л
Рис. 37. Способ
сварки обичайки с
трубной доской.
Рнс. 38. Патрубок,
предохраняющий от стенания
жидкости по стенкам.
Рис. 39. Щиток,
предохраняющий от попадания воды на
фланцы.
Коррозия во фланцевых соединениях аппаратов может иметь
место вследствие стекания воды по наружной поверхности
аппарата. На рис. 39 изображена конструкция щитка, устраняющая
попадание воды на фланцы.
* А. Д. Домашнее и А. И. Рычков. О влиянии конструктивных
форм аппаратуры на ее коррозию, Хим. пром. № 7 (1948).

6. ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ АППАРАТУРЫ 69
Застой жидкости, накапливание ее в пазах, углублениях,
у трубных досок благоприятствует коррозии. Предупредительные
меры в этих случаях: спиливание выступающих над трубными
Рис. 40. Приваривание сливного патрубка:
а—правильное; 6—неправильное.
досками концов трубок, ввальцовывание трубок заподлицо
с трубными досками, вывод жидкости близ самых низких точек
рабочих зон аппаратов, отказ от применения точечной сварки,
при которой трудно избавиться от зазоров и щелей между
Рис.41. Различные сопряжения обичайки с днищем:
с—удачное; 6 и в—неудачные.
листами. Из этих соображений предпочтительно приваривать
сливные штуцеры встык (рис. 40, а), а не внахлест (рис. 40, б),
когда выступающий внутрь конец патрубка мешает полному
СЛ(ИВУ ЖИДКОСТИ!.
Образование на стенках аппарата неравномерного слоя
осадков может явиться причиной возникновения гальванического
элемента. ,В аппаратах, где это может иметь место, желательно
предусмотреть конструкцию с непрерывным удалением осадка по
авбйе его "выпадения. В тех случаях, когда этого нельзя
осуществить, желательно полное устранение мертвых углов и зон, где
могли бы накапливаться отложения. Хорошо сопрягать детали
аппаратов по плавным кривым и избегать внутренних углов.
В этом ^отношении сопряжение обичайки с днищем, показанное
на рис. 41, а, гораздо удачнее, чем сопряжения, показанные на
рис. 41,6 и 41,в, так как в последних случаях удаление осадка
сильно затруднено.

70 IV. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КОРРОЗИЮ
Плохое распределение и завихрение газов может вызвать
местные перегревы, которые в свою очередь усиливают
коррозию. Меры предупреждения: выбор аэродинамически правиль-
Газ
Рис. 42. Защита концов
теплообменных трубок
от обгорания.
Рис. 43. Защита
стенок колонны
движущимся слоем
холодного газа.
ной формы аппаратов, исключающей образование завихрений
в токе газов; установка экранов для устранения перегревов
от радиации; обеспечение
эффективного отвода тепла
от нагреваемых деталей.
Часто удается облегчить
условия работы аппаратов,
защищая от перегревов
только наиболее нагреваемые
части. Например, в
трубчатых теплообменниках, по
трубкам которых проходят
нагретые до высокой
температуры газы (800—1000° и
выше), максимально
нагреваться будут концы трубок,
расположенные против aiifca
горячих газов. Для
защиты концов трубок от
обгорания и во избежание
опасности разрушения
развальцовки рекомендуется закатывать трубки валиком (рис. 42).
Газовая коррозия имеет место в колоннах синтеза аммиака
вследствие воздействия водорода на металл при высокой тем-
Рнс. 44. Барабан котла, подвергающийся
хрупкому разрушению:
1—трубы; 2—зазор между стенкой котла и
кладкой; 3—песочный затвор.

7. ЗАМЕДЛИТЕЛИ КОРРОЗИИ
71
пературе. В современных колоннах влияние высокой
температуры на стенки корпуса парализуется защитным газовым слоем.
Сущность защиты сводится к тому, что наружный толстостенный
корпус колонны (рис. 43) отделяется от горячих внутренних
частей ее слоем быстро движущегося холодного газа,
поступающего на реакцию.
Неудачное конструктивное оформление может вызвать
местные перенапряжения в узлах и деталях, что благоприятствует
разрушению детали от совместного действия механических
напряжений и агрессивной среды. Примером этого служит
неправильно сконструированный барабан котла (рис. 44), где
имеет место хрупкое разрушение от совместного действия
повышенных механических напряжений и агрессивных агентов
питающей воды. В этом котле крайние ряды труб / зажаты
кладкой, не обеспечен достаточный зазор 2 между кладкой и
барабаном, лист песочного затвора 3, прикрепленный к барабану,
опущен до дна корыта. Все это создает дополнительные вредные
напряжения. Для предотвращения их следует удалить часть
кладки (до пунктира), обеспечить надлежащий зазор между
барабаном и кладкой, а также зазор между корытом « листом
песочного затвора.
7. Замедлители коррозии
Исследования последних лет показали, что имеется ряд
неорганических и органических веществ, уменьшающих скорость
коррозии. Эти вещества адсорбируются в зависимости от их
природы на анодных или катодных участках металла, образуя
пленку, которая уменьшает площадь анода или катода.
К неорганическим веществам, анодно задерживающим
коррозию, относятся кислород, хромовокислые и двухромовокислые
соли калия и натрия, фосфорнокислые соли и другие
соединения, которые способствуют образованию на анодных участках
нерастворимых продуктов коррозии. Добавка этих веществ
в ничтожных количествах (десятые или сотые доли процента)
обычно уже достаточно снижает скорость коррозионного
процесса. Выбор этих веществ и дозировка их производится
в каждом отдельном случае в зависимости от характера среды
и рода металла.
К неорганическим веществам, катодно задерживающим
коррозию, относятся некоторые соединения мышьяка, никеля, олова,
магния и др. Действие этих веществ сказывается в том, что
они, образуя на поверхности катода нерастворимые соединения,
ослабляют работу катодных участков.
Добавки неорганических веществ замедляют коррозионный
процесс преимущественно в щелочных и нейтральных средах;
*

72 IV. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КОРРОЗИЮ
в кислых растр.орах в большинстве случаев эффективность их
незначительна.
На рис. 45 представлены сравнительные данные по коррозии
железа в растворе хлористого кальция и в том же растворе
в присутствии незначительного количества г ексаметафосфата
натрия *; из рисунка видно, насколько в последнем случае
замедляется коррозия.
В кислых средах замедляющее действие на коррозию
большинства металлов оказывают некоторые органические вещества
(экстракты жмыхов, крахмал, клей
и т. п.). Эти вещества,
являющиеся коллоидами, адсорбируются
преимущественно на катодных
участках, увеличивая перенапряжение
водорода и тем самым прекращая
дальнейший процесс растворения
металла. Толщина этих
адсорбционных пленок чрезвычайно
незначительна и равна одному или
нескольким молекулярным слоям.
Коллоидные частицы
адсорбируются металлической поверхностью
и не адсорбируются окисленной.
Прибавление указанных
органических веществ оказывает, таким
образом, тормозящее действие на
растворение металла, не изменяя при этом
скорости растворения окислов.
Поэтому органические вещества нашли
большое применение при травлении
металлов в разбавленных кислотах.
Защитное действие органических веществ зависит от
температуры, химической природы и концентрации агрессивной среды.
С увеличением температуры уменьшается адсорбция и
снижается эффективность этих веществ. Имеет также значение,
насколько непроницаема, равномерна образующаяся
защитная пленка и как велико ее сцепление с поверхностью
металла.
В табл. 8 приведены данные ** о тормозящем действии ряда
органических веществ на коррозию железа и цинка в серной
кислоте и алюминия в растзоре едкого натра.
0,32
Ш
0,20
| 0,08
65 0,04
О 15 30 45 60 75 90
время, сутки
Рис. 45. Влияние добавки
(NaPOs)6 на коррозию железа
в растворе хлористого кальция:
/— без добавки; 2—с добавкой (NaP03)0
в количестве 16-Ю-6 г/.чл.
у
-I
2 ■
* Е. И. Гурович и И. В. Кротов, Гексаметафосфат натрия как
ингибитор коррозии железа в растворах солей, Ж. О. X., вып. 12 (1946).
** Н. А. И з г а р ы ш е в. Агрессивные среды химической
промышленности и коррозия металлов химической аппаратуры. Всесоюзное химическое
общество им. Д. И. Менделеева, 1939.

7. ЗАМЕДЛИТЕЛИ КОРРОЗИИ 73
Таблица 8
Тормозящее влияние некоторых органических веществ
на растворение металлов
Органические вещества
Потеря веса металла за 30 мин. при 50°, мг
железо в 75 мл
4 н. H2SOt+
+ 75 мл
раствора
органических веществ
цинк в 50 мл
4 н. HsSOj-f
+ 100 мл
раствора
органических веществ
алюминий в 120 мл
1 н. NaOH-J-90 мл
раствора
органических веществ
Альбумин
Атропин
БруЦИн
Декстрин
Желатина
Кодеин
Крахмал
Стрихнин
Теобромин
Хинин сернокислый .
Хиннн солянокислый
84,4
103,4
67,9
54,8
24,2
102,4
90,0
69,1
10!) ,4
74,7
14,4
98,2
26,0
46,0
50,2
35,8
28,1
91,0
61,0
98,0
40,8
123,0
70,2
44,0
42,1
75,8
37,4
84,0
78,6
88,0
Без органических веществ
100,4 I 103,6 I 98,0
П римечанн е. Концентрация органических веществ в растворах отвечала 0,02 и.
раствору, за исключением декстрина и желатины, содержание которых в растворе составляло 1°|0.
Таблица 9
Влияние замедлителя ПБ4 иа скорость растворения стали
в соляной кислоте
Содержание
НС1
33,4
29,5
25,0
20,0
Скорость растворения, г1м*час
без
замедлителя
50,10
23,33
12,30
6,80
с замедлителем
0,17
0,11
0,09
0,07
Содержание
НС1
°,'о
15,0
10,0
5,0
Скорость растворения, г/м'^час
без
замедлителя
2,73
1J02
0,70
с замедлителем
0,05
0,04
0,045
Предложенные в последние годы замедлители'* на основе
экстрагируемых веществ из растительных и других промышлен-
* С. А. Балезин, В. П. Баранин к, И. Н. Путилова, Применение
ингибиторов кислотной коррозии металлов, Госхимиздат, 1948.

74
IV. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КОРРОЗИЮ
ных отходов оказывают высокое тормозящее действие на
растворимость железа в серной и соляной кислотах.
Эти замедлители, известные под названием «Уникод» (марки
МН, П6 и др.) нашли применение в качестве присадки при
травлении железа, при
бурении нефтяных скважин с
целью предохранения
металлических сооружений от
действия соляной кислоты, а
также при перевозке соляной
кислоты в цистернах и при
очистке паровых котлов от
накипи.
На рис. 46 представлен
результат действия
замедлителя «Уникол» МН на
уменьшение скорости
растворения железа в 15%-ной
соляной кислоте.
Результаты измерений
скорости растворения стали
в соляной кислоте,
содержащей 0,5% замедлителя ПБ4,
приведенные в табл. 9 *,
показывают, что последний уменьшает скорость коррозионного
процесса в 20—300 раз (в зависимости от концентрации кислоты).
ю
к1-6
45 ОМ
1„.
11
-1—
-4-
о
10
20 30 4Q
Время, часы
50 60
Рис. 46. Влияние замедлителя .Уникол"
МН на растворимость железа в 15%-ной
соляной кислоте:
/—без замедлителя; 2—с замедлителем [0,Щч).
ЛИТЕРАТУРА
И з г а р ы ш е в Н. А,, Агрессивные среды химической промышленности и
коррозия металлов химической аппаратуры, Всесоюзное химическое общество
им. Д. И. Менделеева, 1939.
Спеллер Ф. Н., Коррозия железа, ОНТИ, 1936.
Э в а н с Ю. Р., Коррозия, пассивность и защита металлов, Металлургиздат
1941.
* В. П. Баран ник и И. Н. Путилова, Ингибиторы коррозии
металлов в соляной кислоте, Хим. пром. № 9 (1948).

ГЛАВА V
ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ И ПАССИВНЫЕ ПЛЕНКИ
Коррозия, которая не сопровождается возникновением
электрического тока в системе, называется химической. Такая
коррозия будет происходить в неэлектропроводных агрессивных
средах. Неэлектропроводными средами являются сухие газы и
различные органические вещества: спирты, бензины, бензол и др.
Так как химическое взаимодействие металлов с органическими
веществами и агрессивными газами при невысоких температурах
протекает сравнительно медленно, естественно наибольшую
опасность представляет химическая коррозия при высоких
температурах.
1. Действие агрессивных газов на металлы
К числу наиболее распространенных газов, вызывающих
химическую коррозию аппаратов и деталей в химической
промышленности, относятся: кислород, сернистый газ, сероводород,
хлор, хлористый водород, окислы азота, углекислый газ, окись
углерода и водород.
Газовая коррозия наблюдается только при действии сухих
газов на металлы; при наличии влаги в газе имеет место не
химическая коррозия, а электрохимическая. Сернистый газ в
присутствии влаги образует сернистую кислоту, углекислый газ —
угольную кислоту, двуокись азота — азотную и азотистую
кислоты; хлор, взаимодействуя с парами воды, образует соляную
и хлорноватистую кислоты.
Такие явления обычно наблюдаются при температуре ниже
100—110° в условиях конденсации паров воды. В отсутствие
паров воды газовые среды не вызывают коррозии металлов и при
более низких температурах.
В химической промышленности значительное число процессов
протекает при высоких температурах, а также нередко при
высоких давлениях, в связи с чем износ аппаратуры еще больше
усиливается. Технология получения синтетической соляной кислоты
связана с воздействием хлора на конструкционные материалы
при температуре порядка 800°. Синтез фенола протекает при
высоких давлении и температуре. Колонны синтеза аммиака
работают при 500—600° и при давлениях до 1000 ат. .?■

76 V. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ И ПАССИВНЫЕ ПЛЕНКИ
Коррозия металлов в газах при высоких температурах
протекает лишь в. присутствии окислителя; чаще всего окисление
происходит за счет кислорода воздуха. Так, коррозия металлов
в хлористом водороде при наличии кислорода протекает в две
стадии:
Ме+О —>МеО
МеО + 2НС1 —> МеС12 + Н20
Перегретый пар, применяемый в паросиловых установках,
при температуре выше 500° также вызывает химическую
коррозию:
Me-f-H20 _^ МеО + Н2
Скорость химической коррозии в газовых средах обычно
возрастает при температурах выше 200—300°; при температурах
от 100—120° до 200—300° газы, даже содержащие пары воды,
не опасны, если при этом не происходит конденсации жидкости
и, следовательно, не могут протекать электрохимические
процессы. Даже такие агрессивные газы, как хлор и хлористый
водород, при указанных температурах вызывают лишь слабую
коррозию металлов. Выше 200—300° химическая активность газов
сильно возрастает: хлор начинает действовать на металлы при
температуре выше 200°, хлористый водород — выше 300°,
сернистый газ, двуокись азота, пары серы — около 500°, сероводород
при еще более высоких температурах.
Ранее было отмечено своеобразное действие водорода на
железоуглеродистые сплавы: он не вызывает коррозии в обычных
условиях температуры и давления и весьма агрессивен при
давлении выше 300 ат и температуре 200—300°. Водород при
таких условиях вызывает так называемую водородную
коррозию, в результате чего наблюдается резкое падение
механических свойств металла. Причиной разрушения, в частности,
железоуглеродистых сплавов в условиях эксплоатации аппаратов
высокого давления в производстве синтетического аммиака
является диффузия водорода в металл, вызывающая в нем
глубокие изменения, связанные с образованием гидридов и их
разложением. Кроме того, водород реагирует с карбидом железа,
образуя углеводороды:
FedC-[-2H2 = 3Fe + CH!
в результате чего происходит разрыхление структуры,
сопровождающееся обезуглероживанием стали. При случайном спаде
давления или понижении температуры часть водорода стремится
выделиться по границам зерен- металла; при таком выделении

1. ДЕЙСТВИЕ АГРЕССИВНЫХ ГАЗОВ НА МЕТАЛЛЫ 77
водорода металл разрушается. Азот оказывает влияние на
водородную коррозию. Его роль сводится к образованию на
поверхности металла тонкой нитридной пленки. Если эта пленка
обладает достаточной вязкостью и хорошо сцеплена с металлом, она
препятствуег диффузии водорода; если пленка хрупка, она
способствует разрушению металла, в особенности в нагруженных
деталях. Толщина нитридной пленки зависит от
продолжительности действия газа, и для стали с содержанием 6% Сг не
превышает 1 мм.
Введение в сталь добавок хрома, титана, молибдена, ванадия,
вольфрама и других элементов, способных к образованию
сложных карбидов, более прочных по отношению к водородной
коррозии, чем цементит (FeeC), повышает сопротивляемость стали
обезуглероживанию. Насколько сильно препятствуют добавки,
например хрома, диффузии водорода в металл, можно видеть из
следующих данных: проникновение водорода в глубь металла
(углеродистая сталь, 0,15% С) при отсутствии хрома
составляет 0,9 мм, при содержании 1 % Сг — 0,3 мм, а при
содержании 5% Сг — 0,1 мм.
Газы, обладающие окислительными свойствами, при
температуре выше 700° и при атмосферном давлении также могут
вызывать обезуглероживание железоуглеродистых сплавов. Это
явление заключается в окислении углерода с образованием
углекислого газа и окиси углерода, вследствие чего поверхностный
слой обедняется углеродом и механические свойства стали
понижаются.
При обезуглероживании происходят следующие реакции:
Fe3C + 02 —> 3Fe + С02
Fe^C -f СОа —► 3Fe - j- 2CO
FeaC + Н,0 —> 3Fe 4- СО + На
Окись углерода, применяемая в синтезе метанола, образует
со многими металлами легко летучие жидкости — карбонилы:
Me4-«СО —> Ме(СО)„
что также является причиной разрушения металла.
Некоторые цветные металлы и сплавы также подвержены
сильной химической коррозии при действии газовых сред.
Скорость коррозии зависит от рода металла, характера газовой
среды и защитных свойств продуктов коррозии.
На медь и медные сплавы разрушающе действуют
окисляющие газы, а также газы, содержащие сернистые соединения.
Особую опасность для меди при температуре выше 400° пред-

ib
V. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ И ПАССИВНЫЕ ПЛЕНКИ
ставляет водород, который взаимодействует с. закисью меди и
восстанавливает ее до металла:
Си20 + Н2 —> 2Cu + Н20
При этом вследствие образования паров воды нарушается
связь между кристаллами и в металле возникают трещины.
Действие водорода на медь при высоких температурах вызывает,
таким образом, особое явление, называемое водородной
хрупкостью меди. Так как в технических сортах меди
всегда содержатся примеси закиси меди, не рекомендуется
применять медную аппаратуру для высоких температур в
восстановительных газовых средах.
Никель и сплавы на его основе, устойчивые в кислороде,
углекислом газе и в аммиаке при 500—800°, показывают слабую
сопротивляемость по отношению к газам, содержащим сернистые
соединения. Особенно разрушающе действуют на никель
сернистый газ, пары серы и сероводород при высоких температурах.
При действии этих газов образуется сернистый никель, который
дает с никелем легкоплавкую эвтектику Ni—NiS, плавящуюся
при температуре около 625°. Образование этой эвтектики в
сталях, содержащих никель, происходит преимущественно по
границам зерен, вызывая разрушение металла.
При высоких температурах кобальт также слабо
сопротивляется корродирующему действию сернистого газа.
Алюминий в окислительных газовых средах и в газах,
содержащих сернистые соединения, устойчив при высокой температуре.
Серебро не корродирует в окислительных средах, но в
сернистом газе при высоких температурах разрушается.
2. Поверхностные пленки на металлах
Многие металлы при, взаимодействии с кислородом воздуха
даже при комнатной температуре покрываются тончайшей
пленкой окислов металла. Толщина пленок, образовавшихся при
взаимодействии металла с сухим воздухом или окислителями,
различна и зависит от рода металла, характера среды,
температуры и других факторов. Толщина пленок на меди и железе
в обычных атмосферных условиях колеблется в пределах
о о
10—30 А (А^ 1 • 10~7 мм). Такие пленки невидимы и настолько
тонки, что металл сохраняет свой блеск. Наличие пленки можно
установить по изменению отражательной способности
поверхности металла.
Так называемые «цвета побежалости» на металлах
обусловлены образованием пленок толщиной от 400 до 5000 А. Такие
пленки легко обнаружить, можно снять с поверхности металла
и измерить их толщину.

i поверхностные плёнки на металлах 19
Во многих случаях тонкие пленки удается изолировать путем
растворения металла в электролитах, действующих на металл, но
не растворяющих пленку. Если на металлическую пластинку,
покрытую пленкой, нанести царапину и пластинку опустить
в раствор соответствующего электролита, то растворение начнется
с обнаженного участка, а после растворения металла можно
отделить нерастворившуюся пленку. Так, испытание олова,
покрытого окисной пленкой, показало, что в 10%-лом растворе
FeCl3 металл растворяется, а пленка остается целой. Пленку
алюминия можно изолировать действием сухого хлористого
водорода при 300—400°. Алюминий на обнаженных участках
превращается в летучий хлорид, а пленка остается без изме-
* нений.
Изучение пленок, снятых тем или иным путем с
металлической поверхности, показало, что они пористы; количество и
размеры пор различны для разных пленок. По современным
данным площадь пор на 1 см2 поверхности составляет от 10_3
до 10~5 см2.
Окисные пленки могут быть электропроводными или не
обладать проводимостью. В первом случае пленки катодны по
отношению к металлу и обнаженные участки являются анодами. Во
втором случае электрохимические процессы не будут иметь места
при воздействии на металл раствора электролита, если пленка
достаточно сплошная. Если же пленка очень тонка, возможны
катодные процессы.
С повышением температуры скорость окисления металлов
возрастает и по мере образования поверхностных пленок,
защищающих металл от дальнейшего воздействия агрессивной среды,
процесс коррозии замедляется.
Чтобы окисная- пленка обладала защитными свойствами, она
должна быть не только сплошной и не растворяться в
агрессивной среде, но и обладать хорошим сцеплением с основным
металлом, близким к нему коэфициентом теплового
расширения и т. п. Если окисная пленка пориста, рыхла и
характеризуется плохим сцеплением с более глубокими слоями, то даже
при условии инертности ее в данной агрессивной среде она не
будет обладать защитными свойствами, так как при отделении
пленки будут обнажаться новые слои неокисленного металла.
Примером металла, образующего хорошую окисную пленку,
является алюминий; железо, окисляясь на воздухе, дает плохую
пленку.
Устойчивость металлов и сплавов к газовым средам при
высокой температуре объясняется защитными свойствами
образовавшихся на поверхности металла пленок, т. е. продуктов
коррозии, которые сами замедляют дальнейший коррозионный
процесс.

80 V. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ И ПАССИВНЫЕ ПЛЕНКИ
Как показал опыт, сплошная пленка образуется в том случае,
если молекулярный объем окисла больше атомного объема
(металла, израсходованного на его образование. Если молекулярный
объем окисла меньше атомного объема металла, из которого он
образовался, то пленка не в состоянии покрыть всю поверхность
металла и не обладает защитными свойствами.
Из сказанного выше вытекает, что характер получаемых
пленок можно установить по отношению
К
v*
где Va — молекулярный объем окисла (пленки);
V-u — атомный объем металла.
Так как
м
v„
Vm =
v*
V'
D
Ах
Md
~ xAD
ТО
где М — молекулярный вес окисла;
D — плотность окисла;
А — атомный вес металла;
d — плотность металла;
х — козфициент, указывающий число атомов металла в
молекуле окисла.
Если это отношение больше единицы, то пленка получается
сплошной и может хорошо защищать металл от окисления, если
же оно меньше единицы, то пленка обычно пориста и не
обеспечивает надежной защиты металла.
Следует учесть, что условие -т^ > 1 не всегда
обеспечивает хорошие защитные свойства пленок, так как и другие
факторы (внутренние напряжения, возникающие при росте защитной
пленки, резкие изменения температуры и др.) могут влиять на
пористость пленки.
„В табл. 10 приведены значения отношения —j^ Для некоторых
металлов; из данных таблицы видно, что объем окислов
щелочных и щелочноземельных металлов меньше объема металлов,
из которых они образовались. Эти металлы интенсивно
окисляются.

3. ПАССИВНОСТЬ МЕТАЛЛОВ
81
Таблица 10
Md
Значения отношения —г=- для некоторых металлов
ХЛи
Металл
Вольфрам
Железо
Хром .
Медь . .
Никель .
Цинк . .
Алюминий
Окисел
wo3
Fe2Os
Cr2Os
Cu20
NiO
ZnO
A1203
Md
xAD
3,59
2,16
2,03
1,71
1,60
1,57
1,21
Металл
Магний
Барий .
Кальций
Литий .
Натрий
Калий ..
Окисел
MgO
ВаО
СаО
Bi20
Na20
К.О
Md
xAD
0,79
0,74
0,64
0,60
0,57
0,41
Для того чтобы пленка могла расти (защитные свойства
пленки связаны с определенной толщиной), необходимо, чтобы
имели место диффузия газа в металл из внешней среды через
пленку и диффузия металла из металлической фазы через окис-
ный слой в направлении к внешней среде.
По мере приобретения пленкой защитных свойств диффузия
затрудняется и скорость роста пленки уменьшается.
3. Пассивность металлов
Опытные данные показывают, что многие металлы при
воздействии на ннх в определенных условиях некоторых сред
(в большинстве случаев окислительных) теряют способность
подвергаться коррозии, в то время как в отсутствие этих условий
коррозия имеет место. Приведем несколько примеров. Железо
хорошо растворяется в разбавленной азотной кислоте, но не
в концентрированной; после воздействия последней железо на
некоторое время теряет способность растворяться и в
разбавленной кислоте. Медь, обработанная азотной кислотой при
температуре —11°, теряет способность растворяться в той же кислоте
при комнатной температуре. Железо перестает растворяться
в водопроводной воде при добавке к ней небольших количеств
двухромовокислого калия. Предохранение железа, никеля,
алюминия и других металлов от коррозии может быть достигнуто
также введением других окислителей, например перманганатов,
нитратов и пр.
6 Зак. 1142. И. Я. 'Клинов.

§2 V. ХИМИЧЕСКАЯ ко^РОЗИЯ Й ПАССИВНЫЕ ПЛЕНКИ
Добавки различных легирующих элементов к железу (хром,
кремний, молибден и др.) оказывают такое же действие, как и
окислители. Они сильно увеличивают устойчивость железа в тех
средах, в которых оно без этих добавок обычно неустойчиво.
Такое состояние устойчивости металла, вызванное
указанными выше причинами, называется пассивностью, а
металл называется пассивным. Состояние, противоположное
пассивному, называют активным.
С электрохимической точки зрения переход металла в
пассивное состояние связан с повышением его потенциала
(облагораживание металла). Так, потенциал железа повышается до.+1,0 в,
а потенциал хрома до +0,9 е.
Признаваемые в настоящее время теории пассивности
основываются на явлениях образования защитных пленок на
поверхности металла. Пленки в виде сплошного слоя препятствуют
воздействию на металл агрессивной среды и скорость коррозии
постепенно уменьшается, причем, в ряде случаев растворение
металла прекращается.
Обычно такие защитные пленки образуются при действии на
металлы окислительных сред.
Образование защитных пленок на алюминии наблюдается при
воздействии концентрированной азотной кислоты, раствора
хромовой кислоты; на хроме — при воздействии слабой азотной
кислоты. Легко образуются также защитные пленки на никеле,
молибдене, свинце и других металлах и сплавах.
Наличие окислительной среды не всегда является
необходимым условием для образования защитных пленок. Так, при
погружении магния во фтористоводородную кислоту образуется
не окисная пленка, а пленка фтористого магния, нерастворимая
во фтористоводородной кислоте.
Удаление защитной пленки с поверхности металла ведет
к депассивированию, переводит металл в активное состояние.
Следует отметить, что металл, способный пассивироваться,
переносит эти свойства и на твердые растворы, которые он образует.
Так, легированные стали, в состав которых входят хром, никель,
молибден, так же хорошо пассивируются, как и чистые металлы.
Для создания устойчивого пассивного состояния требуется
соблюдение определенных условий при пассивировании (состав
пассиватора, температура). С повышением температуры для
создания пленок с хорошими защитными свойствами требуется
увеличить концентрацию пассиватора.
Наличие примесей в металле оказывает влияние на
пассивирование его поверхности и получение сплошных пленок.
Включения FeAl3 в алюминии являются участками, на которых
не образуются пассивные пленки в окислительных средах,
вследствие чего эти места, как имеющие более положительный потен-

4. ТЕОРИИ ПАССИВНОСТИ .МЕТАЛЛОВ В. А. КИСТЯКОВСКОГО 83
циал, будут играть роль катодов; такое же влияние оказывает
примесь кремния в алюминии.
Пассивированный металл теряет некоторые свойства,
которыми он обладал в активном состоянии; пассивированное железо
ие вытесняет меди из растворов медных солей, очевидно
вследствие сдвига потенциала пассивированной поверхности в
положительную сторону.
Защитные свойства пассивных пленок в основном объясняются
их беспористостью, однако практически в пленке всегда имеются
микропоры. Если диаметр агрессивных ионов, присутствующих
в растворе электролита, настолько мал, что они могут проникнуть
сквозь поры и взаимодействовать с металлом, то в этом случае
пленка не может обладать защитными свойствами. С таким
явлением мы встречаемся при воздействии на пассивированные
металлы ионов Cl~, Br~, J" и F", имеющих малый диаметр.
4. Теория пассивности металлов В. А. Кистяковского
Основные положения теории пассивного состояния металлов
в общей форме были установлены Фарадеем в 1836 г. Согласно
этой теории пассивирование объясняется покрытием поверхности
металла слоем окиси или кислорода, препятствующим
дальнейшему растворению или окислению металла.
Ряд возражений против теории окисной пленки, как-то:
невидимость пленки, сохранение блестящей поверхности
пассивированного металла и др., в настоящее время отпал, и сейчас
можно считать экспериментально доказанным для большинства
случаев пассивного состояния наличие окисной пленки.
Теория окисной пленки была развита в работах В. А.
Кистяковского, и в настоящее время общепризнанной является
созданная им пленочная теория коррозии и пассивности металлов.
Пассивность металлов согласно теории В. А. Кистяковского *
вызывается образованием на поверхности металла тонкой,
бесцветной, стекловидной и электропроводной пленки окисла,
которая защищает металл от воздействия внешней среды.
Строение и толщина этой пленки различны для разных
металлов. Эта пленка образуется не только в результате
воздействия пассиваторов на поверхность металла; она имеется на
всякой поверхности полированного или очищенного металла.
Металл находится в активном состоянии в том случае, когда
окисная пленка имеет поры, через которые возможно
проникновение агрессивной среды. Он находится в пассивном состоянии
тогда, когда эта пленка сплошная. Причиной разрушения окис-
*В. А. Кистяковский, Электрохимические реакции и электродные
потенциалы некоторых металлов. Известия СПБ Политехнического института,
1010.
6*

&4 V. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ И ПАССИВНЫЕ ПЛЕНКИ
ной пленки может быть переход ее из аморфного в
кристаллическое состояние, сопровождающийся образованием
«кристаллизационных центров», для чего необходим контакт металла с
посторонними веществами.
Теория В. А. Кистяковского особенно подчеркивает важную
роль «очагов ржавления», являющихся центрами
кристаллизации. Такие «очага ржавления» искусственно были созданы на
поверхности железа (И. В. Кротов) действием паров иода.
В зависимости от того, какие воздействия преобладают
(создающие или разрушающие пленку) происходит замедление или
ускорение коррозионного процесса.
При движении металлического объекта усиливается
пассивирование металла вследствие соприкосновения его со свежими
потоками окислительной среды.
Сдвиг потенциала металла в положительную сторону при
движении В. А. Кистяковский называет мотохимическим
явлением. Так, измеренный им потенциал неподвижного
железного электрода оказался равным —0,46—0,50 в, а
движущегося электрода —0,21—0,24 в. Потенциалы алюминиевого
неподвижного и движущегося электрода (в 0,5 н. ЫагС03)
достигают соответственно 0,06 и 0,10 в. Особенно своеобразные
свойства обнаруживает железо.
В. А. Кистяковский установил пять состояний для железа: от
типично пассивного до типично активного (табл. 11).
Таблица 11•
Различные состояния железа
Состоите
Надактивное
Активное
Субактивное (в
разбавленной
серной кислоте)
Субпассивиое
Пассивное
Характер
поверхности
Катодно
поляризуемая в щелочном
растворе
Чистая
Окисная пленка с
большими порами
(ржавление)
Окисная пленка с
малыми порами
(ржавление)
Сплошная окисная
пленка
Процесс
Н2 ^=± 2H+ + 2е
Fe ^± Fe+++2e
Местные токи
Местные токи,
мотохимические
явления
Потенциал
а
от-0,9до-0,5
от-0,5до-0,4
от-0,4 до-0,2
от —0,2
до+0,2
от+0,2до+0,9
Как видно из приведенных данных, железо только в активном
состоянии ведет себя • согласно электрохимической реакции

*. ТЕОРИЯ ПАССИВНОСТИ МЕТАЛЛОВ В. А. КИСТЯВСОВСКОГО 85
Fe -*• Fe2* + 2e, т. е. посылает в электролит свои двухвалентные
ионы. Образование ржавчины ,еще незаметно. Субактивное
состояние характеризуется тем, что на поверхности металла
имеется пленка, но пленка не гомогенная; в ней имеются поры,
разрывы, вследствие чего возникают гальванические элементы и
железо ржавеет. Субактивное состояние при воздействии
окислителя на металл может смениться субпассивным, которое
характеризуется наличием на поверхности металла пор с малыми
размерами. В пассивном состоянии защитная пленка уже.
образовалась, благодаря чему ржавление железа прекратилось.
Интенсивное разрушение железа происходит в области
активного, субактивного и субпассивного состояний. В последних двух
состояниях коррозия усиливается действием гальванических
элементов, которые возникают между пленкой и поверхностью
железа, свободной от пленки.
Переход от одного состояния поверхности металла к другому
может итти самопроизвольно *.
Пленочная теория В. А. Кистяковского дает указание для
борьбы с коррозией металлов: на поверхности металлов должны
быть созданы химически инертные в данных агрессивных
условиях пленки, вполне гомогенные, без разрывов и пор.
Новую теорию пассивного состояния металлов
(каталитическую) дает в своей работе Б. В. Эршлер ** на примере платины.
Им сделаны количественные измерения, показавшие, что весьма
малые количества кислорода, адсорбированные в двойном слое,
сильно замедляют растворение платины (в растворе соляной
кислоты), причем установлена зависимость между
количеством атомов кислорода на поверхности и скоростью растворения.
Исследования Б. В. Эршлера показали, что покрытие
поверхности платины всего на 6% адсорбированными атомами кисло-'
• рода уменьшает скорость растворения в четыре раза. Такое
чрезвычайно эффективное действие малых количеств кислорода
не может быть объяснено пленочной теорией пассивности даже
в случае, если признать, что для пассивирования металла нужно
закрыть только наиболее активные участки поверхности.
Другими работами доказано, что в случае пассивирования
железа количество адсорбированного кислорода на поверхности
также значительно меньше необходимого для образования
мономолекулярного слоя и что, следовательно, действие его является
каталитическим.
Таким образом, работами русских ученых доказано, что
в разных случаях существуют два различных механизма пасси-
* Н. А. Изгарышев в работе, опубликованной в 11914 г., Приводит пример
самопроизвольного изменения электродного потенциала кобальта в 0,1 н. СоС12.
** Б. В. Э р ш л е р, О пассивности платины, Труды второй конференции по
коррозии металлов, т. II, изд. Академии Наук СССР, 1943.
t

86, V. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ И ПАССИВНЫЕ ПЛЕНКИ
вирования металла: покрытие поверхности металла пленками и
каталитическое, замедление анодного процесса.
ЛИТЕРАТУРА
Акимов Г. В., Основы учения о коррозии и защите металлов, Металлург-
издат, 1946.
Кистяковский В. А., Коррозия металлов и борьба с ней, Госпланиздат,
1933.
Першке В. К. и Клинов И. Я., Химическое сопротивление материалов,
Госхимиздат, 1940.
Хедже Э. С., Защитные пленки на металлах, ОНТИ, 1934.
Химушин Ф. Ф., Нержавеющие кислотоупорные и жароупорные стали,
Металлургиздат, 1945.

ГЛАВА VI
ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИИ
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОРРОЗИИ
1. Классификация коррозионных разрушений
Разрушение металлов зависит не только от скорости
коррозионного процесса, но и от характера распределения коррозии.
Различают три вида коррозии: равномерную,
называемую также общей, так как она распределяется по всей поверх-
межкристаллитную
Глубина
равномерной
коррозии
ности металла, местную
(интеркристаллитную).
Равномерная
коррозия представляет один из
наименее опасных видов
коррозии, так как при
достаточной толщине металла
даже большая общая потеря
веса вследствие
коррозионных разрушений
незначительно изменяет
механическую прочность металла при
равномерно распределенном
напряжении по сечению
(растяжение, сжатие).
Равномерная коррозия
опасна при работе деталей
на изгиб и кручение, так как
повреждаются наиболее
нагруженные слои, но и в этом
случае увеличение
напряжений в конструкции
пропорционально изменению веса
детали.
Изменение эпюры
напряжений при растяжении и изгибе в результате равномерной
коррозии схематически изображено на рис. 47, где сплошная линия
показывает распределение напряжений после коррозии, а
пунктирная— до коррозии.
Равномерная коррозия наблюдается в тех случаях, когда
агрессивные среды не образуют защитных пленок на металле
Рис. 47. Схема изменения эпюры
напряжений после равномерной коррозии:
а—растяжение; б—изгиб.

88 VI. ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ
или когда на поверхности сплава равномерно распределены
мелкозернистые анодные и катодные участки.
Местная коррозия представляет собой разрушение только
отдельных участков поверхности металла. Этому виду коррозии
подвержены сплавы крупнозернистого строения. Местная
коррозия особенно ярко проявляется в тех случаях, когда на
поверхности металла или сплава образуются защитные пленки,
обладающие хорошим сцеплением с металлом только на некоторых
участках, в. то время как другие участки остаются обнаженными и
становятся анодами. Местная коррозия появляется также при
наличии включений в
сплаве, при
неравномерной аэрации
углублений, при
различии концентраций
раствора в разных
точках, при
неоднородной обработке
поверхности металла
и т. п.
- Местная
коррозия резко
сказывается на механических
свойствах детали,
хотя только отдель-
Рис. 48. Местная коррозия. ные сече"ИЯ являют'
г ся ослабленными, а
остальные остаются без изменений. Так как прочность
конструкции в целом зависит от прочности наиболее слабого сечения, то
местная коррозия, следовательно, весьма опасна.
К местным коррозионным разрушениям относится также
точечная коррозия, которая характеризуется тем, что
сосредоточивается на небольшом участке поверхности металла.
Отличительной особенностью точечной коррозии является
быстрое ее развитие и проникновение на большую глубину
в определенных участках металла. Точечная коррозия
значительно опаснее равномерной потому, что даже при небольшой
общей потере веса в отдельных местах металлической
конструкции могут образоваться раковины и сквозные^ отверстия.
Склонность металла к точечной коррозии можно установить при
воздействии на него различных сильно агрессивных растворов,
в частности для нержавеющих сталей — раствора, содержащего
10% NaCl и 5% FeCl3.
На рис. 48 изображен образец, подвергшийся местной коррозии.
Межкристаллитная коррозия состоит в том, что
разрушение металла идет по границам зерен,, вследствие , него.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ
89
нарушается связь между ними и агрессивная среда проникает
в глубь металла. Продукты коррозии образуются между
кристаллами и остаются внутри металла. Межкристаллитная коррозия
проявляется при распаде
некоторых твердых растворов в
определенном интервале температур,
например у сплавов алюминия после
искусственного старения их, и
в ряде других случаев.
Концентрация напряжений в
конструкциях, работающих в нагруженном
состоянии, и одновременное
действие агрессивной среды, как
отмечалось ранее, также вызывают
межкристаллитную коррозию.
Межкристаллитная коррозия
является наиболее опасным
видом коррозии, так как .она
обусловливает катастрофическое
падение механической прочности
детали. Часто она не вызывает
изменения внешнего вида металла, и разрушение детали может
наступить неожиданно. Характер разрушения, вызванного меж-
кристаллитной коррозией, пока-
Рис. 49. Графитизация.
Таблица 12
Изменение механических свойств
сплава Al -f 4% Си при различных
видах коррозии
зан на рис. 27 (стр. 56).
Металл, подвергшийся меж-
кристаллитной коррозии, не
обнаруживает металлического
звука и дает трещины или ломается
от незначительных усилий.
Одним из видов коррозии
является также
графитизация, которая наблюдается
большей частью у богатых
графитом серых чугунов.
Графитизация заключается в том,
что феррит постепенно почти
нацело переходит в раствор, и
подвергавшаяся коррозии деталь в конце концов оказывается
состоящей только из углеродистого скелета (графит и
немного .цементита), пространство внутри которого заполнено
вместо зерен феррита рыхлыми продуктами коррозии.
Механическая прочность,такой детали незначительна; чугунную тр*у%у,
например, можно проткнуть карандашом или сломать руками.
На рис. 49 показан характер разрушений металла при графи-
тизации.
Вид коррозии
Равномерная . .
Межкристаллитная

Уменьшение
предела
прочности
0,0
10.5
54.0

Уменьшение
удлинения
0,0
45,0
81,0

90; VI. ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ
Данные об изменении механических свойств одного и
того же сплава при различных видах коррозии, ио при
одинаковой потере веса (приблизительно 200 г/м2) приведены
в табл. 12; они показывают, насколько опасна местная и, в
особенности, межкристаллитная коррозия.
2. Методы коррозионных испытаний металлов
Для испытания химической стойкости металлов и сплавов
пользуются различными методами, причем в каждом случае
стараются воспроизвести в лаборатории условия, наиболее
близкие к производственным. Поэтому вопрос о правильном выборе
метода испытания имеет большое значение.
Методы, которые приняты в настоящее время в практике
коррозионных испытаний, могут быть подразделены на
качественные и количественные. Первые большей частью имеют только
вспомогательное значение и позволяют в некоторых случаях
заранее установить характер» коррозионного процесса и его
интенсивность.
Качественные методы коррозионных испытаний сводятся
к следующим:
U Внешний осмотр образцов испытуемого металла после
воздействия агрессивной среды. Осмотр поверхности металла
дает возможность установить, равномерно или неравномерно
происходит растворение металла, характер расположения
продуктов коррозии, плотность и степень сцепления их с
поверхностью металла. Эти наблюдения позволяют определить вид
коррозии, глубину очагов коррозии, форму и направление
пораженных участков.
2. Наблюдение за изменениями, происходящими в растворе:
менение окраски раствора, появление продуктов коррозии
в виде осадков, хлопьев, мути. Так, например, алюминий в
некоторых электролитах корродирует с образованием хлопьевидных
продуктов коррозии; никелевые сплавы окрашивают растворы
в зеленый цвет и т. д.
3. Наблюдение отражательной ; способности поверхности :
металла. В ряде случаев характер потускнения образца после
воздействия коррозионной среды позволяет установить
особенности коррозионного процесса.
4. Микроскопическое исследование образцов после коррозии.
Этот метод применяется в тех случаях, когда предполагается
наличие межкристаллитной коррозии. Микроскопическое
исследование позволяет установить внутренние изменения металла
вследствие нарушения связи по границам зерен *.
* Наличие межкристаллитной коррозии можно качественно установить
и неприбегая к сложному методу микроскопического исследования — по потере
металлического звука образцами металла.

2. МЕТОДЫ КОРРОЗИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ . 91
К качественным методам определения коррозии черных
металлов относится индикаторный метод, заключающийся
в определении мест расположения Анодных и катодных участков
на поверхности металла по различной окраске раствора вблизи
этих участков. Сущность метода состоит в том, что исследуемый
образец заливают раствором так называемого ферроксил-инди-
катора, содержащего красную кровяную соль и фенолфталеин;
на участках металла, играющих роль анодов, появляется голубое
окрашивание вследствие образования турнбуллевой сини, а на
катодных — розовое, так как концентрация гидроксильных ионов
в этих местах повышена.
Количественные методы позволяют характеризовать скорость
коррозионного процесса и изменение механических свойств
металла в результате коррозии. Наибольшее распространение
получили весовой метод, применяемый для оценки скорости
равномерной коррозии, а также метод измерения механических свойств
металла для случаев местной и межкристаллитной коррозии.
Сущность весового метода состоит в определении веса
образца металла до и после коррозии, причем в одних случаях
может иметь место увеличение веса, в других — убыль веса
образца.
Потеря веса наблюдается в тех случаях, когда возможно
удаление продуктов коррозии с поверхности металла или когда
они выпадают в виде осадков в раствор.
Если в результате коррозии образуются нерастворимые
соединения, плотно прилегающие к поверхности металла, величину
коррозии можно определить по увеличению веса образца.
При пользовании весовым методом необходимо следить,
чтобы продукты коррозии были полностью удалены с
поверхности металла в случае определения коррозии по убыли веса, или
полностью сохранены на поверхности металла, или собраны
другими методами (взвешивание осадков, частично ушедших в
раствор) в случае определения коррозии по увеличению веса.
При пользовании весовым методом продукты коррозии в
большинстве случаев осторожно удаляют механическим путем при
пбмощи щеток или протирают поверхность металла ватой,
резинкой, тряпкой так, чтобы сохранить неповрежденным основной
металл. Если указанным путем не удается снять продукты
коррозии, то прибегают к химическим реагентам, выбираемым
в зависимости от природы металла и характера продуктов
коррозии с таким расчетом, чтобы, растворяя продукты коррозии,
можно было полностью очистить поверхность, не затрагивая
основной металл. После удаления продуктов коррозии метаял
промывают водой, спиртом или эфиром и взвешивают. Разность
веса до и после испытания определяет величину потери металла
от коррозии. . |.

92 VI. ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ
В табл. 13 приведены некоторые наиболее употребительные
реагенты для снятия продуктов коррозии с металлов *.
Величину и скорость коррозии можно также определить путем
анализа раствора при условии, что металл разрушается с
образованием растворимых продуктов коррозии. При этом можно
пользоваться обычными аналитическими методами, отбирая
пробы из растворов через определенные промежутки времени.
Применяя для указанных целей колориметрические методы,.
можно значительно упростить методику анализа раствора.
Количественная оценка величины коррозии путем
определения изменения механических свойств производится измерением
предела прочности и относительного удлинения образцов до и
после коррозии.
Из других количественных методов определения химической
устойчивости, имеющих не столь широкое применение, нужно
отметить следующие:
1. Объемный — по количеству выделившихся или
поглотившихся газов.
В первом случае метод применим, если коррозия протекает
с водородной деполяризацией. По объему выделившегося
водорода можно подсчитать количество металла, перешедшего
в раствор. Если процесс протекает даже с частичной
кислородной деполяризацией, метод непригоден, так как результаты
испытаний могут быть снижены за счет неучитываемого в данном
случае окисления водорода.
Во втором случае метод пригоден для процессов, идущих
преимущественно с кислородной деполяризацией. По количеству
поглощенного кислорода можно судить о ходе коррозионного
процесса.
Объемный метод обладает значительными преимуществами
по сравнению с весовым (не требуется удалять продукты
коррозии, большая точность при отсчете объема газа и т. п.), но он
пригоден для процессов, идущих только с выделением или
поглощением газов.
2. Измерение электрического сопротивления образца. Метод
основан на зависимости сопротивления от размеров провод*-
цика:
R = Py
где р — удельное сопротивление;
/ — длина образца;
F — площадь сечения проводника.
* Г. В. Акимов. Теория и методы исследования коррозии металлов,
изд. Академии Наук СССР, 1945.

1 Методы коррозионных испытаний металлов 93
Таблица 13
Реагенты для снятия продуктов коррозии, с металлов
Металл
Алюминий
Стали
Сталь

оцинкованная и цинк
Медь и
медные
сплавы
Олово
Свинец
Продукты коррозия
А1203; А1(ОН)3
FeO; Fe203; Fe304;
FeA-HsO;
FeA-H20;
FeO(OH)
ZnC03-2ZnO-3H20;
ZnC03-3Zn(OH)2;
Zn(OH)2; ZnC03; ZnO
Cu20; CuO; Cu(OH)2;
CuS04.3Cu(0H)2;
CuC03-Cu(OH)2;
CuCl2-3Cu(OH)2
Растворитель
1. 5%-ный раствор
HN03
2. 5%-ный раствор
HN03+l%K2Cr20,
3. 65%-ный раствор
HN03
4. 20%-ный раствор
Н3Р04 +8о/0СгОз
1. 10%-ный раствор
винно- или
лимоннокислого
аммония -f NH4OH
2. 5%-ный раствор
NaOH+Zn
(гранулированный или
стружка)
3. 8%-ный раствор
NaOH или 10%-ный
раствор
лимоннокислого аммония
(катодная.
обработка)
4. NaN03,
расплавленный
(многократное
погружение)
1. Насыщенный
раствор CH3COONH4
2. 10%-ный раствор
(NH4)2S208
5%-ный раствор
h2so4
Sn '2; SnO 1 5°/0-ный раствор НС1
PbO; PbS04;
2PbC08.Pb(OH)2
Насыщенный раствор
CH3C00NH4
Температура я время
действия
растворителей
10-15°
15—20°; от 30 мнн.
до 2 час.
10—20°
20°; 15—20 мин.
25—100°
80—90°; 30—40 мин.
400°
—
10—20°
—
—

§4 Vi. виды Коррозионных разрушений
В результате коррозии сечение образца уменьшается и
соответственно увеличивается его электрическое сопротивление. Этот
метод в настоящее время нашел применение для определения
межкристаллитной коррозии нержавеющих сталей.
3. Электрохимический — по изменению электродвижущей
силы цепи, в которой испытуемый металл является одним
электродом, а водородный или
каломельный — другим.
Этот метод можно рассматривать
как вспомогательный, так как
потенциалы металлов меняются в
зависимости от большого числа факторов, сильно
влияющих на точность получаемых
результатов.
SpeMR При испытании металлов на
химическую стойкость следует выяснить,
Рис. 50. Типы кривых кор- идет ли процесс коррозии с постоянной
розия —время: скоростью, замедляется или ускоряется
!=£££ кк0оР^3з™НуыМе1ьшаТСе?: с течением времени, т. е. следует изу-
ся; 3—скорость коррозии увелипи- ЧЭТЬ Изменение СКОрОСТИ КОррОЗИИ ВО
вается' времени. Продолжительность
испытания должна быть по возможности большой, чтобы можно было
сделать по крайней мере не менее трех измерений. Параллельно
следует установить также коррозионный эффект за все время от
начала до конца испытания без перерыва опыта.
Обычно результаты испытания изображают графически
в виде кривых коррозия — время *, характерные типы которых
изображены на рис. 50.
Если при коррозии на поверхности металла не образуются
защитные пленки, то при неизменных условиях процесса
зависимость коррозия — время изображается прямой.
Второй, наиболее частый случай — замедленная коррозия —
изображается кривой, стремящейся к некоторому предельному
значению.
Причины замедления коррозии могут быть разнообразны.
Наиболее часто замедление связано с образованием во время
коррозии защитных пленок или с усилением ранее
существовавших.
Если коррозия приостановится, кривая пойдет параллельно
оси абсцисс.
Третий тип кривых относится к коррозионным процессам,
идущим с ускорением. Этот случай имеет место главным образом
тогда, когда защитная пленка разрушается в процессе
коррозии.
* Коррозия при этом выражается изменением веса или проницаемостью.

к способы оценки коррозии §S
3. Способы оценки коррозии
Скорость коррозия определяют по изменению веса образца,
отнесенному к единице поверхности (м2; см2) и к единице
времени (час, сутки, год и т. д.).
В промышленности до настоящего времени принята
следующая система оценки химической стойкости металлов и сплавов *,
хотя она не всегда оправдывается в жестких условиях работы
химической аппаратуры:
Потеря веса Химическая стойкость
г/м* час
До 0,1 Вполне стоек
0,1—1,0 Удовлетворительно стоек
1,0—3,0 Умеренно стоек
3,0—10,0 Мало стоек
Более 10 Нестоек
Эти нормы не учитывают удельного веса металлов (одна и
та же норма принята для свинца (уд. вес 11,3) и для алюминия
(уд. вес 2,6).
Для более точной оценки поведения металла целесообразнее
измерять коррозию уменьшением толщины металла, обычно
выражаемой в мм/год. Эту величину называют
проницаемостью и вычисляют по формуле
„ _ К- 24 -365
1000-7
где S — проницаемость в мм/год;
К — потеря веса металла в г/м2 час;
Y — удельный вес металла.
Проницаемость 1Можно рассчитать по изменению веса образца.
Опытные данные показывают, что для ответственных
аппаратов и деталей химической промышленности конструкционный
материал следует считать пригодным при уменьшении толщины
металла до 1 мм/год.
Подсчет времени Т, за которое толщина металла уменьшается
на 1 мм, можно произвести по формуле
'год — s — ^.24-365
В случае местной коррозии средняя потеря веса образца
недостаточно характеризует скорость коррозии и оценку
производят приближенно, наблюдая внешний вид прокорродировав-
* В настоящее время разрабатывается новая 10-бальная система оценки
химической стойкости металлов.
*

96 Vi. видырсоррозИонных разрушений
шего металла и измеряя пораженную площадь в случае точечной
коррозии.
Оценка коррозии путем определения изменения
механических свойств материала после воздействия агрессивной среды
является очень важной для расчетов при конструировании
химической аппаратуры. По указанной причине этот метод широко
применяется и в случаях равномерной коррозии. При этом
определяют предел прочности и относительное удлинение
образцов до и после коррозии. Разрушающую нагрузку при
расчете предела прочности после испытания относят к
начальной площади сечения образца до испытания, так как
действительное сечение образца после коррозии трудно определить.
Уменьшение предела прочности и уменьшение удлинения
выражают в процентах от начального значения.
В виде общего замечания к рассмотренным методам оценки
коррозии металлов следует сказать, что полученные, результаты
большей частью имеют относительное значение.
В качестве эталона часто принимают наиболее стойкий в
данных условиях материал и по сравнению с ним устанавливают
скорость коррозии остальных металлов.
Опытные данные, полученные в лабораторных условиях,
часто не совпадают с результатами производственных испытаний,
так как в лаборатории не всегда удается воспроизвести
действительные условия, при которых аппарат будет работать. По этой
причине всегда желательна проверка лабораторных испытаний
в производственных условиях путем непосредственного
наблюдения коррозии аппаратов или отдельных деталей конструкций.
4. Лабораторные испытания
Коррозионные испытания необходимо вести в условиях,
приближающихся к производственным, с учетом всех факторов,
которые могут оказать влияние на скорость и характер
разрушения металла. Так как*выбор конструкционного материала для
заданных условий обычно производится в результате испытания
нескольких металлов, эти испытания должны проводиться в
одинаковых условиях, а результаты оцениваться одним и тем же
методом.
Практика коррозионных испытаний установила ряд правил,
которые должны соблюдаться при проведении эксперимента. Эти
правила заключаются в следующем.
Образцы металла должны иметь точную характеристику
(химический состав, структура и происхождение). Следует
избегать образцов сложной формы, так как с них трудно удалять
продукты коррозии и трудно измерять их площадь. Для одной и
той же серии испытаний все образцы должны быть одинаковыми.
•

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ 97
Если необходимо провести также и механические испытания, то
работают с образцами стандартных размеров и формы.
При лабораторных испытаниях обычно применяют образцы
следующих размеров:
для листовых материалов . . . 25X50 мм
для цилиндрических образцов . .диаметр 10—20мм; высота 40мм.
для дисков диаметр 30 мм; толщина 5—10 мм
Для сохранения выгодного соотношения между поверхностью
и весом образца толщина образцов не должна быть большой. Из
пруткового материала диаметром больше 20 мм лучше
изготовлять образцы в виде дисков, нежели цилиндрические.
Перед испытанием поверхность образца должна быть
тщательно подготовлена и очищена. Поверхность всех образцов
следует обрабатывать одинаково: пескоструйным аппаратом,
наждаком и т. п. Окончательной операцией обычно является
шлифовка на наждачной бумаге разных номеров. При химической
подготовке поверхности травлением необходима последующая
тщательная промывка образцов горячей и холодной водой до
нейтральной реакции промывной воды. Если металл
предназначен для эксплоатации в необработанном виде, с окалиной,
литейной коркой и т. п., то образцы для коррозионных испытании также
не подвергают специальной подготовке.
Количество параллельно испытываемых образцов должно
быть не менее трех. Для повторных определений не следует
применять образцы, бывшие в употреблении.
Сосуды, в которых ведутся испытания, должны быть
одинаковыми по форме и размерам.
Образцы свободно устанавливают в сосуде с агрессивной
средой на стеклянные подставки или подвешивают на
неэлектропроводящей нити (конский волос, льняная нить, стеклянные
кррчки, нити из пластмасс и т. п.). В одном сосуде должны испы-
тываться образцы одного и того же материала; образцы не
должны соприкасаться между собой.
Жидкость или газ для испытания берут в определенных
количествах, зависящих от длительности эксперимента. Обычно на
1 см2 поверхности образца берут 20—200 мл жидкости.
Необходимо, чтобы в процессе коррозионных испытаний состав раствора
оставался постоянным.
Как указывалось выше, обычные коррозионные испытания —
длительны. Для сокращения времени часто применяют
ускоренные испытания. С этой целью металлы испытывают в более
жестких условиях, чем условия их действительной работы.
К ускоренным испытаниям часто приходится прибегать при
определении химической устойчивости легированных сплавов в слабо-
коррозиоиных средах.
7 Зак. 1142. И. Я. Клинов.

98 VI. ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ
Для ускорения действия агрессивной среды усиливают, в
зависимости от конкретных условий, действие того или иного
фактора, ускоряющего коррозию: добавляют окислители,
продувают воздух, повы-
Л_
Л» J
3»
§
л.
Р=
UiJ/Щ.
Щ2-
Г
Ь±ь
Рис. 51. Шпиндельный аппарат.
шают температуру,
перемешивают
растворы и т. д.
В частности,
таким ускоренным
методом производят
испытание хромони-
келевых сталей на
склонность к меж-
кристаллитней
коррозии. Образцы хро-
моникелевой стали
подвергают
кипячению в течение 48 час.
в колбе с обратным холодильником, наполненной до половины
раствором, содержащим в 1 л воды 47 мл H2SO4 уд. веса 1,84
и 13 г CuS04 • 5НаО. Образцы стали, не обладающей склонностью
к этому виду коррозионного разрушения, сохраняют
металлический звук и начальное значение
электрического сопротивления. Метод
основан на том, что при кипячении
в указанном растворе происходит
быстрое разрушение металла по
границам зерен, так как потенциал границы
вследствие выпадения карбидов
отличается от потенциала зерна.
Для проведения ускоренных
испытаний в лабораторных условиях
применяются различные аппараты и
установки. Наиболее характерные из них
описаны ниже.
Шпиндельный аппарат. Аппарат
(рис. 51) состоит из станины, в которой
укреплены мешалки, приводимые во
вращение мотором. К мешалкам
прикрепляются испытуемые образцы. Мешалки с образцами
погружаются в агрессивную среду. Перемешивание способствует
отводу продуктов коррозии от поверхности образцов и подаче
свежего раствора.
Установка для непрерывного погружения я извлечения
образцов. Значительное ускорение коррозии достигается при
переменных условиях, когда образец некоторое время находится в агрес-
Рис. 52. Установка для
непрерывного погружелия и
извлечения образцов:
/—вгнпа для смачивания
образцов; 2—образцы; J—«греватель-
нын элемент, закрытый
рефлектором, для сушки образцов.
-у

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ 99
сивном растворе, а затем на воздухе. Схема установки,
воспроизводящей такие условия, показана на рис. 52. Образцы
закрепляют на боковой поверхности колеса, нижняя часть которого
погружена в жидкость. При вращении колеса образцы
периодически смачиваются и затем высыхают.
Камера увлажнения. Существуют различные конструкции
камер для испытания материалов, предназначенных для работ
в атмосферных условиях или в условиях капельно-жидкой среды.
Рис. 53. Камера увлажнения конструкции Афанасьева:
/—стенка камеры из парафинированного дерева (задняя
стенка—стеклянная глухая; передняя стенка—стеклянная на резиновой прокладке,
поднимается впитой); 2—-термометр; 3—терморегулятор;
4—психрометр; 5—патефонный электромотор; б—вентилятор; 7—ламповый
нагреватель; в—ьихромовый нагреватель; 9— трубка для ввода газов; 10—sa-
жигатель (для получения SOs);//—вращающаяся подставка с образцами;
12—форсунки (8 шт.).
Обычно камера представляет собой шкаф, где при
соответствующей температуре с помощью распылителей образцы непрерывно
или с перерывами обрызгиваются жидкостью. В камеру могут
поступать и агрессивные газы. Ускорение коррозии происходит
вследствие более высокой влажности коррозионной среды (при
изучении атмосферной коррозии применяется 3%-ный раствор
NaCl) и свободного доступа в камеру воздуха, поступающего
через специальные отверстия.
На рис. 53 показана одна из более усовершенствованных
установок конструкции А. С. Афанасьева *.
* Г. В. Акимов, Теория н методы исследования коррозии металлов, изд.
Академии наук GCGP, 1946.
7*

100 VI. ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ
В химической промышленности многие аппараты и детали
установок подвергаются одновременному воздействию
агрессивной среды и механических нагрузок.
Существуют различные способы
создания напряжений, применяемые при
исследовании коррозии металлов в
нагруженном состоянии.
На рис. 54 изображен прибор для
испытания образцов на растяжение *.
Прибор состоит из рамки 1, в нижнее
седло которой и седло захвата 2
вставлены полуконусы 3, служащие
для схватывания образца 4 и
центрирования растягивающего усилия.
Палец 5 захвата на верхнем конце имеет
мелкую метрическую нарезку. На этот
конец надеваются калиброванные
пружины 6, служащие для создания и
г. „ , измерения усилий, приложенных к об-
^•0?разцР0Ивб^рДаЛсЯтяже™ае': Раэду. Растягивающее усилие на образ-
7-раика; 2-захмт; 3- полуконус; Де СОЗДЭеТСЯ ЗаТЯГИВаНИеМ ГаИКИ 7,
4—испытуемый образец;;5 — палец СЖИМЭЮЩеЙ ПРУЖИНУ 6.
захвата; 6—пружина; 7—гайка. г J
ЛИТЕРАТУРА
Акимов Г. В., Теория и методы исследования коррозии металлов, изд.
Академии иаук СССР, 1946. ,
К ре ни г В. О., Коррозия металлов, ГОНТИ, 1938.
П е р ш к е В. К. и К л и и о в И. Я-, Химическое сопротивление материалов,
Госхимиздат, 1940.
* И. Я. К л и н о в и Г. Л. Ш в а р ц, Коррозия статически нагруженной
углеродистой стали, Вести, инженеров и техников № 2 (1950).

ЧАСТЬ ВТОРАЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
ГЛАВА VII - : ,
ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
1. Железоуглеродистые сплавы
К железоуглеродистым сплавам относятся техническое железо
и его сплавы, содержащие примеси углерода, марганца, фосфора,
серы и кремния (обычные нелегированные стали и чугуны, так
называемые черные металлы). Лучше всего в качестве
химически устойчивых конструкционных материалов зарекомендовали
себя специальные легированные стали, цветные металлы и
сплавы. Однако, несмотря на это, железоуглеродистые сплавы,
сравнительно легко подверженные коррозии, значительно шире,
чем специальные сплавы, применяются для изготовления
аппаратов и машин химической и родственных ей отраслей
промышленности. Поэтому поведение их в агрессивных средах
представляет значительный интерес.
Химическая стойкость железоуглеродистых сплавов зависит
от их структуры, методов обработки и наличия примесей.
Влияние некоторых компонентов на коррозию черных
металлов. На основании диаграммы состояния железоуглеродистых
сплавов можно притти к заключению, что эти сплавы не обладают
химической стойкостью в агрессивных средах вследствие их
химической и физической неоднородности.
Из трех основных структурных составляющих
железоуглеродистых сплавов — феррита, цементита и графита — последний
обладает наибольшей химической стойкостью, а первый —
наименьшей. Цементит имеет более положительный потенциал, чем
феррит, и является по отношению к нему катодом, чем
обусловливается хорошая растворимость железа в различных средах.
Нормальный потенциал феррита —0,44 в, графита +0,37 в,
следовательно, з. д. с. элемента феррит — графит весьма
значительна и составляет около 0,81 в. Таким образом, основной
причиной сильной электрохимической коррозии
железоуглеродистых сплавов являются микроэлементы, образовавшиеся
вследствие неоднородности структурных составляющих. Практически

102 VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
чистое железо, состоящее из кристаллитов феррита, достаточно
устойчиво в ряде агрессивных сред.
Основной примесью железа, чугуна и стали является
углерод, содержание которого не превышает 3,5—4,0%. Кроме того,
в процессе выплавки в техническое железо попадают примеси
кремния, серы, фосфора, марганца и других элементов.
Влияние углерода. Углерод в отсутствие кислорода,
при воздействии кислот, не являющихся окислителями, ускоряет
коррозию железоуглеродистых сплавов, так как в этом случае
коррозионный процесс протекает с выделением газообразного
водорода.
В нейтральных средах и растворах окислителей повышение
содержания углерода в металле практически не оказывает
существенного влияния на скорость коррозии, протекающей в
большинстве случаев с кислородной деполяризацией, при которой
решающую роль играет доступ кислорода к поверхности металла.
Кроме того, на поверхности металла образуются нерастворимые
продукты коррозии, обладающие защитными свойствами. Однако
электролитическое железо (0,01% С) и железо Армко (0,02—
0,03% С) все же обладают повышенной устойчивостью по
сравнению с обычной углеродистой сталью.
Влияние марганца. Содержание марганца в
количествах, в которых он входит в железоуглеродистые сплавы
(0,5—0,8%), не отражается на коррозионной стойкости обычной
углеродистой стали и чугуна. С железом марганец образует
твердые растворы, однако химическая стойкость сплава практически
не улучшается и при более высоком содержании марганца,
очевидно вследствие низкого электродного потенциала этого металла.
Марганец повышает механические свойства стали.
Влияние кремния. Кремний с железом дает твердый
раствор. При наличии кремния в количестве 0,1—0,3% в
углеродистой стали и 1—2% в чугунах он не оказывает влияния на
коррозию. В чугунах кремний способствует распаду цементита
с выделением графита. При содержании свыше 1 % кремния
в стали и 3% в чугуне химическая стойкость стали в чугуна не
только не улучшается, но несколько ухудшается.
Повышение антикоррозионных свойств железоуглеродистых
сплавов имеет место только при содержании кремния не менее
14% вес, что соответствует второму порогу устойчивости
(правило и/8). Вследствие повышенной химической стойкости
железных сплавов с высоким содержанием кремния возникло
производство специальных сплавов на их основе, о чем будет сказано
в дальнейшем.
Влияние серы. Сера ускоряет коррозию
железоуглеродистых сплавов. С железом и марганцем сера образует
сульфиды, которые, выделяясь в виде отдельных фаз, создают в сплаве

1. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
103
микроэлементы. Сульфиды, являясь катодами, ускоряют
коррозионный процесс основного металла. Кроме того, сера
обусловливает межкристаллитную коррозию углеродистой стали.
Влияние фосфора. Влияние фосфора больше всего
сказывается на механических свойствах железоуглеродистых
сплавов. Коррозионная стойкость их практически не ухудшается,
а » некоторых средах, как, например, в кислотах, с повышением
содержания фосфора в сталях коррозия несколько уменьшается.
Количество фосфора в углеродистой стали допустимо до 0,05%,
а в чусунах до 0,5%, так как более высокое содержание
вызывает хрупкость сплава (хладноломкость).
Влияние меди. Медь повышает химическую стойкость
углеродистой стали и чугуна при содержании ее в пределах
0,2—1%. В этих небольших количествах медь образует с
железом твердый раствор.
Медистые стали и чугуны особенно пригодны в условиях
атмосферной коррозии в промышленных районах, при
повышенном содержании в воздухе сернистого и углекислого газов.
Добавки хрома, никеля, молибдена и некоторых других
элементов в определенных количествах, как правило, улучшают
коррозионную стойкость железоуглеродистых сплавов. Такие
сплавы относятся к группе легированных сталей и
рассматриваются ниже.
Коррозия железоуглеродистых сплавов в различных средах.
Коррозия в воде. Железоуглеродистые сплавы без
специальных легирующих добавок обладают слабой химической
устойчивостью в воде. Коррозия железа в воде протекает почти
так же, как и во влажной атмосфере. Без доступа кислорода
железо образует мало растворимый гидрат закиси железа белого
цвета. При доступе кислорода гидрат закиси железа в
присутствии воды быстро окисляется, переходит в бурый гидрат окиси
железа. Последний еще меньше, чем гидрат закиси, растворим
в воде и покрывает анодные участки металла рыхлым слоем,
неплотно прилегающим к поверхности и не защищающим железа
от дальнейшей коррозии. Затем гидрат окиси железа превращается
в сложные гидратированные окислы железа — ржавчину
(nFeO-тРегОз-рИгО). Коррозия железа в воде при наличии
кислорода продолжается до тех пор, пока кислород практически
полностью не будет израсходован или не прекратится его
доступ.
Кар.разия в нейтральных растворах солей.
Растворы солей вызывают более сильную коррозию, чем вода,
вследствие более высокой электропроводности раствора. Однако
с увеличением концентрации солей в растворе, в связи с
уменьшением растворимости кислорода, в большинстве случаев имеет

104
VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
место падение скорости коррозии железа. Несомненно, что
зависимость скорости коррозии железа в растворах солей от
содержания кислорода имеет более сложный характер, так как роль
кислорода двоякая: он усиливает коррозию в тех случаях, когда
является деполяризатором, и уменьшает, когда пассивирует
металл. Кроме того, в зависимости от неравномерного доступа
кислорода к отдельным участкам металла могут образоваться
гальванические пары, работающие по схеме концентрационных цепей.
Помимо указанных факторов, коррозия железа в растворах
солей в значительной степени зависит от характера катионов и
анионов среды, растворимости продуктов коррозии и
возможности образования в связи с этим на поверхности железа
защитной пленки, обладающей хорошим сцеплением с металлом.
Так, например, растворы солей NH4C1, NaCl, K2SO4, KNO3,
дающие с железом растворимые соединения, усиливают
коррозию; такие соли, как Na2C03, K!3Fe(CN)B, Na2Si03, уменьшают
коррозию.
Соли, обладающие окислительными свойствами, например
К2СГ2О7, К2СГО4, КМп04, пассивируют железо даже при малых
концентрациях их в растворе.
В водных растворах таких солей, как А1С13, MgCb,
подвергающихся гидролизу с образованием свободной минеральной
кислоты, железоуглеродистые сплавы сильно корродируют.
В растворах солей, катионы которых более
электроположительны, чем железо (C11SO4, NiS04, AgN03 и др.),
железоуглеродистые сплавы корродируют вследствие вытеснения железом
более электроположительного металла. Этим объясняются случаи
разрушения стальной аппаратуры солями меди, никеля,
серебра и др.
Коррозия в щелочах. В растворах щелочей
образуются нерастворимые продукты коррозии железа — гидраты
закиси и окиси железа, которые обладают хорошим сцеплением
с поверхностью металла и защищают его от коррозии. Защитные
пленки на железе образуются при рН > 9,5. Этим объясняется
более высокая химическая стойкость железоуглеродистых
сплавов в растворах едких щелочей, чем в растворах углекислого
натрия (нормальный раствор NaOH имеет рН около 13, а
такой же раствор Na2C03 имеет рН, равный 12).
С повышением концентрации растворов щелочей выше 30%
защитные свойства пленок уменьшаются, и, при одновременном
повышении температуры, железо подвергается коррозии в связи
с образованием растворимых продуктов коррозии типа феррата
натрия (Na2Fe04).
В горячих концентрированных растворах щелочей
наблюдается межкристаллитная коррозия железа (щелочная
хрупкость); она связана с образованием феррата натрия.

I. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ 1 05
В условиях напряженного состояния распространение меж-
кристаллитной коррозии в глубь металла еще более облегчается,
что может привести к катастрофическому разрушению
работающих установок, в частности паровых котлов высокого
давления.
Коррозия в кислотах. Железо принадлежит к числу
металлов, сравнительно легко образующих пассивные пленки.
В кислотах, не являющихся окислителями, например в
растворах соляной кислоты, железо образует растворимые продукты
коррозии и не дает защитных пленок. Коррозионный процесс
протекает с выделением на катодных участках
газообразного водорода в виде пузырьков или с деполяризацией водорода
кислородом воздуха. Молекулярный кислород воздуха снижает
перенапряжение водорода на катодных участках, но не может
пассивировать металл, так как для этого требуется более
сильный окислитель, дающий атомарный кислород.
В разбавленных растворах соляной кислоты имеет место
частично выделение газообразного водорода, частично
кислородная деполяризация. При этом растворение железа протекает
весьма интенсивно. С повышением концентрации кислоты
(увеличивается концентрация ионов водорода в растворе —
понижается рН) усиливается коррозия с выделением газообразного
водорода.
Чугун в кислотах, не являющихся окислителями, сильнее
разрушается, чем углеродистая сталь, так как при коррозии с
выделением газообразного водорода в виде пузырьков играет роль
количество включений, являющихся катодами по отношению
к основному металлу (в чугуне больше примесей, чем в стали).
В кислотах, являющихся окислителями (азотной и серной),
на скорость коррозии железа большое влияние оказывает
концентрация водородных ионов раствора. С повышением рН
(понижение концентрации водородных ионов) коррозия усиливается за
счет деполяризации водорода кислородом среды.
Повышение концентрации кислоты усиливает окислительные
свойства раствора и, при определенных условиях, кислород
начинает действовать так энергично, что на железе образуются
защитные пленки. Азотная кислота при концентрации выше 30%
пассивирует железо, а по достижении концентрации выше 50%
практически не вызывает коррозии. Серная кислота обладает
окислительными свойствами при концентрациях выше 70%
(см. рис. 55). В химической промышленности
железоуглеродистые сплавы в качестве конструкционных материалов
обычно применяются при концентрации серной кислоты не ниже
78—80%.
В олеуме, при содержании свободного S03 выше 25%,
железоуглеродистые сплавы не подвергаются коррозии; однако

106 VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
50,
■ 40
Z-30
применение чугуна не рекомендуется, так как олеум может
вызывать своеобразное межкристаллитное разрушение
вследствие окисления кремния и
графита.
Коррозия железа и
углеродистой стали в смеси серной и
азотной кислот в присутствий воды
зависит от содержания воды. На
рис. 56 * представлена
треугольная диаграмма, позволяющая
определять степень коррозии железа
в этой тройной смеси при 20°.
Чугун в указанной смеси
подвергается такой же коррозии, как и
в олеуме.
<$
20
1 ' :
го 40 60 80 100
Содер*а/ще HjSO^^Asb
Рис. 55. Коррозия железа в H2S04
Б органических кислотах, не обладающих окислительными
свойствами, железоуглеродистые сплавы подвергаются коррозии
н2о
HNO
h2so4
00 80 70 60 30 ^40 30 20 Ю
Рис. 56. Диаграмма коррозии железа в смеси H2S04 — HN03 — Н20 при 20'
А. Н. Кр естовни ко и и И. Я. Клипов, Хим-. пром. Ш 8 (1945).

2. ЖЕЛЕЗОКРЕМНИСТЫЕ СПЛАВЫ
107
В других органических средах (этиловый и метиловый спирты,
бензол, дихлорэтан, анилин и др.) при отсутствии следов воды
железоуглеродистые сплавы практически не подвергаются
коррозии.
О действии газовых сред на железоуглеродистые сплавы было
указано выше (стр. 76).
2. Железокремнистые сплавы
Общая характеристика. Сплавы железа с 14—17% Si и с
небольшим содержанием Других элементов известны под общими
названиями те р м о с и л и д ы, ф е р р о с и л и д ы,
кремнистые чугуны.
Содержание углерода колеблется в пределах 0,4—0,8%; оно
тем меньше, чем больше кремния. Содержание марганца
меньше 1%. Фосфор и сера содержатся в количествах, обычных
для железных сплавов.
Железокремнистые сплавы широко применяются в
химическом машиностроении вследствие химической стойкости в
большинстве агрессивных сред.
Сплав с содержанием до 14,5% Si представляет собой
однофазный твердый раствор. При более высоком содержании
кремния выделяются металлические производные кремния —
силициды FesSi2 или FeSi.
Если в сплаве присутствует углерод, то, ввиду ничтожной
растворимости в a-Fe, он частично образует третью фазу — графит.
Благодаря большому сродству кремния к железу углерод в
присутствии кремния не дает карбидов. Однако структура железо-
кремнистых сплавов еще недостаточно изучена и по данным
некоторых исследователей структурной составляющей является
также система (Fe -j- Fe3Si2 + С).
Несмотря на то что железокремнистые сплавы являются
многофазными, они все же обладают высокими
антикоррозионными свойствами вследствие образования на поверхности сплава
пленки двуокиси кремния.
Это подтверждается тем обстоятельством, что
железокремнистые сплавы разрушаются едкими щелочами и плавиковой
кислотой. С первыми двуокись кремния дает растворимый силикат:
Si02 + 2NaOH = Na2SiOa-fHaO
а с последней газообразный четырехфтористый кремний:
Si02 -I- 4HF = f SiF4 + 2HaO.

108
VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
Количество кремния, требуемое для получения сплошной
окисной пленки в соответствии с правилом п/н, равно 14,5% вес,
что соответствует 25% атомн., т. е. л = 2. Из практики известно,
что при меньшем содержании кремния эти сплавы не обладают
преимуществами по сравнению с железоуглеродистыми
сплавами.
Механические свойства. Изделия из железокремнистых
сплавов изготовляются исключительно отливкой. Механические
свойства сплавов плохие; сплавы обладают высокой твердостью и
хрупкостью.
Хрупкость объясняется наличием в сплаве химических
соединений — силицидов, поэтому железокремнистые сплавы не
могут прокатываться, а вследствие высокой твердости и
обрабатываться. Допускается только шлифовка их абразивами. Линейная
усадка сплава колеблется в пределах 1,2—2,6%; внутренние
напряжения в отливках так велики, что некоторые отливки
подвергаются растрескиванию при хранении. Железокремнистые сплавы
весьма чувствительны к резким перепадам температуры (выше
50°) и не переносят местного или быстрого нагрева.
С повышением содержания кремния механические свойства
сплавов ухудшаются; при содержании кремния выше 18%
хрупкость настолько увеличивается, что сплав становится практически
непригодным.
Чем выше содержание углерода, тем лучше механические
свойства и обрабатываемость сплава, но химическая стойкость
уменьшается. Теплопроводность сплава примерно вдвое меньше,
чем теплопроводность обычного чугуна.
Физические и механические свойства сплавов, содержащих
около 15% Si:
Предел прочности при разрыве, кг]мм% . . . 6—8
Твердость по вдавливанию 290—350
Температура плавления, °С . . . ■ 1220
Теплопроводность при 18°, кал/см сек град . 0,07
Удельный вес 6,9
Химическая стойкость. Железокремнистые сплавы в
большинстве случаев подвергаются разрушению не вследствие
воздействия на них агрессивных сред, а главным образом по
причине плохих физико-механических свойств сплава. С увеличением
содержания кремния выше 15% химическая стойкость сплава
практически не повышается.
Поскольку химическая стойкость сплава определяется
пассивной пленкой окиси кремния, образующейся на его
поверхности, окислительные среды, как азотная кислота, серная, хро-

2. ЖЕЛЕЗОКРЕМНИСТЫЕ СПЛАВЫ
109
мовая и др., не только не разрушают сплав, но еще больше
усиливают защитные свойства пленки. Железокремнистый сплав
стоек по отношению к азотной и серной кислотам всех
концентраций даже при их температуре кипения.
На рис. 57 графически представлена коррозия железо-
кремнистого сплава в 20%-ной азотной кислоте при 60° в
зависимости от содержания кремния. * Из этих данных следует,
'.->
1
I
0
—
\
V
-—.
//
12
13
14
Содержание Si, %дес
15
15
Рис. 57. Влияние содержания кремния иа коррозию
кремнистых сплавов в 20%-ной HN03 при 60°.
что уже начиная с 14% Si химическая стойкость сплава весьма
высока.
В серной кислоте пассивирование сплава наблюдается по
истечении 5—6 дней от начала испытания, что хорошо видно
из рис. 58.
В соляной кислоте железокремнистый сплав недостаточно
стоек.
В плавиковой кислоте и растворах едких щелочей совсем
нестоек.
В восстановительных средах — кислотах щавелевой,
муравьиной, винной — недостаточно стоек.
В фосфорной кислоте сплав стоек при отсутствии примесей
фтористых соединений и хлоридов.
В водных растворах солей и в газовых средах
железокремнистый сплав стоек.
* И. Я. К л и н о в, Действие серной кислоты и сернистого газа на
специальные металлы и сплавы советского производства, ЖПХ, № 12
(1937).

по
VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
24
20
/б
Применение. Из железокремнистых сплавов изготовляют
главным образом аппараты и детали, подвергающиеся
воздействию азотной н серной кислот переменной концентрации, как-то:
трубы, царги колонн, центробежные насосы, распылители кислот,
краны, котлы, чаны, реторты, смесители и др.
Учитывая специфические свойства железокремнистых
сплавов, особое внимание следует обращать на конструкцию отливок.
Детали должны обладать равномерной толщиной стенок и
плавными переходами (острые
углы должны отсутствовать);
конструкция должна
обеспечивать возможность
деформации отливки под действием
внутренних напряжений.
Детали, которые не допускают
больших внутренних
напряжений (лопастные колеса
центробежных насосов),
должны подвергаться отжигу.
Соединение отдельных
деталей производится
хомутами, поэтому края
отливок должны иметь
соответствующие фланцы.
Трубы диаметром 50—
300 мм испытывают
давлением 3 кг/см2, а трубы
диаметром выше 350 мм —
2 кг/см2.
В производственных
условиях во избежание
местных нагревов, являющихся причиной образования трещин,
следует избегать резких перепадов температуры, непосредственного
введения в аппараты пара, подачи горячих или холодных
растворов.
I3
/
/
V
'v"
,г
12 18 24
время, сутки
30 JS
Рис. 58. Коррозия кремнистого чугуна
в серной кислоте при комнатной
температуре:
/ — 10>,'о-н,1п серная кислота; 2— 40 о-иая серная
3. Железокремнемолибденовые сплавы
Железокремнистые сплавы не обладают химической
стойкостью в соляной кислоте. Опытные данные показывают, что
добавка молибдена улучшает антикоррозионные свойства этих
сплавов и при содержании молибдена не менее 3,5—4%' делает
их устойчивыми по отношению к соляной кислоте.
Механизм защиты железокремнистых сплавов молибденом
еще не достаточно ясен. Известно, что молибден весьма склонен
к переходу в пассивное состояние, и предполагается, что повы-

3. ЖБЛЕЗОКРЕМНЕМОЛИВДЕНОВЫЕ СПЛАВЫ 1 11
шеине химической' стойкости сплава при дополнительном
легировании молибденом является следствием вторичного процесса
электрохимического обмена ионов железа с ионами молябдена,
перешедшими в раствор в первой стадии разрушения
кристаллической решетки. Легирование железокремнистых сплавов
молибденом вызывает изменение структуры вследствие связывания
углерода с железом и молибденом в карбиды.
Железокремнемолибденовый сплав не подвергается
коррозии соляной кислотой при всех концентрациях и температуре
до 100°.
С увеличением содержания молибдена химическая стойкость
сплава повышается. Из рис. 59 видна зависимость скорости
коррозии железокремнистого сплава (15% Si) от содержания в нем
^
s-
£
fs
g
F*
^
J?
$
/20
WO
80
60
40
го
О 20 40 60 SO 100 -120 НО 160 W0 200 220
время, уасы
Рис. 59. Коррозия кремнемолибделового чугуна в 18°/6-ной
соляной кислоте при 90°:
/—содержание МО 3,01.о; ;? ^содержание Мо 6°,'о.
молибдена. Защитные свойства молибдена в соляной кислоте
проявляются не сразу, а по истечении 40—60 час. после
воздействия раствора НС1 *.
Легирование молибденом железокремнистых сплавов с
содержанием менее 14% Si не дает благоприятных результатов; не
целесообразны также добавки молибдена в сплавы, содержащие
более 16% Si, так как такие сплавы обладают высокой
твердостью, хрупкостью и значительными внутренними
напряжениями, приводящими к самопроизвольному растрескиванию
отливок.
* И. Я. К л и н о в, О химической стойкости кремн£ЩЩ)денового
чугуна советского производства, Бюллетень «Коррозия и бор«ыре&» № 1,

112
VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
Химическая стойкость железокремнемолябденовых сплавов
примерно такая же, как железокремнистых сплавов без добавок
молибдена, за исключением устойчивости к соляной кислоте;
однако сплав не рекомендуется применять в условиях переменного
воздействия концентрированной серной кислоты или азотной
с соляной, так как защитная пленка при этом разрушается. Сплав
не рекомендуется также применять в соляной кислоте в
присутствии брома и иода.
Физико-механические свойства железокремнемолибденовых
сплавов, условия конструирования и изготовления из них
деталей и аппаратов в основном такие же, как у сплавов, не
легированных молибденом.
Кремнемолибденовые сплавы, содержащие 3,5—4,0% Мо,
известны в СССР под названием «Мосилэкс» и
«Антихлор».
4. Нержавеющие стали и чугуны
Нержавеющие стали и чугуны относятся к обширной группе
среднелегированных и высоколегированных сплавов, нашедших
большое распространение в химической и родственных ей
отраслях промышленности, где обычно требуется, большая
химическая стойкость конструкционных материалов.
Наиболее изученными являются сплавы железа с хромом и
железа с хромом и никелем. Успешному развитию химической
промышленности, в частности азотной, в значительной мере
способствовало появлению нержавеющих хромистых и хромонике-
левых сталей.
Помимо этих основных групп нержавеющих сплавов известно
большое количество марок сталей и чугунов, легированных
молибденом, медью, ванадием, вольфрамом, алюминием, кремнием
и другими элементами, обладающих в зависимости от состава и
метода обработки разнообразными физическими,
технологическими и механическими свойствами.
Некоторые марки этих сплавов обладают также и
жаростойкостью.
А. Хромистые стали
Состав и свойства. Железо образует с хромом непрерывный
ряд твердых растворов, а также интерметаллическое
соединение FeCr. а-Железо и хром имеют одинаковый тип
пространственной решетки и очень близкие значения параметров.
На рис. 60 изображена диаграмма состояния системы Fe—Сг,
из которой следует, что введение в железо до 8% Сг
способствует образованию аустенитной структуры. При дальнейшем

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЙ
113
увеличении содержания хрома он способствует сужению у-об-
ласти, которая исчезает при содержании 14,7% Сг.
В области у-фззы (замкнутая петля) существует двухфазная
структура: аустенитная и ферритная (области, ограниченные двумя
линиями). Сплавы, лежащие вне петли, имеют ферритную
структуру и не изменяют своих свойств при термической обработке.
В области у-фазы вследствие возможности фазовых превращений
сплавы могут подвергаться закалке и другим видам
термообработки.
Практически все технические сплавы железа с хромом
содержат углерод. Последний вносит в структуру двойной системы ряд
существенных изменений. Углерод принадлежит к элементам,
способствующим расширению у-области, и требуется более
высокое содержание хрома, чтобы получить устойчивую ферритную
структуру. Так, содержание углерода в 0,25% расширяет
Г-область до 20—21% Сг; 0,4% С —до 27—28% Сг.
Следовательно, для получения ферритных железохромистых
сплавов всегда требуется выдержать необходимое соотношение
между содержанием хрома и углерода.
При введении в
сплав углерода граница
петли расширяется в
сторону большего
содержания хрома также
вследствие
образования сложных карбидов
и уменьшения по этой
причине концентрации
хрома в твердом
растворе.
С углеродом хром
образует ряд карбидов:
Сг2зС6, Сг7Сз и,
возможно, СгС. В тройной
системе Fe—Сг—С преимущественно образуются сложные
химические соединения типа (FeCr)23C6 и (FeCr)7C3.
Количество карбидов и их состав зависят от содержания
углерода. Карбиды в твердом состоянии практически растворимы
только в Y-Fe и в очень незначительной степени в а-фазе.
Если при данном составе сплав имеет ферритную структуру,
то он будет многофазным. Основной фазой является а-раствор,
а другими фазами различные карбиды хрома. Если содержание
хрома и углерода таково, что сплав дает при высокой температуре
rf-структуру, то хром и углерод образуют с железом твердый
раствор и при закалке аустенит подвергается превращению у -* а
с образованием мартенсита и других продуктов превращения. При
'800
'ы/400
Щ/200
Щ'000
& 800
600
N
-г
1 1 [— —
жидкость
\
7<
1
a+t
ft 5
1/rtm
ть+а.
а
0 10
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Содержание Сг,<й>$ес.
Рис.60. Диаграмма состояния системы Fe — С г.
8 Зак. 1142. И. Я. Клипов.

114 V*II. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЬ!
медленном охлаждении сплава также имеет место превращение
•;-+ас выделением карбидов из твердого раствора.
Химическая стойкость. Химическая стойкость
железохромистых сталей обусловлена исключительно склонностью хрома
покрываться защитной окисной пленкой. Это свойство
пассивироваться хром передает и твердым растворам, в которые он
входит. С повышением окислительной способности среды возрастают
защитные свойства хрома.
Небольшие добавки хрома не оказывают существенного
влияния на химическую стойкость железохромистых сплавов.
Опытные данные показывают, что для образования защитной
пленки содержание хрома в твердом растворе должно быть не
менее 11,7% вес. (такое количество хрома требуется и по
правилу */8 для первого порога устойчивости). Так как углерод,
связываясь с хромом, обедняет твердый раствор хромом,
химическая стойкость сплава достигается только при условии
введения в сплав дополнительного количества хрома,
расходуемого на образование карбидов. Минимальное содержание
Таблица 14
Состав и механические свойства некоторых железохромистых сталей
:тали
а.
Ж1
Ж2
ЖЗ
Ж4
Ж17
Ж27
Состав, °'о вес.
С
0,14
0.15—0,23
0,24-0,35
0,36-0,45
0Д2
0,20
Сг
12-14
12—14
12—14
12—14
16—18
27 30
Мп
Не
более
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
Si
Не
более
0,70
0,70
0,70
0,40
0,90
0,20
Структура
Мартен-
ситная
То же
То же
То же
Полуфер-
ритная
Феррит-
ная

Термическая
обработка
Отжиг
Закалка
Отжиг
Закалка

воздушная при
950°
Отпуск
при 600°
Отжиг
То же

Относительное удлинение,
38—25
20—15
25
5
15
27
25
Предел npoi-
ноети при
разрыве, кг1мм-
45— 50
82—100
70
180
90
53
62
go
о ft
* р
140—160
230—380
170
530
480
175
180
■-^

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ
US
•хрома в хромистых сталях, применяемых в химической
промышленности, составляет 12—14% при содержании углерода
0,1—0,2%.
В табл. 14 приведены состав и механические свойства
наиболее типичных марок железохромистых сталей.
Несмотря на то что железохромистые сплавы являются
многофазными (там имеются карбиды хрома, сера, фосфор,
кремний), микроэлементы практически не работают вследствие
малой разности потенциалов между отдельными фазами, а также
плохой проводимости пленки. Например, карбид (FeCr)4C имеет
тот же потенциал, что и твердый раствор.
Однако более сложные карбиды типа (FeCr)7C3,
образующиеся при высоком содержании углерода, значительно отличаются
величиной потенциала;
поэтому возможна работа ко-
роткозамкнутых элементов.
Очевидно, что чем меньше
содержание углерода в
сплаве, тем меньше
возможностей возникновения
элементов. При постоянном
содержании хрома химическая
стойкость сплава тем выше,
чем ниже содержание
углерода.
На рис. 61 приведены
пределы стойкости железо-
хромистых сплавов в завиои-
мостн от содержания
углерода и хрома.
В сплавах с одинаковым
содержанием углерода, но с разным содержанием хрома
потенциал изменяется скачкообразно, соответственно одной, двум, трем
атомным долям хрома.
В зависимости от степени агрессивности среды применяют
железохромистые сплавы с тем или иным атомным содержанием
хрома в твердом растворе. Например, железохромистые сплавы,
порог устойчивости которых лежит при 13—14% атомн. хрома,
не разрушаются в условиях воздействия азотной кислоты всех
концентраций при 20°, но непригодны для кипящей азотной кис-,
лоты. В последней устойчивы только сплавы, содержащие^я||&е
27% атомн. хрома (о = 2). В 30%-ном растворе FeCl3 устойчивы
железохромистые сплавы, содержащие 3/s атомных доли хрома
(и = 3).
Как было указано выше, химическая стойкость
железохромистых сплавов объясняется пассивностью хрома. Следовательно,
Ю & 20 25 30 35 40
Содержание Сг, 7. бес.
Рис. 61. Пределы стойкости
железохромистых сплавов в зависимости от
содержания углерода и хрома.
8*

не
Vll. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
эти сплавы будут стойки в тех средах, которые способствуют
образованию защитных пленок, и будут разрушаться, если
хром не пассивируется или когда пленка обладает порами, через
которые могут проникать ионы агрессивной среды.
В азотной кислоте всех концентраций, концентрированной
серной кислоте, перекиси водорода, хромовой кислоте и в других
окислительных средах хромистые стали вполне стойки. В смеси
азотной и серной кислот стойкость этих сплавов тем больше, чем
выше содержание азотной кислоты и чем меньше воды в смеси.
Если к окислительным средам добавить вещества, содержащие
ионы хлора в большом количестве, хромистые стали из
пассивного состояния переходят в активное.
В соляной кислоте и в слабых растворах серной кислоты
хромистые стали не образуют защитных пленок и, следовательно,
непригодны.
В растворах хлористых солей хромистые стали нестойки.
Фосфорная кислота разрушает хромистые стали только при
температуре кипения и высокой концентрации раствора.
В растворах щелочей, азотнокислых солей, аммиака
хромистые стали стойки. Сернистая кислота обладает
восстановительными свойствами и разрушает эти сплавы.
Органические кислоты, обладающие восстановительными
свойствами (муравьиная, винная, щавелевая кислоты, особенно
при нагреве), также переводят хром в активное состояние.
В большинстве органических сред, не обладающих
восстановительными свойствами, хромистые стали стойки.
Влияние термической обработки и состояния поверхности на
коррозию. Химическая стойкость железохромистых сплавов
зависит также от термической обработки и состояния поверхности.
Практическое применение как химически стойкие материалы
получили стали трех групп, содержащие 13, 17 и 27% Сг и
отличающиеся как по структуре, так и по своим свойствам. Стали,
содержащие 12—13% Сг, находят широкое применение в
турбостроении для изготовления различных деталей, арматуры и
других изделий, не подвергающихся действию относительно
высокоагрессивных сред. Стали этого типа, содержащие
углерод в пределах 0,1—0,4%, применяются преимущественно
в термически обработанном, закаленном и отпущенном
состояниях.
Закалка сталей этих марок производится с высоких
температур, что обеспечивает повышенную стойкость сплавов, так как
при резком охлаждении сохраняется однородность сплава и
карбиды удерживаются в твердом растворе. Для получения чистой
мартенситовой структуры необходима температура около 1100°.

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ
117
При отпуске, а также при отжиге наблюдается обратная
картина: карбиды выделяются из твердого раствора вначале в
высокодисперсном состоянии, затем в виде более крупных зерен. Чем
выше температура отпуска, тем ниже химическая стойкость
сплава, однако отпуск до температуры выше 700° существенно не
влияет на коррозию сплава. Уменьшение химической стойкости
этих сплавов вследствие отпуска объясняется тем, что а-раствор
обедняется хромом в связи с выделением карбидов.
Хромистые стали, содержащие 12—14% Сг (марки Ж1—Ж4),
имеют мартенситную структуру. Они плохо свариваются, так как
закаливаются на воздухе, и шов поэтому обладает
хрупкостью, а также высокой твердостью. Для улучшения качества
сварного шва рекомендуется
применять отжиг при 820° с
последующим медленным
охлаждением.
Сталь Ж17, содержащая
около 17% Сг и около 0,12% С,
принадлежит к полуферрито-
вому классу. Часть структуры,
содержащей повышенное
количество углерода, при
нагревании переходит в у-область, в то
время как другая структура —
ферритовая — остается без
изменения.
Сталь указанного состава
до применения подвергают
отжигу при 740—760°.
Сталь Ж27, содержащая до
27—30% Сг и 0,20% С,
принадлежит к однофазным
сталям ферритового класса и не подвергается закалке. Стали Ж17
и Ж27 обладают достаточно высокой пластичностью как
в горячем, так и в холодном состоянии. Однако сварка для
них опасна вследствие пониженной пластичности сварных
швов в связи с ростом зерен при высокой температуре,
поэтому предпочитают клепку. Сварка стали Ж17 возможна, но
требуется дополнительная термическая обработка готового
изделия при 750—800°, что выполнимо только для аппаратов ограш}^;
ченных размеров. ^'*
Однако добавкой незначительных количеств титана (до 1%)
можно и без последующей термической обработки улучшить
качество шва *. Из рис. 62 видно уменьшение коррозии
/у
2
^
700 800 900 1000 П00
Температура термооброботпСС
Рис. 62. Влияние добавки титана на
коррозию сварного шва стали Ж17
в 60%-ной азотной кислоте:
/—сталь Ж17; 2— сталь Ж17 с добавкой титана.
* Присадка титана уменьшает величину зерен

118
VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
сварного шва стали Ж17 в 60%-ной азотной кислоте в
присутствии титана *.
На химическую стойкость хромистых сталей большое влияние
оказывает состояние поверхности сплава. Холодная деформация
снижает потенциал сплава. Наличие царапин, отдельных
повреждений и участков наклепанного металла вызывает
местную коррозию, которая особенно типична для хромистых
сталей.
При повышении качества обработки поверхности химическая
стойкость хромистых сталей повышается (табл. 15). С этой
целью некоторые марки хромистых сталей подвергают
полировке.
Таблица 15
Влияние обработки поверхности иа химическую стойкость
хромистой стали (13% Сг)
Характер обработки поверхности
i 1собработанная поверхность после
проката
Обработка песком
Травление .
Полирование наждачной бумагой 2/0
Полирование наждачной бумагой 3/0
Потеря веса за 20 суток, г/м1
переменное
смачивание
г. морской воде
и высушивание
обрызгивание
3»|о-вьш
раствором NaCl
194,0
87,0
45,6
35,7
24,9
112,6
90,0
60,4
29,0
26,5
Хромистые стали допускают различные виды механической
обработки, они хорошо отливаются, штампуются и протягиваются;
применяются в виде отливок, проката (для изготовления баков,
хранилищ, цистерн и другой аппаратуры). Из хромистых сталей
изготовляются также цельнотянутые трубы. Хромистые стали
нашли применение в химическом машиностроении как материалы,
обладающие высокой износостойкостью, так как благодаря
закалке и отпуску эти сплавы приобретают высокую твердость и
зиачительную сопротивляемость истиранию. В промышленности
синтеза аммиака штоки компрессоров высокого давления
изготовляются по этой причине из хромистой стали. Сталь Ж27, в
частности, применяется как заменитель платины при производстве
стеклянного волокна.
* И. А. Левин и М. Л. Новицкая, К. вопросу о коррозии сварных
соединений стали, Труды второй конференции но коррозии металлов, т. II,
изд. Академии наук СССР, 1943.

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ
119
Б. Хромони к елевые стали
Добавка к железу никеля способствует образованию сплавов
с неограниченной ^-областью. Образование твердых растворов
никеля с а-железом ограничено содержанием никеля в 12%. В же-
лезоникелевых сплавах, содержащих около 30% Ni, аустенитная
структура сохраняется и при комнатной температуре. В качестве
химически стойкого материала никелевые стали редко
применяются вследствие отсутствия у них особых преимуществ по
сравнению с железохромистыми или железохромистоникелевыми
сплавами. Однако в концентрированных растворах едких
щелочей железоникелевые сплавы обладают хорошим
сопротивлением коррозии и при
высокой температуре.
Поэтому плавка едких щелочей
производится в
аппаратуре из никелевой стали. В
слабых растворах серной
кислоты железоникелевые
сплавы также обладают
повышенной
сопротивляемостью коррозии, причем,
как это видно из рис. 63, §
химическая стойкость на- § 3
ступает скачкообразно, 2
проявляясь при
содержании в сплаве около 2/s
никеля „
W
9
8
17
I 6
s 4
4-
J ' -\- ■
\
Л
\ 1
10 20 30 40 50 60 70 SO 90 100
Содержание Ni, %0ес.
атомных доли
(27% вес).
Сплавы Cr—Ni (без
Железа) также имеют две Рис. 63. Влияние содержания никеля на хи-
СТруктуры (а И •{) в за- мическую стойкость железоникелевых спла-
висимости от соотношения вов в 5%-ной серной кислоте при 50 — 60е.
этих двух составляющих.
При комнатной температуре в хроме растворяется только 7—
8%^Ni с образованием твердого а-раствора, а раствор,
содержащий до 35% Сг, представляет собой v-раствор.
При других соотношениях никеля и хрома сплав становится
двухфазным.
Сплавы Cr—Ni не нашли широкого практического применения
как антикоррозионный материал. -.^У*
Наибольшее распространение получили нержавеющй*е^:загали
тройной системы Fe—Cr—Ni, содержащие 17—19% Сг, 8— 1Щ Ni
и весьма мало углерода (советские марки стали: ЭЯ1 с
содержанием 0,15—0,20% С и ЭЯО с содержанием 0,04% С),

120 VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
Структура. Преобладающей фазой хромоникелевых сталей
вышеприведенного состава является у-фаза, которая
сохраняется и при комнатной температуре, благодаря закалке стали
с 1100—1200°. При других режимах термической обработки
могут получаться и другие фазы. При закалке с 900° кроме т- и
(а + т)-областей появляется хрупкая составляющая, по всей
вероятности FeCr, а при весьма медленном охлаждении появляется
еще область а-растворов.
Механические свойства. Хромоникелевые стали относятся
к группе немагнитных сталей с аустенитной структурой; они
обладают лучшими по сравнению с хромистыми сталями
механическими и технологическими свойствами. Никель улучшает
обрабатываемость стали давлением, увеличивает ее пластичность и
придает ей мелкозернистую структуру. Для хромоникелевых
сталей характерны следующие механические свойства:
Предел текучести, кг/мм7 20—30
Предел прочности при разрыве, кг[ммг . . 55—75
Твердость по вдавливанию 140—200
Удлинение, % 45—60
Путем холодной деформации можно значительно улучшить
механические свойства хромоникелевой стали. При этом предел
прочности может быть увеличен примерно вдвое — до 120 кг/мм2,
предел текучести до 100 кг/мм2. Под влиянием холодной
деформации удлинение уменьшается, однако не в такой степени, чтобы
материал нельзя было подвергать дальнейшей обработке.
Следует отметить, что холодная деформация стали сопровождается
частичным превращением аустенита в феррит (у а) путем
нагрева холоднообработанной стали до 450—650° в сплаве
восстанавливается прежняя пластичность.
Межкристаллитная коррозия. Хромоникелевые стали, как
выше было указано, содержат также незначительные примеси
углерода, который с хромом и железом образует сложные
карбиды. При нагреве до высокой температуры карбиды
растворяются в твердом у-растворе тем больше, чем выше температура.
Однако при медленном охлаждении или длительном нагреве
стали, а также при повторном нагреве (отпуске) закаленной стали
в пределах 500—900° из твердого раствора по границам зерен
выделяются карбиды хрома, вследствие чего изменяется
концентрация хрома в основной массе твердого раствора. Так как
выделившиеся карбиды более богаты хромом, чем твердый раствор,
из которого они выпадают, то обеднение этих растворов хромом

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ 121
может быть настолько значительным, что сталь теряет
коррозионную стойкость. Это имеет место при уменьшении количества
хрома в твердом растворе ниже 11,7% (7в атомной доли).
Так как карбиды выделяются по границам зерен, коррозия
будет иметь межкристаллитный характер. Чем выше содержание
углерода в хромоникелевой стали, тем более вероятна межкри-
сталлитная коррозия.
На рис. 64 показано влияние содержания углерода в этой
стали на глубину проникновения межкристаллитной коррозии. Из
рисунка видно, что при содержании в стали менее 0,02% углерода,
коррозия не наблюдается, и поэтому нагрев такой стали при
температурах 500—900°
практически допустим.
Склонность
хромоникелевой стали к
межкристаллитной коррозии
ограничивает ее применение
для сварных конструкций,
так как металл около
сварного шва нагревается
при сварке до 500—900°.
Применение этой стали
для клепаных
конструкций, если они в эксплоа-
тационных условиях
подвержены нагреву до
указанных температур, также
недопустимо.
Наиболее опасна
температура 800°, при
которой из твёрдого раствора
выпадает наибольшее
количество карбидов. При температуре выше 900° начинается
обратный процесс перехода карбидов в твердый раствор с
образованием однофазной структуры — аустенита.
Устранить возможность появления у хромоникелевых сталей
межкристаллитной коррозии возможно различными путями:
1. Применение стали с минимальным содержанием
углерода. Однако до настоящего времени не удается получить
сталь с содержанием углерода менее 0,04%, что является
недостаточным для полного устранения межкристаллитной
коррозии.
2. Повторная закалка стали, подвергшейся нагреву в опасной
зоне температур. Закалка с температуры 1100° опять переводит
выпавшие карбиды в твердый раствор, и однородность сплава
восстанавливается. Однако этот путь практически мож^.быть
\ JU
ti"
\\»
О 0.04 0,08 0.12 0J5 0,20 0,24
Содержат С. % вес.
Рис. 64. Влияние содержания углерода в
хромоникелевой стали на глубину
проникновения межкристаллитной коррозии
(после 1000 часов нагрева н 100 часов
кипячения в растворе H2SO,, -f- CuS04).

122
VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
использован только при сварке деталей или аппаратов
небольших размеров.
3. Введение в металл присадок различных элементов,
обладающих более высокой реакционной способностью при
взаимодействии с углеродом, чем хром. Такими элементами являются
титан, ниобий, тантал и др. Титан в первую очередь соединяется
с углеродом стали с образованием карбида TiC, устраняя
обеднение твердого раствора хромом. Кроме того, карбиды титана мало
растворимы в аустените даже при высоких температурах. Таким
образом, при сварке хромоникелевой стали, легированной титаном,
карбиды не будут выделяться в опасных зонах нагрева, так как
содержание их в твердом растворе практически крайне
незначительно.
Эффективность добавки титана с целью устранения
склонности стали к межкристаллитнои коррозии сказывается только при
соотношении титана и углерода: °/oTi>-5X (%С — 0,03), т. е.
содержание титана должно в 6—7 раз превышать содержание
углерода. Хромоникелевая сталь советской марки ЭЯ1Т содержит
0,7—0,8% Ti и применяется для сварочных конструкций.
Действие ниобия, тантала и других карбидообразующих
элементов аналогично действию титана.
Склонность стали к межкристаллитнои коррозии можно
установить предварительным испытанием.
Химическая стойкость. Химическая стойкость хромоникелевых
сталей, как и железохромистых, обусловлена в основном
образованием на поверхности сплава защитной окисной пленки, однако
хромоникелевые стали обладают более высокой химической
устойчивостью. Объясняется это наличием в сплаве никеля,
который способствует образованию мелкозернистой однофазной
структуры и повышает стойкость стали в разбавленных растворах
серной кислоты, а также в ряде водных растворов солей.
Выбор состава хромоникелевых сталей марок ЭЯ обоснован
правилом "/е- Порог устойчивости наступает при суммарном
содержании двух благородных составляющих (Сг и Ni) не менее
26% атомн., что соответствует двум атомам из общих восьми.
Хромоникелевые стали устойчивы в азотной кислоте при
концентрациях не выше 95% и температуре до 70°.
При концентрации, до 50% серная! кислота не действует на
хромоникелевые стали при комнатной температуре; с повышением
концентрации и температуры сталь разрушается.
В соляной кислоте стали неустойчивы.
В фосфорной кислоте устойчивы только прн температуре до
100° и концентрации не выше 80%.
В едких щелочах, за исключением расплавленных, стали
устойчивы.

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ
123
Органические кислоты при комнатной температуре не
действуют на хромоникелевые стали; в других органических средах
в большинстве случаев сталь устойчива.
В растворах хлористых солей щелочных и щелочноземельных
металлов стали устойчивы даже при кипении.
Азотнокислые и сернокислые соли в большинстве случаев
также ее действуют на хромоникелевые стали.
' Расплавленные металлы разрушают эти стали, за
исключением свинца и цинка.
На хромоникелевые стали не оказывают разрушающего
действия: сероводород, окись углерода, хлор в сухом состоянии при
комнатной температуре; сернистый газ при температуре до 300°;
окислы азота, углекислый газ (сухие и влажные, при высоких
температурах).
В. Специальные марки нержавеющих сталей
Как выше было указано, из легированных сталей наибольшее
распространение в химическом машиностроении нашли
нержавеющие стали марок ЭЯ1 и ЭЯ1Т, как обладающие химической
стойкостью в большинстве агрессивных сред. Однако в тех случаях,
когда стали указанных марок непригодны, находят применение
стали с другим соотношением хрома и никеля или стали такого же
состава, как ЭЯ1, но легированные другими элементами, кроме
титана.
Хромоникельмолибденовые стали. Основной маркой хромони-
кельмолибденовой стали является сталь ЭИ183 такого же состава,
как сталь ЭЯ1, но с добавкой 2,5—3,5% Мо и более высоким
содержанием никеля.
Характерной особенностью молибдена является склонность его
к пассивности как в окислительных, так и в восстановительных
средах. Молибден поэтому способствует повышению химической
стойкости сплава по отношению к растворам, содержащим ионы
хлора, и к неокислительным средам (горячие растворы сернистой
кислоты, фосфорная и уксусная кислоты при кипении, сульфитные
щелока, растворы хлористого аммония, щавелевая, муравьиная
кислоты и др.)-
Добавка молибдена, помимо общего увеличения химической
стойкости стали, снижает также склонность последней к межкри-
сталлитной коррозии.
Молибден является ферритообразующим элементом и изменяет
структуру хромоиикелевой стали, действуя аналогично хрому',
в связи с чем для сохранения аустенитной структуры необход^р^
большее содержание никеля (на 2—4%) но сравнению' co'i
сталью ЭЯ1,

124
VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
По своим физико-механическим и технологическим свойствам
хромоникельмолибденовая сталь очень близка к сталям ЭЯ1.
Для устранения межкристаллитной коррозии
хромоникельмолибденовая сталь, применяемая для сварных конструкций,
обычно легируется также ниобием, который берется в
десятикратном количестве по отношению к углероду.
Хромоникелевые стали с молибденом и медью. Медь относится
к элементам, которые расширяют у-область и способствуют ее
устойчивости. Наряду с этим медь улучшает и механические
свойства стали. В практике известны хро-
моникельмолибденовые стали с до-
I | I l ! | бавками меди и различным содержа-
">"\ I I п 1 1 нием хрома « никеля, обладающие
более высоким сопротивлением кор-
0,5 \ 1 1—f-| 1 ] розии, чем хромоникельмолибдено-
вые стали, не содержащие меди.
/74) [ ill I 1 Так, сталь, содержащая около
18% №, 8% Сг, 4% Мо и 4% Си,
пригодна для разбавленных
растворов серной кислоты при кипении *.
Хромоникельмарганцовые стали.
Марганец также относится к
элементам, которые способствуют
расширению у-области, но действие его
сказывается менее эффективно, чем
действие никеля. Так, хромомарган-
цовые стали с 8% Мп и 18% Сг при
0,1 % С имеют двухфазную структуру
(аустенитно-ферритная), в которой
только 40—50% приходится на долю
аустенита. Эти стали обладают
меньшей 'Химической стойкостью,
чем стали ЭЯ1-
Добавкой никеля к хромомар-
ганцовой стали указанного состава
приближающийся по своим свой-
содержащая 18—20% Сг, 8% Мп,
/
/
/
ч
/
ч
/
/
/
0.1
О 20 40 60 80 100
Содержание HN03,%^c
Рис. 65. Коррозия хромоникель-
марганцовой стали в азотной
кислоте при разных
температурах:
1—температура 20"; 2—температура
80°; 3—температура кипения.
можно получить сплав,
ствам к стали ЭЯ1. Сталь,
3—4% Ni и 0,1—0,2% С **, после закалки с 1100° имеет аустенит-
ную структуру и обладает пластичностью в холодно-катаном
состоянии.
На рис. 65 показана коррозия этой стали в растворах азотной
кислоты разной концентрации, при разных температурах.
* Эта марка стали предложена Ю. А. Нехендзи.
* Эта марка стали предложена А. И. Шултиным,

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ 125
Полная или частичная замена в нержавеющих сталях никеля
более доступным марганцем представляет значительный интерес
с точки зрения экономии стали ЭЯ1.
Кроме указанных марок нержавеющих сталей, известны стали
самого различного состава, которые находят применение в
качестве конструкционных материалов в химическом машиностроении.
Выбор той или иной марки стали обусловливается
специфическими условиями агрессивной среды, а иногда
физико-механическими свойствами стали. Так, например, в условиях синтеза
мочевины (аппаратура подвергается сильной коррозии вследствие
воздействия аммиака и углекислого газа при высоких температуре
и давлении) лучшими свойствами обладает сталь, содержащая
13—15% Ni, 13—15% Cr и 2,25% W.
Химический состав нержавеющих и кислотоупорных сталей,
изготовляемых в СССР, приведен в табл. 16.
Таблица 16
Состав нержавеющих и кислотоупорных сталей
Марка стали
Состав, о/о вес.
Сг
Мп
Мо
Ni
Ti
Хромистые стали
ЭЖ1
ЭЖ2
ЭЖЗ
ЭЖ4
ЭЖ17
ЭИ181
ЭИ59
«0,15
0,15-0,25
0,25—0,35
0,35—0,45
«0,12
<0,20
<0,15
12-14
12-14
12-14
12-14
16-18
23-27
26-30
«0,5
«0,5
<0,5
«0,7
«0,7
<1,5
<1,5
—
—
—
—
—
—
—
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
<0,7
<0,7
<0,7
<0,7
«0,9
<1,2
«1,5
эяо
ЭЯ1
ЭЯ1Т
ЭИ183
ЭИ319
<0,07
«0,14
<0,14
<0.14
<0,20
Хромоникелевые стали
17-20
17—20
17-20
17-19
22—26
<2,0
<2,0
<2,0
<2,0
<2,0
—
—
—
2,5—3,0
—
8—11
8-11
8—11
8-11
13-16
«0,8
<0,8
«0,8
<0,8
<1,0
«0,8
Хромо пике льмарганцовые стали
ЭИ100 | 0,15-*3,25 I 12-14 I 8,0-10 | — | 4,0-5,0 | <0,8 | —
I <0,8 I

126
VII. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
Г. Жаростойкие стали
Конструкционные стали могут подвергаться одновременному
воздействию агрессивных газовых сред и высоких температур.
Особый интерес представляет поведение сталей при характерных
для химической промышленности температурах, а именно при
температурах выше 500°. Обыкновенные углеродистые стали заметно
окисляются уже при температуре выше 540°. Жаростойкие стали
кроме сопротивляемости коррозии при высоких температурах
должны обладать также жаропрочностью. Жаропрочность
стали —• сопротивление механическим нагрузкам при высоких
температурах. Большинство ма-
1200
§ 1000
!
I
800
600
L Hir
*т
^
стали
10 20
Содержание Сг.% бес.
30
Рис. 66. Влияние содержания хрома
жаростойкость стали.
на
рок нержавеющих сталей
являются жаростойкими, а
некоторые из них и
жаропрочными.
Скорость окисления
железа при высоких
температурах зависит не только от
скорости самой химической
реакции, но и от скорости
диффузии атомов кислорода
и металла. Скорость
окисления железа резко возрастает
при температуре свыше 570°,
что является следствием
ускорения процесса
диффузии.
Обычно железоуглеродистые сплавы приобретают
жаростойкие свойства при добавке таких элементов, которые при высокой
температуре способствуют образованию на поверхности сплава
плотной, прочно прилегающей к металлам окисной пленки.
К числу таких элементов относятся хром, кремний и алюминий.
Никель обычно добавляют с целью расширения ^-области и
улучшения механических свойств сплава.
Наиболее широкое применение в качестве жаростойких сталей
нашли хромистые стали. Защитные свойства хрома по отношению
к газовой коррозии при температуре 1000°, как это видно из
рис. 66, заметно появляются при содержании в сплаве не менее
15% Сг; при 18% Сг сплав практически устойчив при этой
температуре. При более высоком содержании хрома (до 25%)
хромистые стали устойчивы до 1100°. Предельные рабочие температуры
для хромистых сталей в значительной степени изменяются в
зависимости от содержании кремния и алюминия и в меньшей степени
от содержания углерода.

4. нержавеющие стали и чугуну \й7
Хромистые стали, содержащие от 6 до 19% Сг и до 4% Si,
называются сильхромами. Введение кремния в железохроми-
свые сплавы способствует значительному повышению
жаростойкости сплава, которая обусловлена образованием пленки,
состоящей из окислов кремния и хрома. Следует отметить, что высокой
жаростойкостью обладают и сплавы железа с кремнием без хрома,
но вследствие плохих технологических свойств (крупнозернистое
строение и хрупкость) эти сплавы практически непригодны.
Добавка алюминия к железоуглеродистым сплавам
значительно повышает их сопротивляемость окислению при высоких
температурах, однако механические свойства железоалюминиевых
сплавов неудовлетворительны (при комнатной температуре
хрупки, а при высокой температуре пластичны, но обладают
пониженной прочностью).
Добавка алюминия к хромистым сталям (хромали) или
одновременно алюминия и кремния (сильхромали) сильно
повышает жаростойкие свойства сплавов уже при небольшом
содержании алюминия и кремния. Так, высокохромистая сталь
с 30% Сг при содержании 5% А1 устойчива до 1300°. Для более
низких температур, порядка 750—800°, пригоден сплав состава:
6% Сг; 0,5% Si; 1% А1 при содержании 0,1% С.
Никель оказывает хорошее влияние на жаростойкость
хромистых сталей. Сталь марки ЭЯ1 устойчива до температуры порядка
1000°, однако вследствие распада аустенита при 500—900° в
качестве жаростойкого материала сталь ЭЯ1 мало применяется.
С повышением содержания никеля до 25% и хрома до 20%
значительно улучшаются свойства этой стали, и она может найти
применение даже при температуре порядка 1300°.
Хромомарганцовые стали не являются достаточно
жаростойкими, так как марганец ухудшает свойства пленки.
Для придания стали жаростойкости в нее вводят также
молибден и другие элементы.
Выбор жаростойкого сплава того или иного состава
обусловлен также характером и составом газовой среды. Так, хромистые
и хромонякелевые стали обладают хорошей сопротивляемостью
в окислительных средах, восстановительная же среда действует
разрушающе на окисные пленки. Особенно неблагоприятно влияют
при высоких температурах на стали, содержащие никель,
сернистые соединения: никель образует с серой сульфид, дающий с
металлическим никелем эвтектику, обладающую низкой
температурой плавления (625°). Хорошей стойкостью в указанных средах
обладают хромали. Хромоалюминиевые сплавы, содержащие
13—14% Сг и 4—5% А1, не разрушаются под действием паров
серы при 700°.
В табл. 17 приведен состав жаростойких сталей,
изготовляемых в СССР.

Классификация и состав жаростойких сталей
Таблица 17
Тип стали
Низко- и средне-
легированная
Сильхромы
Высокохромистая
Хромоникелевая
Хр омомарганцовая
и хромоникель-
марганцовая
Марка стали
ЭИ10
—
ЭИ150
ЭИ151
ЭСХ6
ЭСХ6М
ЭСХ8
ЭИ86
ЭСХ12
ЭИ107
ЭЖ17
ЭИ229
ЭИ181
—
ЭИ72
ЭИ211
ЭИ332
ЭЯЗС
ЭИ69
ЭИ240
ЭИ203
ЭИ310
ЭИ312
Состав, о/о вес.
С
0,10—0,25
0,20—0,30
0,25-0,35
0,12—0,18
<0,15
<0,15
<0,15
0,35-0.50
0,35-0,50
0,40—0,50
0,35—0,45
0,45-1,70
<0,12
0,9 -1,0
<0,20
<0.15
0,25—0.35
<0.20
<0,25
0,30—0,40
0,40—0,50
0,40—0,50
0.35-0,45
0,35—0,45
0,35-0,45
Сг
0,8-1,1
0,6-1,8
0,6—1,0
2,5—3,0
5,0-6,5
5,0- 6,5
5,0- 6,5
8,0- 9,5
8,0— 9,5
10-12
9,0-10,5
11—12,5
16-18
17—19
23—27
25-30
11,5—14
18—22
24—27
16-20
13—15
13—15
13-15
17-20
17—20
Мп
0,2-0,6
0,5-0,7
0,2-0,6
0,2-0,5
<0,5
0,3-0,7
0,3-0,7
0,3-0,7
0.3-0.7
0,3-0,7
0,3-0,7
<0,7
<0,7
<0,6
<1,5
<1,5
<0,6
0,7-1,2
2,0
2,0
<0,7
<0,7
3-5
4.0-6,0
3,0—5,0
J Мо
0,4 -0,6
0,2 -0,3
0,5 -0,7
0,3 -0,4
0,45-0.6
0,45-0,6
—
—
0,2 -0,4
—
0,7 -0,9
0,5—0,8
—
-—
—
—
—
—
—
0,25-0,40
<0.5
—
—
т
<0,6
<0,6
2,5-3,0
<0,6
<0,6
<0,6
<0,6
<0,6
<0,6
<0,6
<0.6
<0,6
<0,6
<0,6
<0,6
<0,6
6,5-7.5
13-15
19—22
23—27
13-15
13-15 |
__
3,0—7,0
5,0-7,0
Si
<0,40
<0,40
<0,40
<0,50
<0,50
0,5-2,0
1,5—2,0
2,0—3,0
2,0—3,0
3,0-4,0
1,9—2,6
<0,4
<0.9
<0,9
<1,2
<0,5
2,0-3,0
2,0—3,0
<1,0
2,0-3,0
0,3-0,8
2,7—3,3
1.4—1,8
1,0-1,6
1,4-2,2
Другие
элементы
_
0,2 -0,3 V
—
—
0,10-0,25 V
—
—
—
—
—
0,15-0,30 V
.—.
—
<0,2N
<0,2N
_
—
—
—
2,0—2.8 W
2,0-2,8 W
2,0—2,8 W
0,8-1,0 W
_

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ 129
При высокой температуре наблюдается еще одно явление —
ползучесть металла. Дело в том, что при высоких
температурах предел прочности зависит от длительности приложения
нагрузки. Испытания на разрыв, произведенные при одной и той же
температуре и с одним и тем же материалом, но при различной
скорости приложения нагрузки, показывают совершенно
различные значения величины сопротивления разрыву. Поэтому важно
знать не только предел
прочности при разрыве при той или
иной температуре, но и время,
в течение которого образцы
данного материала доводились
до разрушения.
Способность материала
длительно сопротивляться
растягивающим напряжениям
характеризуется так называемым
пределом ползучести. Эта вели-
чина представляет то
максимальное напряжение, которое
материал может выдерживать
обусловленное время, давая
деформацию не выше
определенного предела
(обычно 1%).
На рис. 67 представлена
сравнительная характеристика
ползучести сталей ферритного
и аустенитного типа.
Применение хромистых ста.
лей и сильхромов под
нагрузкой при температуре выше
•600—650° не рекомендуется. В этих случаях следует применять
хромоникелевые стали или никелевые сильхромы.
На рис. 68 указаны допустимые длительные нагрузки при
высоких температурах для стали состава 17—21% Ni; 23—27% Сг;
2%, Si.
Д. Нержавеющие чугун ы
Химическая стойкость обычного чугуна может быть увеличена
добавками хрома, никеля, молибдена и других элементов.
Нержавеющие чугуны, легированные этими элементами,
обладают удовлетворительными литейными свойствами, хорошей
сопротивляемостью коррозии и, будучи более дешевыми и
доступными, чем стали, в ряде случаев применяются в качестве
конструкционных материалов.
гь
I
I
го
15
^ Щ
"Sea
5
^<L
2
*к
450 500 550 600 650 700 750
температура,°С
Рис. 67. Сравнительная
характеристика ползучести сталей ферритиого
и аустенитного типа:
'/—ферритаая сталь; 2—аустенйтная сталь.
9 Зак. 1142. И. Я- Кланов.

130 Vlt. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ'СПЛАВЫ
Хромистые чугуны. Марки хромистых чугунов, содержащие
25—40% Сг и 2,8% С, известны под названием «Хромэкс».
В СССР для изготовления этого сплава может быть использован
дешевый высокоуглеродистый феррохром. Соотношение углерода
и хрома в сплаве должно быть таким, чтобы содержание хрома
в твердом растворе после
выпадения карбидов было не ниже 12—
13%.
Большое содержание хрома
и углерода придает сплаву
высокую твердость и ухудшает его
механическую обрабатываемость,
однако эти недостатки
устраняются при введении в сплав
некоторого количества кремния (1—2%).
Опытные данные показывают,
что с целью улучшения
обрабатываемости хромистого чугуна
и для устранения литейных
напряжений отливку следует
подвергать термической обработке.
Хромистый чугун обладает
хорошими механическими
свойствами, литье получается плотное, пригодное для аппаратуры,
работающей под небольшим давлением.
В табл. 18 приведены данные о механических свойствах
хромистых чугунов различного состава.
7
6
I'
/
1 1 1 1 ,, L— I ■—■.. —
о
600
700 800 900
Температура, "С
щоо
Рис. 68. Допустимые длительные
нагрузки для никелевого сильхро-
ма при высоких температурах.
Таблица 18
Состав, и механические свойства некоторых хромистых чугуиов
Состав, °/о вес.
С
0,5—1,0
1,2-1,7
1,8-2,8
Сг
25—32
32—35
32—36
Si
1,0
1,2—2,0
1,5—2,5
Предел прочности
при изгибе
кг/мм"
57-65
60—70
50-54
при разрыве
кг/мм*
38—45
30—40
30—43
Стрела
прогиба
мм
8—12
5- 7
5-6
Твердость
по
вдавливанию
220—270
280—340
325—400
Удельный вес хромистого чугуна 7,4—7,5, линейная усадка
1,6—1,9%. Сплав весьма склонен к образованию усадочных
раковин. Теплопроводность сплава составляет около половины
теплопроводности железа, что следует принимать во внимание при
изготовлении тепловой аппаратуры из хромистого чугуна.

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ
131
30
I
I
10
\
V
\
\
Y2
Хромистые чугуны вследствие высокого содержания хрома
обладают высокой химической стойкостью в окислительных
средах.
В серной кислоте хромистый чугун стоек только при
концентрации выше 62% H2SO4 и особых преимуществ перед серым
чугуном не имеет.
В соляной кислоте разрушается.
В холодной азотной кислоте хромистый чугун стоек как в
разбавленной, так и в концентрированной. В 37%-ной кипящей
азотной кислоте стойкость его еще достаточно высока, а в
концентрированной кислоте значительно ниже
стойкости стали ЭЯ1.
В 70%-ной фосфорной кислоте, в ни-
троэилсерной кислоте, уксусной, в
растворах солей, в том числе и хлористых,
в большинстве органических соединений
(не являющихся восстановителями)
хромистый чугун не подвергается коррозии.
Хромистый чугун хорошо
сопротивляется механическому износу.
Из хромистого чугуна изготовляют
центробежные насосы, конденсаторы,
трубы, ректификационные колонны,
вентиляторы, мешалки и самую разнообразную
арматуру.
Отливки из хромистого чугуна нашли
большое применение также и как
жаростойкие. Жаростойкость возрастает с
увеличением содержания хрома; при 30% Сг жаростойкость сплава
достигает 1200°.
На рис. 69 показано влияние содержания хрома на окисляе-
мость хромистого чугуна при высоких температурах.
Как жаростойкий материал хромистый чугун с успехом
применяется для топок, частей барабанных сушилок, лопастей,
гребков колчеданных печей, реторг, плавильных горшков и других
деталей химической аппаратуры, работающих при высокой
температуре. Следует отметить, что хромистый чугун устойчив против
паров серы и сернистых соединений, что имеет особое значение
для химической промышленности.
Аустенитные чугуны. В последнее время получили
распространение новые марки нержавеющих чугунов аустенитной структуры,
обладающие хорошими технологическими свойствами при
повышенной стойкости против воздействия многих агрессивных сред.
Основной легирующей добавкой в этих чугунах является никель,
наличие которого обусловливает аустенитную структуру. Кроме
никеля, эти чугуны могут содержать хром, медь, алюминий и дру-
10 20 30
Содержание Сг, °/овес.
Рис. 69. Влияние
содержания хрома на окисляе-
мость хромистого чугуна
при высоких
температурах:
/—при 1000°; 2—при 1100°.
9*
$,

132 Vlt. ЧЁРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
гие элементы, которые вводятся в сплав в зависимости от
специфических требований, предъявляемых к нему в отношении
химической стойкости или физико-механических свойств.
Никель, как известно, повышает сопротивляемость сплава
коррозии в едких щелочах при высокой температуре; никелевый
чугун, содержащий до 30% Ni, почти так же устойчив, как и
чистый никель.
Введение в сплав некоторых количеств хрома и меди позволяет
уменьшить содержание никеля до 12—18% вес, сохраняя
коррозионную стойкость чугуна и хорошую обрабатываемость.
В табл. 19 приведены составы некоторых аустенитных чугу-
нов и данные об их механических свойствах.
Таблица 19
Состав и механические свойства некоторых аустенитных чугунов
Название
чугуна
Никросилал
Нирезист
Хроиаль
Чугаль
Чугун типа
ЭЯ1
Состав, о/о вес.
А1
—
-
3,0—4,0
5,5—7,0
-
С Сг
1,7-7,0
2,6-2,8
1,7-1,9
2,5-3,2
1,3-3,2
1,8-3,0
3,0-4,0
20—22
-
17,8—19,2
Си
-
5,0-8,0
—
-
-
Мп
0,8—1,3
0,7-0,9
0,5-0,6
0,6—0,8
0,5-Ю,7
Ni
16,0—20,0
12,0-15,0
-
-
8,5—9,2
Si
5,0-7,0
1,5-1,6
2,0-2,2
1,6-2,3
1,7-2,6
Предел

прочности при
изгибе
кг/мм'
28—30
18-20
7-9
-
50-60

Твердость по

вдавливанию
120—140
150—160
400—420
-
350—400
Эти чугуны обладают удовлетворительными литейными
свойствами, хорошо обрабатываются и применяются главным образом
для изготовления труб, насосов, арматуры и деталей аппаратов,
работающих в агрессивных условиях.
Особо следует отметить сравнительно хорошую
сопротивляемость коррозии некоторых марок аустенитных чугунов в средах,
не являющихся окислителями, в том числе в соляной кислоте, и
в разбавленных растворах серной кислоты при комнатной
температуре.
В табл. 20 приведены данные о химической стойкости
аустенитных чугунов в некоторых агрессивных средах. *
* И. Я. К л и н о в, Новые марки легированных чугунов, Бюллетень
«Коррозия и борьба с ней» № 4 (1940).

ЛИТЕРАТУРА
133
Таблица 20
Химическая стойкость некоторых аустеиитиых чугуиов
Среда
Азотная кислота, 10%
40%
Серная кислота, 10%
2fi%
25о/0
40%
Соляная кислота, 10%
10%
20%
37,5%
Уксусная кислота, 8%
Фосфорная кислота, 10%
10%
Щавелевая кислота, 3%
5%
5%

Температура
"С
20
10
20
20
20
70
20
20
70
20
20
20
20
70
20
20
70
Потеря веса, г/м> час
нирезист
Разру
9,70
0,22
0,10
0,75
0,06
0,29
0,98
0,73
3,73
—
0,15
0,75
0,03
никро-
силал хромаль
шаются
5,00
0,50
0,36
1.90
0,41
1,17
0,33
0,27
0,02
0,10
0,01
0,01
0,002
чугун типа
ЗЯ1 (1,3% С)
0,06
0,07
0,02
Разрушаются
То же
я »
» я
Разрушаются
То же
Я »
О Я
0,002
0,10
0,85
—
—
—
—
Аустенитные чугуны (чугаль, хромаль) применяются, так же
как и жаростойкие материалы, для деталей печей и топок,
работающих при высокой температуре.
ЛИТЕРАТУРА
Акимов Г. В., Основы учения о коррозии и защите металлов, Металлург-
из дат, 1946.
Ващенко К. И., Химически стойкие отливки, Машгиз, 1946.
Першке В. К. и Клинов И. Я., Химическое сопротивление материалов,
Госхимиздат, 1940.
Романов М. М., В е р О. И., Огнестойкие сплавы, ОНТИ, 1935.
Спеллер Ф. Н., Коррозия железа, ОНТИ, 1936.
Химушин Ф. Ф., Нержавеющие, кислотоупорные и жароупорные стали,
Металлургиздат, 1945.
Энциклопедический справочник машиностроения, т. III и IV, Мащгиз, 1947.

ГЛАВА VIII
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
1. Медь
Медь является весьма распространенным в химическом
машиностроении конструкционным материалом. Медь
электроположительна, электродный потенциал ее +0,34 е.
Техническая медь обычно содержит не менее 99,5% Си. Из
примесей, содержащихся в меди, особенно опасными являются
висмут, свинец, кислород и сера. Висмут нерастворим в меди и
образует с ней эвтектику, плавящуюся при 270° и располагающуюся
по границам зерен. Поэтому при обработке в горячем состоянии
медь подвержена «красноломкости». Аналогично висмуту
действуют примеси свинца. Кислород и сера образуют с медью
химические соединения Си20 и Cu2S, которые в свою очередь
образуют с медью эвтектику.
При обработке меди в холодном состоянии металл склонен
к «хладноломкости» вследствие наличия по границам
зерен меди хрупких химических соединений Си20 и Cu2S.
Кроме того, медь, содержащая Си20, подвержена
водородной коррозии; это явление имеет место при действии водорода
при высокой температуре на Си20. Водород восстанавливает
закись меди с образованием водяного пара:
Cu20-r-H2—> 2Cu+H20
Водяной пар стремится удалиться из металла и вызывает
образование трещин.
Примеси никеля, серебра, олова и цинка не оказывают
вредного влияния на механические и технологические свойства меди;
примеси железа, мышьяка и сурьмы вредны.
Медь обладает большой вязкостью и хорошо обрабатывается
в горячем и холодном состояниях. Литейные свойства меди
невысоки.
Высокая теплопроводность меди (в шесть раз выше
теплопроводности железных сплавов) делает этот материал особо ценным
для изготовления теплообменной аппаратуры.
Так как потенциал меди выше потенциала водорода, медь не
способна вытеснять водород из растворов и коррозия протекает
за счет образования окислов меди. Медь при взаимодействии
с кислородом не образует хороших защитных пленок (окислы

1. МЕДЬ 135
меди энергично взаимодействуют с кислотами, являющимися
окислителями), поэтому кислород воздуха и другие окислители
в большинстве случаев усиливают коррозию меди.
В отсутствие окислителей медь обладает сравнительно
хорошей стойкостью в растворах, не содержащих кислорода.
Азотная кислота всех концентраций даже при комнатной
температуре обладает окислительными свойствами и легко
растворяет медь. Азотная кислота легко разлагается с выделением
атомарного кислорода:
2HN03 —> 2NO + 30 + Н20
кислород окисляет медь в СиО. Окись меди взаимодействует с не-
разложившейся азотной кислотой:
3CuO + 6HN03 —> 3Cu(N03)2-f-3H20
Серная кислота при концентрациях выше 50% и температуре
выше 60° вызывает коррозию меди.
Реакция протекает по уравнению
Cu + 2H2S04 —> CuS04 + S02 + 2H20
Практически медь можно применять в неконцентрированных
растворах серной и сернистой кислот при комнатной температуре.
Соляная кислота, уксусная кислота и другие кислоты, не
являющиеся окислителями, а также растворы солей в отсутствие
кислорода воздуха при комнатной температуре не растворяют
медь. В присутствии воздуха скорость коррозии меди в
значительной степени зависит от аниона среды. Так, в растворах
хлористых солей медь менее устойчива, чем в растворах сернокислых
солей.
В водных растворах щелочей медь обладает высокой
стойкостью.
В аммиаке и растворах аммиачных солей в присутствии
воздуха медь энергично растворяется с образованием комплексных
соединений фиолетового цвета. Даже в разбавленных растворах
аммиака коррозия меди велика и превышает 100—200 г/м2 час.
Медь дает комплексные соединения также с растворами
цианистых солей.
Многие газы (хлор, бром, иод, сернистый газ, пары серы,
сероводород, углекислота), особенно влажные, в большинстве
случаев разрушают медь. В атмосферных условиях медь
покрывается продуктами коррозии типа СиС03 • Си(ОН)2, однако атмог
сферная коррозия меди не является опасной вследствие
образования на поверхности металла защитного слоя.
Присутствие во влажной атмосфере сернистого газа и других
агрессивных газов значительно усиливает коррозию меди.

136 VIII. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
2. Медные сплавы
Медь, как выше было указано, обладает невысокими
литейными свойствами, поэтому для изготовления отливок применяются
сплавы меди с другими металлами.
В химическом машиностроении наиболее распространенными
медными сплавами являются бронзы; сравнительно небольшое
применение нашли латуни.
Бронзы. Бронзами называются сплавы меди с оловом; они
хорошо изучены и освоены промышленностью. В течение
последних лет наша промышленность освоила производство новых бронз,
не содержащих олова и, следовательно, более дешевых, но также
обладающих удовлетворительными литейными и другими
свойствами. Название этих бронз обычно определяется вводимой
добавкой (алюминиевая, кремнистая, бериллиевая, марганцовистая,
свинцовистая и др.).
Из перечисленных типов бронз наибольший интерес
представляют алюминиевые и кремнистые бронзы, химическая стойкость
которых не ниже оловянистых.
Оловянистые бронзы. Система Си—Sn образует
однородный твердый раствор при введении в сплав до 13,8% Sn;
дальнейшее увеличение содержания олова влечет за собой
появление новой фазы. Физико-механические и технологические
свойства оловянистых бронз в значительной степени
обусловливаются их структурой. Большей частью применяются бронзы,
содержащие 8—10% Sn.
Добавка 2—4% Zn улучшает свойства оловянистой бронзы,
не нарушая однородности сплава. Свинец резко улучшает
антифрикционные свойства сплава, но выпадает в виде
самостоятельной фазы.
Содержание сурьмы, висмута и железа, являющихся вредными
примесями, допустимо в пределах 0,2—0,5% (в сумме). Вредны
также кислородные соединения меди (Си20).
Большинство оловянистых бронз применяется в виде литья.
Из них изготовляют, главным образом, корпуса насосов, клапаны,
шестерни, антифрикционные детали, краны и другую арматуру
весом до одной тонны.
Химическая стойкость оловянистых бронз несколько выше
стойкости меди, в частности, в разбавленных растворах серной
кислоты, многих органических кислотах и растворах солей.
Азотная кислота и другие окислители, а также аммиачные растворы
оказывают на бронзы такое же действие, как и на медь.
Алюминиевые бронзы. Алюминиевые бронзы,
применяемые в практике, обычно содержат не больше 10% А1. Это
обусловливается структурой сплава, который при комнатной тем-

2. МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
137
пературе представляет собой твердый раствор, содержащий
до 9,8% А1. При содержании выше 9,8% А1, помимо появления
второй фазы, обладающей более низким потенциалом, резко
возрастает твердость сплава и понижается вязкость.
Алюминиевые бронзы обычно содержат небольшие количества
железа, никеля и марганца. Эти примеси положительно влияют
на некоторые свойства алюминиевых бронз. Так, железо в
количестве до 4% повышает механические свойства
железо-алюминиевых бронз, не понижая их химической стойкости. Несмотря на то
что сплав является многофазным, он имеет мелкозернистое
строение и химическое соединение FeAl3 распределено в нем
равномерно.
Из сложных алюминиевых бронз заслуживает внимания
бронза, известная под маркой Бр АЖМц (1—2% Мп). Эта бронза
обладает повышенной износостойкостью.
Благодаря высоким механическим и антикоррозионным
свойствам алюминиевые бронзы нашли применение для изготовления
деталей, работающих при высоких нагрузках и больших скоростях
(червячные колеса, шестерни), а также для разных фасонных
деталей высокого давления.
Алюминиево-железные бронзы с добавкой никеля, называемые
обычно Бр АЖН (5—6% Ni), сохраняют свои механические
свойства и химическую стойкость и при высоких температурах
порядка 500°. Химическая стойкость алюминиевых бронз выше,
чем оловянистых бронз и меди. Они стойки в разбавленных
растворах кислот, не являющихся окислителями, в том числе
в соляной кислоте, фосфорной, уксусной, а также лимонной и
многих других органических кислотах.
Кремнистые бронзы. Эти бронзы, содержащие 3—
4% Si, помимо высоких механических и технологических свойств,
отличаются достаточно хорошими литейными свойствами и
хорошо свариваются.
Особенно высокой сопротивляемостью коррозии и высокой
пластичностью отличаются кремнистые бронзы с добавкой
1% Мп (Бр КМц 3-1); их можно рекомендовать для изготовления
резервуаров и другой химической аппаратуры, работающей под
давлением.
Следует обратить внимание на то, что
кремнисто-марганцовистые бронзы пригодны для взрывоопасных производств, так как
не дают искр при ударах.
Большой интерес представляет также бериллиевая бронза. Эта
бронза обладает исключительно высокой механической
прочностью и мало подвержена усталости. Однако высокая стоимость
бериллиевой бронзы ограничивает ее применение.
В табл. 21 приведен состав наиболее распространенных марок
бронз и некоторые их физико-механические свойства.

Состав и механические свойства некоторых специальных бронз
Таблица 21
Бронза
Марка
ГОСТ
Состав, о/о вес.
А1
4,0-6,0
6,0-8,0
8,0-10,0
8,0-10,0
9,0-11,0
10,5-11,5
—
—
Be
—
—
—
2,0—2,3
—
—
Fe
—
—
2,0-4,0
2,0-4,0
2,0-4,0
5,0-6,5
—
—
Mil
—
—
.
—
1,0-2,0
—
1,0-1,5
4,5-5,5
Ni
—
—
—
—
5,0-6,5
—
—
SI
№
Алюминиевая , . . .
To же
Алюминиево-желези-
стая для обработки
давлением . . . .
То же, для
фасонного литья . . . .
Алюминиево-желе-
зисто-марганцови-
стая
Алюминиево-желе-
зисто-иикелевая ,
Бериллиевая . . . ,

Кремнисто-марганцовистая
Марганцовистая . ,
Бр А 5
Бр А 7
Бр АЖ 9-4
Бр АЖМц
10-3-1,5
Бр АЖН
11-6-6
Бр Б 2
Бр КМцЗ-1
Бр Мц 5
493—41
493-41
493-41
493-41
493—41
493-41
1789-42
493—41
493-41
— 2,75-3,5
3,5
10
10
12
12
2
30
45
20
60
60
4Q
55
60
40—60
38
20
40—60
ПО
ПО
60 120
250
Не более
100

2. МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
139
В табл. 22 приведены данные по коррозии бронз в различных
средах *.
Таблица 22
Коррозия бронз в агрессивных средах
Среда
Алюминий сернокис-
Ка льция гипохлорит, 0,5% С1
4,50/оС1
Натрия гипохлорит, 1% С1
2°/0 С1
Серная кислота, 10% . . .
lOO/o • • •
10°/0 • • •
III
40% . . .
40°/о . . .
40% . . .

Температура
"С
20
20
20
40
20
20
40
60
20
40
60
20
40
60
Потеря веса, г/м* час

алюминиевая
0,01
0,4
0,3
0,01
1,16
0,002
4,38
4,63
0,003
4,60
4,61
0,003
2,18

марганцовистая
—
0,3
—
—
0,09
2,87
3,85
0,10
3,37
3,36
0,12
1,43
1Д4
оловяни-
стая
—
—
0,03
0,09
0,01
0,95
0,98
1,04
2,92
2,98
0,002
1,27
1,31

фосфористая
0,04
0,7
0,2
0,01
0,01
0,16
0,95
1,15
0,10
0.46
0,60
0,1
1,87
1,25
Латуни. Латуни разделяются на простые и сложные, или
специальные.
Простыми латунями называются сплавы меди с цинком.
Сложные латуни, кроме меди и цинка, содержат добавки.
олова, алюминия, никеля, марганца и др.
Специальные латуни значительно более устойчивы против
коррозии, чем простые латуни; последние сравнительно мало
применяются в химическом машиностроении в качестве химически
стойких конструкционных материалов.
Объясняется это тем, что однофазные твердые растворы
двойной системы Си—Zn ограничены содержанием цинка до 38,5%.
Сплав, содержащий 39—47% Zn, состоит из смеси а- и Р-фаз,
имеющих разные потенциалы. р-Фаза, более богатая цинком,
* И. Я- К л и н о в, Стойкость специальных металлов и сплавов в
минеральных кислотах, Химическое машиностроение №11—12(1940); И. Я. Кли-
вов, Коррозия металлов и сплавов в растворах некоторых солей, Хим. пром.
N° 10—11 (1944).

140 VIII. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
отрицательнее, чем а-фаза латуни, и быстрее подвергается
коррозии.
Добавки других металлов способствуют сдвигу границ
устойчивости фаз.
Для простых латуней характерно явление коррозии, известное
под названием обесцинкование. Это явление
наблюдается в нейтральных, а также в слабокислых растворах и
заключается в том, что цинк переходит в продукты коррозии более
интенсивно, чем медь, и сплав обогащается медью. Накопившиеся
с течением времени в растворе ионы меди вторично осаждаются
на катодных участках латуни в виде рыхлой губчатой массы.
Вследствие разности потенциалов рыхлого слоя меди и лежащей
под нею латуни возникает гальванический элемент латунь —
медь, в котором анодом является латунь, процесс «обесцинкова-
ния» продолжается и механически прочная латунь превращается
в рыхлую медь. Для предотвращения обесцинкования в латунь
вводят 0,02% As.
Простые латуни, содержащие более 8—10% Zn, подвержены
также особому виду разрушений — растрескиванию. Чаще
всего растрескивание наблюдается у тонкостенных штампованных
изделий и у литых неотожженных деталей. Установлено, что
причиной растрескивания является наличие внутренних напряжений
в холоднодеформированной латуни. Эти напряжения ускоряют
процесс межкристаллитной коррозии сплава, в результате чего
последний разрушается.
Из практики известно, что латуни подвержены коррозионному
растрескиванию и при воздействии слабых растворов или паров
аммиака, а также паров ртути. Во избежание указанного
явления рекомендуется отжигать детали из латуни при 200—400°
в течение нескольких часов. Физико-механические свойства
латуни при этом не ухудшаются.
При всех условиях не рекомендуется применять изделия из
латуни в атмосфере, загрязненной парами ртути, аммиаком или
их соединениями.
Из специальных латуней, нашедших применение в химическом
машиностроении, следует отметить никелевые латуни, имеющие
состав: 12—14% Ni, 26—30% Zn и 56—62% Си. Эти латуни
принадлежат к тройным а-растворам; они обладают высокой
сопротивляемостью коррозии в растворах солей, щелочей и
значительно устойчивее бронз в кислотах, не являющихся
окислителями. Химическая стойкость никелевых латуней может быть
повышена при помощи предварительногб пассивирования путем
погружения в 50%.-ную азотную кислоту.
Добавка олова (1,0—1,5%) повышает стойкость простых
латуней в морской воде, вследствие чего эти сплавы получили
название «морских латуней».

3. НИКЕЛЬ
141
Кремнистые латуни, содержащие не более 1% Si при 20% Zn
(для сохранения тройного твердого раствора), обладают
хорошими механическими и технологическими свойствами.
Свинец улучшает обрабатываемость простых латуней (при
30—35%-ном содержании цинка сплав настолько пластичен, что
резание его затруднено), однако свинцовистые латуни не
обладают коррозионной стойкостью.
Свинец не дает твердых растворов с латунью, и сплав
получается многофазным.
3. Никель
Никель относится к числу очень важных конструкционных
металлов, применяемых в химическом машиностроении.
Основными свойствами никеля являются его высокая химическая
стойкость, прочность, тугоплавкость, значительная пластичность и
способность подвергаться различным видам механической
обработки.
Отливка никеля производится при 1500—1600°. Никель легко
прокатывается в горячем и в холодном состояниях.
Обычными примесями технического никеля (до 1 %) являются
кобальт, железо, кремний и медь. Эти примеси не оказывают
вредного влияния, так как образуют с никелем твердые растворы.
Кислород и сера образуют с никелем химические соединения,
которые выделяются в виде включений или в виде эвтектики, что
ухудшает качество никеля. Углерод при содержании более
0,1—0,15% выделяется в виде графита. Нормальный электродный
потенциал никеля равен —0,20 в, но практически он более
положителен в связи с наличием в растворах кислорода. Никель
склонен к пассивированию, но в меньшей степени, чем хром.
Никель совершенно стоек в сухой и влажной атмосфере, но
окисляется на воздухе при температуре около 500°. Он особенно
стоек в щелочах, которые не действуют на него ни при высоких
температурах, ни в расплавленном состоянии, ни в водных
растворах. Поэтому, например, в производстве синтетического
фенола, где имеют место процессы, протекающие в щелочной
среде при высоких давлении и температуре, в качестве
конструкционного материала применяется никель.
В сухом аммиаке и в разбавленных растворах аммонийных
солей никель стоек; при нагревании и усилении доступа
воздуха — нестоек. В растворах солей, которые не
восстанавливаются никелем, коррозия незначительна.
Окислительные среды разрушают никель. Этим объясняется
поведение никеля в минеральных кислотах, которое похоже на
поведение меди, а именно: в холодной соляной кислоте при
недостаточном доступе воздуха и в холодных растворах серной кис*

142 VIII. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
лоты (до 50%) никель стоек; в азотной кислоте, независимо от
концентрации и температуры, — нестоек.
Органические кислоты и другие органические соединения не
вызывают коррозии никеля. Никель нашел большое
распространение в аппаратуре для органического синтеза, в особенности для
таких процессов, где непригодны нержавеющие стали в связи
с каталитическим влиянием, оказываемым ионами железа на ход
реакции.
4. Никелевые сплавы
Никель в сплавах образует двойные и более сложные
твердые растворы с многими металлами. Эти сплавы обладают весьма
ценными механическими и физическими свойствами. Особый
интерес представляют сплавы никеля с медью и сплавы никеля
с молибденом, как обладающие весьма высокой химической
стойкостью в большинстве агрессивных сред.
Медноникелевые сплавы. Сплавы никеля и меди образуют
непрерывный ряд твердых растворов.
В химическом машиностроении нашел применение сплав,
содержащий 68—69% никеля, 28—29% меди, а также примеси
железа, марганца, кремния и др. в количестве 3—4%. Этот сплав,
известный под названием монель-металла, имеет
однофазную структуру.
Монель-металл хорошо противостоит окислению при
температурах до 750° и сохраняет высокую механическую прочность до
500°. Качество монель-металла можно повысить введением
небольших количеств алюминия, кремния, бериллия и других
металлов.
Монель-металл обладает более высокой коррозионной
стойкостью, чем никель и медь, против действия кислот, не
являющихся окислителями, растворов солей и органических соединений.
Особенно следует отметить стойкость монель-металла в чистой
фосфорной кислоте высокой концентрации при нагреве. По
отношению к сернистым соединениям монель-металл, как и никель,
нестоек.
В табл. 23 приведены сравнительные данные по
коррозии никеля, меди и монель-металла в некоторых агрессивных
средах.
С увеличением доступа воздуха, при перемешивании или
при повышении температуры, коррозия монель-металла
усиливается.
Применение монель-металла для изготовления деталей
химической аппаратуры целесообразно в тех случаях, когда требуется
сочетание высоких механических свойств, сопротивления
повышенным температурам и химической стойкости.

4. НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ ИЗ
Таблица 23
Коррозия меди, монель-металла и никеля в агрессивных средах
Среда
Уксусная кислота
Потеря веса, г/л»1 час
медь
574,0
25,0
14,0
0,1
4,5
150,0
20,0
монель-металл
0,4
5.0
1,0
0,5
1,0
35,0
15,0
никель
1,0
10,0
0,3
2,4
1,2
50,0
21,0
Никельмолибденовые сплавы. Сплавы никеля и молибдена
представляют собой твердые растворы.
При содержании молибдена выше 15% сплав обладает
хорошей стойкостью в растворах соляной и серной кислот средних
концентраций при 70°.
Введение в сплав железа (до
20%) мало влияет на коррозионную
стойкость никельмолибденового
сплава в соляной и серной кислотах, как
это видно из рис. 70, на котором
показано влияние железа на коррозию
някельмолибденожелезного сплава
в 10%-ной серной кислоте при 70°.
Практически никельмолибдено-
железные сплавы при комнатной
температуре стойки во всех
минеральных и органических кислотах, в
том числе и в азотной кислоте. При
нагревании до 70° они стойки только
в соляной и серной кислотах.
Наиболее благоприятными
механическими и антикоррозионными
свойствами обладает сплав,
имеющий состав: 60% Ni; 20% Mo;
20% Fe.
Медноникелевые и
никельмолибденовые сплавы хорошо
обрабатываются, свариваются и хорошо отливаются. Эти сплавы, несмотря
на их ценные свойства, нашли ограниченное применение
вследствие высокой стоимости никеля" и молибдена.
Никельхромовые сплавы — нихромы — применяются
главным образом как жароупорный материал.
3,0
2,5
%
% 2,0
to ')J
.&>
О;
а
-Л
/
/—•
W 20 30 40 50
Содержание ЪеХбес.
Рис. 70. Зависимость
коррозии никельмолибденожелезиого
сплава от содержания железа
(в 10%-ной серной кислоте
при 70°).

144
VIII. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
5. Свинец
Свинец является наиболее распространенным в химическом
машиностроении конструктивным материалом (если не считать
железа) и в связи с его высокой химической стойкостью издавна
применяется в ряде производств. Однако применение свинца во
многих случаях ограничено вследствие неблагоприятных
физических и механических свойств его.
Физические и механические свойства свинца:
Предел прочности при разрыве, kzjmm? . . 2
Твердость по вдавливанию 5
Температура плавления, °С 327,4
Теплопроводность, кал/см сек град .... 0,0836
Удельный вес 11,34
Удлинение, °/0 50
Свинец — самый мягкий из всех технических конструкционных
металлов. Низкая температура плавления свинца не позволяет
применять его для процессов, протекающих при температуре выше
150—200°, так как при этом прочность металла резко падает.
Плохая теплопроводность свинца ограничивает изготовление из
него теплообменной аппаратуры.
В большинстве случаев свинец применяется в виде листов для
обкладки железных и деревянных аппаратов или для освинцева-
ния железа путем наплавки. В качестве самостоятельного
материала свинец применяется для изготовления труб и сравнительно
реже в виде отливок.
В химической промышленности применяется свинец марки
С2 (ОСТ ЦМ 36—40), содержащий не менее 99,92% РЬ; не более
0,002% Ag; 0,002% Си; 0,002% As; 0,01% Sb; 0,002% Sn;
0,003% Zn; 0,005% Fe; 0,03% Bi; 0,005% Mg; 0,01% Си;
0,01% Na.
Влияние примесей на коррозию свинца в настоящее время еще
недостаточно изучено. Однако принято считать, что в
большинстве случаев они вредны, так как способствуют образованию
многофазных сплавов. Примеси серебра, никеля и меди повышают
коррозионную стойкость свинца в серной кислоте в начальном
периоде ее действия, но с течением времени благородные примеси
выделяются на поверхности свинца и образуют микроэлементы,
за счет которых коррозия увеличивается.
Некоторые примеси улучшают физико-механические свойства
свинца: олово и кадмий повышают сопротивляемость свинца
сотрясениям и вибрациям и предохраняют его от
рекристаллизации, к которой он склонен при температуре ниже 50°; теллур
способствует образованию мелкокристаллической структуры,
повышая в связи с этим механические свойства сплава и его
сопротивление усталости; сурьма повышает твердость свинца.

5. СВИНЕЦ
145
t
3
2,
1
п
..—»
/
/
)
Свинец принадлежит к числу металлов, обладающих
исключительно высокой коррозионной сопротивляемостью в определенной
группе агрессивных сред, например в растворах серной кислоты
и сернокислых солей; в других средах он не имеет преимуществ
по сравнению с известными в настоящее время химически
стойкими материалами.
Серная кислота и растворы сернокислых солей образуют на
поверхности свинца нерастворимую пленку сернокислого свинца,
весьма прочно срязанную с металлом, практически беспористую,
обладающую благодаря этому защитными свойствами. Толщина
этой пленки составляет 1000—
5000 молекулярных слоев.
Защитная пленка
образуется на свинце в растворах
серной кислоты до концентрации
80%; кислота более высоких
концентраций и олеум
растворяют сернокислый свинец:
PbS04 + H2S04 —+ Pb(HS04)j
На рис. 71 представлено
Влияние концентрации серной
кислоты на коррозию свинца
при 50°.
При нагревании пленка
сохраняет свои защитные
свойства до 85—90°; при более
высокой температуре она разрушается и вновь не образуется.
Объясняется это сильным уменьшением сил сцепления между
металлом и пленкой, а также увеличением растворимости
сернокислого свинца при повышении температуры.
Введение в свинец 0,03—0,10% Те заметно улучшает
химическую стойкость свинца в серной кислоте как при высоких
температурах (в 78%-ной серной кислоте при 100—115°), так и в кис*
лоте высокой концентрации.
Свинец стоек в соляной кислоте концентрацией не выше 10%
прн комнатной температуре. С увеличением концентрации
кислоты и повышением температуры скорость коррозии
увеличивается.
В азотной кислоте свинец нестоек, так как образует с ней
легко растворимые азотнокислые соли, однако при высоких
концентрациях кислоты (50—60%) и при комнатной температуре на
свинце образуется защитная пленка. Максимум коррозии свинца
наблюдается в 28 % -ной азотной кислоте.
Примесь азотной кислоты к серной вообще не вызывает корро-
зйи свинца, яо эта примесь становится весьма опасной, если
30 40 50 60 70 80 90 /00
Содержание Щ$0^%Вес,
Рис. 71. Зависимость коррозии свинца
от концентрации серной кислоты при
50е*
Ю Зак. 1142. И. Я. Климов.

146
VIII/ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
создается контакт между участком свинца, погруженным в смесь
серной и азотной кислот, и другим участком, погруженным
в чистую серную кислоту: коррозия свинца сильно возрастает
вследствие образования местных концентрационных элементов
РЬ | H2S04! H2S04 + HN081 Pb
Такие случаи могут иметь место, например, в производстве
серной кислоты.
В тройных смесях серной и азотной кислот и воды при
содержании менее 25% воды свинец устойчив.
В фосфорной, сернистой, мышьяковой, хромовой и
плавиковой кислотах свинец стоек. В уксусной кислоте и других
органических кислотах — нестоек.
В растворах едких щелочей свинец растворяется, образуя
плюмбиты:
Pb -f- 2NaOH —> Na2Pb02 -f H2
Следует обратить внимание на коррозию свинца при контакте
его с портланд-цементом вследствие щелочности последнего.
В растворах аммиака свинец стоек. В растворах углекислых
солей на свинце образуется мало растворимая пленка углекислого
свинца, которая защищает металл от коррозии; при избытке
свободной углекислоты углекислый свинец РЬСОз переходит
в хорошо растворимый двууглекислый свинец РЬ(НС03)г.
По указанной причине свинец подвергается сильной коррозии
в воде, содержащей свободную углекислоту. Жесткие воды,
вследствие присутствия сернокислых солей, меньше разрушают свинец,
чем мягкие. В дестиллированной воде, а также в дождевой,
с большим содержанием растворенного кислорода, свинец
заметно разрушается.
Свинец разрушается также в растворах цианистых, хлористых,
надсернокислых, уксуснокислых солей, в гипохлоритах, хлор-
органических соединениях, альдегидах, фенолах и др.
Сухой хлор, бром, фтор на холоду оказывают слабое действие
на свинец; сернистый газ не разрушает свинец и при повышенной
температуре.
В незагрязненном воздухе свинец стоек; в атмосфере,
содержащей промышленные газы, степень разрушения свинца зависит
от характера и количества примесей в воздухе.
Химическая стойкость свинца в некоторых средах может быть
повышена путем добавки к ним незначительных количеств серной
кислоты с целью создания на поверхности металла защитной
пленки, при условии, что сернокислый свинец в этих средах
нерастворим.
Практически можно считать, что пригодность свинца в
агрессивных средах обусловлена малой растворимостью образующихся
продуктов коррозии. Однако не всегда малая растворимость про-

6. АЛЮМИНИЙ
147
Дуктов коррозии свинца достаточна для получения защитной
пленки. Так, например, в растворах сульфидов, несмотря на
малую растворимость PbS, свинец сильно разрушается.
При конструировании химической аппаратуры из свинца
следует иметь в виду его большой удельный вес и слабую
сопротивляемость истиранию. Б химической промышленности известно
много случаев быстрого износа мешалок, трубопроводов и целых
аппаратов вследствие разрушающего действия твердых частиц,
содержащихся в реакционной среде.
Свинец в основном нашел большое применение в башенном
сернокислотном производстве и в самых разнообразных
производствах, где агрессивной средой является серная кислота или
сернокислые соли. Свинцом обкладывают чаны, сборники,
кристаллизаторы и другую аппаратуру.
Для увеличения твердости свинца с ним сплавляют некоторое
количество сурьмы. Эта сплавы, содержащие до 10% Sb,
обладают повышенной по сравнению со свинцом механической
прочностью: твердость по вдавливанию 10—13, предел прочности
15 кг/мм2. Сплав свинца с сурьмой так называемый «твердый
свинец» обладает примерно такими же антикоррозионными
свойствами, как технический свинец. Он является самостоятельным
конструкционным материалом и применяется для изготовления
насосов для серной кислоты, кранов, вентилей и другой арматуры.
6. Алюминий
Положение алюминия в ряду напряжений определяет его
высокую электрохимическую активность. Нормальный
электродный потенциал алюминия равен —1,34 в; поэтому алюминий
должен исключительно быстро подвергаться коррозии и быть
малопригодным для изготовления из него химической аппаратуры.
Несмотря на это, алюминий является металлом, обладающим
высокой химической стойкостью в ряде агрессивных сред, и часто
по своим антикоррозионным свойствам стоит выше некоторых
электроположительных металлов. Причина этого лежит в
большой склонности алюминия к образованию в присутствии
окислителей плотной защитной пленки, потенциал которой значительно
выше потенциала металла.
Пленка на алюминии обладает хорошим сцеплением с
основным- металлом и удовлетворяет отношению
Алюминий способен покрываться окисной пленкой уже при
действии на него кислорода воздуха; толщина пленки при этом
составляет 100—150 А.
ю*

148 Vm. цветные металлы и их сплавы
Коррозионная стойкость алюминия в основном определяется
растворимостью его пленки в данной агрессивной среде.
Наличие в техническом алюминии примесей в большинстве
случаев значительно уменьшает его химическую стойкость.
Предполагается, что примеси образуют новые фазы, которые, как
правило, являются катодами, кроме того, включения нарушают
сплошное строение пленки; все это служит причиной ускорения
коррозии алюминия.
Чем чище алюминий, тем меньше он подвержен коррозии.
Поэтому для изготовления химической аппаратуры необходимо
применять алюминий высокой чистоты. Обычно для указанных
целей применяется алюминий марок А00, АО и А1, содержащий
соответственно 99,7, 99,6 и 99,5% А1. Только для неответственных
деталей допустимо применение алюминия марки А2, содержащего
99,0% А1.
В техническом алюминии в виде примесей всегда имеются
железо и кремний. Медь и цинк встречаются в минимальных
количествах, и содержание их редко превышает 0,1%.
Железо почти не образует твердых растворов с алюминием;
оно является вредной примесью и ухудшает коррозионную
стойкость алюминия. Растворимость железа в алюминии очень мала
(при 200° около 0,01%), вследствие чего примеси железа выше
0,01% вызывают выделение химического соединения FeAl3 в виде
хрупких кристаллов, которые являются катодами образующегося
гальванического элемента; это соединение ухудшает пластические
свойства алюминия и затрудняет его обработку. Так как
потенциал алюминия, покрытого окисной пленкой, значительно
отличается от потенциала FeAl3, то алюминий, являясь анодом, будет
сильно разрушаться.
Растворимость кремния в алюминии при высокой температуре
(577°) составляет 1,65%, а при комнатной — лишь 0,05%. При
содержании кремния выше 0,05% он при охлаждении выделяется
в свободном виде, но может быть переведен в твердый раствор
путем закалки при повышенных температурах. Включения
выделившегося кремния также играют роль катодных участков, но
так как его потенциал близок к потенциалу окисной пленки
алюминия, электродвижущая сила элемента будет незначительна
и коррозия алюминия почти не увеличится; следовательно, примесь
кремния менее опасна, чем примесь железа *.
Так как примеси железа и кремния присутствуют в алюминий
одновременно, то наряду с образованием FeAU могут
образовываться также и тройные соединения железа и алюминия с
кремнием, вследствие чего сплав может стать многофазным.
* Величина потенциала окисной пленки алюминия близка также к вели*
чине потенциала железа, и контакт алюминия с железом в некоторых случаях
допустим.

е. алюминий 149
Медь и цинк в количествах, указанных выше, растворяются
в алюминии с образованием твердых растворов и мало влияют
при таких концентрациях на коррозию алюминия.
Алюминий обладает весьма ценными физическими,
механическими и технологическими свойствами, основные из которых
приводятся ниже.
Предел прочности при разрыве, кг/мм^
литье 9—12
холодный прокат 15—25
Твердость по вдавливанию:
литье 24—32
холодный прокат 45—50
Удлинение, %
литье 15—25
холодный прокат 8—10
Температура плавления, °С 658,8
Теплопроводность при 18е, кал/см сек град 0,48
Удельный вес 2,7
Следует обратить внимание на малый удельный вес металла
и его хорошую теплопроводность, что является особенно ценным
для химической аппаратуры.
С повышением температуры механическая прочность
алюминия резко снижается.
Алюминий хорошо прокатывается, штампуется в горячем и
холодном состояниях, сваривается и отливается (литейные
свойства алюминия невысоки). Обрабатывать алюминий
резанием рекомендуется при больших скоростях. При механической
обработке алюминия следует обращать внимание на то, чтобы
в него не попали примеси других металлов, особенно меди и ее
сплавов, которые, являясь катодами, могут служить причиной
образования гальванических элементов.
На химическую стойкость прокатанного алюминия влияет
также термическая обработка. Известно, что отожженный
материал меньше подвергается коррозии, чем прокатанный.
Практические данные показывают, что при соответствующей
термической обработке алюминия химическая стойкость его
увеличивается. Такая обработка заключается в нагреве при
400—450° и охлаждении на воздухе или в воде. Имеет также
большое значение конечная отделка алюминиевых деталей или
аппаратов: гладкая и особенно полированная поверхность
увеличивает сопротивляемость металла коррозии, что, очевидно,
связано с увеличением перенапряжения водорода на катодных
участках.
Коррозия алюминия в различных средах определяется не
только характером и количеством примесей, содержащихся
в нем, но и в значительной степени, как уже было указано,
поведением его окисной пленки. Если пленка обладает достаточной

150
VIII. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
стойкостью и непроницаемостью в какой-либо среде, то алюми-
ний не подвержен действию этой среды, и наоборот.
В сухом или влажном воздухе чистый алюминий стоек. В
промышленной атмосфере пригодность алюминия определяется
характером загрязнений в воздухе. В частности, сернистый газ
не вреден, и в ряде случаев алюминий применяется в виде
покрытий для защиты железных конструкций от коррозии
промышленными газами.
В растворах солей коррозия алюминия в основном
определяется характером аниона. Галоиды, как правило, интенсивно
разрушают окисную пленку и, как предполагается, проникая
сквозь ее поры, образуют с алюминием растворимые продукты
коррозии. Особенно активное действие на защитную пленку
оказывают ионы F~ и С1~, в меньшей степени действуют ионы
Вт~ и J-.
В растворах других солей алюминий стоек в том случае, если
они обладают окислительными свойствами и способствуют
образованию на его поверхности пассивной пленки. Так, например,
на алюминий не действуют хромовокислые соли, азотнокислые
и т. п. Этим объясняется применение алюминия в производстве
аммиачной селитры и некоторых других солей.
В минеральных кислотах — соляной, плавиковой — ив
органических — щавелевой, муравьиной, винной — алюминий нестоек.
В азотной кислоте с увеличением концентрации раствора
скорость растворения алюминия возрастает, достигает максимума
и затем сильно уменьшается при переходе к более высоким
концентрациям. Наибольшая скорость растворения алюминия
в азотной кислоте наблюдается в пределах средних
концентраций, наименьшая в очень разбавленных растворах и в
концентрированной кислоте. С повышением температуры защитные
свойства пленки понижаются.
Алюминий стоек в разбавленной серной кислоте, а также
в олеуме при 20°. Серная кислота средней концентрации
разрушает алюминий. Олеум высокой концентрации не разрушает
алюминий и при высокой температуре. В производстве хлорсуль-
фоновой кислоты аппараты для разложения 30—65%-ного
олеума, работающие при температуре около 200°, могут быть
изготовлены из алюминия.
В фосфорной и уксусной кислотах и в очень многих
органических средах алюминий устойчив.
Особое внимание заслуживает поведение алюминия в
растворах щелочей. Едкие щелочи растворяют алюминий, образуя
алюминат, который в дальнейшем подвергается гидролизу и дает
гидрат окиси алюминия:
Al(OH)aONa+H80 —► Al(OH)a| + NaOH

7. АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ 151
освободившаяся щелочь вновь вступает в реакцию с алюминием.
В растворах углекислых щелочей калия и натрия коррозия
алюминия протекает менее интенсивно, но характер ее аналогичен
реакции с едкими щелочами.
Коррозия технического алюминия в нейтральных растворах
солей, протекающая с кислородной деполяризацией, объясняется
тем, что ионы ОН- накапливаются вблизи включений,
являющихся катодными участками, вследствие чего среда становится
щелочной.
Сернистые соединения и газовые среды, содержащие
сероводород, серный ангидрид и пары серы, не действуют на алюминий.
Поэтому алюминий пригоден для изготовления аппаратов,
применяемых при вулканизации каучука и переработке сернистых нефтей.
Сухой хлористый водород и газообразный аммиак также не
действуют на алюминий.
Ввиду того что продукты коррозии алюминия неядовиты
(в допустимых количествах) и имеют белый цвет, алюминий
нашел большое применение также в пищевой и
химико-фармацевтической промышленности.
Из алюминия (главным образом, листового) изготовляют
сборники, баки для хранения растворов, цистерны для перевозки
азотной кислоты, трубы, различные реакционные и теплообмен-
ные аппараты и т. п.
7. Алюминиевые сплавы
Невысокие литейные свойства алюминия не позволяют путем
литья получить из него доброкачественные детали химической
аппаратуры. Отливки из алюминия обычно содержат раковины
и пузыри.
Сплавы алюминия с медью, кремнием, магнием, цинком и
марганцем обладают, помимо хороших физико-химических и
механических свойств, очень высокими литейными свойствами.
Из огромного количества алюминиевых сплавов различных
составов в химическом машиностроении нашли применение лишь
немногие, так как большинство алюминиевых сплавов химически
нестойко.
Широко известные в технике сплавы алюминия с медью
обладают плохими антикоррозионными свойствами. Типичным
сплавом этой группы является дуралюмин, содержащий 3,8—5,2%
Си. Медь при комнатной температуре растворяется в алюминии
лишь в количестве 0,1%; при более высоком содержании она
выделяется из твердого раствора в виде химического соединения
СиА12, со значительно более высоким электродным потенциалом,
чем алюминий или твердый раствор А1—Си. Включения СиА12
выделяются по границам зерен, и эти сплавы склонны к меж-

152
VIII. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
кристаллитной коррозии. Поэтому, несмотря на прекрасные
механические и другие свойства, дуралюмин как антикоррозионный
материал непригоден.
Литейные сплавы алюминия с цинком и тройные сплавы
Al—Zn—Си не нашли применения в химическом
машиностроении.
Литейные сплавы алюминия с магнием особенно выделяются
высокой прочностью и небольшим удельным весом (2,55).
Сочетание высоких механических свойств со сравнительно хорошей
химической стойкостью позволяет изготовлять из этих сплавов
детали, подвергающиеся действию агрессивных сред и несущие
большие нагрузки.
Сплав алюминия с магнием (9—10% Mg) образует твердые
растворы при высокой температуре; их удается сохранить при
условии быстрого охлаждения сплава.
Сплав указанного состава — магналий — применяется в
виде литья. Коррозионная стойкость магналия изучена,
главным образом, в отношении морской воды, атмосферы и
щелочных сред. В последних магналий более стоек, чем чистый
алюминий.
Наиболее распространенными литейными сплавами являются
сплавы алюминия с кремнием (силумины), содержащие 11—
13% Si.
Как было указано, растворимость кремния в алюминии при
комнатной температуре незначительна и при охлаждении
кремний выделяется в свободном виде. Силумины обладают
высокими антикоррозионными свойствами не только по причине
небольшой э. д. с, возникающей в гальванической паре Al—Si, но,
главным образом, вследствие склонности кремния в присутствии
кислорода покрываться, так же как и алюминий, защитной
пленкой.
Обладая прекрасными литейными свойствами, силумины
нашли применение, главным образом, в окислительных средах,
в которых они покрываются пленкой, состоящей из окислов
А1203 -Н Si02.
8. Магний
Магний является самым легким из технических
конструкционных металлов и имеет наиболее отрицательный потенциал.
Магний мало стоек в большинстве агрессивных сред;
способность его покрываться защитной пленкой значительно меньше,
чем у алюминия.
Вследствие низкого электродного потенциала магния
коррозия его протекает с выделением газообразного водорода.
Магний разрушается в растворах многих солей, в водных
растворах почти всех кислот и даже в воде.

8. МАГНИЙ 153
Количество агрессивных сред, в которых магний стоек,
невелико и ограничено растворами аммиака, солей хрома, едких
щелочей и плавиковой кислоты. В плавиковой кислоте и едких
щелочах образуются нерастворимые продукты коррозии — фтористый
магний и гидрат окиси магния, покрывающие поверхность металла
защитной пленкой.
На рис. 72 показана коррозия магния в плавиковой кислоте
при 20°.
Магний дает ряд сплавов с алюминием, марганцем и цинком;
однако до настоящего времени попытки получить магниевый сплав,
химически более стойкий, чем чистый магний, не увенчались
успехом. Магниевые сплавы,
известные под общим
названием «Электрон» и
содержащие 5—9% А1; 0,5—
2,5% Zn и 0,15—0,50% Мл,
обладают хорошими
литейными свойствами, имеют
удельный вес меньше 2, но
их сопротивляемость
коррозии не выше, чем у магния.
Стойкость магниевых
сплавов в воде можно
повысить путем добавки в нее
небольших количеств дву-
хромовокислого или
хромовокислого калия, которые
*J,
I'
^ —, ■——..,.
(Л 1 1
/О 2ff 3ff
Содержание HF %Ляг
Ь0
Рис. 72. Зависимость корроизи магния
от концентрации плавиковой кислоты.
способствуют образованию защитной пленки на поверхности
сплава. Из практики известны такие случаи предохранения от
коррозии деталей из электрона в охладительных системах.
В конструкциях, изготовленных из алюминия, магния и их
сплавов, следует избегать соприкосновения отдельных деталей
с другими металлами, так как в большинстве случаев последние
являются катодами.
Особенно опасными являются контакты с медью, никелем,
железом и сталями типа ЭЯ1; менее опасными являются
некоторые металлы с большим перенапряжением водорода (кадмий,
цинк).
Магний и магниевые сплавы как новые конструкционные
материалы с особенно ценными свойствами представляют
значительный интерес для химической промышленности, но
недостаточная сопротивляемость коррозии не позволяет применять их
в настоящее время. Задачей наших металлургов является
изыскание новых качественных ультралегких сплавов, которые
сочетали бы высокие механические свойства со стойкостью
в агрессивных средах,

154 VIII. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
9. Цинк
Цинк относится к электроотрицательным металлам.
Электродный потенциал цинка равен —0,76 в. Цинк и его сплавы
нашли весьма ограниченное применение, так как стойкость их
весьма незначительна.
В минеральных и органических кислотах цинк быстро
растворяется. Ионы хлора особенно усиливают коррозию цинка. Цинк
обладает хорошей стойкостью только в атмосфере, не
загрязненной промышленными газами, и в морской воде.
На коррозию цинка большое влияние оказывает степень его
чистоты и характер примесей. Примеси в цинке, для которых
характерно высокое перенапряжение водорода, как, например,
свинец, ртуть, уменьшают скорость растворения цинка в кислотах
в том случае, если процесс коррозии протекает с водородной
деполяризацией, но и в этих условиях цинк нельзя рассматривать
как стойкий металл. Примеси железа, меди и других металлов,
для которых характерно незначительное перенапряжение
водорода, — вредны.
В растворах едких щелочей цинк нестоек вследствие
образования цинкатов. В растворах нейтральных солей цинк также
нестоек, так как в большинстве случаев катионы солей имеют
более положительный потенциал, чем цинк, в результате чего он
растворяется вследствие обменной реакции.
Цинк применяется, главным образом, в качестве защитного
покрытия железа, для предохранения последнего от
атмосферной коррозии, а также в виде протектора.
Сплавы на основе цинка обладают меньшей коррозионной
стойкостью, чем чистый цинк.
10. Кадмий
Кадмий относится к электроотрицательным металлам и
применяется исключительно в качестве защитного покрытия железа.
Химическая стойкость кадмия выше, чем у цинка. Так, в
едких щелочах кадмий нерастворим, в разбавленной серной кислоте
медленно растворяется (в других кислотах он растворим). Однако
кадмий нашел меньшее применение, чем цинк, так как он все же
малостоек и весьма дорог.
11. Олово
Олово применяется главным образом для лужения железа.
Электродный потенциал олова —0,14 в.
Стойкость олова в минеральных кислотах в значительной
степени зависит от присутствия воздуха. Чем больше доступ
кислорода, тем сильнее разрушается олово.

12. БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ
155
В растворах едких щелочей олово растворяется. В растворах
солей, не обладающих окислительными свойствами, олово
устойчиво.
Олово обладает сравнительно хорошей стойкостью в
большинстве органических кислот и в ряде других органических
соединений. Этим объясняется, в частности, широкое применение
олова в пищевой промышленности в качестве защитного
покрытия железной аппаратуры.
Олово также стойко в атмосфере, загрязненной
промышленными газами.
В химическом машиностроении олово имеет ограниченное
применение, но в ряде производств органических продуктов
может быть использовано в качестве защитного покрытия
железа.
12. Благородные металлы
К благородным металлам относятся золото, серебро и
металлы платиновой группы (платина, иридий, родий и др.). Эти
металлы имеют положительный потенциал.
Основным свойством всех благородных металлов является
высокая сопротивляемость коррозии в большинстве агрессивных
сред.
Золото практически растворимо только в царской водке
(HN03 + HC1) и в других сильно окислительных средах
(например, КМп04 + HC1), а также в цианистых соединениях.
Серебро стойко в расплавленных едких щелочах и в их водных
растворах. Из минеральных кислот на серебро очень сильно
действует только азотная кислота. Серная кислота при температуре
кипения разрушает серебро, соляная кислота образует на
поверхности серебра защитную пленку хлористого серебра,
которая стойка только при комнатной температуре.
Серебро обладает исключительной химической стойкостью
в концентрированной уксусной кислоте и многих органических
соединениях.
В химическом машиностроении серебро нашло применение
для изготовления ректификационных колонн (ледяная уксусная
кислота) и для аппаратов в органическом синтезе (производство
фенола).
Платина является одним из наиболее химически стойких
металлов.
Практически платина растворима только в царской водке.
При высокой температуре на платину действуют галоиды,
легкоплавкие металлы и перекиси щелочных металлов.
В табл. 24 показано влияние некоторых наиболее
агрессивных сред на благородные металлы,

156
VIII. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
Таблица 24
Коррозия благородных металлов в наиболее агрессивных средах*
Среда
Условия
На холоду
При
нагревании
То же
На холоду
При
нагревании
На холоду
При
нагревании
На холоду
При
нагревании
В расплаве
То же
» »
» »
» я
0 Ш
Аи
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
р-
р-
н. р.
н. р.
н. р.
р-
н. р.
р-
Jr
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
з. р.
н. р.
н. р.
Os
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
з. р.
с. р.
с. р.
з. р.
р-
н. р.
Pd
з. р.
р-
н. р.
н. р.
з. р.
н. р.
н. р.
р-
р-
н. р.
с. р.
н. р.
р-
з. р.
ср.
Pt
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
с. р.
н. р.
н. р.
р-
р-
ср.
ср.
ср.
р-
н. р.
с. р.
Rh
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
ср.
с. р.
з. р.
с. р.
с. р.
II. р.
н. р.
Ru
Азотная кислота
концентрированная . . .
То же
Плавиковая кислота . .
Серная кислота . . . .
То же
Соляная кислота
концентрированная
То же
Царская водка
То же
Едкий натр
Калий кислый
сернокислый
Натрий углекислый . .
Натрия перекись . . .
Щелочные соли азотной
кислоты
Щелочные соли
цианистой кислоты . . . .
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
н. р.
с. р.
н. р.
н. р.
з. р.
н. р.
н. р.
* Обозначения: н. р. — не растворяется, с. р.—слабо растворяется, з. р.—заметно
растворяется, р.—сильно растворяется.
13. Тантал
Тантал в последние годы начинает применяться в качестве
конструкционного материала в химическом машинострении для
особо агрессивных условий.
Химическая стойкость тантала выше стойкости благородных
металлов, в том числе и платины. Тантал не разрушается в
царской водке, на него действуют только фтористые соединения и
дымящая серная кислота.
Тантал является весьма тугоплавким металлом с темп. пл.
2850°; он обладает очень высокой прочностью (предел
прочности при разрыве 90—95 кг/см2), механически обрабатывается
и сваривается.
В отдельных случаях тантал нашел применение для
изготовления трубок теплообменных аппаратов (прочность тантала
позволяет делать трубки с очень тонкими стенками), змеевиков,

ЛИТЕРАТУРА 157
работающих под давлением до 60—70 ат при 350°, автоклавов
и другой аппаратуры.
В целях экономии внутренние поверхности автоклавов,
сосудов а т. п., изготовленных из обычных черных металлов, можно
обкладывать тонкими листами тантала.
ЛИТЕРАТУРА
Бахвалов Г. Т. иТурковская А. В., Коррозия и защита металлов,
Металлургиздат, 1947.
Берковский И. Я. и Колоколова А. Г., Никелевые сплавы,
Металлургиздат, 1941.
Градусов П. И. Справочник по цветным металлам, НКГИ, 19Э8.
Креииг В. О., Коррозия металлов, ГОНТИ, 1938.
П е р ш к е В. К-, Изучение защитной пленки на свинце, ЖПХ, № 10—11
(1938).
П е р ш к е В. К. и К л и н о в И. Я., Химическое сопротивление материалов,
Госхимиздат, 1940.
Туркин В. Д. и Румянцев М. В., Структура и свойства цветных
металлов, Металлургиздат, 1947.
Энциклопедический справочник машиностроения, т. IV, Машгиз, 1947.

ГЛАВА IX
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
1. Основные принципы защиты железа от коррозии
металлическими покрытиями
Рассмотренные выше легированные стали, цветные металлы
и сплавы в большинстве случаев материалы дорогие, а
некоторые, как, например, никель, свинец, в настоящее время еще
недостаточно доступны. Значительный интерес представляет
возможность применения в химическом машиностроении обычных
марок стали, поверхность которых покрыта более стойким
металлом. Применение таких покрытий, предохраняющих железо
и сталь от коррозии, уменьшает расход дорогих металлов и
сплавов.
Известно несколько способов защиты железа от коррозии
металлическими покрытиями.
Эти способы отличаются друг от друга технологией нанесения
покрытий, однако во всех случаях основным условием является
образование сплошного, беспористого защитного слоя. Если
такой слой не будет получаться, то растворы электролитов через
поры покрытия будут проникать к поверхности железа, возникнет
гальванический элемент и будет протекать коррозия. При этом
металл покрытия в зависимости от его положения в ряду
напряжений будет являться анодом или катодом.
В первом случае покрываемый металл, несмотря на
пористость нанесенного слоя, защищается электрохимически, за счет
растворения металла покрытия. Примерами анодных покрытий
являются покрытия железа цинком, кадмием и другими
металлами, более электроотрицательными, чем железо.
Во втором случае, когда металл покрытия положительнее
защищаемого металла, последний начинает усиленно
растворяться даже при малейшем повреждении покрытия.
К металлам, образующим катодные покрытия на железе,
принадлежат олово, свинец, медь, никель и другие, имеющие
более положительный электродный потенциал, чем железо.
Покрытие этими металлами может защищать железо только при
условии, если слой будет совершенно сплошным и чисто
механически будет препятствовать проникновению агрессивной среды
к основному металлу.

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗА ОТ КОРРОЗИИ 159
Выбор металла покрытия и способа его нанесения зависит от
условий, в которых покрытие будет работать, и от характера
агрессивной среды.
Каким бы способом и каким бы металлом ни производилось
покрытие, всегда требуется предварительная подготовка
покрываемой поверхности. Это делается с целью создания
благоприятных условий для прочного сцепления покрытия с основным
металлом и для получения равномерного по толщине защитного
слоя.
Перед нанесением покрытия должны быть совершенно
удалены с поверхности металла различного рода загрязнения:
ржавчина, окалина, слой ранее нанесенного покрытия, пыль и т. п.
Очистка от загрязнений производится механическим путем
(пескоструйным аппаратом, проволочными щетками или на
шлифовальных станках). После механической очистки поверхность
металла не только очищается от грязи, но и становится
шероховатой, что особенно важно для лучшего сцепления с ней
покрытия.
Очистка от окислов, ржавчины и т. п. производится также
химическим путем — травлением. Сущность процесса травления
состоит в обработке поверхности железа минеральными
кислотами, чаще всего разбавленными растворами серной или соляной
кислоты, в, присутствии замедлителей коррозии.
Если поверхность металла загрязнена маслом или жиром, то
травлению предшествует так называемый процесс
обезжиривания, который заключается в обработке поверхности
органическими растворителями или растворами щелочей.
Детали, подлежащие покрытию, после обезжиривания и
травления тщательно промывают в чистой воде и сушат.
Нанесение защитного покрытия должно быть произведено
немедленно после проведения предварительной подготовки
поверхности металла.
Известны следующие способы нанесения металлических
покрытий: 1) гальванический; 2) распыление или металлизация;
3) диффузионный; 4) погружение в расплавленный металл;
5) плакирование,
Первые два способа нанесения защитных металлических
покрытий на железо представляют меньший интерес для
химического машиностроения, чем последние три. Объясняется это тем,
что защищать железо от коррозии (исключая атмосферную
коррозию и коррозию в малоагрессивных средах) могут только
такие металлы, как хром, никель, медь и другие, более
положительные, чем железо; покрытия же из этих металлов,
полученные первыми двумя способами (гальваническим и распылением),
являются пористыми и таким образом не достигают требуемой
цели.

160
IX. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
2. Гальванические покрытия
Гальванические покрытия получаются путем осаждения
металлов при электролизе водных растворов соответствующих
солей.
Почти все технические металлы, применяемые как
конструкционные, за исключением алюминия, могут образовывать
гальванические покрытия. Техника нанесения гальванических покрытий
несложна. Она заключается в том, что изделия, подлежащие
покрытию, погружают в раствор солей металла, которым
предполагается их покрыть; покрываемое изделие служит одним
электродом, пластина осаждаемого металла — другим. К электродам
подводится постоянный ток таким образом, что покрываемое
изделие играет роль катода, а осаждаемый металл — роль анода.
При замыкании цепи анод растворяется, а из раствора металл
осаждается на катоде (т. е. на защищаемом изделии) в том же
количестве, в каком он перешел из анода в раствор. По
растворении пластины ее заменяют новой.
Растворимый анод в некоторых случаях заменяют
нерастворимым (свинец, графит), и тогда требуемая концентрация
электролита поддерживается добавкой раствора соответствующей
соли.
Получение защитных покрытий гальваническим путем имеет
большие преимущества. Защитное металлическое покрытие
получается высокой чистоты и равномерной толщины; толщину слоя
можно регулировать в определенных пределах.
Указанным способом могут быть покрыты все металлы и
сплавы. С основным металлом покрытие не образует сплавов, и
сцепление обусловлено поверхностными силами, а также
особыми условиями электрокристаллизации осадков.
Недостаток гальванического способа — относительная
медленность наращивания защитного слоя и, как уже было указано,
пористость покрытия.
Наиболее широко применяются покрытия железа цинком,
кадмием, никелем, оловом, медью, хромом и свинцом. Для
химической промышленности некоторый интерес представляют
покрытия хромом и свинцом.
Хром жаростоек, имеет весьма низкий коэфициент трения,
высокую твердость и обладает высокой стойкостью на износ. Он
не может применяться в качестве антикоррозионного покрытия.
Хромирование, однако, используется в химическом
машиностроении для увеличения срока службы деталей, подвергающихся воз-
Действию высоких температур или механическому износу
(например, штоков компрессоров высокого давления, штампов
матриц, прессформ и т. п.). Толщина слоя хрома составляет
0,005—0,008 мм, ,

3. ПОКРЫТИЕ РАСПЫЛЕНИЕМ (МЕТАЛЛИЗАЦИЯ) 161
В качестве антикоррозионного покрытия в химической
промышленности нашло применение гальваническое покрытие
железной арматуры свинцом. Несмотря на то что свинец в
гальванической паре Fe—Pb является катодом и не может защищать
железо электрохимически, он предохраняет железо от коррозии
вследствие образования плотного покрытия тонкокристалличе-
ской структуры. Сказывается также высокое перенапряжение
водорода на свинце.
Вследствие мягкости свинца и малой механической прочности
толщина покрытия колеблется от 0,005 до 0,2 мм и выше.
Свинец осаждается из растворов кремнефтористоводородных
и борофтористоводородных солей.
3. Покрытие распылением (металлизация)
Способ заключается в нанесении расплавленного и
распыленного металла на поверхности, подлежащие защите. Распыление
металла производится специальным аппаратом — металл и-
затором.
Наиболее широкое распространение нашли металлизаторы,
работающие на проволоке. Проволока расплавляется в
кислородно-ацетиленовом пламени или в электрической дуге.
Распыление расплавленного металла производится сжатым воздухом,
который с большой силой набрызгивает металл на покрываемую
поверхность в виде мелких частиц размером около 50 и.
Вследствие шероховатой поверхности металла, подлежащего покрытию
(предварительная обработка пескоструйным аппаратом
обязательна), частички распыляемого металла, движущиеся с
большой скоростью, вклиниваются в нее.
Способ распыления нашел применение преимущественно для
покрытия больших емкостей и крупных конструкций в
собранном и законченном виде.
Недостатком этих покрытий является их пористость,
возникающая вследствие чешуйчатой структуры застывших брызг
металла. Лишь при достижении достаточной толщины слоя
удается получить плотные и беспористые покрытия.
Большое значение имеет прочность сцепления покрытия с
защищаемой поверхностью металла. Так как распыленный металл
откладывается на покрываемой поверхности почти остывшим,
сплавления между ними не происходит и связь покрытия
с основным металлом обусловливается прилипанием частиц
распыляемого металла к защищаемой поверхности. Прочность
сцепления зависит от очень многих факторов: величины
распыляемых частиц металла, скорости полета, расстояния сопла
аппарата от покрываемой поверхности, давления газов и др.
Эти факторы, и в особенности характер пламени, оказывают
влияние также на пористость покрытия. Так, например, некото-
П Зак. 1142. И. Я. Клипов.

162
IX. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
рый избыток кислорода в пламени влечет за собой увеличение
количества окислов в покрытии, что вызывает повышение
пористости. Наименьшее количество
окислов получается при распылении
инертным газом.
На рис. 73 показано влияние
характера пламени на количество
окислов в покрытии из стали
ЭЯ1Т*.
Для химической промышленности
представляет интерес покрытие
железа свинцом, алюминием и
нержавеющей сталью. На одном из заводов для
за'щкты от коррозии сернистым газом
железной трубы высотой 120 м,
диаметром 5,5 м было применено
свинцовое покрытие толщиной 0,4 мм,
нанесенное способом распыления, что дало
возможность сэкономить около 120 т
свинца.
Распыление нашло применение и
для восстановления изношенных
трущихся поверхностей деталей путем
наращивания слоя металла, а также для исправления литейного
брака.
2,68% 2,00% 1,88% 1.30%
Рис. 73. Влияние характера
пламени на количество
окислов в покрытии из стали
ЭЯ1Т:
1—окислительное плаия;
2—нейтральное пламя;
3—восстановительное пламя; 4—распыление азотом.
4. Диффузионные покрытия
При взаимодействии между поверхностью металла и
защищающими элементами, находящимися в твердой или газовой
фазе, при высокой температуре на поверхности металла
образуются химические соединения, стойкие против коррозии/ т. е.
создается защитное покрытие, называемое диффузионным.
Такой способ покрытия имеет некоторое сходство с
цементацией, при которой также образуется вследствие диффузии
защитный слой.
Диффузионные покрытия в большинстве случаев обладают
также повышенной жаростойкостью.
Из диффузионных покрытий, обладающих химической
стойкостью в ряде агрессивных сред, заслуживают внимание
покрытие железа алюминием (алитирование), хромом
(термохромирование) и кремнием (силицирование).
Меньший интерес представляет покрытие железа цинком (о ц и н к о-
* И. Я- К л и н о в, Влияние некоторых факторов на свойства покрытий,
Труды второй конференции по коррозии металлов, т. I, изд. Академии наук
СССР, 1940.

4. ДИФФУЗИОННЫЙ ПОКРЫТИЯ
163
вание) и азотирование как неэффективные в условиях
работы химической аппаратуры.
Процесс алитирования заключается в насыщении
поверхностного слоя железа, стали и чугуна алюминием за счет диффузии
порошкообразного металла при высокой температуре.
Образующийся поверхностный слой состоит из твердого раствора
алюминия в железе, содержащего от 20 до 30% А1. Глубина
диффузионного слоя зависит от температуры нагрева и
продолжительности процесса алитирования; практически она составляет от
0,3 до 0,8 мм. В качестве алитирующей смеси применяются
различные составы, но чаще всего берется смесь, состоящая из
50% алюминиевого порошка, 48% окиси алюминия и 2%
нашатыря (NH4C1). Детали, подлежащие алитированию, загружают
в герметически закрывающийся железный ящик и тщательно
засыпают указанной смесью. Нагрев производят при температуре
1000° в течение 3—4 час.
Алитированное железо кроме жаростойкости обладает
высокой сопротивляемостью газовой коррозии при повышенной
температуре; оно стойко в сернистом газе, парах серы, ее
соединениях и применяется для защиты от окисления котельной
арматуры, деталей газогенераторов, реторт, муфелей и т. п.
Детали подвергаются алитированию лишь в собранном виде.
Вследствие хрупкости алитированного слоя последующая
механическая обработка недопустима.
Сварка алитированных деталей допустима.
Термохромирование производится путем выдерживания
деталей при высокой температуре в порошкообразных материалах
или в атмосфере газов, содержащих хром. Получаемый при
термохромировании железоуглеродистых сплавов поверхностный
слой лредставляет собой твердый раствор Fe—Cr, содержащий
до 10% Сг.
Насыщение поверхности металла хромом способствует повы-
шенййГего жаростойкости и твердости; высокая твердость
объясняется образованием в поверхностных слоях карбидов хрома.
В отношении химической стойкости эти покрытия аналогичны
соответствующим маркам среднелегированных хромистых сталей
Термохромирование в порошкообразных материалах
производится в смеси, содержащей металлический хром или
феррохром, каолин (для предохранения смеси от спекания) и нашатырь
(для создания неокислительной атмосферы). В зависимости от
марки стали и требуемой толщины слоя подбирается
соответствующая рецептура смеси, устанавливается
продолжительность процесса и температура нагрева. Термохромирование
требует применения высоких температур порядка 1000—1150°.
Термохромирование в газовой фазе основано на получении
хромовых покрытий из паров соединений хрома. Наиболее
И*

164 IX. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЕ
25
20
«§1
ft®
изученным является процесс вытеснения железом хрома из паров
его хлористых солей.
Парообразный треххлористый хром может быть получен при пропускании
газообразного хлора или хлористого водорода над нагретым металлическим
хромом или при взаимодействии хлористого натрия с хромом при высокой
температуре.
Толщина диффузионного слоя зависит от температуры
газовой смеси, от продолжительности процесса и колеблется в
пределах 0,02—0,10 мм. Метод газового термохромирования,
разработанный Н. А. Изгарышевым,
и Э. С. Саркисовым *, позволяет
получать на стальных деталях
высокохромистые покрытия,
защищающие металл от коррозии.
На рис. 74 показаны скорости
растворения хромированного и
нехромированного образцов в
15%-ной соляной кислоте.
Насыщение поверхности стали
кремнием представляет большой
интерес для химической
промышленности, так как некоторые
марки железокремнистых сплавов
обладают плохими
физико-механическими свойствами.
Последующее силицироваяие
стальных аппаратов и деталей
в окончательно собранном виде
расширяет области использования
высокостойкой системы Fe—Si.
Покрытие кремнием может быть произведено в
порошкообразной смеси (обычно высокопроцентный ферросилиций,
содержащий 60—90% Si, который берется в количестве от 50 до
95%, остальное кварцевый песок) и в газовой фазе (SiCU) при
высокой температуре (1000—1200°).
Силицирование в газовой фазе основано на реакции железа
с четыреххлористым кремнием при высокой температуре:
4Fe + 3SiCl4 —> 3Si + 4FeCl3
Выделившийся кремний насыщает железную поверхность,
подлежащую покрытию, образуя диффузионный слой Fe—Si, а пары
хлорного железа направляются в вентиляцию.
/
/
Л
2 4 6 8
Время t чаш
Ю
Рис. 74. Влияние
термохромирования на растворимость железа в
15%-ной соляной кислоте:
/—нехромированный образец; 2—хролиро-
ваннкН образец.
*Н. А. Изгарышев, Применение металлических покрытий для
защиты от коррозии, Хим. пром. № 15—16 (1941).

5. ПОКРЫТИЕ МЕТОДОМ ПОГРУЖЕНИЯ В РАСПЛАВЛЕННЫЙ МЕТАЛЛ 165
Пары четыреххлорнстогс кремния получают путем взаимодействия при
высокой температуре хлора с ферросилицием.
Толщина диффузионного слоя, которая колеблется в
пределах 0,1—0,9 мм, зависит от продолжительности и температуры
процесса.
Силицирование в газовой фазе можно производить также,
пользуясь другими кремнистыми соединениями. В частности,
разработанный И. Д. Юдиным * метод силицирования из паров крем-
нийорганических соединений позволяет получать покрытия при
температуре не выше 500°, что значительно облегчает процесс.
5. Покрытие методом погружения в расплавленный металл
Метод основан на свойстве металлов в расплавленном
состоянии растворяться друг в друге.
Покрытие железа методом погружения производится
металлами, имеющими более низкую температуру плавления, чем
железо.
Практическое применение имеют горячие покрытия
легкоплавкими металлами — цинком, оловом и свинцом. Покрытие
металлами, имеющими высокую температуру плавления (никель,
медь), не производится вследствие ухудшения
физико-механических свойств железа при высокой температуре. К недостаткам
этого метода относится сравнительно большой расход цветных
металлов, неравномерность покрытия, а также довольно большая
толщина защитного металлического слоя.
Наибольшее значение для химической промышленности имеет
покрытие железа свинцом. Горячее свинцевание широко
применяется для покрытия мешалок, кранов, вентилей и различной
арматуры.
При толщине покрытия порядка нескольких миллиметров
можно получить на железе плотный беспористый слой свинца,
защищающий металл от коррозии во многих электролитах и,
в особенности, в растворах серной кислоты и сернокислых солей.
Так как расплавленный свинец не смачивает поверхности
покрываемого железа и не сплавляется непосредственно с ним, то
покрытие свинцом производят, добавляя к последнему металлы,
которые растворяются и в свинце и в железе, или обрабатывая
предварительно поверхность железа этими металлами.
Для указанных целей применяют сурьму или олово. Пленка
металлической сурьмы может получаться на поверхности железа
путем погружения его в раствор хлористой сурьмы.
* И. Д. Юдин, Получение пленок из кремпийорганических соединении, ■
Труды второй конференции по коррозии металлов, т. I. изд. Академии наук

166 IX. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Чаще всего применяется предварительное лужение железа
горячим способом с последующей обработкой расплавленным
свинцом.
В тех случаях, когда олово вводится в виде добавки в
расплавленный свинец, содержание его должно быть не менее 3%;
практически оно составляет 5%.
В химической промышленности часто требуется иметь
сравнительно толстое свинцовое покрытие (от2 мм и выше). В этих
случаях применяется способ так называемого гомогенного
свинцевания, который заключается в том, что на луженую
поверхность наносят свинец в виде расплавленных капель. Этим
способом свинцуют стенки реакционных аппаратов, сборников,
кристаллизаторов и т. п.
1,0
в,9
6. Плакирование
Это? способ заключается в горячей прессовке или прокатке
двух различных металлов с целью получения так называемого
биметалла.
Плакированный металл получается из литой заготовки
защищаемого металла, на которую накладывают лист защитного
металла и затем оба металла
подвергают прокатке. После прокатки
получается биметалл, состоящий из
толстого слоя простой стали и тонкого
слоя более устойчивого металла
(хромоникелевая сталь, никель и др.).
Сцепление защитного слоя с основным
металлом происходит за счет
механических сил и частично вследствие
диффузии.
Плакирование защищаемого металла
может быть произведено с обеих
сторон (способ, применяемый обычно для
-jj-g предохранения дуралюмина от
коррозии при помощи чистого алюминия).
Недостаток плакированных
покрытий состоит в обнажении внутреннего
слоя по кромкам, поэтому эти участки
должны быть дополнительно
защищены от коррозии.
В химической промышленности применяется аппаратура,
плакированная никелем и хромоникелевой сталью. Плакирование
серебром применяется реже вследствие разницы коэфициентов
расширения стали и серебра. Толщина защитного слоя обычно
составляет 10—20% толщины основного металла, Плакирован-
<? 0,8
^ 0.3
0,2
п
/ )
10У/
50°1
20°
/
40
80 120
Время, часы
Рис. 75. Действие нитрозных
газов на плакированную
хромоникелевую сталь.

ЛИТЕРАТУРА
167
ный металл можно подвергать различным видам механической
обработки, штамповать и сваривать.
Защитные свойства покрытия при неповрежденной
поверхности в основном не отличаются от свойств металла, применяемого
для плакирования.
На рис. 75 приведены результаты испытания металла,
плакированного хромоникелевой сталью, в нитрозных газах при
различных температурах. Примерно такую же стойкость показывает
сама хромоникелевая сталь.
К этому виду покрытий относится также способ обкладки
железной аппаратуры листами защищающего металла.
Особенно часто в химической промышленности применяется
обкладка внутренних поверхностей аппаратов листовым
свинцом. Обкладка тонкими листами хромоникелевой стали, тантала
и других металлов производится путем точечной сварки этих
листов r основным металлом.
ЛИТЕРАТУРА
Автошин Е. В., Технология металлизации распылением, Машгиз, 1944.
Горбунов Н. С., Термохромирование стальных и чугунных изделий, Гос-
химиздат, 1944.
Лайнер В. И. и К у д р я в ц е в Н. Т., Основы гальваностегии, ч. I, Метал-
лургиздат, 1943.
Роудон Г., Предохранительные покрытия металлами, Цветметиздат, 1932.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
ГЛАВА X
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
1. Характеристика неметаллических материалов
Неметаллические химически стойкие конструкционные
материалы не менее широко применяются в химической
промышленности, чем металлы и легированные сплавы.
Развитие многих химических производств (производство
соляной кислоты, получение ряда органических веществ, связанное
с хлорированием, бромированием и др.) стало возможным
только благодаря применению конструкционных
неметаллических материалов. Это объясняется тем, что до сих пор нет
доступных металлов и сплавов, которые обладали бы хорошими
физико-механическими свойствами и в то же время достаточной
устойчивостью в условиях воздействия соляной кислоты или
соединений, содержащих активный хлор, а неметаллические
материалы, удовлетворяющие этим требованиям, имеются.
Помимо этого, неметаллические материалы очень часто
являются заменителями дорогих легированных сталей и цветных
металлов.
В СССР освоено производство большого количества
неметаллических материалов и разработаны способы применения их в
качестве самостоятельных конструкционных материалов, а также —
защитных покрытий и футеровок по металлу, дереву, бетону
и др. в различных отраслях химической промышленности.
Техника изготовления аппаратов из неметаллических
материалов достигла высокого совершенства, и в настоящее время из
некоторых неметаллических материалов конструируют различные
сложные установки.
К недостаткам неметаллических материалов относятся малая
их теплопроводность и невозможность применения некоторых из
них, главным образом изготовленных на основе органических
веществ, при температурах выше 150—200°. Необходимо также
учесть, что не всегда из неметаллических материалов можно из- '

1. ХАРАКТЕРИСТИКА НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 169
готовить рациональные конструкции и в "некоторых случаях
приходятся создавать громоздкие установки или новые типы
аппаратов и сооружений. Эти причины некоторым образом
ограничивают применение неметаллических материалов для ряда
химических процессов.
В отличие от металлов и сплавов неметаллические материалы
практически неэлектропроводны и, при воздействии на них
растворов электролитов не могут возникать гальванические
элементы. Характер коррозии этих материалов, следовательно,
отличен от характера коррозии металлов и сплавов.
Классификация неметаллических материалов.
Неметаллические материалы подразделяются в основном на две группы:
I. Материалы неорганического происхождения.
II. Материалы органического происхождения.
Группа материалов неорганического происхождения
охватывает:
1. Горные породы.
2. Искусственные силикатные материалы:
а) получаемые путем полного расплавления сырья;
б) получаемые путем обжига до спекания;
в) получаемые без обжига конечного продукта.
Группа материалов органического происхождения
охватывает:
1. Естественные химически стойкие материалы:
а) дерево;
б) уголь.
2. Пластические массы:
а) феноло-формальдегидные смолы;
б) полихлорвиниловые смолы и их сополимеры;
в) асфальто-битумные материалы;
г) материалы на основе побочных продуктов производства
синтетического каучука;
д) прочие виды пластических масс.
3. Материалы на основе каучука.
Основные требования, предъявляемые к неметаллическим
материалам. К неметаллическим материалам применяемым в
химической промышленности для конструктивного оформления
аппаратов, деталей или сооружений, предъявляются следующие
требования:
1) Устойчивость к химическому воздействию агрессивных
сред.
2) Непроницаемость для газов и жидкостей.
3) Незначительное поглощение газов и жидкостей,
4) Небольшой объемный вес.

170
X. ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
5) Термическая устойчивость (сохранение первоначальных
свойств и размеров при низких и высоких температурах и резких
сменах их, в условиях воздействия агрессивных сред).
6) Теплостойкость.
7) Механическая прочность.
8) Дешевизна и доступность.
9) Легкость обработки.
10) Хорошая сцепляемость с другими материалами.
Неметаллические материалы необязательно должны
удовлетворять всем перечисленным требованиям одновременно. Те или
иные требования, предъявляемые к неметаллическим
материалам, обычно обусловливаются заданными эксплоатационными
условиями работы аппаратов или сооружений.
Химическая стойкость неметаллических материалов.
Материалы неорганического происхождения.
Материалы неорганического происхождения по химическому составу
в основном представляют собой различные соли кремневых и
поликремневых кислот, алюмосиликаты, кальциевые силикаты
или чистый кремнезем с примесями окислов других элементов.
Разрушение материалов неорганического происхождения
может быть вызвано химическим взаимодействием агрессивной
среды с отдельными составляющими материала или физико-
механическими причинами.
При химическом разрушении материалов неорганического
происхождения наиболее легко растворимые соединения
выщелачиваются агрессивной средой. Так, материал, в состав
которого входит большое количество углекислого кальция, легко
разрушается при действии на него какой-либо минеральной кислоты
вследствие химической реакции, протекающей с выделением
углекислого газа; например, соляная кислота реагирует с
углекислым кальцием согласно уравнению
СаС03 + 2НС1 —.» CaCla+HaOH-CCh,
Материал, содержащий кремнезем, при взаимодействии с
концентрированным раствором щелочи быстро разрушается, так как
протекает реакция
SiOa + 2NaOH —> Na2Si03 f 1120
с образованием кремнекислого натрия.
Таким образом, химическая стойкость материалов
неорганического происхождения в основном определяется их химическим
составом.
Материалы, содержащие, главным образом, соединения
кремнезема, разрушаются растворами едких и углекислых щедр-

1. ХАРАКТЕРИСТИКА НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 171
чей, но в растворах минеральных кислот, за исключением
плавиковой и концентрированной фосфорной кислот при высоких
температурах, они устойчивы.
Растворы плавиковой кислоты любой концентрации действуют
на кремнезем, причем это действие усиливается с повышением
температуры и с увеличением концентрации раствора. Действие
плавиковой кислоты на кремнезем широко используется при
травлении стекла для получения матовой поверхности.
Материалы, отличающиеся высоким содержанием основных
окислов, обладают химической устойчивостью к растворам
щелочей. Так, например, портланд-цементы, состоящие в основном из
силикатов кальция, разрушаются всеми минеральными
кислотами и устойчивы в растворах едкого натра и кали.
Иногда продукты коррозии могут образовать плотный слой
нерастворимых соединений на поверхности материала, сообщая
ему и механическую прочность и химическую устойчивость к
некоторым агрессивным средам.
Например, при взаимодействии известняка с раствором кремне-
фтористого магния протекает реакция
2CaC03 + MgSiF6 —> SiOa+2C02 + MgF2+2CaF,,
Соединения ЭЮг и CaF2 нерастворимы в воде. Они
осаждаются на поверхности СаСОз и, кроме того, откладываются
в порах материала, закупоривают их и препятствуют
проникновению агрессивных растворов в глубь материала, защищая
известняк от разрушения. Этот способ защиты продуктами
коррозии — фторидами — известен под названием флюатиро-
в а н и я. Разбавленные растворы соляной кислоты, некоторые
газовые среды (С02, S02) не разрушают флюатированного
известняка.
Разрушение материалов может происходить из-за
напряжений, возникающих в материале, в тех случаях, когда в его порах
образуются новые химические соединения, отличающиеся
большим объемом. Такие соединения могут получаться, главным
образом, при взаимодействии с агрессивными средами
неоднородных материалов, обладающих крупнозернистым строением. .Так,
например, при действии серной кислоты на пористую породу,
в сослав которой входят кальциевые соединения, в пустотах
материала образуется сернокислый кальций, отличающийся по
занимаемому им объему от объема пор исходного материала.
Разрушение материала могут вызвать резкие смены
температуры. Такое разрушение наблюдается при различных коэфициен-
тах линейного расширения отдельных составляющих материала.
Причиной разрушения может служить и вода, которая при
• замерзании в порах материала разрывает его, если она заполнит
*

172 X. ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
все пустоты и не будет иметь возможности свободно
расширяться.
Чем плотнее материал, тем он более устойчив по отношению
к механическим воздействиям. Материалы с мелкозернистой
структурой менее проницаемы для жидкостей и газов, чем
материалы с крупнозернистой структурой. Однородное строение
сообщает материалу также термическую стойкость.
Материалы органического происхождения.
Эти материалы состоят из соединений, содержащих большое
число атомов углерода, кислорода и водорода. Эти соединения
имеют сложный состав и в большинстве случаев представляют
собой высокомолекулярные органические вещества, обладающие
весьма малой реакционной способностью по отношению ко
многим агрессивным агентам.
Большинство органических материалов разрушается в
условиях воздействия' окислительных сред и щелочей. К
неокислительным средам эти материалы стойки.
Химическая стойкость материалов органического
происхождения в значительной степени зависит от строения их молекул
и молекулярного веса. Чем больше молекулярный вес вещества,
тем оно более инертно. Известно, что высокомолекулярные
вещества, полученные в результате реакции конденсации или
полимеризации, химически более стойки (феноло-формальдегидные
смолы и т. п.), чем низкомолекулярные соединения.
Химическая стойкость битумных материалов объсняется
преобладанием в их составе сложных углеводородов.
Насыщенные соединения в ряде случае более стойки, чем
ненасыщенные. Простейшим примером такого
высокомолекулярного, насыщенного, химически стойкого вещества,
принадлежащего к группе предельных углеводородов, является парафин.
Переводя искусственным путем ненасыщенное соединение
в насыщенное, можно в некоторых случаях придать ему
химическую стойкость. Так, льняное масло, представляющее собой
смесь ненасыщенных кислот, при присоединении кислорода по
месту двойных связей полимеризуется и переходит в твердое
вещество — линоксин, обладающее химической стойкостью.
В результате вулканизации каучука, при которой происходит
присоединение серы по месту двойных связей изопренов,
являющихся основной составляющей натурального каучука, и
образование новых связей между молекулами, — непредельные
углеводороды переходят в насыщенные соединения, являющиеся
химически инертными.
Химическая стойкость высокополимерных материалов зависит
также от строения молекул и однородности получаемого продукта.
Высокой химической стойкостью обычно отличаются сложные
*

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 173
вещества у которых связь между цепями осуществляется при
помощи мостиков, или высокополимерные соединения, имеющие
трехмерное строение. Вследствие трудности изучения многих
факторов, влияющих на внутреннее строение сложных органических
веществ, эта зависимость в настоящее время еще недостаточно
ясна.
Физико-механические свойства высокомолекулярных
материалов также связаны с химической природой и величиной
макромолекул. Так, например, сополимер винилиденхлорида с
хлорвинилом обладает большей механической прочностью, чем полимеры
каждого из них в отдельности.
На физико-механические свойства высокополимерных
конструкционных материалов также оказывает влияние степень
полимеризации, разветвленность цепей и ряд других причин.
Область применения конструкционных материалов
органического происхождения ограничена вследствие их незначительной
теплостойкости: самые стойкие материалы становятся
непригодными при температуре выше 200—250°, так как при этом
начинается химическое разложение, влекущее за собой полный
распад органического вещества.
Характер разрушения органических веществ под действием
агрессивных сред сильно отличается от характера разрушения
силикатных материалов. Степень разрушения этих веществ
большей частью определяется не. убылью в весе, а наоборот,
увеличением первоначальных веса и объема материала.
Как правило, окислительные среды (азотная кислота, серная
кислота высокой концентрации, перекись водорода и др.)
разрушают материалы органического происхождения. Органические
растворители (ацетон, сероуглерод, хлороформ, бензин и др.)
также действуют разрушающе на большинство этих материалов.
2. Методы испытаний неметаллических материалов
Определение объемного веса. Объемным весом материала
называется вес единицы объема материала.
Объемный вес имеет особенно большое значение при
конструировании аппаратов и сооружений из материалов
неорганического происхождения. По этой причине, при прочих равных
условиях, с целью облегчения конструкций или сооружений
выбирают материал с малым объемным весом, так как вследствие
значительной пористости большинства силикатных материалов
удельный вес играет лишь второстепенную роль.
Если образец материала, взятый для определения объемного
веса, имеет правильную геометрическую форму, то объем его
находят путем измерения основных размеров. При
неправильной форме образца объем его определяют по количеству вы-

1 74 X. ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
тесняемой воды в специальном приборе, называемом объем о-
м етр ом (рис. 76). •
Прибор наполняют водой до метки на воронке /, а затем
в точно взвешенный перед этим стакан наливают через кран 2
столько воды, чтобы можно было снять крышку 3 и вложить
предварительно насыщенный водой и вытертый с поверхности
образец. После этого прибор закрывают и снова наполняют до
метки водой, вылитой перед тем во взвешенный стакан. Вес
оставшейся з стакане воды соответствует
объему образца.
Объемный вес R образца вычисляют по
формуле
V
где g
v
Рис. 76. Прибор для
определения
объемного веса силикатных
материалов:
вес сухого образца;
объем его, определенный в объемо-
метре.
Определение удельного веса
неметаллических материалов — неорганических и
органических — производят по общепринятой
методике.
Для непористых материалов величины
удельного и объемного весов совпадают.
/—воронка с веткой;
2—кран; 3—крышка.
Определение механической прочности.
Определение механической прочности
неметаллических материалов производят
обычными методами, за исключением предела
прочности при растяжении, твердости и истирания, которые
измеряют при помощи специальных приборов и установок.
Определение предела прочности при растяжении силикатных
вяжущих и асфальто-битумных композиций производят на
приборе Михаэлиса с автоматическим нагружением дробью для
образования разрывающего груза. Этот прибор (рис. 77)
представляет собой систему двух рычагов: верхнего 1 — первого рода
с отношением плеч 1: 10 и нижнего 2 — второго рода с
отношением плеч 1 :5. Таким образом, в этом приборе достигается
увеличение усилия в 50 раз.
Образец, изготовленный в виде восьмерки, закрепляют между
двумя скобами 3. Дробь подается в ведро 4, подвешенное к концу
коромысла, до момента разрыва восьмерки.
Предел прочности при растяжении вычисляют по следующей
формуле
50-Р
°* = —р->

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 1?5
где аь—предел прочности при растяжении в кг/см2;
Р — вес груза в кг;
/•' — площадь сечения образца в см2;
50 — произведение отношений плеч нижнего и верхнего
рычагов.
Рис. 77. Прибор Михаэлиса:
/—верхний рычаг; 2—нижний рычаг; 3—скобы; 4—ведро.
Площадь поперечного сечения весьмерок в месте разрыва
обычно равна 5 см2.
Таблица 25
Шкала твердости (по Моосу)
uep
шкале
Я с
1
2
3
4
5
Материал
Тальк
Каменная соль
или гипс
Известковый
шпат
Плавиковый
шпат
Апатит
Характеристика
Чертится
ногтем
То же
Чертится
ножом
С трудом
чертится ножом
Не царапается
ножом и не
чертит стекла
мер
шкале
К в
6
7
8
9
10
Материал
Ортоклаз
Кварц
Топаз
Корунд
Алмаз
Характеристика
Слегка
царапает стекло
Легко чертит
стекло
То же
•-
й

176 X. ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
Пластические массы испытывают на растяжение в виде
образцов, имеющих форму восьмерок, на разных машинах.
Резину испытывают на растяжение на приборах типа
маятникового динамометра (рис. 78). Зажимы 1 а 2 служат для
закрепления образца. Зажим / соединен цепью 3 через звездочку 4
с маятниковым силоизмерите-
лем 5. Зажим 2 соединен с
цепью 6, которая через
вращающуюся звездочку 7 соединена с
цриводом машины. Для
перемещения зажима 2 в
первоначальное положение служит
устройство 8 с грузом, цепями и
блоками. Для замера удлинений
машина снабжена указате-
8 лями 9.
Для определения твердости
материалов неорганического
происхождения и самых
твердых материалов органического
происхождения обычно
применяется минералогическая
шкала Мооса, состоящая из 10
минералов различной
твердости, характеристика которых
приведена в табл. 25 (стр.175).
Минералы подобраны с
таким расчетом, что каждый
последующий оставляет царапину
на предыдущем. Твердость
испытуемого минерала
определяют, устанавливая какой из
стандартных минералов
способен царапать его и на каком из
них испытуемый материал
способен наносить черту. Андезит, например, царапает апатит,
но сам чертится ортоклазом, твердость его, следовательно,
равна 5,5.
Можно также определить твердость, нанося царапины
склерометром Мартенса. В этом случае твердость характеризуется
нагрузкой в граммах, при которой ширина царапины
составляет 0,01 мм.
Твердость пластических масс определяют по вдавливанию.
Сопротивление истиранию измеряют на специальных
приборах различных конструкций. Основой конструкции является
чугунный вращающийся круг, к которому прижимают испытуемый "
Рис. 78. Схема динамометра для
испытания резины па растяжение:
/ и 2—зажимы; 3— цепь; 4—звездочки;
5—сялоизиернтель; 6—цепь; 7—звездочка;
8—устройство для перемещения зажииа 2;
9—указатель удлинения.

2. Методы испытаний неметаллических материалов 177
л
образец с помощью груза определенной величины; истирание
производят абразивным порошком известной твердости. Величина
истирания характеризуется уменьшением (в процентах) объема
или веса образца после определенного числа оборотов круга.
Обычно определяют истираемость только материалов
неорганического происхождения.
Определение непроницаемости, пористости и поглощаемости.
Непроницаемостью называется способность материала
оказывать противодействие
просачиванию через него жидкости или газа;
она зависит от плотности материала.
Общепринятого метода для
определения непроницаемости
неметаллических материалов нет. На
рис. 79 приведена схема одного
из принятых способов определения
непроницаемости силикатных
матери алов. [!гТ] V i Q=fl
Образец 1 испытуемого
материала размером 10 X 10 см
приклеивают к стеклянному цилиндру 2
диаметром 3,5 см. Образец,
служащий днищем цилиндра, вместе с
цилиндром закрепляют на штативе так,
чтобы снизу легко было наблюдать
испытуемый материал. В цилиндр 2
вливают 200 мл агрессивной
жидкости, уровень которой поддерживают
на определенной высоте, доливая _£_
жидкость из сосуда 3. При
определении непроницаемости отмечают
время до появления первых капелек на
нижней поверхности образца и
количество раствора, которое протекает
через образец за определенное время.
Установленный стандартом (СТ 67-4768) метод определения
непроницаемости кислотоупорных цементов состоит в следующем.
Из цементного теста изготовляют несколько цилиндриков
диаметром 2,5 см и высотой 2 см. По истечении 10 суток каждый
цилиндрик вставляют в резиновую трубку, другой конец которой
присоединяют к вертикально укрепленной стеклянной трубке.
В стеклянную трубку наливают серную кислоту до высоты слоя
в 100 см.
Кислотоупорный цемент признается выдержавшим испытание
на кислотонепроницаемость, если по истечении 20 суток не наблю-
И.
Рис. 79. Установка для
испытания силикатных материалов на
непроницаемость:
/—образец; 2—стеклянный цилиндр;
3—сосуд с жидкостью.
12 Зак. 1142. И. Я. Клинов.

178
X. ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
дается просачивания кислоты через испытуемый образец
материала.
Пористость на практике определяют по степени
поглощения материалом воды (кажущаяся пористость). Однако
поглощаемость и пористость представляют собой различные величины.
Поглощаемость материала может быть меньше пористости
вследствие наличия в нем замкнутых пор, в которые раствор не
проникает.
Поглощаемость определяют по разности весов образца
материала после поглощения воды и до него и выражают в
процентах:
Р р
% поглощаемости = 100 —-р —
где Р — вес образца в сухом состоянии;
Pi - - вес образца после поглощения раствора.
Необходимо указать, что разность Pi—Р может быть равна
нулю, но материал все же будет иметь поры. Материал только
тогда будет абсолютно плотным, когда объемный вес его будет
численно равен удельному весу.
Пластические массы испытывают на водопоглощение в дестил-
лированной воде в продолжение 24 час. Некоторые материалы
органического происхождения набухают в воде больше, чем
в кислотах.
Определение термической стойкости и теплостойкости. Под
термической стойкостью понимают способность
материала выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения
температуры.
Термическая стойкость приобретает особо большое значение
для огнеупорных материалов. Она в значительной степени
зависит от величины коэфициента расширения материала и от его
пористости. Пористые и крупнозернистые материалы легче
переносят резкие колебания температуры, чем плотные и
мелкозернистые.
Термическая стойкость силикатных материалов есть обратная
функция их коэфициента расширения: чем меньше коэфициент
расширения материала, тем выше его термическая стойкость.
Обычно для определения термической стойкости материалов
неорганического происхождения образец нагревают до 200—800°
и затем охлаждают погружением в воду, имеющую температуру
15—20°; число теплосмен, которое выдерживает материал, прежде
чем появятся трещины, характеризует его термическую стойкость.
Для некоторых материалов органического происхождения
(пластмассы, резина и др.) обычно определяют
теплостойкость, характеризуемую температурой, при которой материал
теряет свою механическую прочность.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 1 79
Теплостойкость определяют на приборе, изображенном на
рис. 80.
Для определения применяют образец длиной 120 мм с
поперечным сечением 15 X Ю мм- Концы образца / зажимают
винтами 2 в зажимах 3 прибора. К верхнему зажиму 3 прикрепляют
один конец рычага 4 с грузом 5, создающим изгибающее усилие,
равное 50 кг/см2; второй конец рычага, соединенный с указателем
деформации 6, опирается на шток 7. Прибор с образцом
помещают в термостат 8 с равномерно повышающейся температурой.
Температура, при которой конец рычага опустится на 6 мм,
характеризует
теплостойкость материала.
Определение
химической стойкости. Все
методы определения
кислотоупорности
силикатных материалов
сводятся к испытанию их 'в
мелко раздробленном
состоянии в
агрессивных средах.
Эти методы
отличаются друг от друга
степенью дробления
испытуемого материала,
величиной навески,
концентрацией и родом
действующего агента.
Наибольшее
распространение нашел метод
Всесоюзного института огнеупоров и кислотоупоров.
Для испытания по этому методу берут измельченный образец
с зерном определенной крупности (фракция, проходящая через
.сито с 36 отверстиями и не проходящая через сито с 64
отверстиями на 1 см2). Навеску этого образца (1 г) обрабатывают
в колбе 25 мл концентрированной серной кислоты при кипении
(с обратным холодильником) в продолжение одного часа, после
чего определяют вес нерастворившегося остатка.
Искомую кислотоупорность рассчитывают по формуле
к= юо £
gl
где К — кислотоупорность;
gi — навеска материала до испытания;
g2 — навеска материала после испытания.
Указанная методика встречает ряд возражений, поскольку
Рис. 80. Прибор для- испытания пластических
масс и эбонита иа теплостойкость:
1—образец; 2—винты для закрепления образца;
3—зажимы; 4—рычаг; 5—груз; 6—указатель деформации;
7—шток; 8—термостат
12*

180
X. ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
испытывается измельченный материал, в то время как в эксплоа-
тационных условиях подвергается воздействию агрессивной
среды только рабочая поверхность материала, а растворимость
по мере измельчения материала возрастает. Кроме того, по этому
методу материал испытывается на стойкость только в серной
кислоте.
Поэтому рекомендуется параллельно производить испытание
образцов также в виде кусков и не только в серной кислоте, но
и в той агрессивной среде я при тех условиях, для которых
предназначен материал.
Общепринятой шкалы стойкости для материалов
неорганического происхождения не имеется.
Следует учесть, что показатель высокой кислотоупорности не
всегда является достаточным для суждения о пригодности
материалов неорганического происхождения, в особенности горных
пород. Эксплоатация сооружений из гранита показывает, что,
несмотря на высокую кислотоупорность материала, он через
несколько лет подвергается разрушению. Поэтому к материалу
необходимо также предъявлять требование, чтобы он сохранял
свои первоначальные механические свойства после определенного
срока воздействия на него агрессивной среды, причем
температурные условия испытания должны быть более жесткими, чем
эксплоатационные.
Для материалов органического происхождения нет
общепринятого метода испытания на химическую стойкость. Обычно
о последней судят по изменению веса и изменению механической
прочности испытуемых материалов.
Исходя из опытных данных, Институтом химического
машиностроения разработаны следующие нормы для оценки химической
стойкости конструкционных материалов на органической основе
.(табл. 26). Таблица 26
Шкала химической стойкости материалов органического
происхождения
Оценка стойкости
Вполне стойкий ....
Достаточно стойкий . .
А-= 100-^2
Si
100—102
102-110
110—115
>-115 или <95
Прочность
(в °|о от
первоначальной)
95—100
85- 95
-80— 85
<80
Чаще всего признаком недостаточной химической стойкости
материалов органического происхождения служит изменение их
внешнего вида (появление трещин, набухание и др.) или
изменение цвета раствора, появление мути, загрязнений и т, п.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 181
Для определения химической стойкости лакокрасочных
покрытий и других органических покрытий, наносимых на
металлические конструкции, применяют в некоторых случаях гальвано-
метрический метод.
Этот метод основан на появлении гальванических токов,
которые возникают вследствие обнажения металла в случае
разрушения защитного покрытия. При испытании погружают образец
металла с покрытием и угольный электрод в агрессивную среду
и присоединяют их к гальванометру. Об устойчивости покрытия
судят по отклонению стрелки.
Определение сцепляемости. Способность материала сцепляться
с покрываемой поверхностью играет очень большую роль при
оценке пригодности вяжущих материалов, обычно применяемых
для футеровки химической аппаратуры.
Определение сцепляемости производится на приборе Михаэ-
лиса {рис. 77).
Образец испытуемого материала изготовляют в виде
восьмерки, распиливают ее в шейке пополам и склеивают тем
вяжущим материалом, сцепление которого надлежит
определить.
Через установленный срок образцы разрывают и вычисляют
в кг[см2 сцепляемость, пользуясь формулой, приведенной для
определения предела прочности при растяжении.
Специальные испытания битумных материалов. Битумные
материалы и лаковые покрытия в связи с некоторыми их
особенностями подвергают специальным испытаниям на растяжимость,
проницаемость и температуру размягчения.
Определение растяжимости. Растяжимость
характеризует способность материала удлиняться. Растяжимость
измеряют на специальном приборе — д у кт ил ом етре, в котором
образец битумного материала, отлитый в виде восьмерки,
растягивают при температуре 25° и скорости растяжения 5 см/мин.
За величину растяжимости, или дуктильности, принимается
длина нити образца в сантиметрах, отмеченная на приборе
указателем в момент разрыва нити. Растяжимость битумов
характеризует также их эластичность и текучесть.
Определение проницаемости. Проницаемость
является показателем твердости битумных материалов. Для
определения проницаемости битумных материалов применяется
пенетрометр. Этот прибор состоит из вертикальной иглы,
глубину проникновения которой в испытуемый материал
измеряют при определенных температурах (обычно 25°) и под
определенной нагрузкой (100г). За единицу величины проникновения
принимают глубину погружения иглы, равную 0,1 мм.

182
X. ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
Определение температуры размягчения.
Битумные материалы постепенно переходят из твердого в жидкое
состояние в пределах некоторого интервала температур.
Температурой размягчения, определяемой по методу «кольца и шара»,'
считается та температура, при которой стальной шарик
стандартных размеров (диаметр 9,5 мм) весом 3,45—3,55 г
продавливается через слой испытуемого битума толщиной 6 мм, залитого
в кольцо диаметром 16 мм. Кольцо вместе с шариком помещают
в стакан с глицерином, который в свою очередь устанавливают
на песчаную баню. Баню нагревают до температуры размягчения
битума, который постепенно выдавливается шариком из кольца.
Специальные испытания лакокрасочных пленок. Лаковые
пленки испытывают на скорость высыхания, твердость,
«эластичность, прочность на удар, пористость и химическую стойкость.
Определение скорости высыхания. Это
определение производится следующим образом. Пленку, нанесенную на
пластинку, высушивают при 18—23° в течение определенного
срока, указанного в технических условиях. Бросают кусочек ваты
на поверхность пленки и затем сдувают его. Если кусочек ваты
удаляется с поверхности, считают, что пленка высохла. Это
определение носит название «з ы с ы х а н и с о т пыл и». Время
практического высыхания устанавливают, накладывая на эту же
пластинку ватный тампон, который накрывают деревянной
пластинкой площадью 1 см2; на деревянную пластинку помещают
груз весом 200 г. Через 30 сек. груз снимают и удаляют тампон.
Если пленка практически высохла, на ней не должно оставаться
следов ваты.
Определение твердости. После того как высохло
нанесенное на пластинку покрытие, ее закрепляют под резцом
на каретке специального прибора, на цапфу резца кладут груз,
отвечающий требованиям технических условий. Резей осторожно
ставят на испытуемую пленку и пластинку равномерно
протягивают под резцом.
Твердость характеризуется максимальной нагрузкой на резец,
которую выдерживает пленка до момента ее прорезания.
Определение эластичности. Измерения производят
на приборе НИИЛК *, называемом «шкалой эластичности»,
который представляет собой набор из шести стальных стержней и
планок разной формы и различных размеров: диаметры
стержней 20, 15 и 10 мм, толщина- планок 5, 3 и 1 мм (рис. 81).
Пластинку, на которую нанесена испытуемая пленка, после
высыхания пленки изгибают на 180° вокруг этих стержней. На месте
изгиба не должны образоваться трещины и не должно произойти
отслаивание.
* Научно-исследовательский институт лаков и красок.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 183
Эластичность, или гибкость, пленки выражается минимальным
диаметром стержня или толщиной планки, на которых не
произошло разрушения пленки.
Определение прочности на удар. Прочность на
удар определяется высотой (в см) падения груза весом 1 кг, при
которой не происходит разрушения пленки, и измеряется
Рис. 81. Прибор для определения эластичности
(шкала эластичности. НИИЛК).
в кг см/см2. После удара на пленке не должно обнаруживаться
трещин и отслаивания.
Определение пористости. Для определения
пористости применяют реактив, состоящий из красной кровяной соли,
хлористого натрия н желатины. Водным раствором указанных
веществ пропитывают полоски фильтровальной бумаги и во
влажном состоянии прикладывают их к образцу, покрытому пленкой.
По прошествии 4—5 мин. в местах пор появляются резкие синие
пятна. Пористость выражают числом пор на 10 см2 поверхности
испытуемого образца.
Определение химической стойкости.
Химическая стойкость пленки характеризуется обычно изменением ее
механических свойств под действием химически активных
веществ.
ЛИТЕРАТУРА
К и и д Б. А. и Окороков С. Д., Строительные материалы, Госстройиздат,
1934. ; : '
К л и н о в И. Я., Неметаллические материалы, Изд. МИХМ, 1939.
Коршак В. В. и Рафиков С. Р., Введение к изучению
высокомолекулярных соединений, изд. Академии наук GCCP, 1940.
Крейцер Г. Д., Асфальты, битумы и пеки, Госстройиздат, 1939.
Першке В. К. и Клинов И. Я-, Химическое сопротивление материалов,
Госхимиздат, 1940'.
Поляков К. А., Неметаллические химически стойкие материалы,
Госхимиздат, 1947.
Энциклопедический справочник машиностроения, т. IV, Машгиз, 1947.

ГЛАВА XI
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
1. Общие сведения
В химической промышленности горные породы нашли
применение в основном как !материалы, устойчивые по отношению
к минеральным кислотам, за исключением плавиковой и
фосфорной кислот.
Горные породы применяют в виде отдельных плит, камней
для футеровки, скрепляя их специальными способами, или как
самостоятельный конструкционный материал. Из них
изготовляют различные сооружения: башни, резервуары и другие
аппараты, а также различные насадки для башен, колонн и др.
Естественные кислотоупоры входят также как наполнители
в состав кислотоупорных цементов и бетонов.
По минералогическому составу горные породы, нашедшие
применение в химической промышленности, являются
полиминералами, среди которых преобладают кварц и полевой_ шпат;
в меньшей степени эти кислотоупоры содержат разновидности
слюды, магнетит, пироксен и др.
Химическая устойчивость горных пород определяется общим
содержанием кремнезема, плотностью материала и
сопротивляемостью отдельных составляющих породы.
Общепринятой системы оценки химической устойчивости
горных нород не имеется. При выборе материалов принято
руководствоваться следующими нормами содержания в них ЭЮг
как свободной, так и связанной (в %):
Ультракислые породы более 75
Кислые » 75—65
Средние „ 65—55
Основные „ 55—40
Ультраосновные „ менее 40
Горные породы, содержащие менее 55% Si02, не находят
применения в кислых средах.
Из различных горных пород, которые встречаются почти
повсеместно в Советском Союзе, наиболее полно изучены в
производственных условиях и широко используются граниты многих
месторождений, андезиты, бештауниты и асбест. Меньше изучены
маршалит, туфы, фельзит, кварцит и некоторые другие породы,
которые пока нашли ограниченное применение,

2. ГРАНИТЫ
185
2. Граниты
Месторождения гранита находятся в разных районах
Советского Союза. Для сооружений химической промышленности
нашли применение главным образом карельские и украинские
граниты, содержащие в среднем 70—75% Si02, 13—15% А1203
и не больше 7—10% основных окислов (CaO, MgO, Na20, K2O).
По минералогическому составу граниты состоят из кварца
(20—40%), полевого шпата (ортоклаза) до 70% и других
минералов из группы слюд (биотита, мусковита, пирита, магнетита и
других) 5—15%. Наиболее полезной составной частью является
кварц.
Ортоклаз — калиевый полевой шпат (КЮ • А120з • бЭЮг)—
содержит 65% Si02; при особых условиях он разлагается на
каолин и растворимые соли. Минеральные кислоты, за
исключением плавиковой кислоты, на ортоклаз не действуют.
Слюда является вредной составляющей; она обладает
спайностью — способностью расщепляться на тонкие, гибкие
пластинки и листочки, что сказывается отрицательно на
механических свойствах горных пород. Вследствие очень сложного состава
и большого количества примесей до сих пор не имеется
общепризнанной формулы для слюд.
Химический состав гранита колеблется в сравнительно
широких пределах в зависимости от месторождений, а иногда и
пластов. Гранит, как правило, содержит большое количество
кремнезема и глинозема и по содержанию Si02 подходит к группе
кислых пород.
Механическая прочность гранитов также колеблется в очень
широких пределах в зависимости от минералогического состава,
структуры и распределения зерен. Наибольшей прочностью
обладают граниты, в которых зерна кварца равномерно вкраплены
между зернами полевого шпата при отсутствии скоплений
отдельных составляющих. Увеличение содержания кварца в
граните повышает, а слюды — уменьшает механическую прочность
породы.
Для карельских и украинских гранитов нормальной
зернистости в среднем можно принять следующие физико-механические
показатели:
Кажущаяся пористость, % 0,5—0,8
Кислотоупорность, °/0 97,5—98,5
Коэфициент линейного расширения ... 8 • 10_6
Предел прочности при сжатии, kzjcm2 . . 1500—2000
Твердость по Моосу 6,8
Температура плавлении, °С 1610
Удельный вес 2,6—2,7

186
XI. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Граниты обладают сравнительно невысокой термической
устойчивостью, обусловленной различием коэфициентов
расширений отдельных составных частей, и
поэтому могут найти применение для
процессов, протекающих при
температуре не выше 200—250°.
К недостаткам гранита следует
отнести трудность его добычи и
обработки (обработка ведется вручную) и
громоздкость сооружений из него.
Из гранита изготовляют
поглотительные башни для азотной и соляной
кислот. Граниты применяют также в
производствах брома и иода.
В качестве примера применения
гранита в химической
промышленности опишем характерную
конструкцию башни для поглощения окислов
азота, не имеющей металлического
корпуса.
Башня (рис. 82) представляет собой
правильную шестнадцатигранную
призму. Грань каждой башни по ширине
образована одним блоком гранита, по
высоте же состоит из ряда отдельных
поясов, число которых зависит от
высоты блоков.
Днище составлено из больших
(весом до 4,5 г) клинообразных камней,
замыкающихся в середине круглым
жерновом. Купол также собран из
отдельных клиньев и замкового камня
многогранной или круглой формы.
Каждый пояс башни стянут
мощными железными бандажами, которые
обеспечивают не только механическую
прочность сооружения, но и
достаточное уплотнение вертикальных швов.
Кладка камней произведена на
листовом кислотоупорном асбесте,
смоченном растворимым стеклом.
Асбест играет роль уплотняющего
материала.
Вертикальные швы вследствие многогранной формы башни не
могут быть перевязаны и разрезают ее от замкового камня свода
до днища. Окончательное уплотнение швов достигается набивкой
Рис.82. Поглотительная гра
питая башня.

2. ГРАНИТЫ
187
с обеих сторон асбестового шнура и шпатлевкой кислотоупорным
цементом.
Применяемые листовой и шнуровой асбесты должны быть
кислотоупорными.
Поддерживающая конструкция для насадки состоит из
гранитной колосниковой решетки.
Фундамент башни представляет собой в плане такой же
шестнадцатигранник, как и башня, и имеет в верхней части
радиальные проходы для осмотра швов днища; число проходов
зависит от числа камней, составляющих днище.
Для предохранения фундамента от попадания на него
кислоты под камнями днища проложен лист кислотоупорной хромо-
никелевой стали толщиной
Acffec/7? ^ЧлХ4!
2 мм.
После пятнадцатилетней
эксплоатации указанных
башен обнаружилось, что у
некоторых из них (в
результате неправильного
конструктивного оформления
отдельных деталей) швы днища
(рис. 83) проницаемы для
кислоты вследствие
разрушения уплотняющего асбеста. С целью устранения этих
недостатков был предложен следующий способ ремонта башни без
разборки сооружения *.
По удалении донных камней производят полный ремонт
секторов и опорной стойки центральной части фундамента, причем
разрушенные сектора могут быть снесены до основания и
заменены новыми из армированного бетона.
По окончании ремонта фундамента донные камни не
восстанавливают, а заменяют армированной плитой из кислотоупорного
бетона.
Плиту и стены башни футеруют на высоту колосников двумя
слоями диабазовой плитки.
Кроме этого, для создания полной гарантии непроницаемости
днища в нижней части башни устанавливают цилиндрический
резервуар (царгу), изготовленный из нержавеющей стали. Царгу
делают по высоте на 150 мм выше уровня колосниковой решетки,
а по диаметру на 300 мм меньше диаметра башни (узкой ее
части). Такая царга, проверенная на герметичность, вводится
в башню через верх и временно устанавливается на 4 м выше
днища. Через отверстие газохода на плиту наносят слой киелото-
Рпс. 83. Швы днища гранитной башни:
/ ~С1ы:<(чжа камнем цнз; ^—'стыковка лна и сьч-
нопых камнек.
__. . . Конюхов и Ю. Б. Дерешкеинч, Восстановление гран
ных башен, Хим. пром. № 9 (1948).
- Н. А.
кт-

188
XI. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
упорного бетона толщиной 80 мм и опускают на! него царгу.
Образовавшийся зазор между царгой и диабазовой футеровкой
стены уплотняют кислотоупорным
4 бетоном и затем закрывают
сточным желобом из
кислотоупорной стали.
5 Разрез нижней части этой
д башни до и после ремонта
показан на рис. 84.
3. Андезиты
Месторождения андезитов,
имеющие промышленное
значение, расположены на Кавказе.
Андезит — гарная порода
вулканического происхождения,
представляющая собой застывшую
лаву.
Минералогический состав
андезита — полевой шпат
(плагиоклаз) и роговая обманка,
реже слюда (биотит и авгит).
Химический состав андезита довольно постоянен: 59—63%
Si02; 15—18% А1203; 15—17% СаО, MgO, Na20 и КгО.
Физико-механические свойства андезита:
Кислотрупорность, °/0 95,5—96,5
Пористость, °/0 14
Предел прочности при сжатии, кг1см2 .... 1100—1200
Твердость по Моосу 5,2
Температура плавления, °С 1100—1300
Удельный вес 2,2—2,3
Андезит сравнительно легко обрабатывается.
Химическая стойкость андезита изучена, главным образом,
по отношению к серной и соляной кислотам и смеси серной и
азотной кислот. В указанных средах андезит не разрушается.
Рис.84. Разрез нижней части
гранитной башни (слева до
восстановления, справа после
восстановления):
1—гранит; 2—кислотоупорный бетон;
3—резервуар из стали ЭЯ1Т;
4—диабазовые плитки; 5—остающаяся часть
донного камня; 6—восстановленная опора;
7—вновь сооруженная опора из
армированного бетона; 8—реставрированные
секторы фундамента.
4. Бештауниты
Бештаунит—горная порода также вулканического
происхождения. Месторождение его имеется на Северном Кавказе.
Минералогический состав бештаунита: полевой шпат (75%),
кварц (20%) и включения магнетита, пироксена и других
минералов.

4. ЁЕШТАУНИТЫ
189
Бештаунит содержит больше SiCb, чем андезит. В
бештаунит содержит (в %):
среднем
SiO, . .
А1203 .
к2о . .
Na20 . .
СаО. .
Fe^Os .
. . 69,4—69,7
. 12,5-13,2
. 6,3—6,5
. 3,1—3,3
. 2,14—2,36
. 1,5 -1,7
MgO .
Р205 -
FeO . .
Ti02 .
МпО .
Н20 .
. . 1,36—1,4
. . 1,12—1,63
. - 0,8—1,0
. . 0,27
. . 0,06
. . 0,3—0,4
Физико-механические свойства бештаунита:
Кислотоупорность, °/0 98
Пористость, % • . 4,9—10
Твердость по Моосу 5,5
Температура плавления, °С 1400
Удельный вес 2,67
Механическая прочность бештаунита мало изменяется при
воздействии кислот. Предел прочности при сжатии бештаунита,
высушенного при 60°, равен 1480 кг/см2, а после месячного
пребывания его в серной кислоте 1450 кг/см2, в азотной 1260 кг/см2.
Бештаунит является материалом термически устойчивым, и
при нагревании в течение 6 час. до 800° его механическая
прочность не изменяется. После 6 час. нагревания до 1000° прочность
бештаунита уменьшается на 30—35%.
Вследствие высокой термической устойчивости андезита и
бештаунита применение этих материалов допустимо и при
высоких температурах порядка 800—900° в условиях воздействия
агрессивных сред.
Андезит и бештаунит нашли применение, главным образом,
в качестве футеровочного материала для защиты от коррозии
ряда сооружений и аппаратов в производстве серной кислоты
(поглотительные башни, аппараты для концентрирования серной
кислоты, различные сборники, отстойники и др.).
Некоторые сооружения иногда целиком изготовляют из этих
материалов (корпуса электрофильтров в установках для
концентрирования серной кислоты и др.)-
Для сооружений и аппаратов, не имеющих металлического
корпуса, как, например, башни в производствах минеральных
кислот, предпочтение следует отдавать бештауниту, так как он
менее порист, чем андезит.
Андезит и бештаунит широко используются в виде щебня
и в измельченном виде как наполнители для кислотоупорных
цементов и бетонов. В качестве примера опишем аппарат для
концентрирования серной кислоты, футерованный андезитом.
Аппарат (рис. 85) представляет собой горизонтальный
сварной цилиндр из листовой стали толщиной 12 мм. Барабан разде-

190 xi. горные породы
лен перегородкой на две камеры. Первая камера служит для
подогрева « предварительного концентрирования кислоты; вторая —
для окончательного концентрирования. Длина барабана 7830 мм,
внешний диаметр 2824 мм, внутренний диаметр 2170 мм.
Топочные газы, получаемые при сжигании мазута или
генераторного газа, поступают во вторую камеру аппарата, а из нее
Рис. 85. Аппарат для концентрирования серной кислоты:
/ —корпус аппарата (сталь); 2—андезитовая футеровка.
в первую, откуда выходят с температурой 125—150°. Кислота,
поступающая на концентрирование, имеет концентрацию
масло (92—93%) вытекает «з
Таким образом, футеровочный
материал должен обладать
хорошими кислотоупорными
68—75 %. Готовое купоросное
второй камеры при 220—230°.
Рис. 86. Схема футеровки аппарата для
концентрирования серной кислоты:
/—-стенка аппарата; 2 и 4—асбест; 3—свинец;
5—андезитовая футеровка.
свойствами при высоких
температурах.
Стенка 1 барабана (рис.
86) изнутри выложена слоем
асбестового картона 2,
смоченного жидким стеклом.
Поверх асбестового картона
уложены свинцовые листы 3.
Затем положен еще один
слой асбестового картона 4
и, наконец, уложена
футеровка 5 из андезита (или бештаунита).
Толщина футеровки 300 мм. Камни андезита кладут в два
ряда. Размер камней для футеровки первого ряда: длина 300 мм,
толщина 150 мм, ширина по большей дуге 238 мм и по меньшей
212 мм; для второго ряда: длина 300 мм, толщина 150 мм. Кладку
камней производят на кислотоупорном цементе с перевязкой
швов.
Пространство между стенкой днища и футеровкой засыпают
щебнем из материала, примененного для футеровки, и после
этого заливают кислотоупорным цементом.
\

■I»'
S. АСБЕСТЫ
iyi
5. Асбесты
Асбест имеет волокнистое строение и встречается в природе
в виде прожилок среди других пород.
В зависимости от длины волокон асбест подразделяется на
семь сортов, а в зависимости от структуры на жесткий,
полужесткий и мягкий.
В СССР имеется ряд месторождений асбеста на Урале.
Промышленное применение нашли так называемые амфиболовый и
хризотиловый асбесты. Хризотиловый асбест является главной
разновидностью асбеста и представляет собой водный силикат
магния (3MgO -2Si02 • 2Н20). В химической промышленности
широко применяется амфиболовая группа асбестов, обладающая
высокой кислотоустойчивостью.
Кислотостойкий асбест Сысертского месторождения —• анто-
филит имеет следующий состав (в % ):
SiO, 58,0 СаО .... 0,2
MgO 29,0 И.О. . . . 1,67
Fe^Aj + FeO .... 10,0
Хризотило'вый асбест по своей химической стойкости уступает
амфиболовому, но все же не разрушается разбавленными
кислотами и щелочами.
Асбест обладает огнестойкостью, но под влиянием высоких
температур он претерпевает ряд изменений, которые влияют на
его физические свойства. Это объясняется, главным образом,
потерей гигроскопической воды, которая содержится в кристаллах
асбеста. Так, при нагревании хризотилового асбеста уже при 110°
выделяется около двух третей содержащейся в нем воды и
потеря (механической прочности составляет 10—15%. При 368°
асбест теряет всю гигроскопическую воду и механическая
прочность его понижается на 35%.
Все перечисленные явления имеют временный характер: при
вылеживании на воздухе волокна асбеста поглощают влагу из
воздуха, восстанавливается также и механическая прочность
асбеста.
В химическом" машиностроении асбест является
вспомогательным материалом и применяется в качестве прокладок, шнура,
фильтрационной ткани и набивок в аппаратуре и сооружениях.
Асбест нашел также применение как огнестойкий-материал.
6. Пылевидный кварц
Пылевидный кварц представляет собой тонкий порошок,
состоящий из мелких зерен кварца.
Большие месторождения пылевидного кварца имеются на
Урале. Наиболее разработано Тактубиевское месторождение
пылевидного кварца, известного под названием м а р ш а л и т а.

192
XI. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Несмотря на высокую дисперсность маршалита, кислотостой-
кость его при испытании в минеральных кислотах составляет не
менее 97%.
Маршалит применяется в основном для нужд строительной
промышленности, а в последние годы он используется как
наполнитель при изготовлении кислотоупорных цементов и бетонов.
7. Туфы
Наиболее важен артикский туф, представляющий собой
вулканическую стекловидную породу, разрабатываемую в Армении
и применяемую в основном для нужд строительной
промышленности.
По внешнему виду артикский туф представляет собой весьма
пористую породу розовато-фиолетового цвета с различными
оттенками, содержащую вкрапления шлакообразных веществ и
образовавшуюся из расплавленной лавы. Благодаря своему
невысокому объемному весу и кислотостойкое™ артикский туф
представляет большой интерес для постройки облегченных
сооружений, подвергающихся корродирующему воздействию активных
сред, однако вследствие высокой пористости туфы не нашли
еще применения как футеровочный материал.
Артикский туф обладает следующими физико-механическими
свойствами:
Водопоглощение, % объемн.
при комнатной температуре 34
при кипячении 40—60
Предел прочности, кг/см2
при растяжении 5
при сжатии 80—130
при скалывании 10
Твердость по Моосу » 2—3
Теплоемкость, ккал/кгград 0,3
Теплопроводность, ккал/м час град 0,3
Температура плавления, °С 11С0—1200
Удельный вес 2,56
Химический состав артикского туфа (в %):
Si02 .
AljA,
Na20 -1
FenO-j
-KjO '. '.
. . 65,24
. . 15,86
. . 6,85
. . 4,36
MnO
so3
ТЮ2
MgO
H,0
.0,64
,0,54
0,36
0,32
3,0
Артикский туф обладает высокой термической устойчивостью
и выдерживает не менее пяти теплосмен от 800° до комнатной
температуры.

8. ФЕЛЬЗИТЫ
193
Благодаря высокой огнеупорности артикского туфа и малому
коэфициенту линейного расширения его можно применять в
химической промышленности в качестве материала для
колчеданных печей. Он также может найти широкое применение как
насадочный материал и как наполнитель для кислотоупорных
цементов.
По многим своим свойствам (высокая кислотоупорность,
легкость обработки, дешевизна и небольшой объемный вес)
артикский туф мог бы найти широкое применение в химической
промышленности в качестве футеровочного материала, если бы не
его пористость. Устранение пористости может быть достигнуто
путем создания на поверхности туфа или внутри его
непроницаемого защитного слоя.
Однако и в настоящее время артикский туф можно
рекомендовать для футеровки аппаратов и сооружений, где
непроницаемость материала не является обязательной (колосниковая часть
башен, газоходы для сернистого газа и т. п.).
8. Фельзиты
Месторождения фельзита находятся в Свердловской
области.
Минералогический состав фельзита (в %):
Ортоклаз 81—85
Кварц 3—15
Магнетит 1—2
Химический состав фельзита (в %):
Si02 76,0 СаО 0.5
А1,03 13,0 MgO 0,3
К20 7,05 Н20 0,25
Fe203 + FeO 1,4
Физико-механические свойства фельзита:
Кислотоупорность, % 99,3
Предел прочности при сжатии, kzjcm? . . 1400—2500
Твердость по Моосу 5,5
Удельный вес 2,59
в Фельзит имеет плотную структуру, поддается обработке и
устойчив к резким перепадам температуры. Кислотопроницае-
мость фельзита — до 1 мм (в нитрозе при 150°).
Он может применяться как футеровочный материал для
аппаратов, работающих в условиях воздействия минеральных кислот
при температуре до 150°, а также в качестве насадок и
наполнителя кислотоупорных цементов и бетонов.
13 Зак. 1142. И. Я. Клипов.

194 xi. горные породы
9. Кварциты
Месторождения кварцита в СССР имеются повсюду. Наиболее
высококачественными являются кварциты Шокшинского
месторождения (Карело-Финская ССР). Кварциты этого
месторождения представляют собой прочную мелкозернистую породу с
ровным изломом.
Основными химическими составляющими кварцитов являются
Si02 (91,1—91,4%) и А1203 (4,74—5,8%).
Кварциты отличаются высокой кислотоупорностью и почти
полным отсутствием пористости.
Физико-механические свойства кварцитов:
Кислотоупорность, %• 99,5
Пористость • О
Предел прочности при сжатии, кг/см2 .... 2680
Удельный вес 2,6
Так как в кварцитах зерна состоят из чистого SiCb, кислото
стойкость породы определяется составом цементирующего
вещества.
В химической промышленности кварциты, несмотря на
весьма благоприятные механические свойства, высокую
кислотоупорность, малый коэфициент линейного расширения и др.,
не нашли широкого применения вследствие большой
твердости.
В основном кварциты применяются как насадочный материал
и как наполнители для кислотоупорных цементов и бетонов.
Некоторые виды кварцитов по строению приближаются к
песчаникам; несмотря на высокое содержание Si02, они
непригодны для насадки башен из-за высокой пористости, так как
впитывают воду, кислоту и постепенно разрушаются.
ЛИТЕРАТУРА
Елухии Н. К-, Монтаж гранитных башен, Химстрой № 6 (1933).
Ефимов Г. И. и Григорович В. Н., Термостойкие естественные горные
породы, Минеральное сырье № 8—9 (Ш36).
К л и н о в И. Я. и С ы ч е в Д. И., О химической стойкости естественных
горных пород, Минеральное сырье N° 12 (1937).
Поляков К. А., Неметаллические химически стойкие материалы, Госхим-
издат, 1947.
Сборник «Борьба с коррозией в химической пормышленностИ», Госхимизда*
1946.

ГЛАВА XII
ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ,
ПОЛУЧАЕМЫЕ ПУТЕМ ПОЛНОГО РАСПЛАВЛЕНИЯ
СЫРЬЯ
Материалы, получаемые путем полного расплавления сырья,
носят также название литые силикатные материалы.
К этой группе химически стойких материалов относятся
каменное литье, плавленый кварц, стекло и эмаль.
1. Каменное литье
Каменное литье, плавленый диабаз, литой камень — названия
одного из новых неметаллических конструкционных материалов,
получившего распространение в последние годы.
Сочетание высоких механических свойств с химической
устойчивостью и относительной простотой изготовления, а также
большие сырьевые ресурсы обеспечивают каменному литью широкое
применение в качестве антикоррозионного материала.
Сырьем для производства каменного литья служат горные
породы. Наиболее пригодными видами сырья являются базальт,
диабаз и горнблендит. Изделия из каменного литья получают
путем расплавления горных пород, выливания расплава в формы
и последующей термической обработки отливки для получения
кристаллической структуры.
Наиболее изученным в настоящее время является
диабазовое каменное литье, а также каменное литье из горнблен-
дитаибазальта.
Основным сырьем для литья служит онежский природный
диабаз, относящийся к эффузивным горным породам.
По минералогическому составу диабаз представляет собой
плагиоклаз и авгит, нередко с примесью других минералов
(роговая обманка, кварц и пр.). Объемный вес онежского диабаза
около 3,0; предел прочности при сжатии около 4000 кг/см2;
температура плавления около 1300°. Содержание Si02 в диабазе
колеблется от 40 до 50%.
Если природные диабаз и базальт расплавить и подвергнуть
на некоторое время специальному термическому режиму, они
приобретают высокую химическую устойчивость, повышенные
механические свойства, однородную структуру и полную
непроницаемость, не изменяя при этом химического состава.
13*

196 XII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В зависимости от содержания Si02 в применяемом сырье и от
режима плавки и охлаждения можно получить ту или иную
степень кристаллизации расплава, что является чрезвычайно
существенным. Наибольшей химической стойкостью обладают отливки
мелкокристаллического строения.
Технологический процесс получения каменного литья в
основном заключается в следующем.
Горную .породу в виде кусков различной величины помещают
в плавильную печь, в которой поддерживается температура
1400—1450°. При этой температуре горная порода плавится.
Для отливки деталей из горной породы применяют
соответствующие земляные формы. При резком охлаждении расплава
вязкость его значительно возрастает и масса застывает, образуя
стекло, непригодное для технического применения.
С целью получения изделий кристаллической структуры,
обладающих рядом ценных технических свойств, после отливки
необходимо производить термическую обработку расплава, чтобы
воспрепятствовать образованию аморфной стеклообразной массы.
Это достигается весьма медленным охлаждением расплава, при
котором образование внутренних напряжений невозможно и
напряжения, образовавшиеся ранее, устраняются.
Для медленного охлаждения отливка расплава производится
в предварительно подогретые до 300—500° формы, в которых
отливки выдерживают при 1050—900° в течение 10—30 мин.,
в зависимости от размеров и формы отливок. Постепенное
охлаждение отливок до комнатной температуры производится в
туннельной печи в течение 6—24 час.
Физико-механические свойства плавленого диабаза:
Предел прочности, кг/см
при растяжении 150—300
при сжатии • 2000—4000
Твердость по Моосу 7—8
Температура плавления, СС 1250
Теплопроводность до 400°, ккал\м час град . 0,85
Удельный вес 2,9—3
Пористость 0
Средний химический состав каменного литья, полученного из
диабаза (в %):
SK)2 49-50 FeO 5-12
A1S03 11—13 MgO 7-9
Fe203 5—15 CaO 4—5
Несмотря на то, что содержание Si02 в плавленом диабазе не
превышает 50%, каменное литье обладает исключительной
химической стойкостью к любым реагентам, кроме плавиковой кислоты
и расплавленных щелочей, что позволяет широко применять
плавленый диабаз для изготовления химической аппаратуры.

1. КАМЕННОЕ ЛИТЬЕ 197
В табл. 27 приведены данные о химической стойкости
плавленого диабаза.
Таблица 27
Химическая стойкость плавленого диабаза*
Среда
Азотная кислота
(концентрированная)
Аммиак (концентрированный и
разбавленный растворы)
Аммоний хлористый
(концентрированный раствор) . •
Бромная вода (концентрированный
раствор)
Серная кислота (концентрированная)
То же
Сернистая кислота (разбавленная) .
Соляная кислота
(концентрированная)
То же
Хлористый водород (газообразный)
Температура
испытания
°С
Темп. кип.
То же
34°
Темп. кип.
30° при 5 ати
100°
Темп. кип.
100°
Потеря веса
0,07
0,00
0,00
0,03
0,05-0,06
0,33
0,7
0,42
0,5-0,6
0,07
* Продолжительность испытания в пределах одного месяца.
Кислотоупорность диабаза по отношению к серной кислоте
равна 100%, к азотной кислоте —99,93%, к соляной кислоте —
99,36% и к фосфорной кислоте — 98,17%. Характерно, что
разъедание плавленого диабаза в указанных пределах имеет
место только в течение первых десятков часов, после чего процесс
разрушения замедляется и через небольшой промежуток времени
совершенно прекращается.
Основным видом изделий из каменного литья являются
диабазовые плитки стандартных размеров 180 X 1Ю X 20 мм (в
последнее время освоено производство плиток толщиной 10—12 мм),
идущие для футеровки различных аппаратов, изогнутые по
заданному радиусу плитки для футеровки цилиндрических
поверхностей (минимальный радиус 150 мм), шары диаметром 30—150 мм
для шаровых мельниц, желоба для каналов гидрозолоудаления,
кирпич размером 220 X П0Х55 мм, мелкие фасонные изделия
(штуцеры, патрубки, решетки и др.).
Вследствие небольшой термостойкости диабазовые плитки
применяют при температуре не выше 150°.
Значительная сложность отливки изделий больших габаритов
ограничивает размеры отдельных деталей, для скрепления
которых необходимы специальные замазки. Для футеровки аппара-

198
XII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
туры диабазовыми плитками наиболее широкое применение нашла
специальная диабазовая замазка на жидком стекле, прочность
сцепления которой с железом равна 20 кг/см2 и с плавленым
диабазом 25 кг/см2.
Большие трудности встречаются при механической обработке
рабочих поверхностей деталей из каменного литья вследствие его
высокой твердости, что в некоторой
степени ограничивает применение
каменного литья в качестве конструкционного
материала.
На химических заводах работают
разнообразные аппараты, футерованные
диабазовыми плитками, из которых
укажем на следующие.
Аппараты емкостью 6—8 м3 для
перекачивания минеральных кислот (серная,
азотная, соляная) и их смесей,
работающие при давлении 2—4 ати и температуре
80—90°. Эти аппараты имеют
двухслойную футеровку.
Сатураторы — для получения
аммиачной селитры и сульфата аммония, в
которых производится нейтрализация
минеральных кислот (азотной и серной)
аммиаком. Температура по мере
протекания реакции повышается до 150°.
Шаровые мельницы для сухого и
мокрого помола различных продуктов
химической промышленности.
Внутренние размеры кожуха мельницы: диаметр
1,2—1,6 м, длина 1,4—1,8 м. Мельницы
футеруются диабазовыми плитками и
заполняются шарами из каменного
литья.
Опыт длительной эксплоатации этих
аппаратов показал, что диабазовые
плитки не разрушаются в весьма жестких условиях воздействия
агрессивных сред и при повышенном давлении.
Представляют интерес некоторые специфические способы
футеровки. Приведем два примера таких способов.
На одном заводе произведена ступенчатая футеровка
кислотных хранилищ диабазовыми плитками. Как видно из рис. 87,
толщина футеровочного слоя уменьшалась от низа к верху.
Такой способ футеровки был вызван тем, что напряжения,
возникающие в стенке корпуса хранилища, убывают с уменьшением
высоты столба жидкости,
Рис. 87. Ступенчатая
футеровка кислотного
хранилища.

2. ПЛАВЛЕНЫЙ КВАРЦ 199
Толщину футеровки для каждого пояса рассчитывали по следующей
формуле *
RE*P
где 7ф — растягивающее напряжение в материале футеровки (принятое для
данного случая равным 8—10 кг/см2);
£ф — модуль упругости футеровки (800 000 кг/см-);
R — радиус хранилища (213 см);
Н — высота в ел от поперечного сечения, в котором определяется
напряжение, до максимально возможного уровня кислоты в
хранилище (для нижнего сечения эта высота равна 425 см);
7 —вес 1 см3 кислоты в кг (для данного случая 0,001574 кг);
Р — максимальное давление в кг/см2, равное Ну. :
Ея — модуль упругости стали на растяжение (2100 000 кг/см2);
5Ж — толщина кожуха (1,2 см);
Ьф — толщина футеровки в см.
Согласно расчету по этой формуле толщина футеровочного слоя в
нижней части хранилища должна быть равна 15 см.
2. Плавленый кварц (кварцевое стекло)
Плавленый кварц, или кварцевое стекло, является
разновидностью кремнезема и представляет собой аморфную
стеклообразную массу.
8 качестве сырья для изготовления кварцевого стекла
применяются различные кремнеземистые материалы: горный
хрусталь, кварцевый песок, отличающийся высокой чистотой, и в
редких случаях кварциты.
Различают прозрачное кварцевое стекло и непрозрачное.
Химический состав их почти одинаковый. В прозрачном стекле
содержание Si02 должно быть не менее 99,7%, в непрозрачном
не менее 99,5%. Непрозрачное стекло отличается от прозрачного
• тем, что во всей массе его включены пузырьки воздуха.
В химической промышленности аппаратура и детали
изготовляются из непрозрачного стекла. Прозрачное стекло
используется главным образом оптической промышленностью.
Кремнезем не имеет определенной температуры плавления и
размягчается постепенно. Начало размягчения происходит при
1БО0Р, максимальной подвижности масса достигает при 1800°.
Плавка кремнезема и дальнейшее изготовление из
расплавленной массы изделий является весьма сложным процессом.
Непрозрачное кварцевое стекло готовится в печах сопротивления с
угольным или графитовым нагревателем в виде стержня, являющимся
электродом. Стержень погружается в песок и нагревается
* Б. М. Суда, Применение каменного литья в азотнотуковой промышлеч-
ностн, Хим. пром. № 15—16 (1941). (

200
XII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
электрическим током до 1800°. Слои песка, непосредственно
прилегающие к электроду, начинают постепенно плавиться,
захватывая по мере нагревания все большие участки.
При химическом взаимодействии кремнезема с углем, которое
имеет место начиная с 1450°, Si02 восстанавливается до
элементарного кремния, а выделяющаяся окись углерода препятствует
прилипанию расплавленной массы к стержню. В результате
плавки получается слиток кварцевого стекла.
Обработка такого слитка заключается в вытягивании,
прессовании и в формовке из него полых изделий. ;
Процесс получения прозрачного кварца значительно сложнее
вследствие необходимости предотвратить проникновение воздуха
в расплавленную массу.
Физико-механические свойства плавленого непрозрачного
кварцевого стекла:
Коэфициент линейного расширения . 27,3- Ю-8—50,6- Ю-8
Пористость, % 3—4
Твердость по Моосу 4,9
Удельный вес 2,15
Кристаллический кремнезем может существовать в
нескольких модификациях (а- и р'-кварц, а- и р^-тридимит, а. и р-кристо-
балит). При определенной температуре одна модификация
кремнезема переходит в другую.
Переход одной модификации Si02 в другую представляется
в следующем виде:
575° 870° 1470" 1710°
р-кварц ^~~v в-кварц ^ * о-тридимит \ > а-кристобалит ^ > плавленый
• i62»jf 4-tieo—270° кварц
р-тридимит fl-кристобалит
Все эти модификации отличаются друг от друга по своим
свойствам, в частности, по плотности.
При температуре ниже 575° устойчивой формой кварца
является Р-кварц (уд. вес 2,65). При 575° р^-кварц переходит
в а-кварц (уд. вес 2,60), который устойчив в пределах 575—870°.
От 870 до 1470° устойчивой формой является тридимит, а при
более высокой температуре — кристобалит; последний в виде
«-модификации образуется в интервале температур 1470—1710°.
При понижении температуры а-кристобалит переходит в Р-кри-
стобалит. Этот переход сопровождается уменьшением объема
(уд. вес а-формы кристобалита 2,22, а реформы 2,33), что
вызывает появление трещин.
При высоких температурах плавленый кварц подвергается
кристаллизации, или расстекловыванию, при этом из аморфного
состояния кварц переходит в кристаллическое, превращаясь
обычно в кристобалит.

2. ПЛАВЛЕНЫЙ КВАРЦ
201
Практически процесс «расстекловывания» плавленого кварца
начинается уже при температуре выше 1000°; при 1100°
кристаллизация заметно ускоряется и достигает максимальной скорости
при 1600°.
Описанными выше превращениями кварцевого стекла
объясняются причины растрескивания его и определяется верхний
предел температуры, при которой можно применять изделия из
плавленого кварца.
Кварцевое стекло обладает исключительной термической
стойкостью и почти совершенно не чувствительно к резким сменам
температуры. Изделия из кварцевого стекла, нагретые докрасна,
не трескаются при погружении в воду. Эта высокая термическая
устойчивость плавленого кварца объясняется ничтожно малым
коэфициентом линейного расширения. В отличие от
кристаллических модификаций кремнезема, расширение которых весьма
неравномерно меняется с температурой, кварцевое стекло
отличается равномерным расширением в большом интервале
температур: от 100 до 100СР коэфициент линейного расширения
кварцевого стекла практически не зависит от температуры. Коэфициент
линейного расширения кварцевого стекла очень мал. Он почти
в 20 раз менее коэфициента линейного расширения обычных
промышленных стекол. Благодаря этому аппараты из кварца
можно применять при высоких температурах, не опасаясь
разрушения их вследствие резких перепадов температуры.
Благодаря ничтожному коэфициенту расширения в кварцевом
стекле возникают незначительные внутренние напряжения, что
позволяет механически обрабатывать материал без
растрескивания (кварцевое стекло легко режется).
Сквозь кварцевое стекло способны диффундировать газы.
Однако эта способность появляется только при высоких
температурах: так, хлористый водород диффундирует только при
температуре выше 1400°, для диффузии метана, кислорода и углекислоты
требуется температура 1300°. Наиболее легко диффундируют газы
с наименьшим атомным весом (гелий, неон, водород).
Кварцевое стекло стойко ко всем минеральным и
органическим кислотам при всех концентрациях и при высоких
температурах, за исключением плавиковой кислоты, которая разрушает
кварц уже при комнатной температуре, и фосфорной кислоты при
температуре выше 300°. Плавиковая кислота растворяет
кварцевое стекло значительно скорее, чем кристаллические модификации
кремнезема.
Едкие щелочи и соли с щелочной реакцией разрушают кварц.
Хлор, бром, иод на него не действует даже при температуре
выше 500°.
Расплавленные металлы большей частью способствуют рас-
стекдовыванию кварца, но если возможно избежать окисления

202
XII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
металла, производя плавку в вакууме или в атмосфере инертных
газов, то такие металлы, как олово, цинк, свинец, серебро, медь,
могут быть расплавлены в кварцевой аппаратуре. Щелочные и
щелочноземельные металлы восстанавливают плавленый кварц
при высоких температурах. Расплавленные алюминий и магний
разрушают кварцевое стекло.
При высоких температурах (800—1000°) реакционная
способность кварца увеличивается. В частности, углерод
восстанавливает кварц с образованием либо свободного кремния и окиси
углерода:
Si02 + 2C_>Si + 2CO
либо карборунда и окиси углерода:
Si02-f ЗС —> S1C + 2CO
Поверхность плавленого кварца в значительно меньшей
степени, чем поверхность других материалов, вызывает разложение
крепких растворов перекиси водорода. В аппаратах из
кварцевого стекла можно без труда получить 90%-ную перекись
водорода.
Аппараты и детали из плавленого кварца, благодаря
исключительным свойствам этого материала, нашли большое применение
в различных процессах химической промышленности. В ряде
случаев кварц может заменить не только свинец и другие цветные
металлы и специальные сплавы, но и платину.
Аппаратура из плавленого кварца нашла применение не
только в так называемой тонкой химической технологии (чистые
реактивы, фармацевтические препараты и др.), но и в основной
химической промышленности в производствах кислот и солей.
Так, в производстве серной кислоты плавленый кварц можно
применить для трубопроводов сернистого газа и кислоты. Известны
кварцевые установки для концентрирования серной кислоты.
В производстве синтетической соляной кислоты применяют
холодильники из непрозрачного кварцевого стекла.
В производстве азотной кислоты кварцевое стекло идет для
изготовления конденсационных установок, трубопроводов и др.
В настоящее время из плавленого кварца изготовляют сосуды
диаметром до 500 мм, высотой до 800 мм, со стенками толщиной
до 10—12 мм. Трубы изготовляют длиной до 1,5 л* при
диаметре в 500 мм; туриллы емкостью до 150 л и др.
3. Стекло
Стекло представляет собой сплав силикатов, находящийся
в переохлажденном состоянии.
Рецептура химически стойких стекол обычно составляется
с учетом влияния отдельных окислов — кислотных или основных,

з. стекло- 203
причем нельзя получить универсальное стекло, которое
одновременно было бы устойчивым и к кислотам и к щелочам.
Для химической промышленности наряду с устойчивостью
к агрессивным средам особо
важным свойством является
термостойкость стекла. Стекло плохо
переносит быстрое охлаждение,
так как при охлаждении
поверхностный слой стекла остывает
быстрее внутреннего.
Основным компонентом,
сообщающим стеклу химическую
стойкость и термостойкость, является
окись бора. Содержание окиси
бора в стекле должно быть не ^^^ ^^^^^^
больше 13%, так как более высо- ЯййВЯИЯ^^ -тцлм
кое содержание ее обусловливает У ДнЗДЯУТп г-УаВр
понижение химической стойкости mt^JSammmk ^(ЯюНш
стекла.
Наиболее приемлемым для из- \НДЙ5|{ОИ#1,
готовления химической аппара- WBf''
туры является боросиликатное
. жаростойкое стекло следующего
состава (в %): Рис. 88. Стеклянный насос.
Si02 ..... . 80,5 А1403 2.5
В203 10,5 СаО 2
Na20 4,5 Fe203 0,17
Физико-механические свойства этого стекла:
Предел прочности, hzjcm^
при растяжении . 70
при сжатии 130
Коэфициент линейного расширения (18—100°) . . 36 • Ю-7
Модуль упругости, кг/c.if2 . . . • 6200
Термостойкость, °С 250—300
Кроме боросиликатного стекла применяются также различные
сорта химически стойких стекол, из которых изготовляется
лабораторная посуда и детали химической аппаратуры.
В качестве самостоятельного конструкционного материала
стекло применяется редко.
На рис, 88 изображен стеклянный насос. Корпус насоса,
изготовленный из прозрачного стекла, позволяет следить за
состоянием перекачиваемой жидкости (окраска, появление мути и т. д.).
С целью предохранения насоса от повреждений он заключен в чу--
гунный каркас.

Таблица 28
Потеря веса и изменение механической прочности стеклянной ткани после воздействия агрессивных сред
Среда
Азотная кислота, 5% . .
25 Vo • •
60% . .
Серная кислота, 1% . .
Ю'/о • •
6OV0 . •
98% . .
Соляная кислота, 1% . .
5°/о- •
30%. .
Фосфорная кислота, 40%
Потеря веса (а1о) при продолжительности
испытания, часы
2
0,22
0,20
0,55
2,00
3,32
3,08
2,10
0,66
0,52
0,73
0,49
10% | 0,57
Едкий натр, 1% ....
10% ....
Углекислый иатрий, 5% .
Хлористый кальций, 37%
0,72
0,<'5
0,34
0,75
6
0,29
0,48
0,68
3,68
3,45
3,38
2,80
1,12
0,75
0,73
0,70
0,49
0,82
0,75
1,23
0,45
0,92 |
24
0,77
0,80
1,00
3,76.
3,65
3,56
2,88
1,10
1,15
1,10
1,12
ОД)
1,08
1,08
1,24
48
1,00
1,23
1.60
3,96
3,72
3,60
2,90
1,21
1,20
1,23
Предел прочности при растяжении (кг/см*) *
при продолжительности испытания, часы
120
162,5
159,5
98.0
99,0
72,0
167,0
166,8
1,25 | 130,0
0,80
1,21
1,19
1,31
0,76 | 0,94
1,12
1,22
240
146,3
135,2
84,5
98,1
62,0
148,7
146,0
118
— 1 —
—
—
—
—
360
142,1
127,6
77,0
67,0
53,8
13«,0
136,0
112
—
—
_ _
—
—
Предел прочности при растяжении контрольных образцов 179,0 кг/см*.

4. КИСЛОТОУПОРНАЯ ЭМАЛЬ 205
Корпус насоса состоит из двух пришлифованных частей,
которые плотно прижимаются друг к другу специальными
пружинами, укрепленными на затяжных болтах.
В случае возникновения в насосе чрезмерного давления
пружины сжимаются и жидкость начинает выходить в зазор между
частями стеклянного корпуса, удаляясь по особому отводному
каналу.
После снижения давления пружины вновь сжимают обе
половинки корпуса, прекращая дальнейшую утечку жидкости.
Взамен обычного сальника в этом насосе имеется тщательно
пришлифованный стеклянный торцовой сальник. Для
предохранения от утечки перекачиваемой жидкости по втулке рабочее
колесо со стороны этой втулки снабжено специальными
лопастями.
Более широкое применение нашли плитки из стекла для
футеровки химической аппаратуры. В практике советских заводов
имеется опыт футеровки стеклом больших резервуаров и
бетонных емкостей до 200 мъ. Эти резервуары футеровались плитками
(150X200 мм), нарезанными из листового стекла толщиной
2,5—3 мм, на кислотоупорном цементе.
Из стеклянного волокна изготовляют фильтрующую ткань.
В зависимости от назначения и способа производства средний
диаметр стеклянной нити колеблется от 0,006 до 0,001 мм при
неограниченной длине. Сопротивление нитей на растяжение (при
диаметре 0,005 мм), равное 200—300 кг/мм2, уменьшается при
дальнейшем увеличении диаметра нити.
Стеклянная ткань обладает химической устойчивостью в
различных агрессивных средах.
В табл. 28 приведены данные * по химической стойкости
стеклянной ткани в некоторых типичных агрессивных средах.
Стеклянная ткань проверена в эксплоатационных условиях
на ряде химических заводов. Она может быть применена для
фильтрации кристаллических и коллоидных осадков и благодаря
жаростойкости пригодна также для изготовления спецодежды
(рукавицы, фартуки и пр.).
4. Кислотоупорная эмаль
В химической промышленности кислотоупорные эмали
применяются для покрытия стальной и чугунной аппаратуры для
предохранения ее от коррозии.
Эмаль представляет собой стеклообразную массу,
получаемую сплавлением при высокой температуре горных пород с так
называемыми плавнями, служащими для понижения темпера-
* И. Я. К л и н о в и Б. М. К а г а н, Применение стеклянной ткани в
качестве фильтрующего материала, Хим. пром. № 4 (1945).

206 XII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
туры плавления взаимодействующих веществ. В качестве
плавней применяют соду, буру, поташ, фтористые соли и др. Кроме
того, в шихту обычно добавляют и ряд других веществ,
сообщающих эмали требуемые свойства (окраску, сцепление и др.). С
физико-химической точки зрения эмаль является раствором
различных компонентов и представляет собой неравновесную
систему.
Для аппаратов, работающих в различных условиях, требуется
эмаль разных составов и свойств. Этим объясняется
многочисленность марок эмалей, применяемых в промышленности.
В зависимости от назначения различают эмали грунтовые
и покровные.
Грунтовые эмали. Грунтовые эмали служат для
предварительного покрытия (грунтовки) поверхности эмалируемых
изделий. Грунтовка создает наилучшие условия для сцепления
покровной эмали с защищаемой поверхностью. Сцепление должно
быть настолько высоким, чтобы покрывающий слой не мог быть
отделен от металла при химическом или механическом
воздействии.
В случае применения чистых металлов также сцепление
создается без всякой грунтовки за счет имеющейся обычно на
поверхности металла окисной пленки, которая, с одной стороны,
прочно сцеплена с металлом, а с другой, растворяется в
нанесенном слое эмали.
Поверхность чугуна и стали в обычных условиях не
обеспечивает соответствующего сцепления с покрываемой эмалью.
Грунтовая эмаль выполняет эту роль.
Кроме того, грунтовка образует промежуточный эластичный
слой между металлом и покрываемой эмалью. Основное условие,
предъявляемое к эмалированному изделию, — термическая
стойкость нанесенного слоя. Так как линейные коэфициенты
расширения покрываемой поверхности и эмали отличаются друг от
друга, то при резких колебаниях температуры возникают
вредные напряжения, приводящие к появлению трещин на
эмалированной поверхности. Грунтовая эмаль уменьшает механические
и термические напряжения, возникающие между металлом и
покрываемым слоем эмали.
Наконец, грунтовка устраняет вредное влияние примесей
металла на качество эмалированного слоя. При эмалировании,
главным образом, чугуна содержащиеся в нем примеси
(графит, кремний, фосфор и др.) при высокой температуре
начинают реагировать с наносимой стекловидной массой,
изменяют ее химический состав и дают пористую поверхность.
В частности, углерод при взаимодействии с эмалью
восстанавливает входящие в нее окислы и, выделяясь в виде
углекислого газа или окиси углерода, вызывает образование пор.

4. КИСЛОТОУПОРНАЯ ЭМАЛЬ 20?
Кроме того, углерод, являясь восстановителем, служит причиной
образования темных пятен на эмали.
Грунтовая масса, наносимая на поверхность металла до
эмалирования, служит промежуточным слоем, с которым реагируют
примеси, находящиеся в металле.
Химический состав грунтовых эмалей разнообразен и
колеблется в следующих пределах (в %):
Si02 50—65 ' CaF2 2—6
Na,0 10-20 NiO 0,3-1,0
Al2Os • . 6—12 CaO • . 0,2—1,0
B203 5—15 Mn203 0,2—1,0
KaO 4—8
При составлении шихты для грунтовых эмалей в
соответствующих количествах берутся: кварцевый песок, полевой шпат,
плавиковый шпат, сода, бура, криолит, селитра, глина, окись
никеля, окись кобальта, пиролюзит и др.
Покровные эмали. Составы кислотоупорных эмалей в
большинстве случаев определяются по опытным данным, и свойства
эмалированного слоя зависят не только от состава шихты, но и
от тонины помола, способа нанесения, равномерности покрытия,
правильного обжига, подготовки поверхности покрываемых
изделий, состава грунтовой эмали и др.
Химический состав кислотоупорной эмали колеблется в
следующих пределах (в %):
SiO„ >60 К20 до 10
Na20 10—20 А1203 до 5
СаО ........ до 10 B2Os до 5
Некоторые из этих соединений могут быть заменены
фтористыми солями, окисями бария, цинка, магния и др.
Физико-механические свойства большинства кислотоупорных
эмалей, применяемых в химической промышленности:
Предел прочности, кг/сл/2
при растяжении • . . 300—800
при сжатии 6000—12500
Коэфициент линейного расширения . . .100—115-Ю-7
Твердость по Моосу . . . • 5—7
Теплопроводность, ккал\м час град . . 0,85
Удельный вес 2,0—2,5
Добавкой того или иного окисла можно изменить свойства
получаемого покрытия.
Технологический процесс эмалирования. Процесс
эмалирования чугуиа и стали сводится к двум основным операциям:
изготовлению самой эмали и нанесению ее на металлические
поверхности.

208
XII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
После измельчения сырья шихту, составленную в известной
пропорции, плавят в ванной печи при 1250—1300°. При этом
отдельные компоненты реагируют между собой и образуют
вязкую смесь, дающую при остывании стекловидную массу.
Стекловидную массу измельчают и наносят в виде порошка
мокрым или сухим способом на предварительно грунтованную
поверхность покрываемого изделия.
Нанесение покровной эмали производится в такой
последовательности. После пескоструйной очистки аппарата на
металлическую поверхность наносят слой грунтовой эмали и
подвергают аппарат обжигу в пламенной или муфельной печи при
850—900° до спекания нанесенной массы. Затем, если аппарат
чугунный, на грунтовую поверхность наносят напудриванием
тонкий слой измельченной покровной эмали и аппарат подвергают
обжигу при 900°. Таким же путем наносят и дальнейшие слои
эмали до требуемой толщины, чередуя напудривание с обжигом.
Стальные аппараты покрывают мокрым способом: после
обжига грунтового слоя аппарат охлаждают и наносят на него
первый слой эмалевого порошка, взмученного в воде, затем
аппарат подсушивают, после чего его подвергают обжигу при
850—900°. Таким же способом наносят второй слой и т. д.
Области применения эмалированной аппаратуры.
Эмалированная аппаратура нашла чрезвычайно широкое применение в
различных отраслях химической промышленности, в особенности для
процессов хлорирования, нитрации, в производствах
органических, фармацевтических и анилинокрасочных продуктов,
синтетического каучука, в производстве взрывчатых веществ и в
пищевой промышленности.
Эмалированная аппаратура противостоит минеральным и
органическим кислотам различных концентраций при
температурах до 300°.
Для целого ряда химических процессов, при которых металл
влияет на ход реакции, эмаль является незаменимым
конструкционным материалом. Тонкий эмалевый слой отличается большой
механической прочностью и эластичностью. В эксплоатации
эмалированная аппаратура удобна и легко промьшается.
Номенклатура эмалированных аппаратов и деталей весьма
разнообразна. Выпускаются резервуары всевозможных видов и
размеров (емкостью до 50 м3), реакторы различных назначений,
вакуум-аппараты, автоклавы (рабочее давление в автоклавах
промышленного типа достигает в настоящее время 25 ати), де-
стилляционные и ректификационные установки, теплообменные
аппараты, мешалки различных конструкций, трубы, детали их
соединений и запорные механизмы, холодильники, нутч-фильтры
и др.

4. КИСЛОТОУПОРНАЯ ЭМАЛЬ 209
ко-
ци-
На рис. 89 изображена тарельчатая ректификационная
лонна. Она состоит из отдельных чугунных эмалированных
линдров, соединенных между собой на
фланцах. Днище каждого цилиндра,
служащее тарелкой колонны, имеет ряд
отверстий, перекрываемых
фарфоровыми колпачками. Каждая тарелка
снабжена сливной трубой.
Дефлегматор, конденсатор и подогреватель
выполняются большей частью из
отдельных эмалированных труб и
соединительных частей.
На рис. 90 изображено
горизонтальное монтежю, состоящее из двух
эмалированных котлов со сферическими
днищами, соединенных на фланцах. В
боковой поверхности котлов имеются
четыре штуцера. Через один штуцер
опущена трубка, покрытая изнутри и
снаружи кислотоупорной эмалью и
служащая для перекачивания жидкости.
Другой штуцер служит для наполнения
аппарата. Третий штуцер соединяется
с компрессором, а четвертый служит
для прикрепления манометра.
В связи со специфическими особенностями эмали в отношении
прочности сцепления с металлом и ее невысокой термической
стойкостью, при
конструировании
эмалированной
аппаратуры приходится
учитывать ряд
обстоятельств, а именно:
1) наилучшие
результаты получаются при
эмалировании
аппаратов, имеющих
цилиндрическую или
сферическую форму;
2) при выборе
конструкции
необходимо, чтобы все части
аппарата были легко
доступны
эмалированию и осмотру; 3) необходимо избегать наличия большого
количества штуцеров и углублений, так как в этих местах не удается
Рис. 89. Эмалированная
тарельчатая
ректификационная колонна.
Рис. 90. Горизонтальное эмалированное монтежю.
14 Зак. 1142. И. Я. Клинов.

210 XII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
получить абсолютно плотного слоя эмали; 4) толщина стенок
аппарата должна быть одинаковой на всех участках, чтобы
можно было достигнуть одинаковой степени обжига при
эмалировании аппарата; 5) необходимо избегать острых углов и
закруглений с малым радиусом кривизны, так как в этих местах
эмаль держится очень слабо; 6) недопустимы резкие изменения
кривизны поверхности; 7) при давлениях свыше 6 ати
эмалированный вкладыш вставляется в стальной кожух; 8) для процессов,
связанных с резкими перепадами температур и с местными
перегревами, эмалированная аппаратура непригодна.
Ремонт эмалированной аппаратуры. Продолжительность
службы эмалированной аппаратуры колеблется от одного
месяца до нескольких лет (но иногда аппарат выбывает из строя
в течение одной производственной операции). Это зависит,
главным образом, от качества аппарата и эмали, от аккуратности
обращения с аппаратом при перевозке, монтаже, эксплоатации
и от условий производственного процесса,
Практика показывает, что несмотря на то, что эмалированная
аппаратура может быть применена для температур порядка 300°,
наибольшее число повреждений имеет место при более низких
температурах вследствие неправильного нагревания. Появление
трещин в эмали объясняется местными нагревами или
местными охлаждениями, приводящими к возникновению различных
напряжений в соседних участках аппарата. Чаще всего в
аппарате появляются очень тонкие трещины и так называемые
«местные отскоки».
Исправление указанных дефектов возможно двумя путями:
применением вяжущего на основе жидкого стекла или реэмали-
ровкой. Если в аппаратуре приходится работать с весьма
слабыми растворами и при нормальной температуре (без нагрева),
то можно применять кислотоупорные цементы, состав которых
приведен в гл. XIV. В случае же более суровых условий работы
аппарата его нужно демонтировать и отправить для реэмалировки
на эмалировочный завод. При этом нужно иметь в виду, что
более или менее продолжительное пользование аппаратом с
поврежденным эмалевым слоем приводит к сильному разрушению
его стенок и реэмалировка аппарата делается невозможной.
Испытание эмалированной аппаратуры. Основной причиной,
выводящей эмалированную аппаратуру из строя, как было
указано, является возникновение трещин. Пользуясь
неэлектропроводностью эмали, можно обнаружить трещины в эмалевом слое
следующим образом. В аппарат заливают электролит, стенку
аппарата с неэмалированной стороны соединяют с отрицательным
пслюсом, а в раствор погружают угольный электрод, соединенный

4. КИСЛОТОУПОРНАЯ ЭМАЛЬ
2И
с положительным полюсом электрической батареи; в систему
включают гальванометр. В случае наличия трещин стрелка
измерительного прибора будет отклоняться, так как электрическая
цепь замкнется вследствие соприкосновения электролита в местах
трещин с обнаженной поверхностью металла.
Термическая стойкость определяется быстрым погружением
нагретой до 200° эмалированной пластинки в воду комнатной
температуры.
Для определения химической стойкости эмали существует
много способов. Они сводятся к тому, что раствор соляной
кислоты (1 : 1) кипятят в течение определенного времени в
эмалированной чашке; после этого проверяют внешний вид эмали
(степень исчезновения блеска). Контроль эмали на
кислотоупорность проводится также по методу, указанному в гл. X.
Прочность сцепления эмалевого слоя с металлом испыты-
вается путем обстукивания покрытой поверхности деревянным
молотком весом 250 г. При этом не должно иметь места
отскакивание эмали и появление трещин.
ЛИТЕРАТУРА
Глаголев В. П., Кварцевое стекло, Госхимтехиздат, 1934.
Л о к ш и н В. Я-, Эмалированная аппаратура, НКМП, 1936.
Поляков К. А., Неметаллические химически стойкие материалы. Госхим-
издат, 1947.
П о п и л о в Л. Я., Литой диабаз как антикоррозионный материал, Бюллетень
«Коррозия и борьба с ней» № 5—6 (1938).
Энциклопедический справочник машиностроения, т. IV, Машгиз, 1947. \
14*

ГЛАВА Xlll
ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ,
ПОЛУЧАЕМЫЕ ПУТЕМ ОБЖИГА ДО СПЕКАНИЯ
К этой группе материалов относятся химически стойкие и
огнеупорные керамические изделия.
Керамические материалы по признаку строения черепка
делятся на два класса:
1) плотная керамика — класс спекшегося черепка,
охватывающий материалы с плотным камневидным черепком,
обладающим раковистым матовым или глянцевым изломом;
2) пористая керамика — класс, охватывающий
материалы с пористым черепком, обладающим землистым не всегда
однородным изломом.
Оба класса в свою очередь делятся на группы в зависимости
от назначения, исходного сырья, технологии изготовления и
других признаков.
К плотной керамике, нашедшей применение в химической
промышленности, относятся изделия из каменного товара
и фарфора. Отличие фарфора от каменного товара состоит
в том, что первый обладает белым просвечивающим черепком,
а второй — непрозрачным черепком.
К пористой керамике, нашедшей применение в химической
промышленности, относятся огнеупорные изделия для футеровки
аппаратов, работающих при высоких температурах в условиях
воздействия агрессивных сред, и фильтрующие материалы.
1. Керамика с плотным черепком
(плотная керамика)
Физико-механические свойства и химическая стойкость
керамических изделий с плотным черепком зависят от состава и рода
шихты, равномерности размола отдельных составляющих,
гомогенности керамической массы, температуры и длительности
обжига изделий, состава топочных газов и др.
Каждый из этих факторов влияет различно и, в связи с
физико-химическими изменениями, имеющими место при
взаимодействии отдельных компонентов керамической массы, в процессе
обжига получают изделия с различными свойствами.

I. КЕРАМИКА С ПЛОТНЫМ ЧЕРЕПКОМ
213
Химически стойкие керамические изделия с целью увеличения
их непроницаемости для газов и жидкостей покрываются
глазурью.
Сырье для производства. Сырьем для производства
керамических изделий с плотным черепком являются низкоспекающиеся
огнеупорные глины, обладающие тонкозернистым однородным
строением и не содержащие легко растворимых включений,
тугоплавкие глины, каолины (для фарфора), кварцевый песок,
измельченный шамот, полевой шпат и ряд других добавок.
По химическому составу нет резкого различия между
глинами и каолинами. Каолины менее загрязнены примесями,
более крупнозернисты и менее пластичны, чем глины. Они
обладают также большей огнеупорностью, чем глины.
Характерной особенностью глины является пластичность,
обусловливающая возможность формования из глиняного теста
изделий, сохраняющих по высыхании и обжиге приданную им
форму без разрыва и трещин. Пластичность глины зависит,
главным образом, от степени дисперсности частиц, формы частиц
и минералогического состава глины.
Глины являются продуктами выветривания полевых шпатов.
Процесс этот, известный под названием каолинизации, состоит
в совместных физико-химическом и механическом воздействиях
воды, углекислоты на эти породы, а также обусловлен
термическими условиями (колебания температуры).
Процесс каолинизации полевого шпата можно представить
следующим химическим уравнением:
К20 • А1203 • 6Si02 -f 2Н20 + С02 _>
—> К2С034-А1203 • 2Si02 • 2HaO-f-4SiOa
Соединение А1203 • 2Si02 • 2НгО носит название
каолинита. В каолините таким образом содержатся кремнезем,
глинозем и химически связанная вода, находящиеся в
определенном соотношении.
Так как глинозем в присутствии кремнезема обладает
основными свойствами, то глины в зависимости от содержания А1203
делятся на следующие группы:
Содержание Содержание
АЬОз, °!о AljO,, °'o
Высокоосновные .... более 40 Полукнслые . . . 15—30
Основные 30—40 Кислые до 15
Глина в сыром виде не обладает химической стойкостью,
Легко разлагается кислотами и щелочами и только после обжига
при высокой температуре становится химически стойкой, теряет

214 XIII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
свою пластичность и необратимо превращается в камнеподобную
массу.
При обжиге глины протекает ряд сложных
физико-химических явлений; некоторые из них еще недостаточно ясны. В
начале обжига, при 110—120°, из глины удаляются
гигроскопическая вода и органические примеси. При 150° начинает
медленно удаляться химически связанная вода. Скорость этого
процесса резко возрастает при повышении температуры до
500—600°. При этой температуре глина становится пористой,
теряет свою пластичность и вяжущие свойства. При дальнейшем
нагревании глины каолинит, как полагают, превращается в
ангидрид.
При 800—850° начинается экзотермическая реакция, скорость
которой резко увеличивается при 1000°. При этой температуре
увеличивается удельный вес глины, что приводит к усадке глины.
Полагают, что в этих условиях AI2O3 • 2SiC>2 существует в виде
свободных окислов, причем увеличение удельного веса объясняют
полимеризацией молекул. По мере дальнейшего повышения
температуры уменьшается растворимость в кислотах соединения,
образующегося из окислов.
При 1200° имеет место образование тонко кристаллического
вещества А1203 • 2SiC>2, носящего название силиманита.
Образованием силиманита и объясняется химическая стойкость
обожженной глины (природный силиманит обладает высокой
кислотостойкостью).
При дальнейшем нагреве получается соединение, имеющее
состав ЗА1203 • 2Si02 и носящее название муллита, в котором
еще более резко выражены кислотостойкие свойства, чем в сили-
маните.
Примеси песка, имеющиеся в глине, при содержании их в
известных пределах, играют положительную роль, так как кварц
по некоторым данным благоприятствует образованию муллита.
Таким образом содержание глинозема и кремнезема, а также
в первую очередь их соотношение определяют поведение глин при
высоких температурах.
Углекислый кальций, обычно сопутствующий глине, при
800—850° начинает диссоциировать с выделением газообразного
С02, при этом СаО взаимодействует с окислами с образованием
сложной системы СаО • А1203 • Si02. Эта система, обладая более
низкой температурой плавления, чем глина, играет роль флюса.
Окись железа также является сильным плавнем; так, система
2FeO • А1203 • 2Si02 плавится уже при 1140°.
Полевой шпат является уплотняющим материалом и служит,
кроме того, для понижения температуры плавления глины. При
1150° полевой шпат начинает спекаться с глиной, причем
происходит сильное уплотнение последней; норы, образовавшиеся

1. КЕРАМИКА С ПЛОТНЫМ ЧЕРЕПКОМ 215
при потере глиной химически связанной воды, заполняются
расплавившимся полевым шпатом, и в результате получается
керамическая масса, обладающая плотным черепком.
Песок и шамот являются отощающими средствами,
служащими для устранения усадки керамических изделий, имеющей
место в процессе обжига. При обжиге кварц переходит из одной
модификации в другую, причем объем его увеличивается.
Увеличение объема кварца компенсирует уменьшение объема глины,
вследствие чего устраняется усадка.
Глазурь. Глазури, которыми покрывают керамические
изделия с плотным черепком, образуют на поверхности изделия
пленку, которая по своему составу близка к основному
материалу, но более легкоплавка. Пленка образуется при
взаимодействии легкоплавких соединений, входящих в состав глазури,
с керамической массой.
Керамические изделия покрываются так называемыми по-
левошпатнымн землистыми глазурями или соляной глазурью
(NaCl).
В виде примера приводим состав землистой глазури (в %):
Глина 68
Полевой шпат 20
Мел 12
Технология изготовления изделий. Для приготовления
глиняного теста глину размешивают с порошкообразными исходными
материалами до получения однородной пластичной массы,
пригодной для формования. Существуют различные способы
получения глиняной массы.
В большинстве случаев применяется следующий способ.
Подсушенные и измельченные исходные материалы сначала
смешивают в смесителе, а затем замачивают водой, после чего массу
закладывают в глиномялки. Выходящую из глиномялок массу
режут на кирпичи, которые подают на вылеживание. Формовку
изделий производят от руки или на гончарном круге.
Керамические изделия сложных конфигураций часто формуют
посредством отливки в гипсовые формы. Гипс впитывает воду сырой
глиняной массы, и изделие легко отделяется от стенок формы.
После сушки формованного изделия его подвергают обжигу.
В зависимости от состава шихты и рода изделий в каждом
отдельном случае устанавливают специальный режим
термической обработки керамических изделий. Обычно обжиг
производят при 1250—1280°.
При обжиге необходимо соблюдать ряд условий, в частности
следующие: высушенные изделия, помещаемые в печь, должны

216 XIII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
содержать не более 3—4% гигроскопической воды; подъем,
температуры должен производиться достаточно равномерно. Для
предохранения от пыли, летучих и других загрязнений,
имеющихся в топливе, керамические изделия иногда обжигают в
капсюлях или в муфелях.
Из плотной керамики изготовляют (по способу машинного
формования) изделия простой формы — футеровочные плитки,
насадки для башен, кислотоупорные кирпичи. Изделия
сложных типов и конструкций, собственно химическую аппаратуру и
детали аппаратов и машин производят вручную на гончарном
круге, в гипсовых формах и путем отливки.
Свойства плотной керамики. При надлежащем составе
шихты и правильном ведении технологического процесса плотная
керамика обладает чрезвычайно ценными физико-механическими
свойствами. Механическая прочность изделий по некоторым
показателям почти такая же, как и прочность чугуна.
Физико-механические свойства плотной керамики:
Предел прочности kzjcm*
при растяжении 90—100
при сжатии 300—5000
при изгибе - - • 250—400
Водопоглощение, % 0,35
Кислотоупорность, % 97—98
Коэфициент расширения 4,3-Ю-6—4,9-10-е
Модуль упругости, kzjcm- 4000—5000
Теплопроводность, ккал\м час град ■ ■ 0,9—1,05
Удельный вес 2,6
К недостаткам изделий из плотной керамики следует отнести
чувствительность к резким перепадам температуры и хрупкость.
Плотная керамика обладает стойкостью по отношению
к большей части разных химических соединений.
Этот материал стоек во всех минеральных кислотах, разных
концентраций при высоких температурах, за исключением
плавиковой кислоты; фосфорная кислота действует на него
сравнительно слабо. Он стоек к органическим соединениям, в том
числе к кислотам муравьиной, молочной и уксусной, к растворам
солей и газам, но нестоек к горячим щелочам.
Получение хлора, брома, соляной кислоты, хромовой кислоты
и других агрессивных соединений производится в аппаратуре из
плотной керамики.
Применение плотной керамики. Плотная керамика
применяется в качестве самостоятельного конструкционного материала
для ряда аппаратов, деталей и трубопроводов. Б частности,

1. КЕРАМИКА С ПЛОТНЫМ ЧЕРЕПКОМ
217
большое применение нашли керамиковые башни, холодильники,
центробежные насосы различной конструкции, эксгаустеры,
мешалки, краны, туриллы для поглощения хлористоводородного
газа, монтежю для перекачки кислот, мельницы, фильтры,
кристаллизаторы, змеевики и др.
При эксплоатации керамиковой аппаратуры, в особенности
тепловой, необходимо соблюдать ряд предосторожностей в связи
с чувствительностью материала к резким перепадам
температуры. Нагрев голым огнем не рекомендуется. При паровом обо-
Рис. 91. Кислотоупорная футеровка котла четырехосной кислотной
железнодорожной цистерны.
греве керамиковую аппаратуру можно применять для
температур до 120°, насадки (керамиковые кольца и др.) до 400°.
Плотная керамика широко применяется для футеровки
аппаратов, изготовленных из металла или бетона. Для этой цели
употребляются кислотоупорный кирпич, керамические и
метлахские плитки.
Керамические плитки изготовляют путем формования мокрым
способом. Керамические плитки (ГОСТ 941—41) класса К
применяются для футеровки аппаратов, работающих без резких
смен температуры, класса ТК—для эксплоатации при высоких
температурах и резких ее сменах.
На рис. 91 изображен котел четырехосной железнодорожной
цистерны для перевозки минеральных кислот вместимостью 50 т;
котел футерован плитками.
В этом случае футеровка должна была надежно работать при
переменных механических напряжениях, возникающих в футе-
ровочном слое вследствие толчков па стыках рельсов, от
гидравлических ударов жидкости и деформации стенок корпуса
"ч<

218 ХШ. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
100
I
1«
I
32
SO
цистерны. Задача получения такой непроницаемой, механически
прочной футеровки, при минимальной толщине ее была решена
путем применения специальных фасонных плит, соединяющихся
между собой в шпунт. При
соединении плит в шпунт выступы
одной плиты входят в пазы другой;
благодаря этому затрудняется
доступ агрессивной жидкости
через шов футеровки к
металлической стенке цистерны.
Метлахские плитки
изготовляют по методу сухого
прессования. По существующим
техническим условиям (ОСТ 10556—40)
они должны обладать высокой
сопротивляемостью к истиранию
и их водопоглощаемость не
должна превышать 2—4%. Помимо
этих свойств метлахские плитки,
применяемые для футеровки
аппаратов, должны обладать кислотоупорностью в пределах
97—98%, а при испытании на термическую устойчивость они
должны выдерживать 6—10 теплосмен при перепаде температур
с 600 до 15°. Требования к кислотоупорности и термической
устойчивости определяются условиями работы плиток.
В табл. 29 приведены данные по химической стойкости
метлахских плиток по отношению к некоторым минеральным кислотам.
2 4 S 8 10
вадапоглощвние. %
12
Рж. 92. Зависимость
кислотоупорности метлахских плиток от водо-
поглощения.
Таблица 29
Химическая стойкость метлахских плиток
Среда
Серная кислота, 25°,0
Сернистая кислота,
4,0-4,5%
Соляная кислота, 28%
Температура
°с
70
15
130
100
Потеря веса (
5 суток
0,04
0,99
,'о) при д-штельности испытания
15 суток
0,50
0,14
0,20
o,sc
30 суток
0,44
0,40
Чем больше водопоглощение метлахских плиток, тем меньше
их кислотоупорность.
Зависимость кислотоупорности плиток от водопоглощения
графически показана на рис, 92.

2. КЕРАМИКА С ПОРИСТЫМ ЧЕРЕПКОМ 219
Фарфор. Фарфор характеризуется белым, просвечивающим
черепком, не пропускающим жидкости и газы. Различают два
вида фарфора: твердый фарфор, получаемый при температуре
обжига 1300—1450°, и мягкий фарфор, получаемый при
температуре обжига 1250—1300°. В химической промышленности
применяют аппараты и детали из твердого фарфора. Типичный
твердый фарфор содержит 40^55% глинистого вещества, 20—30%
кварца и 20—30% полевого итата.
Состав его примерно следующий (в %):
SiO« 65-66 Рс203 0,3-0,4
А1303 20-23 ТЮ. 0,3-0,4
K50 + Na20 . .4,0—4,5 MgO ..... 0,15—0,12
CaO 0,3—0,4
Фарфор нашел широкое распространение в химической
промышленности, главным образом, для тех процессов, которые
требуют особой чистоты продукта (химико-фармацевтические
препараты, химически чистые реактивы и т. п.) и протекают
в небольших производственных аппаратах.
Максимальный объем фарфоровых аппаратов не превышает
500 л.
Фарфоровые аппараты изготовляются самых разнообразных
типов: чаши, тигли, барабаны, центрифуги, фильтры, мешалки,
мельницы и др. В последнее время выпускаются и насосы из
фарфора.
2. Керамика с пористым черепком
(пористая керамика)
К пористой керамике, применяемой в химической
промышленности, как указывалось выше, относятся огнеупорные
изделия.
Огнеупорными называются такие керамические
изделия, которые способны выдерживать высокую температуру,
не деформироваться при определенной нагрузке, сохранять
постоянство объема и не подвергаться разрушению при резких
сменах температуры. Огнеупоры, применяемые в химической
промышленности, должны быть стойкими по отношению к
агрессивным средам.
В зависимости от сопротивляемости высоким температурам
огнеупорные изделия разделяются на два класса: огнеупорные,
обладающие огнеупорностью от 1580 до 1770°, и
высокоогнеупорные, обладающие огнеупорностью выше 1770°.
В зависимости от химико-минералогического состава и
технологии производства различают несколько групп огнеупорных
изделий, среди которых наиболее известны: 1) динасовые (кислые);
2) полукислые; 3) шамотные; 4) основные тальковые и талько-
магнезитовые; 5) углеродистые.

220 XIII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для реакций, протекающих в щелочной среде, как правило,
применяются основные огнеупоры и, наоборот, для кислых
процессов — кислые. Однако необходимо иметь в виду, что
встречаются и исключения из этого правила, так как при действии
химических агентов могут образоваться продукты взаимодействия,
служащие защитой от коррозии (действие кислых шлаков на
.магнезитовую футеровку).
Имеются также и нейтральные огнеупоры, которые
устойчивы к действию кислот и оснований.
Динасовые изделия. Динас может найти применение для всех
химических процессов, протекающих в кислой среде. Динасовые
изделия изготовляют из размо-
W
» во
I
«5.
I
!
60
40
20
-го
V/
л
Л
2
е<А
v
1
лотых кварцитов на
известковой, известковой с добавками
окислов железа, глиноземистой,
кремнеземистой связке.
Динасовые огнеупоры
характеризуются следующими
свойствами:
Содержание Si02, % • • • 90—97
Начало деформации под
нагрузкой 2 кг\см\ °С . 1500-1690
Огнеупорность, °С . . . . 1670—1730
Пористость, % 20—25
Предел прочности при
сжатии, кг\см1 100-300
0 200 400 600 в№
1 ем пиратуро. °С
Ю00
Рис. 93. Зависимость коэфициснта
расширения динаса от температуры:
/—кристобалит; 2—кварц; 3—тридимиг.
При высоких температурах
динас устойчив по отношению
к минеральным кислотам,
кроме плавиковой и фосфорной,
а также к кислым шлакам.
Основные шлаки, а также
окислы металлов взаимодействуют с динасом, образуя
легкоплавкие силикатЫ|.
Основным недостатком динаса является низкая термическая
стойкость при температурах ниже 600°, обусловленная большим
изменением объема за счет перехода Si02 из одной модификации
в другую. При температуре выше 600° динас является одним из
наиболее термостойких огнеупорных материалов.
На рис. 93 представлена диаграмма зависимости коэфициента
расширения динаса от температуры.
При изготовлении динасового огнеупора процесс обжига
необходимо вести при таком режиме, чтобы весь кварц перешел
в кристобалит, или, по крайней мере, в тридимит. Если это

2. КЕРАМИКА С ПОРИСТЫМ ЧЕРЕПКОМ 221
превращение не будет завершено в процессе обжима, то триди-
митизация, протекающая с увеличением объема, будет
происходить в эксплоатационных условиях и приведет к деформации и
разрушению обмуровки. Кроме того, образование тридимита
сопровождается образованием кристаллических сростков,
обладающих высокой механической прочностью.
Избежать полностью изменений в объеме динасового огне-
упора даже при медленном нагревании невозможно, так как
процесс перехода (?-кварц'а в а-кварц, как только температура
достигнет 575°, происходит очень быстро, однако при постепенном
<^ 1400
ti' 1200
% W00
| 800
| 600
I 400
^ 200
1
/ч
75
Э
._
JuS0°
Л
._.
1
1
4 7'
о
300й
'—< '
70'
О
10 12 14
Время, сутки
W 18 20 22
Рис. 94. Кривая обжига и остывания дииаса.
обжиге динаса размеры трещин не выходят за пределы
микроскопической величины.
На рис. 94 представлена кривая обжига и остывания динаса,
на которой видны температурные остановки, отвечающие
процессам взаимного перехода модификаций кварца. При температурах,
отвечающих этим остановкам, нагрев и охлаждение нужно вести
возможно медленно.
Полукислые огнеупоры. Полукислые изделия содержат больше
65% Si02 и меньше 30% А1203. Они изготовляются из огнеупорных
глин с добавкой молотого кварцита или кварцевого песка.
Характерной особенностью полукислых огнеупоров является
постоянство объема при высоких температурах, а также высокая
огнеупорность (1610—1750°).
Полукислые изделия нашли применение, главным образом,
для футеровки коксовых печей.
Шамотные изделия. Шамотные изделия содержат от 30 до
46% АЬОз. Они изготовляются из смеси сырой огнеупорной и
обожженной глины. Пористость шамотных изделий составляет
,8—35% и зависит от природы исходных материалов, их
соотношения и технологии производства. Огнеупорность 1580—1730°.
Начало деформации 1150—1450°.

222
XIII. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Химическая стойкость шамотных изделий тем выше, чем
меньше их пористость.
Шамотные изделия обладают постоянством объема. Высокая
термическая стойкость (100 теплосмен и выше) особенно
характерна для изделий, изготовляемых из смеси, содержащей 5—15%
сырой и 95—85% обожженной глины.
Шамотные изделия нашли большое распространение в
химической промышленности; они, в частности, применяются для
футеровки печей для обжига колчедана.
Изготовление высококачественного шамота сводится по
существу к получению химического соединения — муллита
(3Al203-2Si02), стойкого при высоких температурах. Однако
получать высокоогнеупорный шамот из одной глины нельзя, так
как глина начинает размягчаться при 1545°, и в этом случае
температура выше 1500° для шамотных изделий является опасной
(при этой температуре они деформируются под нагрузкой).
Поэтому шамотные изделия с особо огнеупорными свойствами
изготовляют из высокоглиноземистых веществ (бокситы, кианиты
и др.). Содержание Л120з в них- выше 46%; они обладают
высокой сопротивляемостью деформации, высокой химической
устойчивостью и термической стойкостью. С увеличением содержания
Л1203 в огнеупорах улучшаются все их показатели.
Так, например, высокоглиноземистые огнеупоры,
изготовляемые из бокситов и 30% сырой глины, обладают такими
свойствами:
Начало деформации под нагрузкой 2 к?\слА°С 1600—1750
Огнеупорность, °С > 1800—1950
Пористость, "/о 20—35
Предел прочности при сжатии, кг\слА .... 500—1500
Высокоглиноземистые огнеупоры нашли применение для
футеровки зоны обжига во вращающихся печах для кальцинации
извести, доломита и др.
Основные тальковые, талькомагнезитовые и магнезиальные
изделия. Материалы этой группы изготовляют из чистого талька,
из талька с добавкой «намертво» обожженного магнезита, из
плавленого магнезита, из «намертво» обожженного доломита, из
хромистого железняка с добавкой магнезита.
Эти огнеупоры применяются в качестве футеровочного
материала для процессов, протекающих в щелочной среде. .
Огнеупорность талька около 1500°, с повышением содержания
MgO — огнеупорность достигает 1910°; температура деформации
материала, имеющего состав 2MgO • Si02, составляет 1550—1700°.
Тальковые изделия применяются для футеровки вращающихся
цементных печей.

2. КЕРАМИКА С ПОРИСТЫМ ЧЕРЕПКОМ
223
Чисто магнезитовые огнеупоры обладают высокой
огнеупорностью (выше 2000°), хорошо противостоят действию
расплавленных металлов, основных шлаков и оснований. Недостатком
магнезита является его низкая термическая стойкость и склонность
к растрескиванию вследствие Перехода при высокой температуре
одной модификации окиси магния в другую.
Магнезитовые огнеупоры нашли применение, главным образом,
в металлургической промышленности.
Магнезитовые огнеупоры, обожженные с добавкой 30%
хромита, обладают высокой термической стойкостью (свыше
40 теплосмен). Чисто хромитовые огнеупоры химически
нейтральны, обладают высокой огнеупорностью (до 1950°),
постоянством объема.
Хромитовые огнеупоры начинают деформироваться при
сравнительно низких температурах.
Доломитовые огнеупоры имеют ярко выраженный основной
характер — стойки к едким щелочам. Огнеупорность доломитовых
изделий 1800—1950°; термическая стойкость выше, чем у
магнезитовых изделий. При хранении на воздухе доломитовые
огнеупоры разрушаются вследствие поглощения влаги.
Углеродистые огнеупоры. Углеродистые изделия изготовляют
из карборунда, малозольных графита, кокса и других
углеродистых материалов, на связке из огнеупорной глины, жидкого
стекла, известкового молока, органических веществ, смолы и г. п.
Карборундовые огнеупоры обладают высокой
теплопроводностью, высокой термической устойчивостью и стойкостью по
отношению к кислым шлакам, в частности к расплавленному
кремнезему. ЩелОчи и расплавленные металлы легко их
разрушают.
Помимо высокой огнеупорности огнеупоры из графита и кокса
обладают высокой теплопроводностью и большим постоянством
размеров.
Углеродистые огнеупоры нашли применение в доменном
производстве, для выплавки ферросплавов, алюминия, сурьмы,
свинца и др. В химической промышленности коксовые изделия
применяются для футеровки электропечей в производстве
карбида кальция.*
Основные свойства графитовых и коксовых огнеупоров:
Начало деформации под нагрузкой iKtfcM1, °С 1800
Огнеупорность, °С выше 2000
Пористость, % 20—30
Предел прочности при сжатии, кг\см"' .... 200—300
В исключительных случаях, когда требуется особо высокая
огнеупорность, применяются специальные огнеупоры на основе

224 ХШ. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
окислов кальция, бария, бериллия, карбидов вольфрама,
циркония, титана и их смесей, нитридов тантала, титана и др. "Так,
огнеупоры, изготовленные на основе смеси карбидов тантала и
циркония, имеют огнеупорность около 4000°.
Фильтрующие изделия. К керамическим изделиям с пористым
черепком относятся также фильтрующие изделия, которые
изготовляют из глиняной массы или из других минералов в виде плит.
Формование изделий производят отливкой.
Пористость этих изделий обусловлена степенью измельчения
исходных материалов и добавкой к основной массе древесного
угля, коксового порошка или других органических веществ,
выгорающих в процессе обжига.
Фильтрующие плитки выпускаются различных марок. Они
отличаются по степени пористости и в зависимости от рода
применяемого сырья могут обладать кислотостойкими свойствами
или щелочеупорностью.
ЛИТЕРАТУРА
Б л ю м е н 'Л. М., Прикладная физико-химня силикатов, Госхимиздат, 1937.
Б у д н и к о в П. П., Керамическая технология, Укртехиздат, 1937.
К л и н о в И. Я. и Сычев Д. И., О поведении силикатных замазок в
некоторых агрессивных средах, Бюллетень «Коррозия и борьба с ней» № 5—6
(1938).
Мишулович Л. Я., Химическая устойчивость метлахских плиток, ЖХП
№ 15—16 (1941).
Перевалов В. И., Технология огнеупоров, Металлургиздат, 1944.

ГЛАВА XIV
ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ,
ПОЛУЧАЕМЫЕ БЕЗ ОБЖИГА КОНЕЧНОГО ПРОДУКТА
К материалам, получаемым без обжига конечного продукта,
относятся:
1. Кислотоупорные и щелочестойкие вяжущие вещества,
нашедшие применение в химической промышленности для
уплотнения швов и создания герметичности в конструкции при
изготовлении сооружений из горных пород, при футеровке аппаратов
кислотоупорным кирпичом, керамическими и другими плитками.
Для указанных целей в большинстве случаев в условиях
воздействия кислых сред применяются силикатные кислотоупорные
цементы; меньшее распространение нашли другие, вяжущие
вещества — серный цемент, глето-глицериновые цементы. Для
щелочных сред применяется портланд-цемент.
2. Кислотоупорный бетон, являющийся, самостоятельным
конструкционным материалом, из которого можно строить
сооружения больших размеров: башни, резервуары, кристаллизаторы и др.
Кислотоупорный бетон применяется также для изготовления
полов и фундаментов на химических заводах.
1. Силикатные кислотоупорные цементы
Кислотоупорные цементы изготовляют из трех основных
компонентов: 1) связующего вещества; 2) наполнителя и 3)
ускорителя схватывания и твердения.
Кислотоупорные цементы, как правило, постепенно переходят
из тестообразного состояния в плотное камнеобразнае состояние,
приобретая с течением времени все возрастающую механическую
прочность.
Связующее вещество. В качестве связующего вещества
применяется растворимое стекло в виде водного раствора,
называемого обычно жидким стеклом.
Жидкое стекло представляет собой густую
сиропообразную жидкость, состоящую из смеси различных щелочных
силикатов переменного состава. Формула жидкого стекла может быть
написана только в общем виде: R2O • «Si02 -+- /яН20 (под R20
подразумевают Na20 или К20). Чаще всего применяется
натриевое жидкое стекло. Модуль жидкого стекла — отношение числа
15 Зак. 1142. И. Я. Клинов.

226 XIV. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
молекул SiC>2 к числу молекул, R2O — в технических сортах
жидкого стекла не превышает 3,5.
До последнего времени было принято считать, что чем больше
модуль жидкого стекла, тем выше кислотостойкость цемента.
Однако опубликованные в советской печати в 1949 г. данные
опровергают это положение *.
Для изготовления силикатных цементов обычно применяется
жидкое стекло уд. веса 1,36 с модулем 2,7—2,8.
Наполнитель. Наполнителем' служат измельченные, богатые
кремнеземом горные породы (андезит, бештаунит, гранит, мар-
шалит, кварцевый п)есок) или искусственные силикатные
материалы (плавленый диабаз, базальт, фарфор и др.).
Силикатные кислотоупорные цементы обозначаются по роду
наполнителя — андезитовый цемент, диабазовый и т. п.
Основными требованиями, предъявляемыми к наполнителям,
являются высокая кислотоупорность и соответствующая тонина
помола. В зависимости от рода наполнителя и степени его
измельчения для приготовления цемента берут разные количества
жидкого стекла различной плотности.
Ускоритель схватывания и твердения. В качестве ускорителя
схватывания и твердения применяют кремнефтористый натрий.
Кремнефтористый натрий представляет собой кристаллический
порошок белого цвета с содержанием Na2SiF6, равным 93—95%;
примесями являются фтористый натрий, свободные плавиковая и
крем нефтористая кислоты, кремнезем и вода.
В зависимости от количества кремнефтористого натрия,
взятого для приготовления цемента, получают цемент с различными
свойствами, а процессы схватывания и твердения протекают
с различной скоростью.
Процесс изготовления цементов состоит в замешивании смеси
наполнителя и кремнефтористого натрия с раствором жидкого
стекла до получения тестообразной массы. Изменяя
количественные соотношения взятых компонентов, а также степень
измельчения наполнителя, модуль и концентрацию жидкого стекла, можно
получить цементы с различными физико-механическими и
кислотостойкими свойствами. В качестве примера приводим количества
исходных материалов, требуемые для изготовления андезитового
цемента:
Измельченный наполнитель, кг 100
Кремнефтористый натрий, кг . ; • . • 4—5
Раствор жидкого стекла (уд. веса 1,36 с модулем 2,8), кг 26—28
*К. А. Поляков и Б. М. Каган, Зависимость свойств
кислотоупорных цементов от модуля и концентрации жидкого стекла, Хим. пром.
№ 2 (1949).

1. СИЛИКАТНЫЕ КИСЛОТОУПОРНЫЕ ЦЕМЕНТЫ 227
Процессы схватывания и твердения. Процессы взаимодействия
компонентов, образующих цемент, протекающие при схватывании
и твердении, в настоящее время еще недостаточно ясны. Принято
считать, что наполнитель при обычных условиях не реагирует
с жидким стеклом и последнее только обволакивает его. Роль-
жидкого стекла сводится к выделению геля кремневой кислоты
Si(OH)4, который, обладая вяжущими свойствами, цементирует
отдельные частицы наполнителя и в дальнейшем превращает
полученное тесто в плотное отвердевшее тело.
Благодаря гидролитическому расщеплению растворы жидкого
стекла очень легко подвергаются разложению с выделением геля.
Почти все кислоты, различные соли (СаСЬ, NH4C1 и др.),
органические вещества (фенол, формальдегид и др.) разлагают жидкое
стекло.
Даже при действии углекислоты воздуха на жидкое стекло
выпадает осадок Si(OH)4. Этот осадок постепенно
обезвоживается, и процесс превращения его в твердое состояние может
длиться месяцами. Процесс может быть представлен в
следующем виде:
Na2Si03-{-C02-f 2Н20 —> Na2C08 + Si(OH)t
Si(OH)4 —> SiOa-f-2H20
Медленное затвердевание наблюдается и в случае применения
жидкого стекла," замешанного с наполнителем. При этом имеет
место твердение Si(OH)4 только с поверхности замешанной массы,
а внутренняя часть последней вследствие трудности
проникновения С02 остается мягкой.
Для того чтобы ускорить переход геля кремневой кислоты
в твердое состояние, в массу вводят кремнефтористый натрий
Na2SiF6, который сокращает длительность процесса схватывания
цемента до нескольких часов и, кроме того, способствует
выделению Si (ОН) 4 во всей массе.
Процессы схватывания и твердения цементов объясняются
взаимодействием кремнефтористого натрия с жидким стеклом. Химизм реакций,
протекающих в замешанной массе, состоящей из силиката натрия, наполнителя и
ускорителя, предположительно следующий:
1) Силикат натрия подвергается гидролизу:
2Na20 • nSi02 + 2(2я + 1)Н20 —>• 4NaOH + 2n Si(OH)4 .
2) Кремнефтористый натрий также подвергается гидролизу:
Na2SiFe + 4Н20 —* 2NaF + 4HF + Si(OH)*
3) В результате взаимодействия двух продуктов гидролиза (NaOH и HF)
образуется фтористый иатряй:
4NaOH -f 4HF —> 4NaF + 4Н;0
15»

2'28 XIV. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Суммируя все эти реакции, получим:
2Na20-nSi02+Na2SiF6+2(2«+l)H,,0 —> 6NaF + (2и+ l)Si(OH)4
Твердение происходит в начальный период только на наружной
поверхности массы, на которой образуется твердая пленка. По мере высыхания массы
и перехода Si(OH)4 в SiC>2 эта пленка постепенно утолщается.
При взаимодействии Na2Si03 и Na2SiF6 не все количество
жидкого стекла, входящее в состав цемента, разлагается кремне-
фтористым натрием, так как согласно принятой рецептуре Na2Si03
берется в избытке по отношению к Na2SiF6.
Избыточное количество силиката натрия может разложиться
только при обработке цемента какой-либо кислотой, давая гель
кремневой кислоты:
2HR + Na2Si08 -f H20 —> 2NaR -f- Si(OH)4
Указанное явление может иметь место уже в условиях экспло-
атации футерованных аппаратов. Обычно аппарат, футерованный
плитками на силикатном цементе, предварительно, до пуска
в эксплоатацию, обрабатывают какой-либо минеральной
кислотой — «кислуют».
Кремнефтористый натрий не только ускоряет процесс
твердения цемента, но и повышает его водоустойчивость вследствие
нейтрализации свободной щелочи, которая может растворять
кремнезем. При недостатке кремнефтористого натрия свойства
цемента ухудшаются: водоустойчивость уменьшается,
механическая прочность падает, кроме того процесс твердения значительно
замедляется.
Избыток кремнефтористого натрия в основном сказывается на
увеличении проницаемости к минеральным кислотам.
Минеральная кислота, взаимодействуя с выделившимся фтористым
натрием, образует плавиковую кислоту:
2NaF + H2S04 —> 2HF + Na2S04
Последняя, в свою очередь, действует на кремнезем цемента
и переводит его в летучий четырехфтористый кремний:
Si02 + 4HF —> SiF4 f + 2H20
выделение которого из цемента обусловливает повышенную
проницаемость.
Избыток жидкого стекла нежелателен, так как в тесто
одновременно вводится лишняя вода, которая, удаляясь при его
твердении, вызывает усадку и увеличивает пористость цемента.
Свойства силикатных цементов. Цементы, изготовленные на
основе жидкого стекла, обладают химической стойкостью по
отношению, главным образом, к концентрированным, минеральным
.кислотам (кроме плавиковой и фосфорной). Причину сравни-

t. СИЛИКАТНЫЕ КИСЛОТОУПОРНЫЕ ЦЕМЕНТЫ
229
тельно малой стойкости этих цементов по отношению к
разбавленным минеральным и органическим кислотам следует искать
в характере протекания реакции между указанными
агрессивными агентами и силикатом натрия.
Жидкое стекло, будучи подвергнуто воздействию
концентрированной кислоты, энергично разлагается и цемент быстро
уплотняется за счет обезво-
ж5
^i
О Iff 2ff 30 4ff ffff SO 70 8ff -
Содержание СН3СООН, "/овес.
Рис. 95. Зависимость прочности цемента от
концентрации действующей на него уксусной
кислоты.
живания Si(OH)4. Вы
деление геля
кремневой кислоты при
воздействии
разбавленных кислот
происходит очень медленно,
цемент оказывается
проницаемым для кислоты
и гель ею вымывается.
Мало
диссоциированные кислоты
особенно слабо разлагают
Si(OH)4. Поэтому,
например, с повышением
концентрации растворов уксусной кислоты, действующей на
цемент, его механическая прочность уменьшается {рис. 95).
Сопротивляемость силикатных цементов в воде совсем низка.
В едких щелочах силикатные цементы разрушаются.
Прочность цементов с течением времени в большинстве
случаев увеличивается вследствие длительности процесса
окончательного отверждения Si(OH)4.
В табл. 30 приведены данные о возрастании механической
прочности цемента, изготовленного на бештаунитовом наполни-
Таблица 30
Изменение прочности бештауннтового цемента после
длительного воздействия минеральных кислот
Среда
Длительность воздействия кислот
2 месяца
предел
прочности
при
растяжении
кг/см-
предел
прочности
прн сжатии
кг/см-
Азотная кислота
вес 1,4)
Нитроза
Серная кислота . .
Фосфорная кислота
(уд-
30,4
60
59
44
349
784
350
625
6 месяцев
предел
прочности
при
растяжении
кг/см2
предел
прочности
при сжатии
kzjcm-
49
97
76
42
467
673
359
689

230
XIV. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
теле и подвергнутого длительному воздействию различных
минеральных кислот.
Свойства этого цемента до воздействия кислот:
Предел прочности, kzjcm*
при растяжении 35
при сжатии 270
Прочность сцепления, кг-см*
с керамикой 20—25
со сталью 20—30
Температура плавления, °С 1000—1250
Удельный вес • 2,5-2,6
Испытание силикатных цементов. При испытании силикатных
цементов определяют кислотонепроницаемость, изменение
механических свойств, скорость
схватывания и сцепление. Кислотостойкость
обычно не определяют, так, как этот
показатель в отношении цементов
нехарактерен (изменение веса связано с
твердением, которое длится долго);
достаточно знать только
кислотостойкость,наполнителя.
Для определения механической
прочности изготовляют образцы цементов
в виде восьмерок и испытывают их
на разрыв на приборе Михаэлиса (см.
рис. 77) после того, как они
определенное время находились в агрессивной
среде. Для сравнения испытывают после
30-дневного воздушного хранения
цементы, не подвергшиеся воздействию
агрессивной среды.
Кислотонепроницаемость определяют
по методу, описанному в гл. X.
Схватывание определяют на приборе,
изображенном на рис. 96. Прибор состоит из
цилиндрического металлического стержня /,
свободно перемещающегося в
вертикальном направлении в обойме станины 2
вдоль шкалы 3, разделенной на
миллиметры и укрепленной на станине.
К стержню прикреплен указатель 4 для
отсчета положений стержня по шкале. В нижней части стержня
имеется игла 5 диаметром 1,13 мм.
Скорость схватывания определяют следующим образом.
Заготовленным тестом нормальной густоты заполняют кольцо 6
прибора, которое подставляют под иглу. Опуская стержень,
доводят иглу до соприкосновения с поверхностью теста и дают ей
Рис. 96. Прибор для
определения схватывания
цементов по
проникновению иглы:
1—стержень; 2—станина;
3—шкала; 4—указатель;
5—игла; 6—кольцо.

V
3. ЦЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ СЕРЫ 231
погружаться в тесто, наблюдая каждые 5 мин. по шкале, на
сколько делений игла не дойдет до дна. Промежуток времени от
начала затворения теста до того момента, когда игла не будет
доходить до дна на 0,5 мм, принимается за начало схватывания.-
Промежуток времени от начала затворения до того момента, когда ...
игла будет входить в тесто не более, как на 1 мм, принимается
за конец схватывания.
Сцепление цементов с футеровочными плитками и с основным
материалом аппарата определяют на приборе Михаэлиса путем
испытания на разрыв «восьмерок», изготовленных из цементов
вместе с помещенными в них пластинками футеровочных
материалов.
2. Глето-глицериновые цементы
Глето-глицериновые цементы изготовляют из глета и
глицерина; в них может содержаться до 15% воды. При
взаимодействии глета с глицерином образуются глицераты.
Хорошим сцеплением с металлом, керамикой, стеклом и др.,
хорошей непроницаемостью и высокой механической прочностью
обладает цемент при отношении глета к глицерину, равном 4,5: 1.
Особенностью глето-глицериновых цементов являются их
водоустойчивость и сопротивляемость разбавленным минеральным
кислотам. Глето-глицериновые цементы схватываются довольно
быстро (30—40 мин.) и твердеют через несколько часов. Этот
цемент противостоит также нагреву до 300°. Поэтому он пригоден
для уплотнения стыков водопроводных и паропроводных труб.
По мере уменьшения количества глицерина механическая
прочность цементов повышается и достигает оптимальной
величины при отношении глета к глицерину, равном 6:1.
Для удешевления стоимости глето-глицериновых цементов
к,глету добавляют минеральные наполнители, богатые
кремнеземом (андезит, кварцевый песок и др.), в количестве 30—50%
от веса глета.
Глето-глицериновые цементы хорошо себя зарекомендовали
в сульфитцеллюлозном производстве в условиях воздействия
сернистой кислоты,,при давлении 5—6 ати и температуре 130—140°.
На практике применяются цементы на основе глета с льняным
маслом вместо глицерина. Такие цементы по некоторым данным
пригодны и для сильно агрессивных сред, в том числе и для
растворов азотной кислоты концентрацией до 60%.
3. Цементы на основе серы
Цементы на основе серы изготовляют из расплавленной серы
в комбинации с наполнителем и пластификатором.
Сера — вещество весьма инертное, с трудом
взаимодействующее с большинством химических соединений. Она обладает устой-

232 XIV. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
чивостью в воде, в растворах солей, в разбавленных щелочах и
в кислотах, не являющихся окислителями. Концентрированные
щелочи и окислители ее разрушают.
Процесс изготовления серных цементов сводится к
расплавлению серы и смешению ее с наполнителем и пластификатором.
Температура варки 150—160°. При охлаждении до 130°
приготовленная композиция застывает. Для удобства ее разливают
в мелкие формы. Перед употреблением цемент расплавляют при
160° и наносят его на изделие в горячем виде; по охлаждении он
быстро затвердевает.
Имеются различные составы цементов на основе серы.
Наиболее часто применяется цемент следующего состава: 58,8%
серы, 40% наполнителя (Si02) и 1,2% пластификатора (тиокол).
Сцепление указанного цемента сравнительно хорошее с
керамикой, деревом и резиной (13—14 кг/см2); со сталью, сцепление
равно 4 кг/см2.
Цемент на основе серы применяется как связующее при
футеровке химической аппаратуры. Применение этих цементов
допустимо для температур не выше 100°.
4. Портланд-цементы
Портланд-цемент применяется на химических заводах в
качестве строительного материала, служащего для изготовления
стен, фундаментов, полов и т. п. Портланд-цемент относится
к группе гидравлических вяжущих веществ, обладающих
свойством схватываться с водой и отвердевать.
В зависимости от прочности предусматривается 6 марок
портланд-цемента: 200, 250, 300, 400, 500 и 600, которые
характеризуются данными, приведенными в табл. 31.
Таблица 31
Механическая прочность различных марок портланд-цемента
Марка
цемента
200
250
300
400
500
§00
Время после затвореняя, сутки
3
7
28
Предел прочности при растяжении, кг/см' |
—
—
16
20
22
12
12
15
19
23
27
16
16
20
23
27
32
Врсия после затвореняя, сутки
3
7 J 28
Предел прочности при сжатии, кг/см?
—
—
190
260
320
120
160
200
280
380
450
200
250
300
400
500
6QQ

4. ПОРТЛАНД-ЦЕМБНТЫ
233
Основными составляющими портланд-цемента являются
силикаты алюминия и кальция.
Портланд-цемент представляет собой тонко измолотый
порошок, получаемый в процессе обжига смеси, которая составляется
в определенных соотношениях из глины и известняка или
некоторых природных глинистых известняков.
Подготовку сырья производят сухим или мокрым способом,
путем дробления и измельчения исходных материалов на дро-
бильно-размольных установках и тщательного смешивания
продуктов тонкого размола в определенной пропорции.
Обжиг сырья производят в шахтных или вращающихся печах
при температуре около 1450°. В результате обжига
получается продукт, носящий название клинкера и состоящий из
ряда сложных соединений (силикаты кальция, алюминия,
железа и др.). Таким образом, полученный клинкер не является
однородным телом и не представляет собой определенного
химического соединения, а состоит из нескольких кристаллических
минералов и аморфной стеклообразной массы, богатой
глиноземом.
Образование тех или иных минералов в цементе зависит от
состава сырья, температуры обжига, длительности процесса
спекания и других факторов. Принято считать, что продукт обжига
не содержит свободной негашеной извести и состоит в основном
из трех соединений: 2СаО • Fe203; ЗСаО • Si02; ЗСаО • А120з.
Среди этих соединений наибольшее значение имеет трехкаль-
циевый силикат ЗСаО • Si02, так как ему приписывают вяжущие
свойства.
Химические процессы, протекающие при схватывании и
твердении цементов, в настоящее ( время еще недостаточно
освещены.
Нормальный химический состав портланд-цемента колеблется
в следующих пределах (в %):
СаО 64—67 Fe2Os 2—4
SiOs 21—24 MgO и SOj ....... . 2—3
' Alj03 . . - 4—7
Наряду с содержанием отдельных окислов характерны
также отношения между ними. Эти отношения называют м о-
дулями.
Наиболее характерным является основной модуль,
выражающий отношение весового процента окиси кальция, содержащейся
в цементе, к сумме весовых процентов кремнекислоты,
глинозема и окиси железа. Величина этого модуля для хороших
цементов может колебаться в пределах 1,9—2,4.
Кремнеземистый, или силикатный, модуль представляет собой
отношение процентного содержания кремнезема к сумме про-

234
XIV. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
центного .содержания глинозема и окиси железа. Величина этого
модуля колеблется в пределах 1,7—3,5.
Глиноземный модуль, равный отношению процентного
содержания глинозема к процентному содержанию окиси железа,
колеблется обычно в пределах 1—3.
Срок схватывания цемента должен обеспечить удобство
производства работ. Согласно ГОСТ 970—41 для портланд-цемента
начало схватывания должно наступать не раньше 30 мин. от
начала затворения и конец схватывания — не позднее 12 час. от
начала затворения.
Портланд-цемент относится к материалам, обладающим
незначительной химической стойкостью: большинство агрессивных
агентов его разрушает. Как видно из химического состава
цемента, он является стойким по отношению к щелочам,
поскольку в нем преобладают основные окислы, и нестоек к
кислотам. Выделение свободной извести в процессе твердения
портланд-цемента служит основной причиной разрушения порт-
ланд-цементных растворов. Процесс растворения гидрата окиси
кальция ускоряется, если в воде содержится некоторое
количество свободной минеральной кислоты, в частности угольной
кислоты, наиболее часто встречающейся в природных водах.
Свободная углекислота, реагируя с гидратом окиси кальция,
образует сначала практически нерастворимый в воде углекислый
кальций:
Са (ОН)., 4~ С02 —> СаС08+ Н20
но затем, действуя на углекислый кальций, она превращает его
в растворимый в воде кислый углекислый кальций:
СаС03 + С02 + Н20 —► Са(НС03)2
Природные воды, содержащие минеральные соли,
взаимодействуют с гидратом окиси кальция. Из хлоридов особенно вредное
влияние оказывает хлористый магний.
Наибольшую опасность для цемента представляет серная
кислота или растворимые з воде сернокислые соли. При действии
серной кислоты образуется гипс:
CaCOH^ + HaSOi —* СаЭО^ + гНоО
с которым вступает в реакцию трехкальциевый алюминат,
содержащийся в цементе; при этом получается сложная соль — сульфо-
алюминат кальция:
ЗСаО - А1203+ 3CaS04 + 30Н2О —>
—> ЗСаО • Al8Os • 3CaS04 • 30Н8О

5. КИСЛОТОУПОРНЫЙ БЕТОН
235
При образовании сульфоалюмината кальция, называемого
«цементной бациллой», происходит увеличение объема почти
в 2,5 раза, что вызывает механическое разрушение цемента.
Почти все минеральные кислоты и большинство органических
кислот разрушают цемент вследствие образования легко
растворимых веществ. Некоторые органические кислоты, например
щавелевая, дают с цементом нерастворимые соли, и в таких
случаях цемент не разрушается. Аммонийные соли (за исключением
аммиачной селитры) разрушающе действуют на цемент.
Химическую стойкость портланд-цементов можно повысить
путем присадок к ним таких веществ, которые способны вступать
во взаимодействие с свободной известью с образованием
химических соединений, устойчивых против действия тех или иных
реагентов. Такими присадками являются кремнезем, различные
шлаки и др.
Поэтому портланд-цементы с малым содержанием глинозема
(высокий силикатный модуль) являются значительно более
химически устойчивыми в сульфатных растворах, чем портланд-
цементы с большим содержанием А1203 (низкий силикатный
модуль).
Наибольшей стойкостью по отношению к сульфатам обладают
портланд-цементы, содержащие возможно малое количество трех-
кальциевого силиката и не содержащие алюмината кальция.
5. Кислотоупорный бетон
Кислотоупорный бетон представляет собой самостоятельный
конструкционный материал, из которого можно строить
сооружения значительных габаритов. В ряде производств он является
заменителем свинца и других дефицитных металлов.
По своему составу кислотоупорный бетон не отличается от
силикатных цементов и изготовляется из измельченной горной
породы (андезит, бештаунит, гранит и др.), вяжущего
вещества — жидкого стекла и ускорителя твердения —- кремнефтори-
стого натрия. Однако в отличие от цементов применяемый для
кислотоупорного бетона наполнитель должен иметь
определенный гранулометрический состав, так как плотность сооружения
и его кислотонепроницаемость достигаются только при
определенной величине частиц.
По крупности зерна наполнители подразделяются на следую:
щие фракции: 1) пылевидный наполнитель с зернами размером
менее 0,15 мм; 2) песок с зернами размером от 0,15 до 5 мм;
3) щебень с зернами размером от 5 до 40 мм.
Основными требованиями, предъявляемыми к наполнителю,
являются достаточная кислотоупорность (не ниже 94—96%) и
плотность зерен наполнителя,

236 XIV. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Если наполнители можно рассматривать как инертные
материалы, активно не участвующие в процессах схватывания и
твердения кислотоупорного бетона и, следовательно, не
претерпевающие видимых изменений, то растворимое стекло и кремнефтори-
стый натрий являются веществами, определяющими свойства
кислотоупорного бетона.
Обычно применяется жидкое стекло уд. веса 1,36 с модулем
2,7—2,8.
Оптимальное количество жидкого стекла, потребное для
приготовления кислотоупорного бетона, в каждом отдельном случае
определяется пробными замесами, а консистенция
контролируется при помощи конуса Абрамса. В среднем расход жидкого
стекла на 1 м3 бетона составляет 240—260 кг.
От кремнефтористого натрия зависит механическая прочность
кислотоупорного бетона, скорость его твердения и
водоустойчивость. Кремнефтористый натрий берут в количестве 15% от веса
растворимого стекла. Увеличение добавки кремнефтористого
натрия повышает начальную механическую прочность
кислотоупорного бетона, но в дальнейшем нарастание прочности снижается.
Химическая устойчивость кислотоупорного бетона изучена по
отношению к серной, азотной, соляной, фосфорной, уксусной,
сернистой и хромовой кислотам, некоторым растворам солей и
к большинству агрессивных газов.
Кислотоупорный бетон нестоек по отношению к плавиковой
кислоте, к щелочам, к растворам солей с щелочной реакцией и
к некоторым жирным кислотам.
Он обладает свойством твердеть при хранении на воздухе или
в минеральных кислотах, причем с течением времени
механические свойства его улучшаются. В концентрированных кислотах
(серной, азотной, соляной, нитрозе, уксусной и др.) прочность
бетона повышается более значительно, чем в тех же кислотах при
малых концентрациях. Повышение прочности бетона объясняется
уплотнением его гелем кремневой кислоты. Многочисленные
испытания кислотоупорного бетона на механическую прочность
после воздушного хранения или после действия на него кислот
показали, что механическая прочность возрастает на 20—50%.
Кислотопроницаемость кислотоупорного бетона различна для
отдельных кислот и реагентов. Так, например,
концентрированная серная кислота проникает в толщу кислотоупорного бетона
не больше, чем на 10 мм. Для кислот малых концентраций
кислотоупорный бетон более проницаем; глубина проникновения
достигает в среднем 40—50 мм. Поэтому для аппаратуры,
работающей с разбавленными растворами кислот,, толщину наносимой
кислотобетонной футеровки следует доводить до 80—100 мм.
Проницаемость кислотоупорного бетона зависит от правильно
подобранного гранулометрического состава наполнителей, их
'■•Щ?

s. кислотоупорный бетон 237
физико-химической структуры и тщательности укладки
кислотоупорного бетона в конструкции.
Кислотоупорный бетон по прочим физико-механическим
свойствам незначительно отличается от обычного строительного
бетона на портланд-цементе.
Физико-механические свойства кислотоупорного бетона:
Коэфициент линейного расширения 8-Ю-6
Коэфициент усадки 0,02
Модуль упругости, кг\слР 60000—120000
Предел прочности при сжатии, кг\см* 110—115
Теплопроводность, ккал'м час град 0,7—1,0
Газопроницаемость кислотоупорного бетона в основном
зависит от гранулометрического состава наполнителей, степени
влажности бетона и природы газа. Недостаточное количество мелких
фракций (пылевидного наполнителя, песка) значительно
повышает газопроницаемость бетона. Проницаемость
кислотоупорного бетона по отношению к S02 выше, чем по отношению
к воздуху.
К недостаткам кислотоупорного бетона следует отнести его
проницаемость и недостаточную термическую стойкость в
условиях резких изменений температуры.
Для изготовления конструкций из кислотоупорного бетона
исходные материалы (наполнитель, кремнефтористый натрий и
жидкое стекло) тщательно перемешивают и полученным бетоном
заполняют формы , (опалубки) изготовляемых сооружений.
Кислотоупорный бетон укладывают тонкими слоями не толще
10—15 см.
Работа с кислотоупорным бетоном должна производиться при
температуре не ниже 10°. По окончании укладки бетона после
определенного срока (обычно через 3—4 дня) производят
распалубку сооружения.
Сооружения и отдельные детали аппаратов могут быть
изготовлены также из армированного кислотобетона. При установке
арматуры необходимо, чтобы толщина защитного слоя была не
менее 30 мм.
При футеровке кислотоупорным бетоном металлических
аппаратов предварительно проводят очистку поверхности последних
от ржавчины, пыли и т. п., после чего к стенкам аппарата
приваривают крючья, к которым крепят арматуру, или наносят бетон
на приваренную сетку.
Из кислотоупорного бетона строят хранилища большой
емкости для серной и азотной кислот, башни для осушки
хлористого водорода, травильные ванны, кристаллизаторы и
другие аппараты.
i~m'

238
XIV. ИСКУССТВЕННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
На рис. 97 изображена характерная конструкция башни для
осушки влажного хлористого водорода.
Башня / внутренним диаметром
900 мм, толщиной стенок 150 мм, высотой
4400 мм построена из кислотоупорного
бетона. Она установлена на листовом
свинце 2, покрывающем слой 3
кислотоупорного бетона толщиной 100 мм; бетон
уложен на фундаменте 4. Газ поступает
в башню снизу и выходит из нее сверху.
Стенки башни снаружи и изнутри
оштукатурены.
При применении кислотоупорного
бетона для футеровки химической
аппаратуры нередки случаи образования
трещин в футеровке. Трещины образуются
вследствие недостаточной термической
стойкости бетона (при перепадах
температур в, стенках возникают
механические напряжения). Чтобы избежать
образования трещин в монолитной футеровке,
укладывают упругие прокладки.
Кислотоупорный бетон широко применяется для
облицовки полов, перекрытий,
фундаментов и др.
С целью увеличения
непроницаемости кислотоупорного бетона в
конструкциях часто применяется изолирующий
битумный слой.
Рис. 97. Башня из
кислотоупорного бетона для
осушки влажного
хлористого водорода:
1—башня; 2—свинец; 3—слой
бетона; 4—фундамент.
ЛИТЕРАТУРА
Балалаек Г. А., Кислотоупорный бетон и его применение в
промышленности, Госхимиздат, 1934.
Григорьев П. Н., Основы химии силикатов, Гизлегпром, 1940.
К л и и о в И. Я., Неметаллические материалы и защитные покрытия в
химической промышленности, изд. Университета им. Зелинского, 1939.
Мильницкий Р. В., Армированный кислотобетон для аппаратов
концентрации серной кислоты, Хим. пром. № 9 (1944).
Поляков К. А., Неметаллические химически стойкие материалы,
Госхимиздат, 1947.
Технология вяжущих веществ, сборник под редакцией Юнг, Госстрониздат.
1947.
X а н и н Е. М., Главнейшие свойства кислотоупорного бетона, Бумажная
промышленность № 2—3 (1935).
\

ГЛАВА XV
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ
ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
К естественным материалам органического происхождения,
нашедшим применение как конструкционные материалы для
изготовления химической аппаратуры, относятся дерево, уголь и
графит.
1. Дерево
Древесными конструкционными материалами являются
натуральная древесина, прессованная, или пластифицированная,
древесина (лигнофоль, лигностон) и древесина, пропитанная
различными химическими веществами (главным образом феноло-
формальдегидными смолами).
В химическом машиностроении применяется главным образом
натуральная древесина, более ограниченно — остальные виды
древесных материалов.
Натуральная древесина. Древесина применяется главным
образом для изготовления различных аппаратов, мешалок,
резервуаров, кристаллизаторов и др. Деревянная аппаратура может
изготовляться самых разнообразных размеров.
К достоинствам древесины относятся большая прочность при
малом весе (в частности, высокое сопротивление ударным и
вибрационным нагрузкам), малый коэфициент термического
расширения, плохая теплопроводность, легкость обработки простыми
инструментами, сравнительно хорошая сопротивляемость
действию многих агрессивных сред и широкое, почти повсеместное
распространение.
ч Однако древесина обладает непостоянством свойств и
некоторыми другими недостатками, которые приходится учитывать при
конструировании химической аппаратуры.
Физико-механические свойства древесины сильно зависят от
породы дерева и, для одной и той же породы, от условий роста,
возраста, местоположения в стволе, времени рубки, климата,
почвы и др.
Физико-механические свойства некоторых древесных пород
СССР приведены в табл. 32 *.
* G. И. Ванин, Л. А. Баженов, Н. Г. Прикат, Таблицы
физических и механических свойств древесных пород СССР, Гослестехиздаг, Ш4.

Физико-мехаиические свойства главнейших древесных пород СССР
Таблица 32
Порода
Береза . . . .
Бук
Дуб
Лиственница .
Ольха ....
Осина ....
Пихта ....
Сосна ....
Ясень ....
Объемный
вес
(10— 15«/в
влаги)
0,638
0,618
0,668
0,662
0,678
0,484
0,668
0,516
0,465
0,422
0,548
0,636
Коэфициент
объемной
усушки
0,77
0,41-0,53
0,57
0,51—0,47
0,53
4-6
8,9
0,52
1,0
0,56
0,50
Предел
прочности
при изгибе
кг/см'
951-1071
953—1032
1023—1290
979—1022
1037—1237
401—563
1269
545—963
0,37
775—941
1195-1084
Предел
прочности при
растяжении
кг/см'
1200-1500
1750
980
1180
900
770
980-1180
1С60
1340
Предел
прочности
при сжатии
вдоль волокон
кг!см*
487—567
450-613
381-558
512
513-477
337—391
512-770
343—500
350
455—622
367-456
527-650
Предел
прочности при
скалывании
вдоль волокон
кг/cAt'
108—122
62-120
87—102
132
91
45—50
90—98
Сопротивление
ударному
изгибу
кг с.и/см*
0,40-0,46
0,53
0,335
0,30—0,41
0,36
0,19-0,28
69—88
0,26-0,34
0,35
Твердость
кг/см?
вдоль
волокон
440
860
834
693
771
90
503
471
288
336
ИЗ
735
поперек
волокон
410
507
635
593
621
78
435
293
673
225
85
640

1. ДЕРЕВО 241
Механические свойства древесины в разных направлениях по
отношению к древесным волокнам различны. Поэтому древесину
изучают по трем разрезам: поперечному и двум продольным —
радиальному (через сердцевину ствола) и тангенциальному (по
хорде-).
Относительные значения механических свойств древесины по
разным направлениям (предел прочности, кг/см2):
При растяжении:
вдоль волокон 2,0— 3,0
поперек волокон 0,05—0,3
При сжатии:
вдоль волокон 1,0
поперек волокон 0,1—0,3
При скалывании:
вдоль волокон 0,15
При статическом изгибе 1,5—2
С изменением влажности воздуха водяные пары то
поглощаются древесиной, то удаляются из нее. Поэтому объем
древесины непрерывно изменяется, увеличиваясь при поглощении воды
и уменьшаясь при ее испарении, причем ввиду анизотропности
древесины размеры ее по разным направлениям меняются
различно —• древесина «коробится».
Механические свойства древесины ухудшаются с повышением
температуры, что ограничивает возможность ее применения для
температуры выше 100—120°. При нагревании выше 130—140° из
древесины сравнительно легко удаляется вся вода и начинается
процесс разложения веществ, входящих в состав древесины.
Механические свойства древесины в значительной степени
зависят от ее влажности. С увеличением влажности свойства
древесины ухудшаются.
Сопротивляемость воздействию агрессивных сред в
значительной степени зависит от породы древесины. Известно, например,
что древесина хвойных пород вследствие повышенной
смолистости обладает высокой химической стойкостью в ряде водных
растворов (фосфорная, уксусная, молочная кислоты, растворы
аммиака и др.).
Особенно быстро действуют на древесину окислители, весьма
сильно разрушая ее. Действие минеральных кислот тем сильнее,
чем выше их температура и концентрация. Водные растворы
нейтральных солей не действуют на древесину. Едкие щелочи даже
низких концентраций сильно ее разрушают. Растворы кислых
или основных солей действуют в зависимости от их рН. Это
воздействие особенно значительно для хвойных пород в кислой
среде при рН < 0,5 и для лиственных при рН < 2. В щелочных
средах худшие результаты получаются при действии растворов
с рН > 11,6. Легко гидролизующиеся соли железа, алюминия и
J6 Зак. 1142. И. Я. К-чинов.

242 XV. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ
цинка разрушающе действуют на древесину вследствие
образования свободных кислот.
На рйс. 98 графически представлено изменение твердости
действии раствора хлористого 'алю-
большей частью не вызывают разру-
испытания лиственницы, сосны, ели и
пихты в муравьиной, уксусной, про-
пионовой кислотах, в феноле, алли-
ловом спирте показали, что
механическая прочность после действия
агрессивных сред составляет в
среднем (в % к прочности исходной
древесины) *: лиственницы 68, сосны
62, ели 65 и пихты 69.
Древесина устойчива против
слабых соляной и серной кислот,
уксусной кислоты, паров плавиковой
кислоты, нейтральных растворов солей
натрия, растворов солей калия и
аммония, аммиака средних
концентраций, растворов сахара, .спирта,
минеральных масел, углеводородов,
нитрованных й хлорированных
углеводородов.
Она неустойчива против азотной,
щавелевой, концентрированных
серной и соляной кислот, растворов
щелочей, углекислых солей, солей
железа и алюминия, хлористого магния, сернокислого натрия,
сернистого газа, хлора и эфира.
Древесина сравнительно устойчива против гидроокиси
кальция, лимонной кислоты и растворов хлористого кальция.
Натуральная древесина нашла применение в ряде химических
производств (аммиачной соды, калийных солей), для хранения
разбавленных минеральных кислот, в производствах красителей,
искусственного шелка, в гальванотехнике и др.
Не рекомендуется применять древесину при работе с
высокогигроскопическими солями и огнеопасными веществами.
Следует иметь в виду, что жидкости, находящиеся в
аппаратах, изготовленных из древесины, могут загрязняться смолой и
другими веществами, содержащимися в древесине.
Прессованная древесина. Прессованная (пластифицированная)
древесина обладает высокой механической прочностью и
значительной по сравнению с натуральной древесиной однородностью.
березы и лиственницы при
миния.
Органические вещества
шения древесины. Однако
W0*
90
80
70
j^SO
U50
%4в
45"
S3 Я?
20
ю
О 4 6 8 Ю 12
Время, сутки
Рис. 98. Действие раствора
хлористого алюминия на твердость
древесины:
/—береза; 2—лиственница.
1
\
<L
* Данные Лесохимического института.

1. ДЕРЕВО 243
Прессованная цельная древесина носит название л и г к о-
стон, прессованный фанерный шпон — лигнофоль.
Обработка древесины, пропитанной искусственными смолами,
производится при высоком давлении и повышенной температуре.
В результате горячего прессования объем древесины сильно
уменьшается, волокна сближаются друг с другом, чем
достигается повышение физико-механических свойств древесины.
Технологический процесс получения лигностона состоит
в предварительном прессовании брусков древесины в прессфор-
мах под давлением 20—30 кг/см2 при 60—80° и в окончательной
запрессовке при 150 кг/см2 до требуемого объемного веса с
последующим прогревом при 130—140°. -о
Физико-механические свойства и объемный вес лигностона
зависят от степени уплотнения.
Средние физико-механические свойства лигностона при 8%
влажности:
Предел прочности, кг/см-
при радиальном скалывании . 170
при сжатии вдоль волокон 1215
при статическом изгибе 2580
Объемный вес 1,18
Объемное набухание, °/о 50
Лигностон обладает хорошими антифрикционными
свинствами.
Недостатком лигностона является его малая водостойкость,
в связи с чем прессованная древесина в той или иной степени
возвращается в первоначальное состояние, теряя при этом свои
повышенные свойства. Для придания лигностону водостойкости
древесину предварительно пропитывают веществами,
понижающими ее способность поглощать влагу (искусственные смолы,
глюкоза, смазочные масла, соли тяжелых металлов и др.) *.
Лигнофоль изготовляют из фанерного шпона требуемых
размеров, который предварительно пропитывают спиртовым
раствором феноло-формальдегидных смол. Фанерный шпон, сложенный
в пакеты, прессуют при 150—160° под давлением до 250 кг/см2.
Прессованная древесина нашла применение в химическом
машиностроении для изготовления деталей и аппаратов,
подвергающихся высоким динамическим и статическим нагрузкам.
Химическая стойкость прессованной древесины недостаточна
для того, чтобы ее можно было применять для сильно
агрессивных сред. В разбавленных растворах соляной, уксусной и
* При прессовании непропнтанной древесины ее подвергают более интен*
сивиому термическому воздействию.
16*

244 xv. естественные химически стойкие Материалы
некоторых других органических кислот она стойка и может найти
применение для изготовления элементов ректификационных
колонн и тому подобных деталей, работающих в этих средах.
Лигностон и лигнофоль изготовляют из березы.
Пропитанная древесина. Для повышения химической стойкости
натуральную древесину пропитывают различными веществами.
Получение химически стойкой древесины может быть
достигнуто или путем обработки ее веществами, инертными к
агрессивным средам и к самой древесине, или веществами, которые
химически взаимодействуют с отдельными компонентами
древесины, образуя нерастворимые химически стойкие продукты.
В настоящее время практическое применение нашел только
первый метод — пропитка древесины веществами, не
взаимодействующими с древесиной. С этой целью могут быть применены
всевозможные растворимые или плавящиеся искусственные
смолы, эфиры целлюлозы, сера, минеральные соли и др., которые
при соответствующей предварительной обработке древесина или
при обработке после прессования придают древесине
химическую стойкость.
Пропитка применяется также для придания древесине
огнестойкости (древесину пропитывают веществами, сильно
затрудняющими ее горение; к таким веществам относятся
фосфорнокислый аммоний, бура, сульфат аммония и др.).
В химической промышленности в основном применяется метод
пропитки натуральной древесины феноло-формальдегидными
смолами с последующей ее термической обработкой для
образования химически стойкого резита непосредственно в самой
древесине (бакелитирование древесины).
Процесс бакелитирования состоит в следующем. В варочный
котел загружают приблизительно равные количества
кристаллического фенола и водного 40%-ного формалина и безводную
углекислую соду (1% от веса фенола). После• загрузки массу
разогревают до тех пор, пока не расплавится весь фенол;
реакцию считают законченной по достижении вязкости резола в 3,2°
по Энглеру при температуре 60°.
В реторту для пропитки загружают деревянные детали,
закрывают крышку, затягивают болты и через штуцер реторту
присоединяют к вакуум-насосу. Вакуум в 720—725 мм выдерживают
в продолжение 20—30 мин., после чего в реторту засасывается
резол для пропитки древесины. По заполнении резолом всей
реторты выключают вакуум-насос и повышают давление в реторте
до 7 кг/см2; одновременно нагревают реторту до 60°. По
достижении требуемой степени пропитки, что определяют по
изменению уровня смолы в автоклаве, смолу спускают и пропитанную
древесину выгружают из автоклава.

I. дерево 245
Таблица 33
Физико-мехаинческие свойства древесины до и после
бакелитирования
Свойства
До бакелитирования
береза
После бакелитирования
береза
Модуль упругости, кг\слР:
при изгибе
при растяжении
при сжатии
Объемный вес, г/см3
Предел прочности при изгибе, кг/см2:
в радиальном направлении • . ■
в тангенциальном направлении .
Предел прочности при кручении,
кг/си2
Предел прочности при скалывании,
кг/сма:
в радиальном направлении ■ ■ ■
в тангенциальном направлении .
Предел прочности при растяжении
вдоль волокон, кг/см2
Предел прочности при сжатии вдоль
волокон, кг/см*
Предел прочности при скалывании,
яг/см2:
,-в радиальном направлении . . .
в тангенциальном направлении .
Теплоемкость, ккал\кг град ....
Теплопроводность, ккал\м сек град
140000
131000
94000
0,55
\
1340
1090
115
70
65,5
1080
555
94,5
113,5
35-10"
136000
168000
57 000
124000
205000
167000
127000
169 000
101000
0,42
0,94
0,56
1360
130
51,5
42
1030
590
101
95
38 • Ю-5
1370
1310
180
38,5
44
970
1010
86
94,5
0,51
86 • 1(Г5
1430
130
46
36
865
1 180
59,5
80,5
0,32
42-Ю-5

246 XV. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Пропитанная древесина подвергается термической обработке,
при которой содержащаяся в древесине смола переходит в
нерастворимый химически стойкий резит. Термическую обработку
ведут в сушилке при постепенном повышении температуры до
125—130°. По окончании термической обработки температуру
медленно снижают и древесину выгружают из сушильной
камеры. В результате пропитки свойства древесины изменяются.
Древесина теряет способность поглощать растворы и набухать.
Предел прочности при изгибе пропитанной древесины возрастает
в сравнении с естественной незначительно, хрупкость
увеличивается; предел прочности при сжатии увеличивается примерно
в два раза; предел прочности при скалывании падает в среднем
на 14%.
В табл. 33 приведены по данным И. Я. Клинова и В. П.
Шишкова * физико-механические свойства древесины до и после
пропитки феноло-альдегидными смолами.
В зависимости от степени агрессивности той или иной среды
дерево подвергают пропитке различным количеством смолы.
Количество смолы, требуемое для пропитки древесины,
предназначенной для разных агрессивных сред, выраженное в
процентах от веса древесины (норма пропитки), приведено
в табл. 34.
Таблица 34
Нормы пропитки древесины, предназначенной для работы
в различных средах
Среда
Серная кислота, 70%
40%
Соляная кислота, 36%
30%
20-»/0
Норма
прзпитки
°;о
89
65
57
98
90
60
Среда
Фосфорная кислота, 75%
25%
Хлор влажный ....
Хлористый водород . .
Хлористый магний . . .
Этиленхлоргидрин . . .
Норна
прэпитки
55
55
89
87
91
80
О химической стойкости бакелитированной древесины судят
по изменению ее механических свойств, изменению веса и
наличию продуктов распада древесины ib растворе, в котором
проводилось испытание.
Древесина, пропитанная фенол о-альдегидными смолами,
практически стойка по отношению ко всем агрессивным средам,
за исключением окислителей, щелочей и некоторых органических
растворителей.
* И. Я. Клипов, Дерево как материал для химической аппаратуры,
Госхимиздат, 1939,

1. ДЕРЕВО
247
Замазка
ПромаЗка
И
Бакелитированная древесина хорошо выдерживает
воздействие кислот: серной (5—10%, 40—70% при 100°), соляной
(36% при 100°), фосфорной (25—75% при 90°), уксусной и
лимонной (0,25%), яблочной (0,25%), щавелевой и молочной (при
60°); насыщенного раствора MgCl2 (при 100°) и расплавленного
MgCl2-6H20 (при 165°); раствора, содержащего 14% MgCl2 и
24% НС1 (при 110°); раствора, содержащего
7% этиленхлоридрина и 5% НС1 (при 100°);
раотвора этилового спирта (5%); раствора
сахара (1,5%); смеси глицерина, жирных и
сульфонафтеновых кислот (всех
концентраций при 110°); газовых смесей хлора с
водяным паром (при 150°), хлора с хлористым
водородом и водяным паром (при 100°),
серного ангидрида с водяным паром (при
120°).
Бакелитированная древесина в ряде
производств может быть применена для замены
свинца, других цветных металлов и
легированных сталей. Из древесины могут быть
изготовлены хранилища, баки, резервуары,
цистерны, трубопроводы, вентиляционные
коммуникации, эксгаустеры, мешалки,
реакторы и другие аппараты и детали,
подвергающиеся воздействию перечисленных выше
агрессивных сред.
Как уже указывалось, ряд свойств
древесины в результате пропитки совершенно
изменяется. Это не позволяет изготовлять
из нее аппаратуру обычными бондарными
методами, т. е. сборкой и последующей
пропаркой для разбухания древесины и
уплотнения швов.
Для получения герметичной аппаратуры
из бакелитированной древесины приходится заполнять швы
специальными мастиками и замазками. Различные типы таких швов
представлены на рис. 99.
Шов (рис. 99, а) может применяться для цилиндрических и
призматических резервуаров. Выборку пазов производят
непосредственно перед самой сборкой путем выфугования в
пропитанных и термически обработанных деталях. Замазку можно
наносить при сборке в виде пастообразной массы или заливать ее
сверху в вертикальный паз уже собранного аппарата. В
последнем случае замазка должна быть в жидком состоянии.
Изучение подобного шва показало, что при длине деталей
больше 1 м и диаметре отверстий около 8 мм трудно заполнить.
Прокладка
Рис. 99. Различные
типы швов для
аппаратуры из
бакелитированной древесины.

248 XV. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ
швы замазкой равномерно; постоянно наблюдается наличие
воздушных пузырьков, разделяющих столбик замазки. Равномер-
Рис. 100. Деревянные барабаны.
ное заполнение шва длиной до 1,5—1,6 м достигается при
условии, если замазка будет подаваться в пазы снизу при небольшом
давлении.
В отверстие шва (рис. 99, б)
кроме замазки загоняется рейка;
в отверстие шва (рис. 99, в)
входит шип другой детали. Замазку
наносят непосредственно перед
сборкой в виде пастообразной
массы. Вгоняемые рейка или шип
плотно прижимают замазку и
сообщают шву почти идеальную
плотность. В швы можно
вставлять способные разбухать рейки
из древесины с небольшой
нормой пропитки; разбухающие
рейки создают дополнительное
уплотнение швов аппарата. В
этом случае может иметь место
коррозия материала шпунта,
изготовленного из значительно
менее пропитанной древесины, чем
сам аппарат, вследствие чего нарушится плотность шва.
Описанные швы одинаково пригодны как для
призматических, так и для цилиндрических резервуаров. Проверка
плотности показала, что эти швы удовлетворительно сохраняют
герметичность до давления в 14,5 кг)см2.
Рис. 101. Деревянный резервуар
для хранения жидкостей.

2. уголь 349
Швы (рис. 99,г и 99,5) отличаются между собой только
формой торца. При этих швах допускается как применение
прокладок, например резиновых или асбестовых, так и сборка
на замазке. Испытание плотности швов, собранных на
замазке, дало удовлетворительные результаты для давлений до
9,6 кг/см2.
Из перечисленных швов наиболее часто применяются швы,
изображенные на рис. 99,6, 99,в и 99,5. Первые два дают
большую гарантию плотности стыка; последний значительно более
прост в изготовлении.
На рис. 100 и 101 изображены характерные конструкции
аппаратов, изготовленных из древесины.
2. Уголь
Применение углеродистых материалов до недавнего времени
имело довольно ограниченное распространение вследствие их
низких механических свойств; в химическом машиностроении из
этих материалов были известны, главным образом, угольные
электроды.,
За последние годы в технике изготовления углеродистых
материалов достигнуты значительные успехи, и в настоящее
время уголь является самостоятельным конструкционным
материалом.
Уголь обладает высокой тепло- и электропроводностью и
вследствие малого коэфициента расширения устойчив к резким
перепадам температуры. Конструкционный уголь хорошо
обрабатывается, поддается сверлению, распиловке и расточке.
При изготовлении изделий уголь, кокс или другой
углеродистый материал измельчают и нагревают без доступа
воздуха. После отгона летучих веществ полученную массу вновь
измельчают и смешивают со смолами или пеками, служащими
связующими веществами.
После формовки полученной массы и, прессования на
гидравлических прессах формованные изделия подвергают обжигу при
температуре разложения связующего вещества. Получается
материал, обладающий сравнительно высокими механическими
свойствами: предел прочности при растяжении 42 кг/см2, при
сжатии 280 кг/см2 и при изгибе 70—105 кг/см2.
Уголь весьма инертен и практически не разрушается
никакими реагентами. Его не разъедают даже концентрированные
минеральные кислоты, в том числе плавиковая кислота и щелочи;
только сильные окислители разрушают его.
Испытание угольных блоков в концентрированной фосфорной
кислоте, содержащей 35—38% Р2О5, при 120° показало
абсолютную устойчивость их в этой весьма агрессивной среде.

260 XV. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ
В качестве конструкций
применение в химической,
Рис. 102. Перегонная колонна из
угля.
ного материала уголь может найти
сульфитцеллюлознои и других
отраслях промышленности. Им
можно обкладывать варочные
котлы, травильные ванны,
автоклавы; из него можно
изготовлять насосы, трубы для
перемещения хлора л хлористого
водорода, электроды для
электрофильтров, перегонные колонны и т. п.
На рис. 102 изображена (в
разрезе) выполненная из угля
перегонная колонна насадочного типа,
предназначенная для разгонки
сильно агрессивных бинарных
смесей. Вверху, над колонной,
расположен конденсатор; в
нижней части колонны имеется
подогреватель.
Корпус, опорная решетка,
трубные плиты и,трубки
конденсатора и подогревателя, крышки
и днища колонны,
соединительные фланцы колонны,
конденсатора и подогревателя, а также
вводные и выводные патрубки
выполнены из угля.
Уголь можно применять в
виде футеровочных плиток,
скрепляемых между собой и с защи-
' щаемой поверхностью
различными замазками, а также в виде
монолитных конструкций,
получаемых утрамбовыванием угольной
смеси в опалубках требуемой
формы, причем й качестве
вяжущего применяется битум.
Недостатком угля,
ограничивающим его применение, является
его высокая , пористость,
достигающая 10%. Однако, применяя
пропитку угля феноло-формаль-
дегидными смолами, удается
снизить пористость угля примерно
до величины, характерной для
керамики.

2. УГОЛЬ
251
Холодильники из угля, пропитанного указанным способом,
хорошо себя зарекомендовали.
Углеродистые материалы могут служить также в качестве
наполнителя для изготовления фильтрующих материалов. Графит
или кокс определенного
гранулометрического
состава смешивают с фено-
ло-формальдегидной
смолой. Перемешанную массу
подвергают прессованию
под давлением до 50 кг/см2
при 70°. Для перевода
смолы в неплавкий и
химически стойкий резит за-
формованные плитки
термически обрабатывают.
При высокой
химической стойкости к
большинству агрессивных сред
такие фильтровальные
плитки обладают также
высокой фильтрующей
способностью по отношению к коллоидным и кристаллическим
осадкам.
На рис. 103 показана схема конструктивного оформления
угольными плитками барабанного вакуум-фильтра,
вращающегося с небольшим числом оборотов.
Фильтр состоит из двух рядов фильтровальных угольных
плиток толщиной 140 мм для наружного и 100 мм для
внутреннего ряда. Плитки / выложены на дренирующей сетке 2,
наложенной на металлический корпус 3 фильтра. Радиальные швы
между плитками одного ряда перекрываются плитками другого
ряда. Плитки выложены на замазке 4. Изготовление угольных
фильтров обычно производят на месте их применения; выкладку
фильтра осуществляют с помощью опалубки или шаблона.
Рис. 103. Конструктивное оформление
вакуум-фильтра угольными плитками:
1—угольные плитки; 2—дренирующая сетка;
3—корпус фильтра; 4—замазка.
j>%-.
ЛИТЕРАТУРА
[лииов И. Я-, Дерево как материал для химической аппаратуры, Госхим-
издат, 1939.
к* Лекторский Д. Н., Пропитка древесины, Гослестехиздат, 1940.
Энциклопедический справочник машиностроения, т. IV, Машгиз, 1947.

ГЛАВА XVI
ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
Пластическими массами называются материалы,
получаемые, главным образом, из искусственных смол или
битумов и проявляющие при определенных условиях свойство
пластичности. За последние годы производство пластических масс
на основе органических соединений приняло чрезвычайно
широкий размах, и внедрение их в качестве конструкционных
материалов широко проводится в разнообразных отраслях народного
хозяйства, в том числе в химическом машиностроении.
Это объясняется высокими техническими качествами этих
материалов, обладающих наряду с малым удельным весом
сравнительно хорошими механическими свойствами' и высокой
химической стойкостью к большинству агрессивных сред.
Пластические массы, нашедшие распространение в
химическом машиностроении, в зависимости от технологии производства
разделяются на композиционные и слоистые, а по
характеру применяемой смолы на термореактивные и
i^Sjiifo пластичные.
: Особенно широкое применение в качестве самостоятельных
корцюзионно-стойких конструкционных материалов и покрытий
ЙВШлн термореактивные феноло-формальдегидные смолы и
■герайоияастичные — полихлорвиниловые. Меньшее значение
имеют пластические массы на основе естественных и
искусственных битумов.
1. Пластические массы *и лаки
на основе феноло-формальдегидных смол
Общая характеристика. Феноло-формальдегидные смолы
представляют собой продукты конденсация фенолов с
формальдегидом и последующей поликонденсации, полученных веществ. ,,'
■ .^
Конденсация есть процесс образования нового соединения из двух мояекуя
исходных веществ с одновременным выделением побочных продуктов: воды,'.
сшрта, галоидоводорода и т. п.
Реакцией конденсации широко пользуются для получения
высокомолекулярных соединений и в этом случае называют ее поликонденсацией.
Простейшим примером реакции конденсации является
взаимодействие фенола с формальдегидом
2С6Н5ОН + СН80 —> СН3(С9Н4ОН)2 + Н30

• "•■■;■• ,'.• '..:'•'' 1. пластические массы и лаки 253
»■ | ..'■ •-- *■ ■■—Si, л* : '-~У, T"i".'T -■ *-t— "- - — _
пройхающая в присутствии кислот или оснований. В
зависимости от количественных соотношений исходных веществ и
характера катализатора могут, быть получены резольные
смолы, неплавкие и нерастворимые (термореактивные), и ново-
л а ч н ы е смолы, не .переходящие при нагревании в неплавкое
и нерастворимое состояние без добавки формальдегида.
Новолачные смолы иаготовляют в присутствии кислого
катализатора при избытке фенола, а резольные — в присутствии
щелочного катализатора при азбытке формальдегида.
Взаимодействие фенола я формальдегида, в результате которого
получаются смолы, можно представить в виде ряда реакций поликонденсации,
при которых происходит образование молекул, имеющих трехмерное строение.
Начальным продуктом взаимодействия фенола и формальдегида является
о-оксибеязйловый спирт
, СбН5ОИ + СН20 —* CGH4(OH)CH>2OH
который- при избытке фенола взаимодействует с последним, образуя диоксиди-
феиилметан:
С6Н4(ОН)СН2ОН + С6Н5ОН —> СН2(СвН40Н)8 + Н20
Диоксидифенилметаи, как полагаАт, явлиется основной составляющей
новолачной смолы; полимеризуясь, он образует смесь цепей разной дливы,
состоящих из нескольких фенольных остатков, соединенных между собой
посредством метиленовых групп (—СгЬ—).
В, отсутствие избыточного фенола возможны реакции между диоксидифе-
ннлметаном и формальдегидом, в результате которых образуется соедвнешю
с несколькими метилольными группами (—СНгОН)
/С6Н4ОН /С6Н4ОН
СН2( +СН20 —> СН2<
чС6Н4ОН хС6Н3(ОН)СН2ОН
являющееся основной составляющей резольной смолы. Полученное соединение
- способно в дальнейшем к образованию сложных трехмерных молекул.
Непосредственно после получения резольная смола плавятся
ш растворяется в некоторых органических растворителях.
Переход резольной смолы в неплавкое и нерастворимое состояние
характеризуется тремя стадиями: первая стадия — исходное ак>
стояние (стадия А), вторая — промежуточная (стадия В) 8
гья — конечна^, (стадия С). Для отличия этих стадий пред-
соответствующие названия. Смолу, находящуюся в ста-
тринято называть резолом, в стадии В — резито-
стадии С — резитом. Следует отметить, что термин
1рименяется как для общего обозначения типа смолы
яой), так и для обозначения ее первичного состояния, т. е.
|да она находится в стадии А.
Начальная стадия дает плавкую и растворимую в некоторых
Wf-GpramwecKHx растворителях (спирт и ацетон) смолу.
• £ hi

254 XVI. ПЛАСТИЧЕСКИЕ MACCbt
Смола в стадии Л может быть в двух состояниях — жидком
с разной степенью вязкости и в твердом. Твердая смола" в
стадии А представляет собой хрупшш* продукт;,-уд", веса 1,20—1,25.
Температура плавления смолы при: длительном хранении
повышается с 50—60° до 80—90°. В спиртовом, растворе, если нет
доступа воздуха, свойства смолы сохраняются долгое время без
всяких изменений. '
Плавкая и растворимая резольная смола при длительном
хранении или нагревании постепенно начинает образовывать
размягчающиеся, нерастворимые в спирте или ацетоне продукты;
она переходит при этом в стадию В (резитол).
Смола в стадии В является твердой при обычной температуре
и становится резинообразной при нагревании. Твердость смолы
в этой стадии значительно выше твердости смолы в стадии А.
В некоторых растворителях (ацетоне, феноле, скипидаре и др.)
эта смола набухает. Смола в стадии В является переходной
формой и практического применения не имеет.
При нагревании смола в стадии В размягчается, превращаясь
в гибкую резинообразную массу; при охлаждении смола вновь
становится твердой и хрупкой. Такая смола при дальнейшем
нагревании переходит в совершенно неплавкое и нерастворимое
еосто&ше, т. е. в смолу стадии,С (резит), которая может
обладать весьма разнообразными свойствами.
. £едит обладает высокой механической прочностью, хорошими
тепло* и изоляционными свойствами и химической устойчивостью
по отношению к большинству агрессивных сред. Окислительные
среды его разрушают. При нагревании до 200° резит не
разлагается. Вследствие хрупкости рез'йты не нашли применения в
качестве самостоятельного конструкционного материала.
На свойстве смолы в стадии А сохранять первоначально
свою плавкость и растворимость, а затем при повышенной
температуре переходить в непйавкое и нерастворимое состояние, т. е.
в 'резит, основан технологический процесс производства "изделий
и» резолышх смол.
К группе пластических масс и защитных покрытий на основе
феноло-формальдегидных смол, нашедших применение в
качестве Химически стойких материалов, относятся: фаолйт, текстолит,
бакелитовые лаки и некоторые мастики на основе этих смол.
„*;*»
. Фгмзянт. Фаолйт Относится к композиционным пласть
массам. Он изготовляемся на основе феноло-формаль;
резольной смолы и наполнителя. Последним является
стойкий асбест, песок ifesH графит.
В зависимости от|*ода наполнителя различают фаолйт cajfrr
&утитх трех марок: Н, П и Т. Наибольшее применение наУрк-
фаШЙнт марки;А (наполнитель антофилтообый и хризотил£|ЩР ;.
8fe.": ' ' v'r ;^ ' -: < ■ ль*

1. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ И ЛАКИ
255
асбест;); фаолит марки П (наполнитель горный или речной песок,
частично хризотиловый асбест) обладает по сравнению с фаоли-
Т0м марки А худшими физико-механическими свойствами;
фаолит марки Т, . который носит также название г р а ф о л и т («а-
подяйтель — смесь молотого графита и хризотилового асбеста),
по сравнению с марками А и П обладает повышенной
теплопроводностью, но труднее поддается механической обработке.
Физико-механические свойства листового фаолита марки А:
1,2
•>- л. * Предел прочности, кг/см1
-■: - ,g - при растяжении 175—200
■'", ' при сжатии 400—900
при изгибе 400—700
Водопоглощение за 24 часа, % 0,3—0,5
Коэфициен? линейного расширения . . . .2,0-Ю-5 - --*
Сцепляемость с железом, кг/см"*...... 5—20
Твердость по вдавливанию . 25—35
Теплопроводность, ккал\м час град ..... 0,25
Теплостойкость,°С 120—130
Удельная ударная вязкость, кгсм!см- . . ,» 2,0—2,5
*"'-,*f&.f: Удельный вес : *. Г>4ч-1,6
3£имйческая стойкость фаолита определяется стойкостью его
составных частей- — смолы и наполнителя.
Фаолит марки. А стоек по отношению к кислотам: серной
(сае^яих концентраций дб 50°), соляной (всех концентраций до
-4жг), уксусной; фосфорнбй (до 80°), лимонной (до 70°); к
растворам-различных солей (до 100°); к растворам гипохлорита натрия
и йалышя (до 100°); к некоторые* органическим соединениям (бен-
. за*,' формалин, дихлорэтан, при невысоких температурах); к
некоторым газам (хлор, сернистый газ, при 100—120°).
Он нестоек по отношению, к азотной кислоте и щелочам.
Фаолит марки Т стоек к плавиковой кислоте ф-ДфС
ристым соединениям. , "-■
Технологический процесс производства фаолита состоит в по- ;
.ЩЙ&ШН, с применением аммиачного катализатора, резолыгой
с&олы (стадия А), в сушке смолы, в смешивании ее с
наполнителем, в вальцовке сырой фаолитовой массы.. В зависимости от
дальнейшего назначения массу раскатывают в листы, изготйо-
"вщш из нее трубы на червячном прессе или формуют' раздет*
ь, 1^йяученные из сырой фаолитовой массы листы, трубы, крхнйы,
f'i^^fy^', колена и т. п. изделия подвергаются термической обра-
" ;о специальному режиму для перевода резольной смолы
А в химически стойкий резит.
* vv '©*Р9рждение сырого фаолита представляет собой еиоясаю!
«■|Ш*№йк полнконденсации, в результате которого смола перехо-
* '" щ твердое, неплавкое и нерастворимое соединение.
ii-ife ' 1 »\

V
266 XVI. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
- - ■ ■ ,,,fc^Mi ■■■- — - ■ . - . .. - .
После отверждения фаолитовые изделия могут подвергаться
механической обработке: обточке, резке, сверловке, шлифовке
и т. п.
«Фаолитовая масса в сыром виде способна формоваться при
сравнительно небольших давлениях, благодаря чему можно из
нее получить изделия без швов, сохраняющие свою форму после
отверждения. Возможно также склеивание отвержденного фао-
лита сырой фаолитовой массой — замазкой.
В зависимости от назначения к фаолитовой массе
предъявляются разные требования в отношении консистенции; так,
например, для изготовления листов берется более мягкая масса,
чем для труб. Масса, применяемая в качестве замазки, должна
быть еще более мягкой. Консистенция массы определяется
• в основном количеством вводимого асбеста. В зависимости от
назначения фаолитовой массы меняется соотношение между
количеством асбеста и количеством смолы, составляющими массу.
Установлены следующие отношения количества асбеста к
количеству смолы: для массы, идущей на изготовление листов, 1:1;
для массы, идущей для изготовления труб, 1,6: 1; для замазки
0,5: 1.
Аппараты из фаолита, в зависимости от размеров, формы и
назначения изготовляют путем склеивания отвержденных фаоли-
товых листов или формования сырой фаолитовой массы.
Отвержденные фаолитовые листы склеивают встык или
внахлестку. Собранный таким образом аппарат покрывают
спиртовым раствором резольной смолы, после чего его подвергают
термической обработке для отверждения замазки.
Таким способом изготовляют ванны прямоугольной формы,
желоба, короба и др. Ванны из фаолита имеют размеры не
больше 1400 X Ю00 X 1000 мм при толщине листов 8—12 мм.
Возможно изготовление ванн и больших размеров из отдельных
звеньев, которые собираются на месте установки.
Формование аппаратов и деталей из сырых листов фаолита
производят в деревянных или металлических разъемных формах.
Отформованное изделие, не снимая с формы, подвергают
отверждению при соответствующем термическом режиме. После
отверждения и охлаждения изделие освобождают от формы.
На рис. 104 показан принцип формования цилиндрического
корпуса аппарата при помощи двух полых форм. Дно и крышку
аппарата формуют отдельно из сырых листов и затем «после
отверждения их прикрепляют на замазке.к готовому щрп$ку
аппарата. •
Фаолитовые трубы изготовляют из сырой массы иа червячном
прессе при 60—80° с последующим отверждением их при
соответствующем термическом режиме. Этим методом изготовляю*
трубы диаметром до 100 мм и длиной до 2 м.

1. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ И ЛАКИ
257
Фасонные части к трубам и арматуру изготовляют методом
прессования фаолитовой массы в разборных прессформах. Пресс-
Рис. 104. Формование цилиндрического корт ел
аппарата:
и— внешняя часть формы; о—инутренняя часть формы;
я--собранная форма с фаолитовоп массой.
форму с отформованной в ней массой помещают в печь и изде
лие подвергают отверждению при 160—180°.
Фаолитовые трубы и колена
соединяются, главным образом, при помощи
фланцевых соединений.
Фланцевое соединение фаолитовых
труб с буртами (рис. 105, а) прочнее и
жестче, чем фланцевое соединение труб
с нарезными канавками (рис. 105,6), так
как канавки ослабляют механическую
прочность труб и колен.
• На рис. 106 показан общий вид
оросительного холодильника, смонтированного
из графолитовых труб диаметром 100 мм
с применением фланцевых соединений.
В последние годы сырой листовой фао-
лит успешно применяют также в качестве
футеровочного материала для стальной
аппаратуры, поверхность которой
достаточно тщательно очищена пескоструйным
аппаратом.
В соответствии с размерами
футеруемой поверхности производят раскрой
сырых фаолитовых листов. Листы фаолита
после раскроя покрывают с одной стороны
спиртовым раствором резольнои смолы и
этим же раствором покрывают
очищенную поверхность аппарата. Наложенные
на подогретую до 75—80° металлическую поверхность листы
фаолита, также предварительна подогретые до 60°,' прижимают
Рнс. 105. Фланцевые
соединения фаолитовых труб:
<*—трубы с буртами;
о-трубы с канавками .
17 Зак. 1142. И. Я. Клипов.

258
XVI. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
к ней и соединяют их встык или внахлестку. Футерованный
аппарат помещают в камеру для отверждения покрытия;
отверждение производят, постепенно
повышая температуру от 60
до 130°.
В настоящее время на
химических заводах находятся в
эксплоатации различные
аппараты и сооружения из фаолита:
сборники емкостью до 1,5 .и3;
реакторы высотой 1,5 м и
диаметром 1,5' м; башни высотой
8 м и диаметром 1 м (из
отдельных царг); трубопроводы
диаметром до 250 мм; мешалки,
холодильники, насосы,
вентиляторы и др.
Текстолит. Текстолит
относится к слоистым пластическим
массам. Он представляет собой
прессованный материал из
хлопчатобумажной ткани,
пропитанной резольной смолой и
отвержденной при
соответствующей температуре.
Пропитанную смолой ткань,
содержащую обычно 45—55% смолы,
нарезают на листы и прессуют
между нагретыми плитами
гидравлического пресса.
Детали из текстолита изготовляют путем механической обра-
Рис. 106. Общий вид оросительного
холодильника из графолнтовых труб.
оитки плит, листов или других с
гну ".nrrvrrsp.
ОК.
Физико-механические свойства текстолита:
Предел-прочности, кг'см-
. при растяжении 650—1000
при сжатии 1300—2500
при изгибе 100—1600
Водопоглощение за 24 часа,- % 0,6—0,8
Коэфициент линейного расширения 3,3—4,1. Ю-5
Твердость по вдавливанию 25—35
Теплоемкость, ккал\кг град . . . • 0,35—0,36
Теплопроводность, ккал'.м час. град 0,20—0,29
Теплостойкость, °С 120—125
Удельная ударная вязкость, kzcmjcm2' 25—35
Удельный вес ... . . • 1,3—1,4

i.' ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ И ЛАКИ
25У
По химической стойкости текстолит уступает фаолиту,
однако он пригоден для минеральных кислот средних концентраций
(кроме азотной кислоты) и растворов солей. Растворы едких
щелочей при концентрации больше 5% разрушают его. Для
повышения химической стойкости текстолит покрывают бакелитовым
лаком.
. В химической промышленности нашли применение, главным
образом, трубы из текстолита.
Изготовление труб производят путем намотки пропитанной
ткани на подогретый до 60° металлический дорн, вращающийся
с определенной скоростью.
Когда толщина намотки достигнет 5—10 мм, трубы
укладывают в железные формы и помещают в камеру для отверждения.
В практике химических заводов известны также случаи обмотки
текстолитовой тканью мешалок, холодильников и других
деталей, имеющих сложную конфигурацию, с последующей
термической обработкой собранной конструкции при температуре
до 130°.
Лаки. Феиоло-формальдегидные резольные смолы
применяются также для изготовления различных лаков, известных под
общим названием бакелитовые лаки.
Получение обычного бакелитового лака сводится к растворе-
.нию резольной смолы в этиловом спирте. Для перевода резола
в нерастворимый и химически стойкий резит покрытое лаком
изделие подвергают сложному режиму термической обработки
в течение 24—30 час. при 80—160°.
Недостатками обычного бакелитового лака являются
хрупкость защитной пленки, получаемой на покрываемой
поверхности после соответствующей ее термической обработки, и
слабая сцепляемость этой пленки с металлом.
Лучшими, по сравнению с обычным бакелитовым лаком,
свойствами обладают лаки № 86 и 88.
Лак № 86 изготовляют из резольной смолы с добавками
бензола и тонко измельченного каолина.
Лак № 88 — резольная смола без растворителя —
применяется в качестве грунта под лак № 86.
Лак в большинстве случаев наносится на уже
подготовленную металлическую поверхность, предварительно покрытую
слоем замазки, состоящей из смеси резольной смолы с
наполнителем (кислотостойкий асбест, андезнтовая мука и т. п.) и
термически обработанной.
Наносят 4—5 слоев лака; каждый слой лака в отдельности
подвергают сложному и длительному режиму сушки и нагреву
до 160—170° для получения неплавкового и нерастворимого
покрытия.
17*

V' v
260 XVI-. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
Бакелитовые лаки обладают химической стойкостью по
отношению к большинству агрессивных сред, за исключением
окислителей, щелочей и некоторых органических соединений.
В химической промышленности бакелитовые лаки широко
применяются в хлорном производстве, для защиты роторов
вентиляторов, деталей в некоторых аппаратах и т. п.; в
производстве кремнефтористоводородной кислоты, для покрытия
центрифуг, труб, наружных поверхностей аппаратов,
арматуры.
Бакелитовыми лаками можно также покрывать дерево,
керамику, бетон и другие материалы.
Специальные мастики. Феноло-формальдегидные смолы и
бакелитовые лаки обладают весьма существенным недостатком:
для перевода их в неплавкое н нерастворимое состояние
требуется вести длительный и сложный процесс термической
обработки при температурах, доходящих до 160—170°. Для
снижения температуры и ускорения процесса отверждения феноло-
формальдегидной смолы реакцию поликонденсации фенола
с формальдегидом ведут в присутствии специальных
катализаторов.
Разработанная в последнее время композиция, получаемая
путем смешивания резольноп смолы в присутствии бензилового
спирта или дихлоргидрнна с порошкообразным наполнителем
(кремнезем, графит, сернокислый барий и др.) и
катализатором (паратолуолсульфохлорид), отверждается при 120° через
5—6 мин., при 80° через 80—90 мин. и при комнатной
температуре через 36—48 час.
Эта композиция нашла применение, главным образом, в
качестве замазки для футеровки химической аппаратуры.
Некоторые композиции (в зависимости от состава)
водонепроницаемы, обладают стойкостью против растворов щелочей (КОН,
NaOH до 50%), плавиковой кислоты, органических
растворителей и в условиях переменного воздействия кислот и щелочен.
Исследования, проведенные в течение последних лет,
показали, что при введении в фенольное ядро добавочных гидро-
ксильных групп процессы поликонденсации значительно
ускоряются, причем скорость отверждения смол и их химическая
стойкость зависят от положения гидроксильных групп.
Особенно быстро протекает реакция поликонденсации
формальдегида с пирогаллолом
ОН
, 011
ч/оп

1. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ И ЛАКИ
261
и резорцином
ОН
Uoh'
медленнее с гидрохиноном
ОМ
/\
Oil
и совсем медленно с пирокатехином
ОН
/>он
\/
Можно отметить, как общее правило, что при увеличении
расстояния между гидроксильными группами, входящими в
бензольное ядро, увеличивается химическая стойкость продуктов
конденсации с формальдегидом. Так, смола на основе
гидрохинона обладает большей химической стойкостью, чем смола на
основе пирокатехина. Вместе с тем повышается механическая
прочность изделий из пластмасс, получаемых на основе этих
продуктов.
В настоящее время практическое применение нашли компози-
циц на основе резорщшо-феноло-формальдегидных смол,
которые обладают термореактивными свойствами. Фенол добавляют
для снижения скорости желатинизации реакционной массы.
Для уменьшения усадки и увеличения теплопроводности
смолы в нес вводят коллоидный графит.
Физико-механические свойства композиций на основе резор-
цино-феноло-альдегидной смолы с графитом:
Предел прочности, кг/см2
при растяжении 32,8
при сжатии ■ . . . 155,2
при изгибе 88,0
Коэфициент линейного расширения при 100° . . . 15 • 10-6
Пористость, % 1,17 . ."**
Сцепляемость со сталью, кг/см? 48 ** . -"
Теплоемкость при 20—100°, ккал.кг град .... -0,318 '•
Теплопроводность при 25—65°, ккал[м сек град . 0,42
Удельный вес 1,20

262
XVI. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
В СССР имеется опыт применения этих композиций для
покрытия поверхностей трубчатых холодильников с 60—70
трубками длиной 2,5 м, поглотительных колонн, насосов, сборников,
мерников и др.
Преимуществом этих смол является отверждение их при
комнатной температуре. Для сокращения процесса отверждения,
который в зависимости от количества наносимых слоев (обычно
наносится 6—7 слоев) продолжается 10—12 суток, можно сушку
вести не при 20—25°, а при 60—70°.
Химическая стойкость резорцино-феноло-формальдегидных
смол примерно такая же, как у феноло-формальдегидных смол.
2. Пластические массы и лаки
на основе полихлорвиниловых смол
Общая характеристика. Полихлорвиниловые смолы и
сополимеры хлорвинила с винилиденхлоридом, винилацетатом и др.
применяются для изготовления пластических масс.
Полихлорвиниловые смолы — высокомолекулярные
соединения, получаемые в результате полимеризации некоторых
сравнительно низкомолекулярных органических веществ..
Полимеризацией называется реакция, при которой происходит
соединение нескольких однородных молекул в одну сложную
молекулу без выделения побочных продуктов реакции.
Способностью к полимеризации обладают органические
вещества только при наличии в них ненасыщенных групп. Конечный
продукт полимеризации отличается,от исходного по физическим,
химическим и механическим свойствам.
Примером простейшей реакции полимеризации является
уплотнение уксусного альдегида, который в присутствии
незначительных количеств минеральных кислот образует новое
соединение с утроенным молекулярным весом, носящее название параль-
дегида:
3CH3Cf —> СвНм03
41
При полимеризации могут получаться вещества с
молекулярным весом 500 000 и более", обладающие весьма ценными
физико-механическими свойствами и высокой химической
стойкостью. При совместной полимеризации двух или нескольких
различных мономеров — сополимеризации — можно получить
полимеры, свойства которых лучше свойств полимеров, полученных
на основе каждого из составляющих мономеров отдельно.
Исходным сырьем для получения полихлорвиниловых
пластических масс являются ацетилен или дихлорэтан.

2. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ И ЛАКИ
263
В СССР, главным ^образом, применяют дихлорэтан.
При взаимодействии спиртового раствора щелочи с
дихлорэтаном при нагревании до 50° образуется хлорвинил *:
СН2С1 — СН2С14-NaOH —у СН2=СНС1 + NaCl + Н80
Хлорвинил СН2=СНС1 представляет собой газ,
конденсирующийся в жидкость при —14°.
Полимеризацию хлорвинила производят в автоклавах под
давлением 5—7 ати с применением катализаторов (перекись
бензоила, перекись водорода, надсернокислый аммоний и др.) и
эмульгаторов (желатина). Этот процесс проводят в спиртовой
среде или в водной эмульсии; у нас применяют водноэмульсион-
ный метод.
Получающийся при полимеризации полихлорвинил
представляет, собой белый порошок уд. веса 1,4, нерастворимый в воде,
спирте, бензине, набухающий в ароматических углеводородах.
Полихлорвинил растворяется в хлорированных углеводородах
и сложных эфирах. В зависимости от условий полимеризации
можно получить полимеры с удельной вязкостью от 0,20 до 0,30.
Полихлорвиниловую смолу можно перерабатывать на мягкие
резиноподобные материалы или на твердые, похожие на эбонит.
Первые из них известны под названием
полихлорвиниловый пластикат, а вторые — винипласт.
Полихлорвиниловый пластикат. Полихлорвиниловый
пластикат представляет собой пластифицированную смолу,
содержащую наполнители для повышения механической прочности и
красители.
Пластификаторы (трикрезилфосфат, дибутилфталат и др.),
составляющие 30—60% от веса смолы, позволяют получать
вальцеванием и каландрированием мягкий листовой материал,
который может быть применен для облицовки химической
аппаратуры. Толщина листов может колебаться от 0,1 мм до нескольких
миллиметров.
Выпускаемые заводами СССР специальные марки пластиката
обладают химической стойкостью по отношению ко многим
агрессивным средам: 30%-ной серной кислоте при 60—70°; 98%-ной
серной кислоте при 50°; 35%-ной азотной кислоте при 45°;
соляной кислоте высоких концентраций; 30%-ному раствору едкого
натра, уксусной, плавиковой, фосфорной кислотам и некоторым
органическим растворителям.
Недостатками пластиката являются небольшая термическая
стойкость (применение его допустимо при температурах не выше
60—70°) и слабая сцепляемость с металлом, что ограничивает
Хлорвинил можно получить также пиролизом дихлорэтана.

264 XVI, ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
его применение в качестве листового футеровочного материала.
Однако, применяя специальные составы грунтов на основе
различных лаков и наполнителей при специальном режиме
подогрева покрываемой поверхности и пластиката, можно
достигнуть сцепляемости футеровочного материала со сталью до
6—9 кг/см2.
Винипласт. Винипласт в отличие от полихлорвинилового
пластиката представляет собой твердую пластическую массу,
получаемую путем горячего прессования полихлорвиниловой смолы
при 165° со стабилизатором без пластификатора. Его выпускают
в виде труб и листов различной толщины — от 0,2 до 20 мм и
выше; из него также изготовляют вентили, краны и другие
фасонные изделия.
Этот материал обладает высокой механической прочностью и
поддается различным видам механической обработки, а также
сварке и склеиванию.
Физико-механические свойства винипласта:
Предел прочности, kzjc.v2
при растяжении 600
при сжатии 800
при изгибе , • 1200
Коэфициент линейного расширения 8,0-Ю-5
Морозостойкость, °С —20
Теплопроводность, ккалм час град 0,13
Удельный вес 1,38
Винипласт обладает химической стойкостью по отношению
к кислотам: азотной (до 50%), серной (до 90%), соляной (всех
концентраций), плавиковой (до 40%); к растворам едких
щелочей (до 40%), солей; к газовым средам и др. Он неустойчив
к ацетону и к ароматическим соединениям.
Недостаточная теплостойкость винипласта ограничивает его
применение. В незагруженном состоянии он применяется до 60э,
в нагруженном — до 40°.
Винипласт может найти широкое применение в производства,
синтетической соляной кислоты, хлора, хлорсульфоновой кислоты
и др. при температуре не выше 40—50°. Он применяется для из'
готОвления различных деталей химической аппаратуры, а так>^е
для футеровки аппаратов и сооружений.
При изготовлении аппаратов листы винипласта свариваю
Сварка винипласта основана на его свойстве размягчаться пр^
130—140°. В качестве сварочного материала применяется пров
лока, полученная кз того же винипласта, но с добавкой плас
фикатора. Размягчение винипласта производят при помоДи
струи разогретого до 200 —220° воздуха, подаваемого горелкой
специальной конструкции. Таким же образом производят сва{Ц;
труб из винипласта.
ШШ

2. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ И ЛАКИ
265
, Футеровку аппаратуры листовым винипластом производят
следующим образом. Очищенную поверхность аппарата
покрывают слоем перхлорвинилового лака, лак сушат, после просушки
аппарат снаружи нагревают, пока температура покрываемой
поверхности не достигнет 130—140°. Затем к нагретой поверхности
плотно прикладывают заранее выкроенный лист винипласта,
который при соприкосновении с нагретой поверхностью аппарата
размягчается и сцепляется с металлом. Швы между отдельными
листами сваривают.
Для футеровки химической аппаратуры применяют листы
толщиной до 1 мм. Для особо агрессивных сред производят
комбинированную футеровку стальной аппаратуры
кислотоупорными плитками по винипласту.
Лаки. Лаки на основе полихлорвинила получают
растворением смолы в различных органических растворителях с добавкой
пластификаторов.
Полихлорвиниловый лак представляет собой 5—10%-ный рас-
, твор полихлорвиниловой смолы в хлорбензоле.
• Несмотря на высокие антикоррозионные свойства
полихлорвинилового лака, он обладает рядом существенных недостатков,
которые ограничивают его применение: плохой сцепляемостью
с металлом, недостаточной морозостойкостью, малой концентра-
- цией (в связи с плохой растворимостью смолы). Неудобством
является то, что применять лак необходимо в горячем виде, так
как при остывании он быстро превращается в гель. Покрывать
изделия лаком возможно только окуная их в лак.
Для устранения указанных недостатков хлорбензольный
раствор полихлорвиниловой смолы подвергают хлорированию. После
хлорирования раствор упаривают под вакуумом до получения
40—50%-ного концентрата. Этот концентрат при разбавлении
каким-либо органическим растворителем до концентрации
10—15% дает лак, который образует механически • прочные
пленки, обладающие хорошим сцеплением с покрываемой
поверхностью. Добавка пластификаторов к концентрату необходима
лишь для получения пленок с повышенной эластичностью. Этот
лак известен под названием перхлорвинилового.
С целью улучшения сцепления покрытия с металлом на
покрываемую поверхность предварительно наносят грунто-
, вый слой, состоящий из перхлорвинилового лака, в который
введен наполнитель (каолин, андезитовая мука, окись
(^4.г цинка и т. п.).
• |f\* Покрытия из перхлорвинилового лака по стали устойчивы по
_,,'- отношению к кислотам: серной (60—98%), концентрированной
Ш. соляной и разбавленной азотной при температурах от +50 до
Щ^ -—30°; к растворам едкого натра (40% при температуре до 70°),

'66
XVI. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
сернокислого алюминия, гипохлоритов; к сернистому газу,
хлористому водороду и др.
Морозостойкость пленок достигает —45°.
Лак может быть нанесен распылением или кистью.
Перхлорвиниловые лаки нашли применение для защиты от
коррозии ванн электролиза, скрубберов для улавливания
сернистого газа, хранилищ серной кислоты и др.
Сополимеры хлорвинила и винилиденхлорида (совиден).
Продукты сополимеризации хлорвинила с винилиденхлоридом
являются новыми полимеризационными пластическими массами,
нашедшими применение в качестве антикоррозионных
материалов.
Сополимеры хлорвинила с винилиденхлоридом, известные под
названием совиден, представляют собой термопластичную
массу. Совиден обладает более высокой химической стойкостью,
чем полихлорвиниловые пластические массы. Практически на
совиден действуют только сильные окислители и некоторые
органические растворители (дихлорэтан, серный эфир и др.); серная
кислота на него действует только при концентрациях выше 90%,
азотная при концентрациях выше 65%; к соляной кислоте он
устойчив при всех концентрациях. Совиден водонепроницаем.
Физико-механические свойства совидена:
Предел прочности, кг[см2
при растяжении 400—4000
при изгибе 1000—1100
Водоноглощение за 24 часа- °/~ = 0,0
Теплоемкость, ккал/кг град 0,316
Теплостойкость, °С 70—95
Удельный вес 1,6—1,75
Из совидена можно изготовлять на червячном прессе трубы,
путем прессования — различные детали аппаратуры и арматуру.
Совиден применяется также в виде лака как защитное покрытие
по металлу.
Благодаря тому что совиден может подвергаться вытяжке и
из него легко готовить волокна, он нашел применение для
изготовления фильтрующей ткани.
Совиден обладает высокой механической прочностью и может
подвергаться различным видам механической обработки; он
также сваривается и склеивается.
Сополимеры хлорвинила и винилацетата. Сополимеры
хлорвинила и винилацетата известны под общим названием вини-
л и т о в.
Химическая стойкость винилитов очень высока, но они
растворяются в некоторых органических растворителях и в концентри-

3. КОМПОЗИЦИИ И ЛАКИ
267
рованных щелочах; на них также действует вода при 60°.
Химическая стойкость винилитов находится в зависимости от
молекулярного веса и от соотношения отдельных компонентов. Чем выше
молекулярный вес и чем больше содержание хлора, тем больше
химическая стойкость и меньше растворимость винилита.
Винилиты термопластичны, они обладают следующими
физико-механическими свойствами:
Предел прочности, кг/см*
при растяжении 500—700
при изгибе 800—1000
Твердость по вдавливанию 12—15
Теплостойкость, °С до 75
Удельный вес 1,2—1,6
Винилиты выпускаются в виде прессованных изделий, труб,
а также в виде листов. Они нашли применение в4 качестве
фильтрующих материалов, для футеровки хранилищ кислот, для
прокладок, а также в виде лака как защитные покрытия.
3. Композиции и лаки на основе отходов производства
синтетического каучука
В производстве синтетического каучука типа хлоропрена в
качестве побочного продукта получаются высокомолекулярные
соединения, соответствующие по своему составу дивинилацетилену
СН2 = СН — С = С — СН — СН2 и способные к полимеризации.
Указанные полимеры нашли применение в химической
промышленности в виде лаков для защиты аппаратов и сооружений
от коррозии, в виде футеровочного материала (с наполнителями),
а также как самостоятельный конструкционный материал.
Дивинилацетиленовый лак. Этот лак известен под названием
э т и н о л ь. Этиноль является раствором указанных выше
высокополимерных ненасыщенных углеводородов в хлорбензоле или
ксилоле с добавкой около 2% а-нафтиламина, играющего роль
стабилизатора.
Этиноль обладает химической стойкостью по отношению
к минеральным кислотам средних концентраций, щелочам, хлору,
брому и другим агрессивным средам при температурах не
выше 50°. Этинолем можно покрывать металлы, дерево, бетон и
другие материалы. В зависимости от вязкости допускается
нанесение покрытия кистью или распылением.
Для отверждения покрытия требуется незначительный
подогрев. Поэтому в самом процессе эксплоатации под влиянием
света и кислорода воздуха пленка переходит в состояние
неплавкое и нерастворимое.
Защитная пленка представляет собой однослойное или
многослойное покрытие. С течением времени под влиянием атмосфер*

268
XVI. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
ных условий пленка этиноля стареет. Старение проявляется в
повышенной хрупкости пленки и в отслаивании ее от защищаемой
поверхности.
Обычно этиноль наносят на грунтовый слой, что способствует
сцеплению пленки с покрываемой поверхностью. Для ускорения
процесса отверждения применяется постепенный подогрев в
течение 3—4 час. до 100°.
Асбовинил. Асбовинил представляет собой композиционную
пластическую массу, полученную смешением лака этиноль как
связующего с асбестом в качестве наполнителя. Он применяется
как футеровочиый материал и как самостоятельный материал
в виде труб, арматуры #>т/ п.
По своим физико-механическим свойствам асбовинил близок
к фаолиту. По сравнению с последним асбовинил имеет
некоторые преимущества: он более устойчив к действию щелочей,
изготовляется на основе доступного сырья, не требует сложного
термического режима для отверждения и обладает хорошим
сцеплением с покрываемой поверхностью различных материалов.
Эти свойства асбовинила, в сочетании с простотой выполнения
футеровочных работ при защите аппаратов любых габаритов,
делают асбовинил весьма перспективным материалом.
Физико-механические свойства асбовинила, содержащего
асбест и этиноль в отношении 1 : 1,6:
Предел прочности," кг/см*
при растяжении 150—215
при сжатии . . Tgffgfy 150—350
Водопоглощение за 24 чэта, % 0,5—1,0
Твердость по вдавливанию 18—25
Теплопроводность, ккал/м час град 0,3—0,4
Теплостойкость, °С 150—200
Удельный вес 1,5—1,6
Состав асбовиниловой массы зависит от назначения изделий,
подлежащих изготовлению. В массе, предназначенной для
футеровки аппаратов, отношение количества связующего к количеству
антофилитового асбеста 1 : 1,5; в массе, предназначенной для
изготовления труб, это отношение равно 1 : 1,6. /
Получение асбовиниловой массы для футеровки производится
путем смешения этиноля с асбестом и последующего вальцевания.
Для изготовления труб асбовиниловую сырую массу пропускают
через червячный пресс.
Отверждение асбовинила необходимо вести при определенном
термическом режиме. Практикой установлено, что аппаратура,
футерованная асбовинилом, с толщиной слоя 5—7 мм, может быть
пущена в работу после выдержки при 40—50° в течение 10 дней.

4. АСФАЛЬТО-БИТУМНЫЕ ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
269
При срочных работах для ускорения отверждения асбовинила на
металле можно вести подогрев при 120—130°.
В практике химических заводов имеется опыт эксплоатации
труб из асбовинила и аппаратов, футерованных асбовиниловой
массой, в условиях воздействия 50—60%-ной серной кислоты,
15—20%-ной соляной кислоты при температуре до 100°.
4. Асфальто-битумные пластические массы
Общая характеристика. Асфальто-битумные материалы
применяются для изготовления аппаратов небольших размеров, труб
и, главным образом, различных композиций и лаков, служащих
в качестве защитных покрытий. Из асфальтов и битумов
изготовляют также гидроизоляционные массы.
Для изготовления различных футеровочных композиций и
лаков применяются обычно нефтяные битумы и каменноугольные
пеки; в меньшей степени применяются древесные пеки и
природные асфальты и асфальтиты.
По своей химической стойкости асфальто-битумные материалы
превосходят феноло-формальдегидные и полимеризационные
смолы, но по теплостойкости и механическим свойствам
уступают им. Каменноугольные и древесные пеки, получаемые
при перегонке смолы, имеют ф'енольный характер и поэтому
обладают меньшей химической стойкостью, чем природные и
искусственные нефтяные асфальты.
Асфальто-битумные материалы обладают хрупкостью при
обычных температурах, поэтому в химической промышленности
они применяются, главным образом, в комбинации с инертными
минеральными наполнителями различного состава (каолин,
асбест, кремнеземистые порошкообразные породы и др.).
Наполнители повышают и другие механические свойства битумных
материалов, а также сцепляемость их с покрываемой поверхностью.
В зависимости от природы, тонины помола и количества
наполнителей получают композиции с различными свойствами.
Асфальто-битумные мастики и лаки. В химической
промышленности асфальто-битумные композиции нашли распространение
в виде футеровочных мастик и лаков для защиты стальных,
бетонных и деревянных аппаратов и сооружений от коррозии,
а также в качестве вяжущих веществ при футеровке аппаратов
силикатными плитками или кислотоупорным кирпичом.
Композиции, применяемые для указанных целей, известны под названием
биту ми ноли.
Для получения битуминоля битум и пек нагревают до
200—300°, в расплавленную массу загружают наполнитель,
заранее подогретый до 70—80°, и при перемешивании повышают
температуру смеси до 200—210°. Мастика считается готовой

270 XVI. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
к употреблению, когда поверхность будет ровной и прекратится
выделение паров.
Битумную мастику наносят на предварительно
загрунтованную поверхность аппарата в расплавленном состоянии слоем
толщиной 2—3 мм.
Отрицательным свойством
битуминолей, применяемых
в качестве вяжущего
материала при футеровке
аппаратов силикатными плитками,
является их малая
теплостойкость. Наиболее
теплостойкие из них
размягчаются уже при 35—40°.
Для предохранения футе-
ровочного шва от
деформации в химической
промышленности применяется
комбинированный способ
футеровки — сочетание битуми-
ноля с силикатными
цементами (рис. 107).
Асфальто-битумные
мастики обладают химической
стойкостью по отношению
к большинству химически
активных сред.
Характеристика химической стойкости
по отношению к отдельным агрессивным средам приводится
ниже.
Азотная кислота. При температуре до 40° и концентрации ие выше
10% или при комнатной температуре и концентрации не выше 30%
устойчивы.
Плавиковая кислота. Обычные битумные мастики с кремнистым
наполнителем неустойчивы.
Серная кислота. При температуре до 80° и концентрации яе выше
30% или при комнатной температуре и концентрации не выше '50%
устойчивы.
Присутствие сульфатов железа, меди и никеля не меняет химической
стойкости мастик.
Сернистая кислота. В водных растворах и в газообразном SCh
при температуре до 80° устойчивы.
Достаточно устойчивы даже в присутствии окислов азота.
Соляная кислота. При средних концентрациях устойчивы.
Уксусная кислота. В разбавленных растворах устойчивы.
При высоких концентрациях неустойчивы.
Фосфорная кислота. При концентрации до 30% достаточно
устойчивы.
Хромовая кислота. Подвергаются сильному окислению —
неустойчивы.
Рис. 107. Комбинированная футеровка
битуминолем и силикатным цементом:
/—корпус аппарата; 2—грунтовка праимером;
3—битумная мастика; 4—плитки на битумяноле;
5—окраска К-цемеитом; 6—слой К-цеяента;
7—плитки на цементе; 8—шов на битуииноле;
9—шов на К-цемеите.

5. ПРОЧИЕ ВИДЫ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС 273
_____—. 1
Химическая стойкость асбопеколита обусловливается
исходным сырьем. Асбопеколит, изготовленный на кислотостойком
асбесте, обладает стойкостью по отношению к минеральным
кислотам: азотной (до 20%), серной (до 62%), соляной (до 18%),
фосфорной (всех концентраций), уксусной (до 60%). Он стоек по
отношению к 50%-ному раствору едкого натра.
В химической промышленности асбопеколитовые трубы
могут применяться для кислот и щелочей средних концентраций,
а также могут служить для изоляции подземных кабелей.
Асфальто-пековые массы применяются также для
изготовления так называемых битумбетонов. Из битумбетонов при
помощи опалубки или отливкой можно изготовлять ванны, башни,
трубы и т. п.
Для увеличения механической прочности конструкции можно
применять битумбетон с железной арматурой, так как коэфи-
циенты расширения обоих материалов близки.
Битумбетон имеет следующий состав: сплав саткинского
асфальтита с шугуровским асфальтом в соотношении 60:40
(17%); шамотный песок определенного гранулометрического
состава (83%).
Физико-механические свойства указанного битумбетона:
Предел прочности, кг!см^
при растяжении 31,0
при сжатии 200,0
при изгибе 70,0
Водонепроницаемость за 14 суток, % • . 0,2
Коэфициент линейного расширения . . .6,9- 10-
Сцепляемость с железом, кг/см2 .... 3,8—7,88
Удельный вес . . , 2,1
Химическая устойчивость битумбетона почти такая же, как
устойчивость асбопеколита.
5. Прочие виды пластических масс
Рассмотренные нами пластические массы большей частью
производятся в промышленном масштабе. Наряду с этими
обычными пластическими массами существуют и различные другие
виды конструкционных пластических масс, которые еще
недостаточно изучены.
Эти материалы представляют большой интерес для химической
промышленности, так как удовлетворяют некоторым требованиям
повышенной химической устойчивости в особо агрессивных средах
при высоких температурах, предъявляемым современной
техникой к органическим материалам, в то время как существующие
пластические массы таким требованиям! не удовлетворяют.
18 Зак. 1142. И. Я. Клинов.

274
XVI. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
Полиэтиленовые смолы. Полиэтиленовые смолы (-СН2~СНа--)„,
называемые также политенами, получаются при
полимеризации этилена под высоким давлением (1200 ат) при 200°.
Достоинством политенов является их химическая устойчивость в
широких температурных пределах: -они выдерживают температуру
от —45 до +100°.
Политены являются термопластами, обладающими
исключительно хорошими диэлектрическими свойствами,
водонепроницаемостью и химической стойкостью. Концентрированные
растворы минеральных кислот, в том числе и азотной кислоты, не
оказывают на них при комнатной температуре заметного
действия. Растворы едких щелочей не действуют на политены и
при 100°. Особенно стоек политен к плавиковой кислоте.
Большинство органических растворителей при температуре до 60°
не действует на них.
Политены применяются, главным образом, в качестве
защитных покрытий по металлу в виде пленок или обкладок.
Полиизобутилены. Полиизобутилен (—СН2—С(СН3)2—)п
известен также под названием о п п а н о л. Это каучукоподобный
полимер, отличающийся высокой пластичностью и стойкостью по
отношению к сильным окислителям. Он устойчив также в
большинстве других агрессивных сред, в том числе и в щелочах.
Полиизобутилен растворим только в ароматических
углеводородах, в большинстве органических сред он нерастворим.
Оппанол морозостоек до —50° и теплостоек до 100°. При
этих температурах он сохраняет свои первоначальные
механические свойства.
Полиизобутилен, применяемый для обкладки химической
аппаратуры, не требует вулканизации и прикрепляется при помощи
специальных клеев.
/—СН—СН2— \
Полистиролы. Полистирол { | —термопластйч-
\ С6Н3 /„
ный полимер — представляет собой продукт полимеризации
стирола.
Полистирол обладает хорошими физико-механическими
свойствами, стоек в щелочах и кислотах, хорошо сопротивляется
действию окислителей. Выпускается в виде композиций,
предназначенных для прессования, а также в виде листов и труб.
Физико-механические свойства полистирола:
Предел прочности, кг/см"*
при растяжении 350—600
при сжатии 800—1000
при изгибе 500—1300
Твердость по вдавливанию 20—30

5. Прочие виды пластически* масс 275
К недостаткам полистирольных пластических масс относится
-fix невысокая теплостойкость (65—90°).
/—СН2—СН— \
Поливинилкарбазолы. Поливинилкарбазол ( | I
\ C12H8N/„
термопластичный полимер; он обладает высокой теплостойкостью,
начинает деформироваться под нагрузкой в интервале 10Q—150°.
Этот материал устойчив к органическим растворителям и
к растворам минеральных кислот и щелочей невысоких
концентраций.
Недостатком его является хрупкость, которая значительно
снижает возможность его применения.
Поливинилкарбазол может применяться как самостоятельный
конструкционный материал в виде мастики и з виде лакового
покрытия.
Аллиловые смолы. Аллиловые смолы представляют собой
продукты полимеризации аллиловых эфиров многоосновных
органических кислот. Они обладают хорошими физико-механическими
свойствами, хорошей теплостойкостью и устойчивостью против
действия минеральных кислот средних концентраций, едких
щелочей (концентрации не выше 10%), растворов солей и
некоторых органических растворителей. Из этих смол изготовляют
термореактивные пластические массы.
Политетрафторэтилены. Эти фторорганические соединения
(—CF2—CF2—)п получаются в результате полимеризации
CF2=CF2.
Пластические массы, получаемые на основе этих соединений,
обладают исключительно ценными свойствами: переносят нагрев
до 400—500° без расщепления, негорючи, устойчивы при высокой
температуре к сильным окислителям, в том числе к
концентрированным азотной и серной кислотам, к царской водке, перекиси
водорода и т. п. Другие агрессивные среды —
концентрированная соляная кислота, едкие щелочи, органические
растворители и газовые среды — также не действуют на
политетрафторэтилен.
Политетрафторэтилен применяется в виде самостоятельного
конструкционного материала и для покрытий. Пленки сохраняют
эластичность при —100°.
Кремнийорганические смолы. Высокополимерные кремнийорга-
нические соединения впервые были получены К. А. Андриановым.
Они представляют собой смолы, в которых сочетаются
преимущества неорганических и органических веществ: они обладают
теплостойкостью и химической инертностью, присущими силикат-

276
xVi. пластические Массу
ным материалам, и высокой пластичностью и эластичностью,
свойственными органическим веществам.
Промышленное применение нашли полимеры типа
\ CHS In
Эти полимеры получаются в виде маслообразных вязках
жидкостей, застывающих в пределах от —80 до —100°, и в виде каучу-
коподобных продуктов.
Жидкие кремнийорганические полимеры применяются в
качестве смазок при высоких температурах в условиях действия
агрессивных сред. Каучукоподобные продукты сохраняют
эластичность при 200° и в течение нескольких дней выдерживают
температуру 300°. Эластичность их сохраняется и при низких
температурах вплоть до —50°.
Каучукоподобные кремнийорганические продукты
применяются для прокладок и уплотнений, работающих при высоких
температурах; в сочетании со стеклянной тканью! они дают
слоистые пластические массы.
Композиции синтетических смол с каучуком. Эти композиции
представляют собой продукты совмещения бутадиен-нитрильного
каучука с полихлорвиниловыми или феноло-альдегидными
смолами. Они обладают высокой теплостойкостью,
морозостойкостью и незначительно набухают.
Хорошими механическими свойствами, эластичностью,
сопротивляемостью истиранию и стойкостью по отношению к
органическим растворителям обладает продукт, содержащий 75% каучука
и 25% пластифицированной полихлорвиниловой смолья. Свойства
этих совмещенных смесей выше, чем свойства компонентов в
отдельности.
Композиции применяются в виде листов для обкладки
аппаратуры.
ЛИТЕРАТУРА
Архангельский Б. А., Пластические массы, как заменители металлов,
Госпланиздат, 11940.
Егоров И. А. и Назаров М. И., Фаолит, Госхимиздат, 1946.
Клинов И. Я-, Новые антикоррозионные покрытия, Хим. пром. № Ю (1948).
Петров Г. С, Рутовский Б. Н., Лосев И. П„ Технология синтети- *
ческих смол и пластических масс, Госхимиздат, 1946.

ГЛАВА XVII
МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КАУЧУКА
Материалы на основе каучука нашли применение в качестве
зздвдтных покрытий. Однако известны случаи применения
некоторых из этих материалов и для непосредственного изготовления
различных аппаратов и деталей (насосы из эбонита, краны,
корзины центрифуг и др.).
1. Общая характеристика
Натуральный каучук представляет собой высокомолекулярное
соединение, являющееся продуктом полимеризации ненасыщен-
СН3
ногоуглеводорода, называемого изопреном |
СНа=С—CH—CHg
В СССР натуральный каучук получают из корней кок-сагыза,
тау-сагыза и др. Удельный вес натурального каучука'колеблется
от 0,915 до 0,930.
Синтетические каучуки получают путем полимеризации
углеводородов или их замещенных, имеющих аналогично изопрену
сопряженные двойные связи (бутадиен СН2 = СН — СН = СН2
и хлоропрен СН2 = СС1 — СН = СН2 и др.). По многим
физическим свойствам они близки к натуральному каучуку. В качестве
самостоятельного конструкционного материала каучук не
применяется ввиду неблагоприятных физико-механических и
химических свойств.
Большое применение имеют резины, получаемые
вулканизацией* каучука. Резины являются технически пригодными ма-
териалами, химически стойкими по отношению К большинству
агрессивных сред.
В зависимости от количества серы, вступившей в соединение
с каучуком, получают резину той или иной твердости. Различают?
мягкую резину (содержащую 2—4% серы) и твердую —
эбонит (содержащую40—50% серы). Последний представляет
собой твердый, но термопластичный материал.
Для повышения прочности на разрыв, стойкости резины
к истиранию, увеличения твердости, удельного веса — в состав
* Вулканизация — процесс взаимодействия каучука с серой и с другими
веществами, протекающий при 130—160°, при котором каучук из
пластического состояния переходит в эластическое.

278 XVII. МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КАУЧУКА
резиновых смесей вводят различные наполнители (сажу, каолин,
мел и др.)- Выпускают специальные сорта резины с
графитовым наполнителем для повышения теплопроводности.
Мягкая резина обладает высокой эластичностью,
позволяющей выдерживать без разрушения значительные деформации,
недопустимые для других материалов, высоким относительным
удлинением при растяжении, достигающим 700—800%,
способностью смягчать удары, противостоять истиранию и переносить
многократные повторные деформации. Коэфициент расширения
мягкой резины весьма значителен, но благодаря своей
эластичности она не изменяет формы и не дает трещин при
повышении температуры. Корродирующие среды в
незначительной степени изменяют механические свойства мягкой резины.
Все эти свойства в сочетании с высокой химической
стойкостью определяют значительную роль резины в химическом
машиностроении.
Мягкую резину рекомендуется применять для температур не
выше 75°; однако она пригодна и при более высокой температуре
(нередко до 110—150°), если действие температуры не будет
продолжительным. Горячий воздух вызывает «старение» резины
(ухудшение механических свойств). Особенно сильное
разрушение резины происходит на границе раздела воздуха и
жидкости.
Благодаря своей высокой сопротивляемости истиранию мягкая
резина в особенности пригодна для аппаратов, работающих
с жидкостями, содержащими в виде суспензий значительные
количества взвешенных веществ (насосы, трубопроводы). На
химических заводах применяются также резиновые подшипники.
Такие подшипники обладают хорошим сопротивлением
истиранию и низким коэфициентом трения при смачивании водой
поверхности резины, соприкасающейся с вращающимся валом.
В химической промышленности резина применяется также
в качестве фильтрующего материала. Способ изготовления
последнего, разработанный в СССР *, заключается в том, что
сырую каландрированную резину толщиной 0,5—2 мм перфорируют
под прессом иглами кардоленты, получая отверстия диаметром
0,1—0,4 мм. Затем перфорированную резину вулканизуют.
2. Химическая стойкость резины и эбонита
Резина химически инертна к большинству неорганических
соединений, за исключением сильных окислителей. К
органическим соединениям резина менее стойка.
* А. Н. Удадовский, Антикоррозионная фильтрующая сетка, Хим.
пром. № 1 (Ю44).

'»
3. ОБКЛАДКА АППАРАТОВ РЕЗИНОЙ 279
Мягкая резина и эбонит стойки против кислот: кремне-
фторнстоводородной, муравьиной, плавиковой (до 50%),
сернистой, серной (до 50%), соляной (всех концентраций), уксусной
и фосфорной (до 85%); растворов едких щелочей; растворов
большинства минеральных солей; спиртов и др.
Сильные окислители — азотная, хромовая и
концентрированная серная кислоты, перекись водорода и др. разрушают резину.
На холоду эбонит стоек к азотной кислоте низких концентраций.
Мягкая резина несколько уступает в химической стойкости
эбониту, который труднее окисляется и меньше набухает, чем
мягкая резина. Однако низкая температура %размягчения и
невысокие механические свойства эбонита часто заставляют
предпочитать мягкую резину.
Газы большей частью диффундируют через мягкую резину, и
для работы в газовых средах рекомендуется применять эбонит,
3. Обкладка аппаратов резиной
Обкладку аппаратов производят как мягкой резиной, так и
эбонитом. Мягкую резину применяют для аппаратов, которые
могут подвергаться сотрясениям, ударам, сменам температуры
или работают с жидкостями, содержащими взвешенные твердые
частицы. Эбонит применяется в аппаратах, работающих при
постоянной температуре и при отсутствии механических
воздействий, когда требуется повышенная химическая стойкость.
Физико-механические свойства некоторых марок химически
стойкой резины и эбонита, применяемых для обкладки
химических аппаратов, приведены в табл. 35,
Таблица 35
Физико-механические свойства некоторых сортов резины и эбонита
Марка
829
1751
1814
1976
2109
2169
2566

Пластичность по
В альянсу
3,2-4,2
3,0-4,5
4,0—5,5
3,5-5,5
3,5-5,0
3,0-4,0
3,2—4.2
Предел прочности
кг[см2
при
растяжении
200,0
274,0
364,0
52,0
320,0
450,0
160,0
при изгибе
638,0
1 713,0
—
577,0
890
—

Теплостойкость
"С
43
62,2
—
55
56

Удельный
вес
1,07
1,32
1,33
1,12
1,21
1Л4
1,07
Удлинение
°/о

относительное
773,0
—
—
366,0
—
—
650

остаточное
30,0
—
—
14,0
—
—
30

Хрупкость
кг см/смг
__
3,36
2,65
—
1,83
2,58
—

280 XVII. МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КАУЧУКА
Выбор той или иной марки резины обусловлен требованиями,
предъявляемыми к покрытию.
Существуют различные способы покрытия химической
аппаратуры резиной. Основным из них является обкладка
защищаемой поверхности одним, двумя или более слоями сырой листовой
резины с последующей вулканизацией последней. Другие
способы покрытия аппаратов материалами на основе каучука, как,
например, покрытие резиновым клеем, отложение резины путем
электрофореза, имеют
ограниченное применение.
Однослойная эбонитовая
обкладка толщиной 2—4 мм
применяется для стационарных
аппаратов — сборников,
мерников, хранилищ и т. п.
Двухслойная эбонитовая обкладка
общей толщиной 4 мм
применяется для насосов,
вентиляторов, корзин центрифуг.
Двухслойная обкладка,
состоящая из эбонита толщиной
1,5 мм и поверх него слоя
мягкой резины толщиной 3 мм,
применяется в тех случаях, когда
агрессивная среда содержит
твердые частицы, под
действием которых поверхность
истирается. Двухслойная обкладка,
состоящая из слоя мягкой резины толщиной 1—% мм и поверх
него слоя эбонита толщиной 3—5 мм, применяется в тех случаях,
когда аппарат может подвергаться ударам по наружной
поверхности.
Для особо тяжелых условий работы аппаратов применяется
трехслойная обкладка, состоящая из слоя мягкой резины
толщиной 1,5—2 мм, промежуточного эбонитового слоя
толщиной 3—4 мм и наружного слоя мягкой резины толщиной
1,5—2 мм. Трехслойная обкладка позволяет избегать
термической деформации эбонита, коэфициент линейного
расширения которого больше коэфициента линейного расширения
железа.
В тех случаях, когда аппараты должны работать при
температуре больше 60—70°, они футеруются обычно силикатными
химически стойкими плитками или кислотоупорным кирпичом по
резиновой обкладке (рис. 108). Футеровка предохраняет резину
от воздействия высокой температуры, ибо при переходе от
жидкости к обкладке температура падает от 100 до 60—65°,
Рис 108. Футеровка кислотоупорным
кирпичом по резиновой обкладке:
1—трехслойная обкладка; 2—кислотоупорный
кирпич; 3—кислотоупорная замазка.

3. ОБКЛАДКА АППАРАТОВ РЕЗИНОЙ
281
Независимо от количества и рода обкладочных слоев, поверх-
ность, подлежащую покрытию, предварительно самым
тщательным образом очищают от грязи, органических примесей и ржав-
чаюя. Очистку производят пескоструйным аппаратом, благодаря
чему получается шероховатая поверхность металла, что нужно
для лучшего сцепления его с резиновой
обкладкой.
Очищенную поверхность металла
промывают бензином и после испарения бензина
наносят на металл слой резинового клея.
На промазанную клеем и просушенную
поверхность металла накладывают пластину
сырой резины, которую прокатывают
деревянными роликами для удаления воздуха и
устранения неплотностей между металлом и
резиной.
Обложенный сырой резиной аппарат
помещают в вулканизационный котел * и при
давлении пара Зати (что соответствует 143°)
проводят процесс вулканизации в течение
3—10 час.
Если аппарат, подлежащий обкладке
резиной, ввиду больших размеров не может
быть помещен в вулканизационный котел, то
сам аппарат обычно служит пароприемни-
ком. Внутрь аппарата после нанесения на
его поверхность сырой резины впускают пар
для вулканизации. Таким путем, в
частности, наносят обкладки на цистерны.
Деревянные баки и резервуары обычно покрывают заранее
вулканизованными резиновыми обкладками, изготовленными
в соответствии с внутренними размерами обкладываемых
аппаратов и укрепляемыми по их бортам. Деревянную аппаратуру
можно обкладывать только мягкой резиной.
В связи со специфическими особенностями нанесения
резиновых обкладок аппараты и детали, обкладываемые резиной,
должны удовлетворять ряду условий.
Материалом, больше всего подходящим для обкладки,
является сталь; медь необходимо предварительно лудить; алю-
мйний следует очистить от окисной пленки.
/.' ..
* При некоторых составах сырой резины вулканизацию можно вестн без
давления, так называемым методом открытой вулканизации. Аппарат
заливаю? горячим водным раствором солей (хлористый кальций и др.), имеющим
температуру кипения выше КХР. Этот способ пригоден для вулканизации
обкладок аппаратов любых размеров. Таким образом, как правило, наносят
обкладки на деревянные аппараты.
Сварной
я/ев
Рис. 109. Конструкция
бортов и днища
аппарата при обкладке
резиной.

282
XVII. МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КАУЧУКА
Рис. 110. Конструкция краев
детали при обкладке
резиной:
а—неправильная; б—правильная.
Сварные конструкции удобнее, чем клепаные.
В аппаратах, обкладываемых резиной, не должно быть острых
углов.
На рис. 109, ПО и 111 изображены
отдельные узлы аппаратов,
обкладываемых резиной.
Большие аппараты должны быть
изготовлены из отдельных разъемных
частей с фланцевыми соединениями.
В случае невозможности сделать
аппарат разъемным, в нем должен быть
предусмотрен лаз диаметром не менее
800 мм.
Края деталей, подлежащих
обкладке резиной, должны иметь
закругление радиусом не менее 5 мм.
Изогнутые детали могут иметь
изгиб с углом не менее 90° только
в одной плоскости и с одним радиусом закругления.
Трубы должны иметь внутренний диаметр, начиная от 75 мм
« выше.
Общая длина тройника или крестовины при диаметре 37 мм
не должна превышать 150 мм, при диаметре 50 мм — 230 мм и
при больших диаметрах—
300 мм.
Внутренний диаметр
штуцеров должен быть
не менее 50 мм.
В центрифугах,
подлежащих обкладке,
диаметры отверстий барабанов
должны быть на 8—10 мм
больше, чем диаметры
отверстий готового изделия.
С этой целью отверстия корзин центрифуг, имеющие обычно
диаметр 3—4 мм, рассверливают до диаметра в 14 мм и в раосвер-
лованные отверстия вставляют резиновые трубки с наружным
диаметром 14 мм и внутренним диаметром 4 мм. После
нанесения обкладки ее прокалывают через центры трубочек с наружной
стороны барабана.
В железнодорожных цистернах, обложенных резиной, на
участке, образованном сопряжением двух кривых поверхностей,
получается «карман» / (рис. 112, а), мало доступный для
обкладки резиной, вследствие чего в этом месте обычно
наблюдаются разрывы обкладки. В последнее время для предотвра-
Звмре/г/т/пь
ffopmt»
Рис. 111. Конструкция бортов фланца при
обкладке резиной.

4. ЛАКИ НА ОСНОВЕ КАУЧУКА
283
щ щения этого явления указанный узел цистерны конструктивно
1 изменен: «карманы» заменены широкими эллиптической формы
% прорезями в металле (рис. 112, б) *.
4. Лаки на основе каучука
Из лаков на основе каучука особенно
зарекомендовал себя лак,
представляющий собой продукт обработки хлором
раствора каучука в четыреххлористом
углероде, так называемый хлорированный
каучук.
Хлорированный каучук представляет
собой белый порошок уд. веса 1,5, содержащий
65—68% связанного хлора и не
разлагающийся при температуре до 100°. Его
растворяют в ароматических углеводородах и
после добавления в раствор смол и
высыхающих масел применяют в качестве лака.
Этот материал обладает химической
стойкостью по отношению к минеральным
кислотам (в том числе к разбавленной азотной),
к щелочам, растворам солей, хлору, хлоро-
водороду, сернистому газу и др.
Устойчивость хлорированного каучука как к
кислотам, так и к щелочам повышается с
введением пластификаторов и некоторого количества пигмента.
Пленка хлорированного каучука обладает хорошей сцепляе-
мостью с шероховатой поверхностью; она очень эластична и не
воспламеняется при повышении температуры.
Применение указанного лака (в виде 5—10%-ного раствора
хлорированного каучука в ароматическом растворителе) обеспе-
чивает надежную защиту от коррозии хранилищ большой
емкости, трубопроводов, вентиляционных установок и других
сооружений на химических заводах.
Рис. 112. Конструкция
сопряжения двух
кривых поверхностей Зке-
лезиодорожиых
цистерн:
а —неправильная;
б—правильная.
/—«карнаны»;
2—отверстие; 3—прорези.
ЛИТЕРАТУРА
Догадкин Б. А., Учение о каучуке, Машгиз, 1938.
Михайлов А. Н., Гуммирование, как средство антикоррозионного покрытия
химической аппаратуры, Госпланиздат, 1940.
* Г. В. Жемчужин, Причины брака и новые методы в технологии
гуммирования железнодорожных цистерн, Хим. пром. № Г1 (11948).

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Агрессивные газы, действие иа
металлы 75 ел.
Азотирование 163
Алитирование 162
Аллиловые смолы 275
Алмаз, твердость 175
Алюминий
алитирование 162
в броизах 136
— дуралюмине 151
— жаростойких сплавах 127
коррозия 65, 78, 149 ел.
нормальный электродный
потенциал 19
— реагенты для снятия
продуктов коррозии 93
'свойства 147 ел.
сплавы 151
стойкость химическая 149
Андезиты 188
«Антихлор» 112
Апатит, твердость 175
Аппаратура
для коррозионных испытаний 98
из бакелнтированной древесины
247
из угля 250
керамнковая 216
покрытие резиной 279 ел.
текстолитовая 259
.фаолитовая 256
Офутерованная
f бетоном 237
\^ битумииолями 270
' ^* диабазовыми плитками 198
эмалированная 208 ел.
Асбесты 191
Асбовинил 268
Асбопеиолиты 272
Атмосферная коррозия 42 ел.
Аустеиитные стали 112
Аусгенитные чугуны 131
Аэрация, влияние на коррозию 41
Базальт 195
Бакелитнрованне древесины 244
Бакелитовые лаки 259
Башии
бетонная 238
гранитная 186
Бериллий, в бронзах 137
Бетон кислотоупорный 235 ел.
Бештауниты 188 ел.
Битумбетоиы 273
Битуминолн 269
Битумы, испытания 181
Благородные металлы, коррозия 155
Блуждающие токи, коррозии под их
действием 65 ел.
Боросяликатиое стекло 203
Бронзы 136 ел.
Вакуум-фильтр угольный 251
Винялиты 266
Винипласт 264
Водород
нормальный электродный
потенциал 19
перенапряжение 30 ел.
Водородная деполяризация 30, 36, 63,
105
Водородная коррозия 76
Водороднаи хрупкость меди 78
Высыхание лаковых пленок,
определение 182
Газовая коррозия 75 ел.
Гальванические покрытия 160
Гальванические элементы 21 ел., 25
Гипс, твердость 175
Глазурь 215
Глето-глицериновые цементы 231
Глины 213
Гориблендит 195 *
Горные породы Vjf
андезиты 188 «чя»», V
асбесты 191
бештауниты 188 ел.
граниты 185 ел.
кварциты 194
кварц пылевидный 191 .
туфы 192
фельзиты 193
Граниты 185 ел.
Графит 101

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 285
Графятнзация 89
Графолит 255
Деполяризация 28
водородная 30 ел., 36, 63, 105
кислородная 34, 42, 62
Диабаз 195
Диаграммы состояния 45 ел., 47, 105,
107, 112
Динамометр 176
Динасовые изделия 220
Диффузионные покрытия 162 ел.
Древесина 239 ел.
натуральная 239
прессованная 243
пропитанная 244
стойкость химическая 242
Дуралюмии 151
Жаропрочность сталей 126
Жаростойкие стали 126 ел.
Железо
в бронзах 137
— железокремнистых сплавах 107
— железоиикелевых сплавах 119
— железоуглеродистых сплавах
101
— медноиикелевых сплавах 142
— хромистых сталях J12 ел.
— хромоиикелевых сталях 119
**" коррозия
атмосферная 42 ел.
в воде 62, 103
— кислотах 105 ел.
— растворах солей 103
— щелочах 104
нормальный электродный
потенциал 19
щелочная хрупкость 57
Железокремнемолибденовые сплавы
НО ел.
Железокремиистые сплавы
применение ПО
свойства 108
состав 107
стойкость химическая 108 ел.
Железоуглеродистые сплавы
коррозия 76, 77, 101, 103 ел.
обезуглероживание 77
стойкость химическая, 52, 101,
103 ел.
Железохромистые стали, закалка
термическая 116
Жидкое стекло 225 ел., 236
^ Замедлители коррозии 71 ел.
"■■Защита
катодная 67
протекторная 40
*i
Защитные пленки 72, 77 ел., 104,
107, 109, 114, 126, 147, 158 ел., 182
Защитные покрытия
лаковые 182, 259, 265, 267, 269,
271, 283
металлические 158 ел.
гальванические 160
диффузионные 162 ел.
плакирование 166
покрытие распылением 161 ел.
покрытие погружением в
расплавленный металл 165
неметаллические 182
эмали 206, 207
Ингибиторы см. Замедлители
коррозии
Ионизация кислорода 34
Кавитация 63
Кадмий
нормальный электродный
потенциал 19
свойства 154
Калий, нормальный электродный
потенциал 19
Каменное литье 195
Камера увлажнения Афанасьева 99
Каолинит 213
Карбиды, в железохромистых сталих
113
Карбонилы 77
Катодная защита 67
Каучук
материалы на его основе 277
хлорированный 283
Кварц i
плавленый 199 ел. |
пылевидный 191 — --,---$-
твердость 175 %#
Кварцевое стекло 199 ел. v-jr ' '
Кварциты 194 I
Керамика jD"*"****», V|
плотная 212 ел.
глазурь 215
метлахские плитки 218
фарфор 219
пористая 219 ел. .
динасовые изделия 220.
огнеупоры 220 ел.
шамотные изделия 221
фильтрующие изделия 224
Кислород
ионизация 34
перенапряжение 35
Кислородная деполяризация 34,42, 62
Кислотоупорность, определение 179
**\

286 ПРЕДЛШТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Кобальт
действие агрессивных газов 78
норм, электродный потенциал 19
Колонна перегонная из угля 250
Конструкционные материалы
горные породы см. Горные породы
металлические 101 ел.
на основе каучука 277 ел.
неметаллические
классификация 169
методы испытания 173 ел.
органического происхождения,
естественные 239 ел.
пластические массы см.
Пластические массы
силикатные см. Силикатные
материалы
Коррозионная усталость 58
Коррозионные испытания
качественные 90
количественные
весовые 91
объемные 92
по измерению электрического
* сопротивления образца 92
ж электрохимические 94
щ условия 96 ел.
Коррозия j
-*' атмосферная 42
влияние
давления 64
деформации 55
конструкции аппаратуры 67
концентрацнн агрессивной
среды 59
напряжений 55
поверхности металла 55
скорости движения раствора 62
состава агрессивной среды 59
температуры 59
межкристаллитная 56, 88, 120
местная 88
под действием блуждающих то-
^ ков 65
** равномерная 87
скорость 95
схема процесса 27
<** точечная 88
*» ударная 63
"«•«•химическая 11, 75 ел.
ч» электрохимическая 11, 15, 26 ел.
Корунд, твердость 175
Кремний
в бронзах 137
— жаростойких сплавах 127
— железокремнемолибдеиовых
сплавах 110
Кремний
в жедезокремнистых сплавах 107
— железоуглеродистых сплавах
101
— железохромнетых сталях 114,
'125, 127
— медноникелевых сплавах 142
— сильхромах 127
— хромистых сталях 125
— хромистых чугунах 130
— хромоннкельмарганцовых
сталях 125
енлнцирование 162
Кремняйорганнческне смолы 275
Кривые поляризационные 36 ел.
Кристаллы
идеальные 13
металлов 12
реальные 13
Кузбасский лак 271
Лаки
асфальто-битумные 269
бакелитовые 259
дивииилацетиленовый 267
кузбасский 271
на основе каучука 283
перхлорвнннловые 265
полнхлорвиннловые 265
этиноль 267
Лакокрасочные иленки, испытания 182
Латунн 139 ел.
Легирование сплавов 111, 124
Легирующий компонент 51
Лигностон 243
Лнгнофоль 243
Литий, нормальный электродный
потенциал 19
Литые силикатные материалы
каменное лнтье 195 ел.
кварц плавленый 199 ел.
стекло 202
эмаль кислотоупорная см. Эмаль
кислотоупорная
Магний
нормальный электродный
потенциал 19
свойства 152
химическая стойкость 153
Марганец
в бронзах 137
— жедезокремнистых сплавах 107
— железоуглеродистых сплавах
101
:— железохромнетых сталях 114
— медноникелевых сплавах 142
—: хромоникелевых сталях 125

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
287
Магний
хромоникельмарганцовых сталях
124, 125
нормальный электродный
потенциал 19
Мартенсит 113
Мастикн
асфальто-бнтумные 269
специальные 260
Медные сплавы
бронзы
алюминиевые 136
коррозия в агрессивных средах
139
оловяннстые 136
состав 138
латуни 139
с никелем 142
Медь
в латунях 139
— медноникелевых сплавах 142
водородная хрупкость 78
в сплавах с алюминием 151
— хромоникельмолибденовых
сталях 124
действие агрессивных газов 77
нормальный электродный
потенциал 19
реагенты для снятия продуктов
коррозии 93
свойства 134
сплавы 136 ел.
стойкость химическая 134
Межкристаллитнан коррозия 56, 88.
120
Мельницы шаровые 198
Местная коррозия 88
Местные элементы, теория 26
Металлизация (покрытие
распылением) 161
Металлы
благородные 155 ел.
jLi испытание на коррозионную
стойкость 90
коррозии
химическая 75 ел.
электрохимическая 26
нормальные электродные
потенциалы 19
пассивность 81 ел.
поверхностные пленки,
образование 78
ряд напряжений 19
цветные 134 ел.
JL черные 101 ел.
¥*Метлахские плитки 218
Многофазные сплавы, коррозия 47
Многоэлектродные элементы 38 ел.
Молибден
в жаростойких сталях 127
— железокремнемолибденовых
сплавах ПО
— ннкельмолнбденовых сплавах
143
— хромистых сталях 125
— хромоникелевых сталях 125
— хромоникельмарганцовых
сталях 125
— хромоникельмолибденовых
сталях 123
Монель-металл 142
Морская латунь 140
«Мосилэкс» 112
Мотохимнческое явление 84
Муллит 214
Наполнители 226
Напряжения ряд 19
Насос стеклянный 203
Натрий, нормальный электродный
потенциал 19
Неметаллические материалы 168 ел.
Непроницаемость, определение 177
Нержавеющие стали И2 ел.
Нержавеющие чугуны 129 ел.
Никель
в жаростойких сплавах 126
— железоникелевых сплавах 119
— медноникелевых сплавах 142
— никельмолибденовых сплавах
143
— хромистых сталях 125, 127
— хромомаргаицовой стали 124,
125
— хромоникелевых сталях 119,125
— хромоникельмолибденовых
сталях 123
действие агрессивных газов 78
нормальный электродный
потенциал 19
свойства 141
Ннкельмолнбденовые сплавы 143
Никросилал 132
Нирезист 132
Обезуглероживание стали 76, 77
Обесцннкованне латуней 140
Объемометр 174
Огнеупоры 220 ел.
магнезитовые 223
полукнелые 221
тальковые 222
углеродистые 223
Однофазные сплавы 48

288
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Олово
в бронзах 136
нормальный электродный
потенциал 19
реагенты для снятия продуктов
коррозии 93
свойства 154
Ортоклаз 175, 185
Оппанол 274
Пассивирование 82, 109
Пассивность металлов 81 ел.
Патрубок сливной, приваривание 69
Пенетрометр 181
Перегонная колонна угольная 250
Перенапряжение
водорода 31 ел.
кислорода 35
Перхлорвиниловый лак 265
Плакирование 166
Пластикат полихлорвнниловый 263
Пластические массы
аллиловые смолы 275
асбовинил 268
асфальто-битумные
асбопеколнты 272
битуминоли 269
композиции каучука и
синтетических смол 276
композиционные 252, 254, 260,
268, 269, 272, 276
кремнийорганические смолы 275
полнвннилкарбазолы 275
полннзобутнлены 274
полнетиролы 274
полнтетрафторэтилены 275
полихлорввниловые смолы 262 ел.
винилиты 266
винипласт 264
совиден 266
полиэтиленовые смолы 274
слоистые 252, 258
феноло-формальдегидные смолы
252
текстолит 258
фаолит 254 ел.
Пленки
защитные 72, 77, 78, ел., 104, 107,
109, 114, 126, 147, 158 ел.
лакокрасочные, испытания 182
Поглотительная гранитная башня 186
Поглощаемость, определение 178
Покрытия защитные см. Защитные
покрытия
Ползучесть металла 129
Поливинилкарбазолы 378
Полиизобутилены 274
Полистиролы 274
Политены 274
Полнтетрафторэтилены 275
Полиэтиленовые смолы 274
Поляризационные кривые 36 ел.
Поляризация 28, 36 ел.
Понизители твердости 57
Пористость, определение 178, 183
Пороги, устойчивости твердых
растворов 51
Портланд-цементы 232 ел.
Потенциалы
измерение 18
неравновесные 20
нормальные
графита 101
металлов 19 ел.
феррита 101
электродные 17 ел.
Правило порога устойчивости (л/8) 50
Прибор Михаэлиса 175
Приборы для определения
объемного веса 174
растяжения 100
схватываемости цемента 230
теплостойкости 179
эластичности 183
Проницаемость 95
Проницаемость битумных материалов
181
Протекторная защита 40, 164
Равномерная коррозия 87
Размягчения температура,
определение 182
Растрескивание латуней 140
Растяжимость битумов, определение
181
Реагенты для снятия продуктов
коррозии с металлов 93
Резина 277 ел.
Резит 253
Резитол 253
Резол 253
Решетки кристаллические 12
Ржавчина 44
Ртуть, нормальный электродный
потенциал 19
Ряд напряжений 19
Сатураторы 198
Сварка обичайкн с трубной доской
68
Свинец
коррозия в HG1 65
нормальный электродный
потенциал 19

Предметный указатель
Ш
Свинец
покрытие железа 161, 165
реагенты для снятия продуктов
коррозии 93
свойства 144
стойкость химическая 145 ел.
«твердый» 147
Сера
в железокремиистых сплавах 107
— железоуглеродистых сплавах 101
—железохромистых сталях 115
Серебро
коррозия под действием газов 78
нормальный электродный
потенциал 19
Силикатные материалы
литые 195 ел.
получаемые без обжига 225 ел.
получаемые обжигом до спекания
212 ел.
Силнманит 214
Силицирование 162
Сильхромали 127
Сильхромы 127, 128, 132
Слюда 185
Смолы
аллиловые 275
кремнийорганвческве 275
полихлорвиниловые 262 ел.
полиэтиленовые 274
феноло-формальдегидиые 252
Совиден 266
Сплавы 46 ел., 101 ел.
алюминиевые 151
диаграммы состояния 45 ел.
железокремнемолнбденовые 110 ел.
железокремнистые см. Железо-
кремнистые сплавы
железоуглеродистые см.
Железоуглеродистые сплавы
железохромнетые 112 ел.
коррозионная стойкость 49 ел.
медные см. Медные сплавы
многофазные 45, 47
никелевые 142
г однофазные 45, 48 ел., 50
Твердые растворы 45, 48 ел.
хромоалюминиевые 127
Опт
аустенитные 112
высокохромистые, состав 128
жаростойкие 126 ел.
железохромнетые 112 ел.
кислотоупорные 125
коррозия в НС1 65, 73
нержавеющие 112, 125
сильхромы 127, 128, 132
Стали
хромистые 112 ел.
хромомарганцовые 128
хромоникелевые см. Хромонике-
левые стали
хромоникельмарганцовые 124, 125,
128
хромоннкельмолибденовые 123
ферритные 112
Стекло
бороенликатное 203
жидкое 225 ел., 236
кварцевое 199 ел.
Стойкость химическая
алюминия 147
аустеинтных чугунов 133
броиз 139
горных пород 184
древесины 241
железокремнемолибденовых
сплавов 110 ел.
железокремиистых сплавов 108 ел.
железоуглеродистых сплавов 52,
101 ел., 103 ел.
железохромистых сплавов 52
железохромнетых сталей 114 ел.
лаковых пленок 183
латуней 139 ел.
магния 153
материалов органического
происхождения 180
меди 134 ел.
методы испытания 90 ел., 179, 183
неметаллических материалов 170
никелевых сплавов 142
никеля 141
пластических масс 253 ел.
резины 278
свинца 145 ел.
силикатных материалов 179
тантала 156
твердых растворов 48 ел.
хромистых сталей 114 ел.
хромоннкелевых сталей 122
чугунов 129, 131
эбонита 278
Сурьма, нормальный электродный
потенциал 19
Схватывание цемента 230
Сцепляемость, определение 181
Тальк, твердость 175
Тальковые огнеупоры 222
Тантал 156
Твердости понизители 57
Твердые растворы 45, 48 ел., 107,
112, 114, 119, 136, 142
19 Зак. 1142. И. Я. Кликов.

290
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
«Твердый свинец» 147
Текстолит 258
Теория
замедленного разряда иоиов 31
местных элементов 26
пассивности металлов
Кистяковского 83 ел.
Эршлера 85
Термическая стойкость, определение
178
Термосилиды 107
Титаи
в хромистых сталях 117
— хромоникелевых сталях 122
Термохромирование 162 ел.
Топаз, твердость 175
Туфы 192
Углерод
в железокремиистых сплавах 107
— железоуглеродистых сплавах
101
— железохромистых сталях 113
-v хромистых чугуиах 130
■— хромоникелевых сплавах 120,
125
— хромоиикельмарганцовых
сталях 125
Углеродистые огнеупоры 223
Уголь, конструкционный материал
249
Ударная коррозия 63
Ускоритель схватывания цемента 226
Усталость коррозионная 58
Устойчивость металлов к коррозии 79
Фаолит 254 ел.
Фарфор 219
Фельзиты 193
Феррит 101 ел.
Ферритные стали 112 ел.
Ферросилиды 107
Фильтры
из силикатных материалов 224
угольные 251
Флюатироваиие il71
Фосфор . "
в железокремиистых сплавах 107
— железоуглеродистых сплавах
101
— железохромистых сталях 115
1
Химическая коррозия 76 ел.
Хлорированный каучук 283
Хром
в железохромистых сталях 112 ел. !
— енльхромах 127, 128 • \
— хромистых сталях 125, 126 i
— хромистых чугунах 130
— хромомаргаицовой стали 124
— хромоникелевых сплавах 119, 1
125
— хромоиикельмарганцовых ста- I
лях 125 ж \
— хромоиикельмолибденоЛк ста- .'
лях 123
нормальный электродный потен- ]
циал 19
Хромаль 127, 132
Хромирование 160, 163' |
Хромистые стали 112 ел. t
Хромистые чугуиы 130
Хромоалюмиииевые сплавы 127
Хромомаргаицовые стали 128 !
Хромоникелевые стали
испытания 98
межкристаллитная коррозия 120
с молибденом н медью 124 I
состав 119, 125, 128 \
стойкость химическая 122
структура 120
Хромоиикельмаргаицовые стали 124,
125. 128 J
Хромоникельмолибдеиовые стали 123 1
«Хромэкс» 130
Хрупкость щелочная 57
«Цвета побежалости» 78 !
Цементит 101
Цементы ;
глето-глицериновые 231 !
кислотоупорные 223 ел.
испытание 230
наполнители 226
свойства 228 ел.
связующее вещество 225
схватывание и твердение 226 ел.
серные 231
портланд- 232 ел.
Цинк
в латунях 139
нормальный электродный
потенциал 19
растворимость в H2S04 32
реагенты для снятия продуктов
коррозии 93 *
свойства 154
Чугаль ИЗЙ
Чугун 105, 112, 129 ел.

-ч*> ->
ПРЕДМЕТНЫЙ
Чугуны нержавеющие
аустеннтные 131
стойкость химическая 129, 13!
хромистые 130
Шамотные изделия 221
Шпат плавиковый, твердость 175
Шпиндельный аппарат 98
Щелочная хрупкость металлов 57
Эбонит 277, 279
Эластичность пленок, определение 182
Электрод
кислородный 30, 35
стандартный 18
указатель 291
Электродные потенциалы,
нормальные 19
Электродренаж 67
Электролиты 14 ел.
Электрохимическая защита 40
Элементы
гальванические 21 ел., 25
концентрационные 23
многоэлектродные 38 ел.
Эмалирование 207
Эмалированная аппаратура 208 ел.
Эмаль
грунтовая 206
кислотоупорная 205 ел.
покровная 207
Этнноль 267
19*

Редактор Г. Е. Лурье Техн. редактор М. С. Лурье
Подписано к печати 18/IV 1950 г. Т 03042. .Бумага 60x92Vi« = 978 бумажных —
—1874 печатных листов. Учетно-издательских листов 20,1. Тип, знаков в 1 печ. л. 44120.
Тираж 5000 экз.. Заказ тип. № 1142. Цена 10 руб.
4-я типография им. Евг. Соколовой Главполиграфиздата при Совете Министров СССР9
Ленинград, Измайловский пр., 29.
\

4. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ 131
30
I
«V?
I
I
10
\
к'
\
\
\/
2
10
го
30
Хромистые чугуны вследствие высокого содержания хрома
обладают высокой химической стойкостью в окислительных
средах.
В серной кислоте хромистый чугун стоек только при
концентрации выше 62% H2Sd4 и особых преимуществ перед серым
чугуном не имеет.
В соляной кислоте разрушается.
В холодной азотной кислоте хромистый чугун стоек как в
разбавленной, так и в концентрированной. В 37% -ной кипящей
азотной кислоте стойкость его еще достаточно высока, а в
концентрированной кислоте значительно ниже
стойкости стали ЭЯ1.
В 70%-ной фосфорной кислоте, в ни-
трозилсерной кислоте, уксусной, в
растворах солей, в том числе и хлористых,
в большинстве органических соединений
(не являющихся восстановителями)
хромистый чугун не подвергается коррозии.
Хромистый чугун хорошо
сопротивляется механическому износу.
■ Из хромистого чугуна изготовляют
центробежные насосы, конденсаторы,
трубы, ректификационные колонны,
вентиляторы, мешалки и самую разнообразную
арматуру.
Отливки из хромистого чугуна нашли
большое применение также и как
жаростойкие. Жаростойкость возрастает с
увеличением содержания хрома; при 30% Сг жаростойкость сплава
достигает 1200°.
На рис. 69 показано влияние содержания хрома на окисляе-
мость хромистого чугуна при высоких температурах.
Как жаростойкий материал хромистый чугун с успехом
применяется для топок, частей барабанных сушилок, лопастей,
гребков колчеданных печей, реторт, плавильных горшков и других
деталей химической аппаратуры, работающих при высокой
температуре. Следует отметить, что хромистый чугун устойчив против
паров серы и сернистых соединений, что имеет особое значение
для химической промышленности.
Аустенитные чугуны. В последнее время получили
распространение новые марки нержавеющих чугунов аустенитнои структуры,
обладающие хорошими технологическими свойствами при
повышенной стойкости против воздействия многих агрессивных сред.
Основной легирующей добавкой в этих чугунах является никель,
наличие которого обусловливает аустенитную структуру. Кроме
никеля, эти чугуны могут содержать хром, медь, алюминий и дру-
СодерйтиеСт, %Вес.
Рис. 69. Влияние
содержания хрома на окисляе-
мость хромистого чугуна
при высоких
температурах:
/—при 1000°; 2—при 1100».
9*
|.

ГЛАВА VIII
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
1. Медь
Медь является весьма распространенным в химическом
машиностроении конструкционным материалом. Медь
электроположительна, электродный потенциал ее +0,34 е.
Техническая медь обычно содержит не менее 99,5% Си. Из
примесей, содержащихся в меди, особенно опасными являются
висмут, свинец, кислород и сера. Висмут нерастворим в меди и
образует с ней эвтектику, плавящуюся при 270° и располагающуюся
по границам зерен. Поэтому при обработке в горячем состоянии
медь подвержена «к р а с н о л о м к о с т и». Аналогично висмуту
действуют примеси свинца. Кислород и сера образуют с медью
химические соединения СигО и Cu2S, которые в свою очередь
образуют с медью эвтектику.
При обработке меди в холодном состоянии металл склонен
к «хладноломкости» вследствие наличия по границам
зерен меди хрупких химических соединений Си20 и Cu2S.
Кроме того, медь, содержащая СигО, подвержена
водородной коррозии; это явление имеет место при действии водорода
при высокой температуре на Си20. Водород восстанавливает
закись меди с образованием водяного пара:
Cu20 -f Н2 —> 2Cu -f- Н20
Водяной пар стремится удалиться из металла и вызывает
образование трещин.
Примеси никеля, серебра, олова и цинка не оказывают
вредного влияния на механические и технологические свойства меди;
примеси железа, мышьяка и сурьмы вредны.
Медь обладает большой вязкостью и хорошо обрабатывается
в горячем и холодном! состояниях. Литейные свойства меди
невысоки.
Высокая теплопроводность меди (в шесть раз выше
теплопроводности железных сплавов) делает этот материал особо ценным
для изготовления теплообменной аппаратуры.
Так как потенциал меди выше потенциала водорода, медь не
способна вытеснять водород из растворов и коррозия протекает
за счет образования окислов меди. Медь при взаимодействии
с кислородом не образует хороших защитных пленок (окислы