Виды металлов, которые не ржавеют

Введение

Металлы повсеместно используются в современной промышленности и повседневной жизни, но многие из них подвержены коррозии при воздействии влаги или кислорода, что влияет на их внешний вид и срок службы. Однако не все металлы подвержены коррозии. Некоторые металлы обладают естественной устойчивостью к окислению и коррозии благодаря своим уникальным химическим свойствам, что делает их идеальными для долговечных применений.

В этой статье мы рассмотрим причины ржавления металлов, а также несколько металлов, которые не подвержены коррозии, включая их характеристики, распространенные области применения и причины их устойчивости к ржавчине. Компания HYT уверена, что после прочтения этой статьи вы сможете выбрать подходящий антикоррозийный металлический материал для своего проекта.

Если вы все еще сомневаетесь в выборе металлических материалов для вашего проекта, вы также можете напрямую связаться с командой специалистов HYT. Мы можем предложить вам профессиональные решения по металлическим материалам, исходя из потребностей вашего проекта.

Почему металлы ржавеют

Когда мы говорим о проблеме ржавчины металлов, мы на самом деле имеем в виду именно проблему ржавчины черных металлов (для различения и характеристик черных и цветных металлов, пожалуйста, обратитесь к этой статье). Под черными металлами в основном подразумеваются железо и различные сплавы на основе железа, причем наиболее распространенными сплавами на основе железа являются чугун и сталь. Их общей чертой является высокое содержание железа.

При воздействии кислорода и влаги на черные металлы происходит окисление железа, основным продуктом которого является гидратированный оксид железа (Fe₂O₃·nH₂O), обычно представляющий собой рыхлое вещество красновато-коричневого или оранжевого цвета, также известное как ржавчина. Хотя стальные конструкции кажутся прочными невооруженным глазом, молекулы воды могут проникать в мельчайшие зазоры в металле. Это запускает процесс коррозии. При наличии соли, например, морской воды, коррозия будет протекать быстрее. Воздействие диоксида серы и диоксида углерода также ускоряет процесс коррозии.

Ржавчина на стали оказывает множество негативных воздействий на сам материал. Ржавчина не только снижает прочность и ударную вязкость стали, уменьшая ее несущую способность, но и образует коррозионные ямки на поверхности, вызывая концентрацию напряжений и ускоряя образование усталостных трещин. Кроме того, ржавчина разрушает плоскостность и точность размеров поверхности стали, влияя на совместимость механических деталей. Слой ржавчины также препятствует адгезии антикоррозионных покрытий, еще больше усугубляя коррозию. Во влажной или агрессивной среде ржавчина может продолжать распространяться, приводя к разрушению конструкции или потере функциональности, а также увеличивая затраты на техническое обслуживание и замену.

Что такое коррозия?

Люди часто не обращают особого внимания на разницу между ржавчиной металла и коррозией металла. На самом деле, ржавчина металла — это один из видов коррозии металла. Коррозия металла — это широкий термин, обозначающий процесс разрушения всех металлов в результате химических или электрохимических реакций, включая окисление, растворение и т. д. Коррозия металла в основном делится на химическую коррозию (сухая коррозия) и электрохимическую коррозию (влажная коррозия) в зависимости от механизма коррозии. Проблема ржавчины железа и сплавов железа относится к типу электрохимической коррозии.

Виды металлов, которые не ржавеют

Борьба с ржавчиной железа и сплавов железа — трудоемкий, затратный по времени и дорогостоящий процесс. Поэтому наилучшим решением является выбор подходящего метода обработки поверхности или использование металлов, которые не подвержены коррозии. Хотя ржавчина в основном поражает черные металлы, существуют также некоторые виды черных металлов, которые не склонны к коррозии. Многие цветные металлы также обладают хорошей коррозионной стойкостью.
К распространенным металлам, которые не ржавеют, относятся:

Черные металлы и обработка поверхностей:

Кортеновская сталь или атмосферостойкая сталь
Нержавеющая сталь
Оцинкованная сталь

Цветные металлы:

Алюминий
Медь
Бронза
Латунь
Золото, серебро, платина
Эти металлы выбирают не только потому, что они устойчивы к коррозии, но и потому, что они долговечны, просты в обслуживании и могут выдерживать суровые условия окружающей среды. Правильный выбор металла может продлить срок службы конструкции или изделия и снизить долгосрочные затраты, связанные с ремонтом, заменой или техническим обслуживанием.

Кортеновская сталь или атмосферостойкая сталь

Кортеновская сталь, обычно также называемая сталью COR-TEN или кортеновской сталью. COR-TEN обозначает две важные характеристики этой стали: коррозионную стойкость (COR) и прочность на растяжение (TEN). Кортеновская сталь имеет множество легирующих компонентов, таких как медь, хром, марганец и др., среди которых наиболее важным легирующим компонентом является медь.

На начальном этапе эксплуатации, когда атмосферостойкая сталь подвергается воздействию воздуха и влаги, она окисляется и ржавеет, как обычная углеродистая сталь. Однако по мере дальнейшего воздействия различных циклов окружающей среды на поверхности стали образуется стабильный и плотный защитный оксидный слой, а именно патина. Патина предотвращает дальнейшее проникновение влаги и кислорода из окружающей среды в сталь, тем самым замедляя процесс ржавления.

Кроме того, образование патины на атмосферостойкой стали можно ускорить путем предварительной обработки стали антикоррозионными составами на заводе, чтобы уменьшить воздействие факторов окружающей среды на сталь после ввода материала в эксплуатацию.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь — очень распространенный материал, в том числе и легированная сталь. В состав сплава нержавеющей стали входит как минимум 11% хрома. Элемент хрома в нержавеющей стали обладает более высокой металлической активностью и с большей вероятностью реагирует с кислородом, чем железо. Поэтому, прежде чем железо вступит в контакт с воздухом, хром сначала прореагирует с кислородом, образуя на поверхности материала стабильную и плотную пассивную пленку. Основным компонентом этой пленки является Cr₂O₃. Оксид хрома предотвращает дальнейшее проникновение кислорода, влаги и хлорид-ионов и коррозию материала.

Оксид хрома обладает определенной способностью к самовосстановлению в большинстве обычных коррозионных сред. Однако в некоторых более жестких условиях эксплуатации, таких как среда с высоким содержанием хлора, оксид хрома на поверхности некоторых нержавеющих сталей все же разрушается, вызывая ржавление основного материала. В этом случае необходимо выбирать нержавеющие стали с более высоким содержанием хрома, такие как 316, 321, дуплексная нержавеющая сталь 2205 и т. д., в состав которых добавлены легирующие элементы, такие как молибден и никель. Эти новые легирующие элементы обеспечивают таким нержавеющим сталям более высокую коррозионную стойкость.
Нержавеющая сталь широко используется во многих востребованных отраслях промышленности, таких как энергетика, океанография и бурение, благодаря своей высокой биологической чистоте, прочности, коррозионной стойкости и структурной прочности.

Если вам требуются коррозионностойкие и высокопрочные трубы из нержавеющей стали, приглашаем вас посетить наш магазин. труба из нержавеющей стали Страница продукта содержит информацию о решениях и дополнительных параметрах персонализации.

Оцинкованная сталь

Оцинкованная сталь — это сталь со специальным покрытием на поверхности. Путем нанесения слоя цинка на поверхность стали или железа можно повысить коррозионную стойкость металлических изделий.

Оцинкованная сталь — это разновидность стали со специальным покрытием на поверхности. Покрытие поверхности стали или железа слоем цинка позволяет повысить коррозионную стойкость металлических изделий.

Цинк обладает более высокой металлической активностью, чем железо. Во влажной или агрессивной среде цинковый слой на поверхности окисляется первым, образуя защитный слой. Основным компонентом защитного слоя является ZnO или ZnCO₃. Этот защитный слой предотвращает коррозию стали и железа под воздействием кислорода и влаги. Этот механизм называется защитой с помощью жертвенного анода.

В сравнении с этим, хотя медь, никель и другие металлы также могут использоваться в качестве покрытий, их металлическая активность ниже, чем у железа. При повреждении покрытия железо вступает в реакцию с кислородом раньше, чем медь, никель и другие материалы. Основной материал по-прежнему сталкивается с проблемой ржавчины, и стоимость таких металлических покрытий относительно высока.

Даже если цинковый слой поврежден, оставшийся цинк все равно сначала прореагирует с кислородом, образуя защитный слой, предотвращающий ржавление материала, поэтому срок защиты от ржавчины увеличивается. Таким образом, с учетом таких факторов, как стоимость и условия эксплуатации, гальванизация является очень экономичным и широко используемым методом антикоррозионной обработки поверхности.

Оцинкованная сталь в основном производится из горячее цинкование (HDG) и электрогальванизация (ЭГ).

Основное различие между этими двумя процессами цинкования заключается в том, что при горячем цинковании материал непосредственно погружается в расплавленный цинк (температура выше 450 °C) для образования более толстого слоя цинка, что обеспечивает высокую устойчивость к коррозии и гарантирует длительную защиту от ржавчины, что подходит для применения в суровых условиях окружающей среды.;

Электрогальванизация образует тонкий, но равномерный слой цинка на поверхности металла посредством электролитического осаждения. Хотя этот слой цинка относительно тонкий и обладает низкой коррозионной стойкостью, он достаточно гладкий и имеет более эстетичный вид, поэтому подходит для производства некоторых мелких прецизионных деталей.

При одинаковой удельной площади стоимость процесса горячего цинкования ниже, чем электроцинкования, поэтому он больше подходит для крупномасштабного производства.

Алюминий

Алюминий — третий по распространенности элемент после кислорода и кремния. Это металл с очень большими запасами и широким спектром применения. Алюминий не содержит железа, и в большинстве случаев железо не используется в процессе его плавки и обработки, поэтому алюминий не ржавеет. Кроме того, алюминий реагирует с кислородом, образуя тонкий антикоррозионный слой — оксид алюминия, который в определенной степени защищает металл от коррозии. В отличие от ржавчины, которая отслаивается от основного материала, оксид алюминия этого не делает. Оксид алюминия может защищать основной материал от коррозии под воздействием факторов окружающей среды в течение длительного времени.

Алюминий не ржавеет, обладает превосходной коррозионной стойкостью и высоким соотношением прочности к весу, поэтому многие детали самолетов и автомобилей изготавливаются из алюминия. Однако алюминий имеет низкую прочность на растяжение, поэтому его обычно легируют другими элементами (такими как медь, магний, кремний и марганец) для улучшения механических свойств материала.

Красные металлы: латунь, медь, бронза

Красные металлы — это латунь, медь, бронза. В основном химическом составе красных металлов практически нет железа, поэтому они не ржавеют.

Медь

Медь — природный металл и один из немногих металлов, существующих в природе непосредственно в металлической форме. Медь не содержит железа, поэтому она не ржавеет естественным образом, но постепенно окисляется на воздухе. На ранних стадиях окисления меди цвет поверхности меди темнеет от розовато-оранжевого до коричневато-черного или темно-коричневого. Это происходит главным образом потому, что начальными продуктами окисления меди являются оксид меди и оксид меди(I), которые имеют красный и черный цвета соответственно. Они защищают медную матрицу от коррозии и не отслаиваются от нее. Со временем бронза дополнительно окисляется кислородом, образуя Cu₂(OH)₂CO₃, который имеет зеленый или сине-зеленый цвет, известный как вердигрис, поэтому мы часто видим зеленую пленку на старых медных конструкциях.

Бронза

Бронза — это не природный металл, а медный сплав, обычно содержащий 88% меди и 12% олова. Бронза не содержит железа и поэтому не ржавеет. Реакции окисления бронзы аналогичны реакциям меди, поэтому я не буду их здесь повторять. Однако, если условия обработки слишком жесткие и в окружающей среде присутствуют кислые вещества, это может вызвать “болезнь бронзы”, которая возникает из-за реакции хлоридов в кислой среде с медью с образованием CuCl₂, что делает основной материал хрупким и снижает механические свойства. Бронза мягче чистой меди и обладает хорошей прочностью. Бронза часто используется для изготовления различных скульптур, музыкальных инструментов, архитектурных элементов и в морской промышленности.

Латунь

Латунь — это сплав меди и цинка. Хотя она также содержит некоторое количество железа, оно очень мало, поэтому латунь не ржавеет. Реакция окисления латуни аналогична реакции окисления меди, поэтому я не буду подробно её описывать. Латунь по цвету похожа на золото, обладает хорошим внешним видом, прочностью и пластичностью, и поэтому часто используется в качестве сырья для декоративных изделий, музыкальных инструментов, предметов домашнего обихода и других изделий.

Золото, серебро, платина

Золото, серебро и платина называются драгоценными металлами. Все они являются чистыми металлами и не содержат железа, поэтому не ржавеют. В то же время эти металлы не склонны к реакциям окисления.

Заключение

При выборе металлического сырья для проекта мы часто обращаем внимание на то, будет ли оно первым ржаветь, но, как объяснено выше, ржавчина — это лишь одна из форм коррозии. Хотя упомянутые выше металлы не ржавеют, на них все же влияют другие факторы окружающей среды, и они подвергаются различным коррозионным процессам. Эта коррозия приводит к снижению прочности и механических свойств металлических изделий, создавая серьезную угрозу безопасности.

Поэтому при выборе металлических материалов необходимо всесторонне учитывать множество факторов. С точки зрения условий применения металлических материалов, следует всесторонне учитывать влажность, pH, температуру, электрохимические изменения, физические нагрузки и т.д.; с точки зрения всего проекта, в котором используются металлические материалы, необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как стоимость технического обслуживания и срок службы оборудования.

Например, в морской отрасли чаще всего используются агрессивные коррозионные среды, поэтому материалы с превосходной коррозионной стойкостью, такие как нержавеющая сталь 316 и дуплексная нержавеющая сталь 2205, будут лучшим выбором; при производстве таких изделий, как автомобили и самолеты, необходимо учитывать как экономию топлива, так и прочность конструкции, поэтому мы выберем титановый сплав, материал с превосходным соотношением прочности к весу; а в условиях высоких температур и высокого давления мы отдадим приоритет никелевым сплавам, материалам, способным сохранять хорошие механические свойства при высоких температурах и высоком давлении.

В промышленных условиях существует множество вариантов обработки металла. Если вы не знаете, какой материал выбрать, пожалуйста, свяжитесь с нашей технической командой HYT. Мы стремимся предоставлять клиентам комплексные решения по металломатериалам, помогая им сократить время и финансовые затраты, а также повысить общую безопасность и экономическую эффективность вашего проекта.