Ю. Эванс [40] приводит данные о количественных по­терях железа в 1%-ном растворе NaCl, находящегося в кон­такте с алюминием: Потери железа равны 9,8 мг, а алюми­ния — 105,9 мг. Цифры показывают, что железо защища­ется при контакте алюминием, как более отрицательным металлом.

Чистый алюминий имеет потенциал— 1,66 В, т. е. бо­лее отрицательный по сравнению с цинком, железом и медью (потенциал которых соответственно равен —0,763 В, —0,440 В, —0,522 В) в растворах собственных ионов. Од­нако, применить алюминий в качестве протектора не уда­ется, так как со временем он пассивируется. В связи с этим большой интерес представляют электродные потенциалы металлов, измеренные в рабочих средах.

Известны значения отрицательных потенциалов метал­лов, измеренных в 3%-ном растворе NaCl: нержавеющие ста­ли от—0,13 до 0,43 В; малоуглеродистая сталь (0,25%С) — 0,78 В; алюминий металлический (99,799% А1) — 0,85 В; цинк —1,05 В. Измеренные потенцалы растворения (по отношению к каломельному электроду в 2%-ном растворе NaCl) составляют для алюминия — 0,76 В, для желе­за — 0,65 В; разница потенциалов (по отношению к алю­миниевому электроду в 2%-ном растворе NaCl) составляет для алюминия — 0 В, для железа—0,12 В,

<

V

/

/

кап

1

1

1

\

‘••мі ^

VII

L

L

,3

/

. 4^

ч,

*

ч»

оа

ЦЗ

0,2

0,1

р V

Ofi

4 10163 Минуты

2

Часы

Время

*4.

2 5 10 П Сутки

Рис. 78. Характеристика пары алюми­ний—сталь в морской и пресной воде:

1,4 — напряжение при испытании соответ­ственно в морской и пресной воде; 2, 3 — разность потенциалов при испытании соот­ветственно в морской и пресной воде.

I

! * І 0,1

Электродные потенциалы металлов не дают полного пред-
ставления об их коррозионной стойкости, так как трудно
предсказать поведение контактной пары, когда на металлах
присутствуют пленки с высокими защитными свойствами.
Поэтому для дополнительной характеристики коррозион-

ной стойкости биметал-
лического соединения
служат данные о корро-
зионном токе.

С. Бирд и Ю. Эванс
провели опыты по изме-
рению силы тока и раз-
ности потенциалов пары
алюминий — сталь в
морской и пресной воде.
Результаты измерений
приведены на рис. 78.

Опыты показывают,
что в начале алюминий
всегда является анодом
и в морской воде он не
становится катодом. Тем

не менее коррозия железа не прекращается. В пресной
воде, содержащей бикарбонаты кальция к натрия, алюми-
ний вскоре становится катодом и больше во время опыта не
становится анодом. Таким образом, вне зависимости от то-
го, имеется или нет контакт между разнородными металлами,
для большинства условий наблюдается коррозия железа.
Присутствие ионов железа в растворе уменьшает коррозию
алюминия, но ионы железа, осаждаясь на поверхности алю-
миния, способствуют возникновению локальных участков
коррозии.

Р. Видем определил потенциалы и изменение силы тока в
паре алюминий — нержавеющая сталь. Полученные зави-
симости дали возможность рассчитать потенциал коррозии
алюминия и нержавеющей стали и определить величину

тока между ними. Было установлено, что электролитиче­ский элемент, в котором анод находится без защитного окисла, а катод покрыт окислами, обусловливает зарожде­ние и рост микроточек коррозии. Электрический контакт с нержавеющей сталью увеличивает коррозионный потенциал и во многих случаях настолько, что зарождение микроточек коррозии ускоряется.

Авторами были проведены измерения тока на элементах, электроды которых составляли исследуемые биметалличе­ские пары: СтЗ — АМгб; Ст4 — АМгб; Х18Н10Т — АМгб; СтЗ — АМгбВ; X18Н1 ОТ — АМгбВ.

В элементе, составленном из сплавов АМгб и стали 1Х18Н10Т, наблюдается наименьший коррозионный ток (34 мкА), а также наименьшие скорости коррозии. Сплав АМгб в контакте со всеми сталями более устойчив, чем сплав АМгбВ. Результаты испытаний приведены в табл. 34.

Таблица 34

Скорость коррозии сталеалюминиевых соединений

Соединение

Сила корро­зионного тока

Скорость коррозии, г/м2 • год

через 100 ч, мкА

рассчитанная по величине тока

по фактиче­ской потере веса

АМгб + СтЗ

40

0,001

0,010

0,147

0,015

АМгб + Ст4

40

0,000

0,010

0,142

0,018

АМгб + Х18Н10Т

34

0,081

0,008

0,129

0

АМг5В + СтЗ

42

0,124

0,013

0,127

0,037

АМгбВ + Х18Н10Т

52

0,119

0,013

0,141

0

Д. Прайор [54] изучал гальваническую коррозию со­единения алюминий — сталь. В растворах, содержащих хлориды, алюминий защищает от коррозии сталь в диапа­зоне кислотности pH от 0 до 14. Гальванический ток и кор­розия достигает минимума пропорционально площади ка­тодов при кислотности рН-7 и тогда диффузия кислорода является мерилом поведения стального катода. Перемеши­вание и продувание воздухом ускоряют гальваническую коррозию.

В институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР проводились исследования биметаллических соединений алю­миний — сталь. Образец из биметалла вырезали в форме диска, который зажимали между фланцами двух цилиндри­ческих сосудов. В каждый сосуд устанавливали платиновый электрод и электролитический ключ с краном. Поляризую­щий ток подводили к платиновым электродам, при этом сплав был анодом, а сталь катодом. В качестве коррозионной среды был выбран 3%-ный раствор NaCl. Перед снятием поляризационных характеристикизмерялистационарные по­тенциалы, а также проводили измерения общего потенциала при полном погружении. Результаты измерений приведены в табл. 35.

Экспериментом установлено, что биметаллические со­единения Х18Н10Т —АМгб и Х18Н10Т—АМгбВ характе­ризуются меньшими значениями максимального коррозион­ного тока, чем соединения этих же сплавов с малоуглеро­дистыми сталями. Многие исследователи изучали кор­розию биметаллических пар алюминий — среднеуглеродис­тая сталь, алюминий — нержавеющая сталь, анодирован­ный алюминий в контакте с вышеуказанными сталями. Поляризационные кривые биметаллических пар в однонор­мальном растворе NaCl показали, что сила коррозионного тока зависит от скорости реакции на катоде.

На основании измерений не было обнаружено по суще­ству различия между алюминием и анодированным алюми­нием. Кривые поляризации для нержавеющей стали в од — йонормальном растворе NaCl при плотности тока 10~9 А/м2 и 13 • 1СР10 А/м2 круто изгибаются; в этот момент потен­циал нержавеющей стали равен 0,5 В. По-видимому, при этом значении потенциала коррозионное поведение стали контролируется реакцией диффузии кислорода.

Таблица 35

Величины поляризационных характеристик сталь-алюминиевых соединений

Соединение

Общий потенциал

Время выдержки, мин

Ен°

А

03

*

О

н

й

О сі

о g

К О

н

с S

Ен°, соответствующее ^гпах, &

Скорость

КОРРОЗИИ/

г/мг•ч

Алюминий

Сталь

теор етиче — ская

эксперимен­

тальная

СтЗ J

h АМгЗ

—0,529

3

—0,594

—0,444

25

—0,539

0,084

0,085

СтЗ —

— АМгб

—0,534

3

—0,644

—0,449

27

—0,549

0,091

0,133

Ст4 —

-АМгб

—0,544

3

—0,644

—0,444

22

—0,539

0,074

0,046

Х18Н10Т +

+ АМгб

—0,554

22

—0,604

+0,131

15,6

—0,504

0,052

0,044

Х18Н10Т +

-f — АМг5В

—0,549

22

—0,584

+0,159

14,4

—0,549

0,048

0,042

Х21Н5Т +

АМгб

—0,539

22

—0,589

+0,101

13

—0,549

0,044

0,042

Величина скорости коррозии алюминия и анодирован­ного алюминия увеличивается при соприкосновении со среднеуглеродистой и нержавеющей сталью. Для средне­углеродистой стали происходит уменьшение скорости кор­розии, и коррозия нержавеющей стали почти не происходит.

В работе [35] и других исследовалась коррозионная стойкость соединений стали и алюминиевого сплава, сва­ренных через биметаллические вставки. В результате этих измерений выявлено, что пластина алюминиевого сплава

• • •

1 2 3

• • •

7 8 9

і

| * і

I

I

2

ЩЯЩШ Л *

!РаСз

т—V’ 4

В

I

Iх*

ріаі

с

I—J

і

і

I

Алюминий Шов

Покрытие

к?

Х0,9

15 20 25

Расстояние, мм

Рис. 79. Распределение потенциалов в сварных соединениях алюминий— сталь:

1

%0,8

I

W

I

0

0,5

О

ю

1— сочетание сплав АМгб + СтЗ, при­садка алюминий с Be; 2 — АМгб + СтЗ, присадка алюминий с Си; 3 — АМг6+ + СтЗ, присадка алюминий с Si; 4 — АМгб + СтЗ, присадка АМгб; 5 — АМг6+ + СтЗ, присадка АД1; 6 — АМгб + —Х18Н10Т, присадка АД1;7— АМгб + — X18H1QT, присадка АМгб.

имеет более отрицательный потенциал и является катодом
по отношению ко всему сварному соединению. Для того,
чтобы избежать разницы потенциалов между контактирую-
щими в сварном соединении алюминием и сталью, необхо-

димо их потенциалы урав-
нять.

Бельчук Г, А. и Чер-
ток Ф. А. [3] пришли к вы-
воду, что покрытие стальной
пластины цинком, сплавом
АД (5% Si) или специаль-
ное ее алитирование дает
возможность изменять элек-
тродный потенциал в широ-
ких пределах и обеспечить
высокую коррозионную
стойкость сварного соеди-
нения алюминий — сталь.

Авторами были измере-
ны потенциалы под каплей
в 3%-ном растворе NaCl в
различных точках поверх-
ности сварного соединения
сплава АМгб с предвари-
тельно оцинкованной ста-
лью СтЗ с алитированной
сталью Х18Н10Т. В качест-
ве присадочного материала
применяли проволоки АДО,
АМгб и проволоки, леги-

рованные медью, кремнием и бериллием. Результаты из-
мерений приведены на рис. 79. Установлено, что для со-
единений АМгб — СтЗ (оцинкованная) более отрицатель-
ным потенциалом обладает цинковое покрытие (—0,825 В).
Швы, сваренные легированными проволоками или АМгб,
имеют более отрицательные потенциалы, чем основной

металл АМгб и швы, сваренные проволокой АДО. Следова­тельно в первую очередь будет разрушаться цинковое пок­рытие; после его полного разрушения начнет корродиро­вать шов, защищая собой сплав АМгб — СтЗ.

В сварном соединении АМгб + Х18Н10Т, выполнен­ном с применением проволоки АДО, потенциал сплава АМгб, шва и алитированной стали Х18Н10Т одинаков и равен — 0,51 В, т. е. по всей поверхности будет наблюдать­ся равномерное разрушение. Швы, выполненные с примене­нием проволоки АМгб, имеют более отрицательный потен­циал.

Следовательно, для защиты сварных соединений алю­миний — сталь необходимо на стальную поверхность на­носить анодное покрытие определенной толщины, а швы выполнять проволокой из чистого алюминия. При этом будет выровнена электрохимическая гетерогенность поверхности.

По линии перехода в сварных соединениях алюминий — сталь при неправильных режимах сварки образуется до­статочной величины слой интерметаллических соединений Fe„Alm. Этот слой, благодаря образованию микрогальвани — ческих элементов, усугубляет коррозионное разрушение, поскольку потенциалы интерметаллидов значительно от­личаются от потенциалов стали и алюминия. А. И. Голу­бев приводит значения потенциалов в 3%-ном растворе NaCl: для железа — 0,290 В, для алюминия 0,670 В, для интер — металлида FeAl3— 0,340 В. Таким образом, интерметаллид вблизи алюминиевого шва, имеющий более отрицательный потенциал, усиливает разрушение шва.

Аналогично действие включений, попавших в процессе сварки в алюминий. Имеются данные, что разность потен­циалов между алюминием и кремнием меньше, чем между алюминием и соединением FeAl3, вследствие этого коррозия вокруг интерметаллида идет интенсивнее, чем около вклю­чений кремния, т. е. соединения служат микрокатодами в твердом растворе,