Upload
dokhanh
View
226
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
-30.11.2015
-1
Ostale legure otporne koroziji
dr. sc. Vera Rede, izv. prof.Zavod za materijale
Ostale legure otporne koroziji
- Čisti aluminij je lagan, mekan, izdržljiv, istezljiv, deformabilan.
- Dobar omjer Rm/ρ čini ga idealnim za primjenu u transportu i za ambalažu.
- Dobro provodi struju i toplinu; primjenjuje se za radijatore, posuđe i sl.
- Potpuno je recikličan.
- Dade se dobro zavarivati.
- Vrlo brzo reagira s kisikom iz zraka i na površini stvara zaštitni sloj (Al2O3) od nekoliko nm, što ga čini otpornim na koroziju u dosta medija. Postojan je i u vrućim plinovima koji sadrže H2S i SO2. Debljina i svojstva ovog sloja mogu se povisiti postupkom anodizacije.
- Otpornost na koroziju se povećava rafinacijom (povećanjem čistoće).
- Dodir sa živom ili otopinama njezinih soli znatno smanjuje korozijsku otpornost.
Aluminij i njegove legure
fcc, ρ =2,7 g/cm3 , talište na ~ 660°C
-30.11.2015
-2
– Vapneno mlijeko tj. otopina (i suspenzija) jake lužine Ca(OH)2 djeluje jako agresivno na aluminij.
– U mazivima i tekućim gorivima je postojan.
– Nepostojan je u lužnatim sredinama a postojan u vlažnoj atmosferi, slatkoj vodi i mnogim aeriranim elektrolitima kojima je pH vrijednost između 4 i 9.
– Dovoljno je otporan na hladnu sulfatnu, nitratnu i kromatnu kiselinu, te na mnoge organske kiseline (octenu i druge kiseline u živežnim namirnicama).
– Neotporan je u kloridnoj i fluoridnoj, a nešto manje u mravljoj i oksalnoj kiselini.
– U kontaktu s drugim metalima, u prisutnosti elektrolita, aluminij je skoro uvijek negativniji (anoda).
– Aluminij se vrlo često legira bakrom, magnezijem, silicijem, manganom, kromom, cinkom i drugim metalima, i to uglavnom zbog povećanja čvrstoće i tvrdoće.
Ostale legure otporne koroziji
Ostale legure otporne koroziji
– Legiranje uglavnom djeluje nepovoljno na korozijsku postojanost, a najštetniji je dodatak bakra (koji inače bitno poboljšava mehanička svojstva aluminija).
– Korozijskom ponašanju aluminija najmanje škodi legiranje magnezijem i manganom.
– Općenito su monofazne legure otpornije od višefaznih.
– Ako se u duralima (3,5 do 5% Cu, 0,5 do 1,8% Mg i 0,5 do 0,8% Mn) intermetalni spojevi (CuAl2) izluče po granicama zrna, može u kiselim i lužnatim otopinama doći do interkristalne korozije.
putnički zrakoplov Airbus A 380
-30.11.2015
-3
Ostale legure otporne koroziji
Al-Si legura
Al-Cu-Mg legura
Ostale legure otporne koroziji
Primarna proizvodnja aluminija kroz povijest
Proizvodnja primarnog aluminija po regijama~ 40,5 milijuna tona
Više od polovice proizvodnje u EU (4,3 milijuna t) potječe od recikliranih
sirovina i taj trend je u porastu
Recikliranjem se štedi oko 95% energije potrebne za primarnu
proizvodnju
-30.11.2015
-4
Proizvodnja gnječenog aluminija u Europi
Raspodjela aluminijske proizvodnje u EuropiRaspodjela aluminijske proizvodnje
(lijevani proizvodi)
Potrošnja primarnog aluminija
Proizvodni oblici:odljevci, otkivci, cijevi, ploče, limovi,folije, ekstrudirani proizvodi ...
Ostale legure otporne koroziji
Ostale legure otporne koroziji
Titan i njegove legure
Titan ima čvrstoću i krutost sličnu čeliku, a 40 % manju gustoću.Legure titana dostižu čvrstoću do 1500 N/mm2 .Imaju dobra svojstva na povišenim temperaturama.
Korozijska otpornost titana i njegovih legura temelji se na postojanju vrlo tankog pasivnog oksidnog filma koji dobro prianja uz osnovni materijal i štiti ga od daljnje korozije.
Otporni su u atmosferi, u slatkoj i morskoj vodi, u otopinama mnogih soli, u vlažnom kloru, u razrijeđenim anorganskim kiselinama, u vrućoj dušičnoj kiselini (otporniji je od čelika), u razrijeđenim lužinama itd.
Rupičasta i napetosna korozija mogu nastati u kloridnoj, sumpornoj, mravljoj i oksalnoj kiselini srednjih koncentracija, u vrelim koncentriranim otopinama klorida i u dimećoj dušičnoj kiselini.
hcp, talište na 1668°C, ρ = 4,506 g/cm3
-30.11.2015
-5
Ostale legure otporne koroziji
Zbog izvrsne otpornosti na koroziju se koristi u kemijskoj industriji, brodogradnji i medicini (implantati su kompatibilni s ljudskom organizmom).
Koristi se u zrakoplovnoj industriji za izradu dijelova trupa aviona i dijelova mlaznih motora.
Legure titana su dominantan materijal za izradu konstrukcije suvremenih vojnih zrakoplova.
U novije vrijeme, zbog relativno niže cijene, područje primjene titana i njegovih legura se širi (off-shore i sl.).
lovac F 22 Raptor
Udjeli materija u konstrukciji
Ostale legure otporne koroziji
Nikal i njegove legure
Ukupna svjetska proizvodnja (2007.): 1454 200 t
34%
29%
23%
11%
22%
Otpornost na koroziju je gospodarstveno najvažnije svojstvo čistog nikla !!!
fcc; talište na 1455°C; ρρρρ = 8,902 g/cm3 ; feromagnetična svojstva,
Raspodjela potrošnje
Oko 10% ukupne godišnje proizvodnje troši se za postupke elektroplatiranja. Ni-prevlake znatno povisuje otpornost na koroziju a mogu povisiti i površinsku tvrdoću.
65%
22%
-30.11.2015
-6
Klasifikacija prema kemijskom sastavu:
Nikal legure
Legure nikla i bakra
Legure nikla i željeza
Legure nikla, kroma i željeza
Legure nikla, kroma, molibdena i željeza
Legure dobivene metalurgijom praha
Ostale legure otporne koroziji
Legure otporne na koroziju
Legure otporne na visoku temperaturu
Legure kontrolirane istezljivosti
Legure s posebnim električnim svojstvima
Legure s posebnim magnetnim svojstvima
Legure s efektom prisjetljivosti oblika
Ni-legure s više od 15 % Cr otporne su na oksidaciju i pougljičenje na temperaturama višim od 760°C
Izvrsna korozijska otpornost u različitim medijima
Nikal ima dobra mehanička svojstva, lako se obrađuje i oblikuje, a korozijski je prilično otporan.
U vrućim oksidirajućim plinovima nikal je postojan do 1000°C, iako se njegova mehanička svojstva naglo pogoršavaju iznad 800°C.
Atmosferska korozija nikla je vrlo spora; očituje se gubitkom sjaja i polaganim tamnjenjem metala.
Postojan je u neoksidirajućim solima, u slabo aeriranim razrijeđenim neoksidirajućim kiselinama i organskim kiselinama.
U oksidirajućim kiselinama je potpuno nepostojan .
Vrlo je otporan na jake lužine sve do vrelišta.
Nikal legure (s više od 95% Ni)
-30.11.2015
-7
Ni Cu Fe Cr Al Ti
Monel 400 65.4 32 1.00 — — —
Monel 404 54.6 45.3 0.03 — — —
Monel R-405 65.3 31.6 1.25 0.1 — —
Monel K-500 65.0 30 0.64 — 2.94 0.48
Legura Monel 400 ima visoku čvrstoću, dobru zavarljivost, izvrsnu žilavost uširokom rasponu temperatura i izvrsnu korozijsku i tribološku otpornost u slanojvodi pri velikim brzinama strujanja (osobito na kavitaciju i eroziju). Primjenjuje seza propelere, dijelove pumpi, kondenzacijske cijevi itd.
Legura Monel R-405 ima sličnu korozijsku otpornost kao legura Monel 400 i neštodrukčija mehanička svojstva.
Monel K-500 je toplinski očvrstiva legura. Ima izvrsnu otpornost na koroziju iodlična mehanička svojstva u širokom temperaturnom rasponu - povišenu čvrstoćui tvrdoću do 650°C. I na niskim temperaturama do -250°C zadržava visokučvrstoću, žilavost i istezljivost. Korise se za dijelove pumpi, kirurške noževe iinstrumente, elektroničke komponente i opruge.
Legure nikla i bakra
Legure nikla, kroma i željeza (Inconel alloy)
Ova skupina legura sadrži 50–80% Ni, a razvijena je za rad na visokimtemperaturama u oksidirajućem okruženju.
Posjeduju visoku čvrstoću i korozijsku postojanost uz nepromijenjenužilavost od vrlo niskih do vrlo visokih temperatura.
Otporne su na napetosnu koroziju u kloridnom okruženju.
Koriste za komponente u nuklearnim reaktorima, za prigušnice u pećima,elektroničke komponente, cijevi izmjenjivača topline, za dijelove opreme ukemijskoj i prehrambenoj industriji, dijelove plinskih turbina, cijevi, oprugeitd.
-30.11.2015
-8
Legure nikla, željeza i kroma (Incoloy alloy)
Sadrže 30-45% Ni, a koriste se na povišenoj i visokoj temperaturi gdje se traži visoka čvrstoća, otpornost na oksidaciju i pougljičavanje.
Krom osigurava otpornost na visokotemperaturnu oksidaciju i opću koroziju.
Nikal je zaslužan za austenitnu mikrostrukturu koja daje dobru istezljivost i nakon izlaganja visokoj temperaturi. Također povećava otpornost prema općoj i napetosnoj koroziji.
Tipična primjena:
oprema za toplinsku obradu i izmjenjivači topline u kemijskoj, petrokemijskoj i nuklearnoj industriji, osobito ako se traži otpornost napetosnoj koroziji.
Legure nikla s kromom i molibdenom (Hastelloy alloy)
Ova grupa legura sadrži 45-60% Ni i razvijena je za vrlo zahtjevne radneuvjete.
Većina ovih legura ima visoku otpornost na oksidaciju a neke imajupostojanu čvrstoću do 1093°C.
Otpornost u sumpornoj i kloridnoj kiselini je značajno povećana u odnosuna čisti nikal.
Primjenjuju se za:
- ispušne cijevi aviona na mlazni pogon,
- dijelove u kemijskoj, petrokemijskoj i industriji prerade nafte,
- u proizvodnji celuloze i papira, sintetičkih vlakana i umjetnog gnojiva,
- cijevi generatora pare i posude pod tlakom u nuklearnim reaktorima,
- lopatice plinskih turbina, komore za izgaranje, diskove rotora i drugevisoko-temperaturne komponente...
-30.11.2015
-9
Ostale legure otporne koroziji
Kobaltove legure
- primjenjuju se za iste namjene kao i toplinski otporne legure nikla
- toplinski otporan lijev, kovane i sinterirane legure (superlegure)
- povišenje čvrstoće kod kobaltovih superlegura postiže se precipitacijom karbida – W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr, B
- dobro su livljive i zavarljive, otporne na koroziju i umor
- čvrstoća im je na visokim temp. nešto niža nego kod legura na bazi nikla
- primjena: za nerotirajuće dijelove plinskih turbina i dijelove mlaznih motora
- temperatura primjene ne treba biti viša od 1000°C.
Legure kobalta s kromom i molibdenom – postojane su prema biološkimsokovima i služe za izradu kirurških umetaka i trajnih zubnih protezaPostojane su na vruće oksidacijske plinove.
30..65% Co, 15..30% Cr, 0..20% Fe, 0..32% Ni i do 1,1 % C
hcp; talište na 1495°C, ρρρρ = 8,9 g/cm3 , feromagnetična svojstva
Bakar i njegove legure
Ostale legure otporne koroziji
Općenito imaju vrlo visoku otpornost na koroziju.
U vlažnoj atmosferi, prirodnim vodama i tlu bakar se prekriva plavozelenim slojem produkata korozije – patinom, koja ima snažno zaštitno djelovanje.
Djelovanjem octene kiseline uz prisutnost zraka nastaje otrovni spoj bazični Cu(II) acetat - ne rabi se u prehrambenoj industriji.
Osobito je postojan u industrijskim, gradskim i morskim sredinama - ima visoku otpornost u kontaktu s morskom i slatkom vodom.
Otporan na biološko zaprljanje (biofouling) tj. obraštanje biljnim i životinjskim organizmima koji žive u moru ili slatkoj vodi.
Općenito je postojan u lužnatim otopinama, osim u onima koje sadrže amonijak.
Nije otporan na sumpor i njegove spojeve.
Lako se oblikuje i obrađuje a primjenjuje se u elektrotehnici, termoenergetskim i procesnim postrojenjima.
fcc; feromagnetična svojstva, talište na 1084,6°C; ρ = 8,902 g/cm3
-30.11.2015
-10
Ostale legure otporne koroziji
Posebne mjedidodatak Al, Mn Ni i Si povisuje otpornost na koroziju u pojedinim medijima
Legure s niklom i cinkom (novo srebro) osjetljive su na napetosnu koroziju
Legure bakra sa cinkom :
Obične (α i α+β)α-mjedi imaju sličnu korozijsku postojanost kao čisti bakar
osjetljive su na napetosnu koroziju (amonijak + vlaga)legiranje Zn (<15%) povisuje otpornost na koroziju u vodi
α+ββββ -mjedi nisu toliko postojane (β-faza je neplemenitija)
α-mjed -α+ββββ -mjed
Ostale legure otporne koroziji
Korozijska otpornost bronci slična je kao kod bakra ali su mehanička svojstva puno bolja.
– Kositrene bronce su otpornije u vrućim oksidirajućim plinovima, u vlažnoj atmosferi i morskoj vodi, u sumpornoj kiselini i organskim kiselinama. Osobito su otporne na erozijsku koroziju. Manje su otporne od čistog bakra u kloridnoj kiselini i lužinama.
– Aluminijske bronce su otpornije od kositrenih u vrućim oksidirajućim plinovima osobito ako sadrže H2S, a postojanije su i u kloridnoj kiselini.
– U fosfornim broncama dodatak fosfora poboljšava otpornost na oksidaciju.
– Berilijeve bronce otpornije su od bakra u vrućim oksidirajućim plinovima.
– Silicijeve bronce otporne su na sumpornu i kloridnu kiselinu a otporne su i na pojavu pukotina zbog napetosne korozije.
– SnPb-bronce imaju sličnu otpornost kao kositrene bronce.
Dio bronci je izuzetno otporan na koroziju, a dio ima dobra klizna svojstva.Bronce se koriste za izradu izmjenjivača topline te u brodogradnji, kemijskoj ipetrokemijskoj industriji itd.
Legure bakra bez cinka - bronce :
-30.11.2015
-11
Ostale legure otporne koroziji
O kemijskoj postojanosti bakra i njegovih legura svjedoče brojni arheološki nalazi stari nekoliko tisuća godina
Mikrostruktura zakovice s kacige stare ~ tri tisuće godina(arheološko nalazište u blizini Kaptola)
43%
32%
19%
Ostale legure otporne koroziji
42% 12%
28%
Raspodjela potrošnjeUkupna svjetska proizvodnja
Nalazišta bakrene rude
-30.11.2015
-12
Mehani čka svojstva lijevanih bakrenih legura
Ostale legure otporne koroziji
Ostale legure otporne koroziji
Olovo i njegove legure
• Pb ima sposobnost stvaranja čvrsto prianjajućih slojeva od olovnih spojeva – sulfata (u H2SO4), oksida (na zraku) i karbonata (u vodi),
• postojanost u otopinama bitno ovisi o pH-vrijednosti otopine, a najviša je za pH = 6...9,
• najviše se Pb rabi u proizvodnji H2SO4.
fcc, talište na 327,5°C, ρ = 11,34 g/cm3
-30.11.2015
-13
Ostale legure otporne koroziji
Tantal
Cirkonij
• Ta je inertan prema svim organskim i anorganskim spojevima pri <150 ºC osim u fluoridnoj kiselini i dimećoj sulfatnoj kiselini (oleum – sadrži 20 do 30% otopljenog sumpor-trioksida),
• Pri <150 ºC Ta je inertan prema svim koncentracijama kloridne i nitratne kiseline, prema 98 %-tnoj sulfatnoj kiselini, 85 %-tnoj fosfatnoj kiselini i čitavom nizu drugih fluida,
• Korozijski neotporan na vruću oksalnu kiselinu.
• Otporan je na mineralne kiseline, lužnate otopine, većinu organskih otopina i otopina soli.
• Otporan je na oksidaciju na zraku, na paru, CO2, SO2, N2 i O2 na temperaturama do 400°C.
Zavod za materijale Doc. dr. sc. Vera Rede
Hvala na
pažnji!☺
Izvori:
Filetin, Kovačiček, Indof: SVOJSTVA I PRIMJENA MATERIJALA, 2002.
Kutz: HANDBOOK OF MATERIALS SELECTION, 2002.
Esih, Dugi: TEHNOLOGIJA ZAŠTITE OD KOROZIJE, 1990.