Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Химически стойкие материалы

31.01.2019

Химически стойкими материалами называют такие, которые обладают способностью противостоять разрушительному химическому воздействию окружающей среды. Любой материал в той или иной степени подвергается химическому воздействию среды, поэтому к химически стойким материалам принято относить такие материалы, скорость разрушения которых практически допустима в данном конкретном случае, а изготовленные из них изделия достаточно долговечны.

Химически стойкие материалы делятся на металлические и неметаллические. К первым относятся индивидуальные металлы различной степени чистоты и сплавы; ко вторым относятся различные силикатные материалы, пластические массы, материалы на основе каучука, древесина, уголь и графит, лаки и краски. Лаки и краски используются в виде защитных покрытий.

Металлические химически стойкие материалы. Оценку стойкости металлических материалов производят на основании лабораторных и производственных испытаний. Измеряют какую-либо характеристику материала, связанную с происходящим химическим разрушением до и после воздействия агрессивной среды на образец. Чаще всего для этого служит вес образца. Если продукты реакции легко удаляются с поверхности металла (например, растворимые соли, образуемые при действии кислот), то отмечается потеря веса или, реже, его увеличение (например, в случае образования нерастворимых окислов). Изменение веса (в граммах) образца, имеющего определенную величину поверхности, происходящее за определенный срок, относят к 1 м2 за 1 час (г/м2час). Это дает весовое выражение скорости коррозии. Если химическое разрушение протекает равномерно по всей поверхности, то, зная плотность материала, можно по потере веса вычислить уменьшение толщины образца, т. е. глубину проникновения коррозии. Так вычисляется скорость коррозии (мм/год). Если коррозия протекает неравномерно, сосредоточиваясь на относительно малых участках поверхности, то оценка химически стойких материалов весовым методом ненадежна. Тогда измеряют наибольшую глубину изъязвлений или изменение механических свойств. Последнее особенно важно в том случае, если коррозия происходит по границам зерен металла (интеркристаллитная коррозия).

Металлические химически стойкие материалы можно подразделить.

1. Железные сплавы (например, углеродистая и низколегированная сталь, чугун) нестойки в кислотах, ржавеют в атмосфере и природных водах, но стойки в концентрированной серной кислоте и растворах щелочей при комнатной температуре. Хромистые стали (12—14% Cr, 0,1—0,4% С) мартенситного и полуферритного класса (16—18% Cr, 0,1% С и иногда с добавкой 1,5—2,0% Ni и с 27—30% Cr), ферритного класса стойки во влажном воздухе, в пресной воде, азотной кислоте; нестойки в серной и соляной кислотах, в соленой воде наблюдается их точечная коррозия. При более высоком содержании Cr стойкость их выше. Хромистые стали с 12—14% Cr (типичная нержавеющая сталь) и с 27—30% Cr (жароупорная сталь) применяется в машиностроении и химической промышленности для работы главным образом в азотной кислоте. Сходными свойствами обладает высокохромистый чугун с содержанием 2% С, 35% Cr. Хромоникелевые стали (17—20%' Cr, 8—10% Ni и 0,1% С, обычно с добавками Ti, иногда содержащие 2—3% Mo) относятся к аустенитному классу. Они стойки в тех же средах, значительно менее склонны к точечной коррозии, несколько более стойки в серной кислоте и соленой воде. Mo дополнительно увеличивает стойкость. После нагревания до 600—800° С (например, в зоне сварного шва) появляется их склонность к интеркристаллитной коррозии, устраняемая почти полностью добавкой Ti (иногда Nb). Существует много разновидностей аустенитной стали с различным содержанием Cr и Ni, часто Mo, Cu, обычно Ti, обладающей повышенной стойкостью в определенных средах. Особенно широко применяют сталь, содержащую 18% Cr, 9% Ni и 1% Ti (1Х18Н10Т). Благодаря высокой химической стойкости эта сталь обладает хорошими механическими технологическими свойствами в виде проката, штампованных, кованых и литых изделий и используется в химической, пищевой промышленности и в машиностроении. Применяются и аустенитные чугуны, содержащие 20% Cr, 20% Ni, а иногда 5—8% Cu. Сталь с 25% Cr и 20% Ni жароупорна и жаропрочна. Мартенситная и ферритная стали также проявляют склонность к межкристаллической коррозии. Сплав Fe—Si, содержащий не менее 14% Si, весьма стоек в серной кислоте различной концентрации и даже горячей, нестоек в соляной кислоте, но он очень хрупок и тверд и обладает пониженными литейными свойствами. Используется только в литом состоянии для изготовления насосов, клапанов и т. д. Сплав с 14—17% Si и 2,5—3% Mo стоек в серной и соляной кислотах.

2. Медь и ее сплавы. Чистая медь стойка в серной кислоте и разбавленной соляной в отсутствие кислорода, нестойка в азотной, в растворах NH3, KCN в присутствии кислорода, медленно тускнеет и окисляется во влажном воздухе и природных водах.

Близкие свойства имеют обычные медные сплавы. Оловянистая бронза с содержанием до 13% олова несколько более стойка, чем медь. Бронза алюминиевая (до 10% Al) имеет хорошую стойкость в разбавленных кислотах, кроме азотной, в растворах многих солей; применяется в химической промышленности. Хорошую стойкость имеют кремнистые бронзы с содержанием 3—4% Si. Весьма широко используется латунь, содержащая обычно до 40% Zn. Она применяется для изделий, работающие главным образом в природных водах и во влажном воздухе, но имеет склонность к так называемому обесцинкованию, т. е. потере Zn за счет окисления, с отложением чистой меди на поверхности изделия (особенно в кислых средах) и к «коррозионному растрескиванию» под действием агрессивной среды и механических напряжений, особенно в присутствии аммиака.

3. Никель и его сплавы. Чистый никель стоек во влажном воздухе и в природных водах, очень стоек в щелочах, сравнительно медленно разрушается в серной и соляной кислотах (в азотной кислоте не стоек). При нагреве нестоек в газах, содержащих сернистые соединения. Более высокой стойкостью обладает сплав, содержащий около 68—69% Ni, 28—29% Cu, остальные примеси (Fe, Mn, Si), так называемый монель-металл. Сплав с 20% Mo, остальное Ni (с примесью железа) весьма стоек даже в горячей соляной кислоте. Он обладает хорошими механическими свойствами. Применение его ограничено вследствие высокой стоимости. Никель и его сплавы нашли широкое применение в химической, пищевой, фармацевтической промышленностях.

4. Свинец и его сплавы. Чистый свинец обладает высокой стойкостью в серной кислоте и растворах ее солей. Стоек в 10%«ной соляной кислоте при комнатной температуре. He стоек (или мало стоек) в азотной, уксусной кислотах, щелочах, водах, содержащих свободную CO2 и многих других средах. Применяется свинец главным образом в виде листов для футеровки аппаратов и других приборов. Многие изделия (насосы, арматура) изготовляются из сплава с 10% Sb (твердый свинец), стойкость которого близка к стойкости свинца.

5. Алюминий и его сплавы. Чистый алюминий стоек во влажном воздухе, растворах нитратов, хроматов, концентрированной азотной кислоте, медленно разрушается в серной и уксусной кислотах при комнатной температуре. He стоек в соляной кислоте и щелочах, несколько более стоек в серной кислоте. Стойкость алюминия растет с уменьшением содержания примесей (Fe, Zn и др.). Он применяется в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Сплавы алюминия, применяемые для машиностроения, химически менее стойки.

6. Благородные металлы. Серебро устойчиво в кислотах, в отсутствие сильных окислителей, в растворах и расплавах щелочей. Оно не стойко в азотной, концентрированной серной кислотах.

Золото стойко в подавляющем большинстве сред. Нестойко в царской водке, в цианидах и водных растворах галогенов а присутствии кислорода.

Платина нестойка в царской водке, в газах HBr (бромоводороде) и HJ (йодистом водороде) при высокой температуре, в некоторых расплавах.

Благородные металлы находят ограниченное применение в химической промышленности; их используют лишь для особо ответственных целей.

Неметаллические химически стойкие материалы


Оценка химической стойкости неметаллических материалов производится так же, как и металлических, т. е. по изменению веса образца или навески порошка. При испытании весовая характерисгика дополняется определением изменений прочности, объема, набухания, внешнего вида и т. д. Ввиду разнообразия природы и свойств неметаллических химически стойких материалов общепринятой единой шкалы оценки их стойкости не существует. Ниже приведены основные группы неметаллических материалов.

1. Силикатные материалы. В эту группу входят как природные, так и искусственные материалы. Они обладают высокой стойкостью во всех кислотах, кроме плавиковой, в растворах солей, агрессивных газах, содержащих хлор. Менее стойки или вовсе не стойки в растворах и особенно расплавах щелочей.

В качестве футеровочных материалов, насадок, для постройки реакционных башен в химической промышленности применяют природные граниты, бештаунит, кварциты и др. Плавленые базальт и диабаз применяются в виде футеровочных плиток, труб, желобов, фасонных изделий. Из стекла изготовляют разнообразные, часто сложные изделия, например насосы. Плотная керамика применяется в виде кислотоупорных футеровочных плиток, труб и фильтров. В качестве вяжущего вещества для футеровки применяется кислотоупорный цемент. На его основе изготовляется кислотоупорный бетон для устройства башен, плавильных ванн и различных сосудов. Кислотоупорная эмаль служит для защиты металлических изделий, на которые она наносится тонким слоем. К силикатным материалам близок плавленый кварц, не чувствительный к резким колебаниям температуры, из которого изготовляют трубы, сосуды и различные детали химической аппаратуры.

2. Органические материалы. К этой группе химически стойких материалов относятся различные пластические массы. Пластические массы различаются по составу и свойствам. Для всех пластмасс характерна относительно низкая теплостойкость. Большинство из них обладает высокой стойкостью в минеральных и органических кислотах, растворах солей, агрессивных газах, содержащих хлор и сернистые соединения. Они обычно нестойки в азотной (HNO3), концентрированной серной (H2SO4) кислотах, растворах щелочей в некоторых органических растворителях. Из пластмасс изготовляются листы, трубы, вентили и другие фасонные изделия, часто весьма сложные.

К органическим металлам относятся химически стойкие материалы на основе каучука: резина мягкая и твердая (эбонит), стойкие в большинстве минеральных сред, кроме сильных окислителей (например, HNO3). Резину применяют часто для обкладки металлических изделий, работающих при температуре не выше 60—70° С.

Битумные материалы используют обычно в качестве обмазок, защищающих материал от коррозии (например, подземные трубопроводы). Обычно слой обмазки укрепляется тканевой обмоткой. Из асфальто-битумных материалов с добавкой наполнителей изготовляют баки для аккумуляторов, трубы, плиты и т. д.

В отдельную группу химически стойких материалов следует отнести различные лаки и краски, применяемые для защиты металлических изделий от разрушения агрессивной средой. Некоторые из них обладают высокой химической стойкостью, например бакелитовый лак, лак из хлорированного каучука и др.

К химически стойким материалам относятся так же древесина, уголь и графит. Древесина обладает достаточной стойкостью в некоторых кислотах, растворах солей; но она нестойка в окислителях, крепких растворах кислот (особенно H2SO4, HNO3) и в щелочах. Хвойные сорта древесины более стойки. Прессованная древесина имеет лучшие механические свойства, а пропитанная, например, расплавленными искусственными смолами имеет более высокую стойкость, однако нестойка в окислителях и некоторых органических растворителях. Из древесины изготовляют резервуары, баки, трубы, мешалки, реакторы и т. п.

Уголь и графит нестойки в сильных окислителях и растворяются в некоторых расплавленных металлах. Для уменьшения пористости применяют пропитку угля и графита, например, фенолформальдегидными смолами. Это мало влияет на стойкость, но снижает температуру, при которой возможно использование материалов до 140—150° С. Из угля и графита изготовляют ректификационные колонны, теплообменники (благодаря высокой теплопроводности), насосы, а также трубы и футеровочные плитки и другие сложные изделия.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: