Вопросы для самопроверки

1. Какими требованиями должен отвечать анодный протектор?

2. Условия применения катодной протекторной защиты.

3. Сокращаются ли суммарные потери металла в случае защиты анодным протектором?

4. При каких условиях достигается полная электрохимическая защита с помощью анодного протектора?

5. Каков физический смысл понятия «радиус действия протектора»?

6. Основные качественные характеристики работы анодного протектора.

7. Какую роль играет наполнитель для протектора?

8. Преимущества и недостатки катодной протекторной защиты.

Металловедение Работа 5 Исследование цвета побежалости металлов при термической обработке

Большинство металлов при термической обработке при взаимодействии с окислителями покрываются пленкой оксидов.

Когда металлы взаимодействуют с окислителями (CO₂, H₂O, O₂, Cl₂, SO₂) начальной стадией является адсорбция окислителей на поверхности металла. Между атомами металла и окислителем сразу возникает сильная ионная связь – атом металла передает атому кислорода два электрона. Атом кислорода находится под воздействием поля, которое создают атомы металла. На поверхности металла адсорбируется окислитель, при этом внутренняя поверхность образовавшейся адсорбционной пленки заряжена положительно, а внешняя – отрицательно.

Распределение атомов окислителя на поверхности металла очень сильно зависит от расположения на поверхности атомов металла [3].

Поверхность металла заполняется хемосорбированным окислителем почти мгновенно и образуется тонкий слой окисляющего вещества. При пониженных температурах после хемосорбированного окислителя за счет ванн-дер-ваальсовых сил может возникнуть и физическая адсорбция молекул окислителя.

Если между металлом и окислителем есть химическое сродство (оксид термодинамически стабильный), то пленка, состоящая с хемосорбированного окислителя, превращается в оксидную пленку. Металл и окислитель в оксидной пленке поддерживают ионную связь.

Следующей стадией является образование продуктов коррозии – химических соединений, которые образовались в результате химического взаимодействия металла и некоторых компонентов окружающей среды. Продукты коррозии формируют на поверхности металла пленку, которая может обладать защитными свойствами, затрудняя подход окислителей. Данный процесс протекает с самоторможением во времени.

По толщине оксидной пленки на металлах их принято разделять на три группы: толстые, тонкие, средние.

Тонкие оксидные пленки невидимы для человека невооруженным глазом. Их толщина составляет до 400 Å.

Средние оксидные пленки в толщину достигают от 400 до 5000 Å и дают цвета побежалости.

Толстые оксидные пленки хорошо видны на поверхности металла. Их толщина составляет свыше 5000 Å. Иногда они могут быть достаточно толстыми, как, например, окалина на поверхности стали.

От защитных свойств оксидных пленок зависит жаростойкость металла, законы роста толщины пленки во времени и многое другое.

При образовании окисной пленки устанавливается скорость окисления металла, которая может изменяться во времени.

Радужная окраска, появляющаяся на чистой поверхности нагретой стали в результате образования на ней тончайшей оксидной плёнки называется цвета побежалости.

Толщина плёнки зависит от температуры нагрева стали: плёнки разной толщины по-разному отражают световые лучи, чем и обусловлены те или иные цвета побежалости (см. таблицу 5.1). На легированных (особенно высоколегированных) сталях те же цвета побежалости появляются при более высоких температурах.

Таблица 5.1 Цвета побежалости на поверхности железа

Цвета побежалости возникают из-за интерференции белого света в тонких плёнках на отражающей поверхности. При этом по мере роста толщины плёнки последовательно возникают условия гашения лучей с той или иной длиной волны. Сначала из белого света вычитается фиолетово-синий цвет (λ~400 нм), и наблюдается дополнительный цвет — жёлтый. Далее, по мере роста толщины плёнки, и, соответственно, увеличения длины волны «погасившихся» лучей, из непрерывного солнечного спектра вычитается зелёный цвет, и наблюдается красный, и т. д.

Цвета побежалости возникают чаще всего при окислении, в результате термической обработки металлов. Обычно, при быстром нагреве, они столь же быстро сменяют друг друга, в типичной последовательности: светло-соломенный, золотистый, пурпурный, фиолетовый, синий, и затем, по мере роста толщины плёнки, вновь проявляются, но в несколько приглушённом виде: коричневато-жёлтый, красный…

Цвет побежалости (а также цвета каления) раньше, до появления пирометров, широко использовали в качестве индикатора температуры нагрева железа и стали при термообработке. По цветам побежалости также судили о температуре нагрева стальной стружки, и, следовательно, резца при операциях точения, сверления, резания.

Цвета побежалости — не очень точный индикатор. На них влияет скорость подъёма температуры, состав газовой среды, время выдержки стали при данной температуре, а также характер освещения и др. факторы.

На легированных сталях цвета побежалости обычно появляются при более высоких температурах, так как нередко легирование повышает стойкость стали к окислению на воздухе.

Цвета побежалости применяются при декоративной отделке стальных изделий, а также при их лазерной маркировке.