Коррозионностойкие и жаростойкие материалы : коррозионная стойкость легких конструкционных сплавов в различных средах

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 424 

Кафедра защиты металлов и технологии поверхности
 
А.Г. Ракоч 
И.В. Бардин 

Коррозионностойкие 
и жаростойкие материалы 

Коррозионная стойкость легких  
конструкционных сплавов в различных средах 

Курс лекций 

Допущено учебно-методическим объединением по образованию 
в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлению 
150100 Металлургия 

Москва  2011 

УДК 620.193 
 
Р19 

Р е ц е н з е н т  
канд. физ.-мат. наук А.О. Родин 

Ракоч, А.Г. 
Р19  
Коррозионностойкие и жаростойкие материалы : коррозионная 
стойкость легких конструкционных сплавов в различных средах : 
курс лекций / А.Г. Ракоч, И.В. Бардин. – М. : Изд. Дом МИСиС, 
2011. – 78 с. 
ISBN 978-5-87623-557-2 

Подробно описано коррозионное поведение алюминиевых и магниевых 
сплавов в различных средах. Курс разбит на две части: «Коррозионная стойкость алюминия и сплавов на его основе» и «Коррозионная стойкость магния и 
сплавов на его основе». Приведена общая электрохимическая и коррозионная 
характеристика алюминия и магния, а также сплавов на их основе. Даны особенности коррозионного поседения указанных материалов в различных средах: 
от атмосферных условий до различных растворов, включая растворы на неводной основе. Приведено большое количество наглядных примеров коррозионных испытаний алюминиевых и магниевых сплавов в различных условиях. 
Содержание соответствует программе курса «Коррозионностойкие и жаростойкие материалы». 
Предназначен для студентов металлургических и материаловедческих 
специальностей, обучающихся по направлению 150400 – «Металлургия», 
150100 – «Материаловедение и технология материалов», 150700 «Физическое материаловедение» по специальности 150701 «Физико-химия процессов 
и материалов» и 150702 «Физика металлов».  

УДК 620.193 

ISBN 978-5-87623-557-2 
© А.Г. Ракоч, 
И.В. Бардин, 2011 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение....................................................................................................4 
1. Коррозия алюминия и сплавов  на его основе...................................6 
1.1. Общая электрохимическая и коррозионная характеристика 
алюминия...............................................................................................6 
1.2. Особенности коррозионного поведения алюминия  
в атмосфере, растворах кислот,  солей и щелочей ..........................12 
1.3. Основные локальные виды коррозии алюминиевых  
сплавов.................................................................................................21 
1.3.1. Питтинговая коррозия..........................................................21 
1.3.2. Межкристаллитная коррозия...............................................21 
1.3.3. Коррозионное растрескивание и коррозионная  
усталость..........................................................................................23 
1.3.4. Расслаивающая коррозия.....................................................26 
1.3.5. Щелевая коррозия.................................................................27 
1.4. Особенности реальной эксплуатации алюминиевых  
сплавов в различных конструкциях..................................................29 
1.4.1. Строительные конструкции в атмосферных условиях .....29 
1.4.2. Суда и сооружения в морской воде и атмосфере ..............31 
2. Коррозионная стойкость магния и сплавов на его основе..............40 
2.1. Общая электрохимическая и коррозионная  
характеристика магния.......................................................................40 
2.2. Особенности коррозионного поведения магния  
в водных растворах.............................................................................40 
2.2.1. Влияние растворенных газов, температуры  
и рН раствора ..................................................................................41 
2.2.2. Растворы солей, кислот, щелочей  и органических 
соединений ......................................................................................44 
2.2.3. Контактная коррозия магниевых сплавов..........................50 
2.2.4. Коррозионное растрескивание и коррозионная  
усталость магниевых сплавов........................................................54 
2.2.5. Влияние состава и структуры сплавов ...............................58 
2.3. Особенности коррозионного поведения магния  
в неводных средах ..............................................................................64 
2.4. Особенности коррозионного поведения магния  
в атмосфере .........................................................................................66 
Библиографический список...................................................................77 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Легкие конструкционные алюминиевые и магниевые сплавы находят применение во всех отраслях промышленности благодаря их 
высокой удельной прочности. Они являются основным конструкционным материалом в авиационно-космической отрасли. Чистый 
алюминий и магний имеют ограниченное применение из-за низких 
механических свойств. Для получения сплавов на основе алюминия и 
магния с различными механическими и физико-химическими свойствами их легируют другими металлами.  
Наиболее широко в качестве легирующих элементов для получения алюминиевых сплавов применяют медь, магний, марганец, цинк, 
кремний, а в последнее время и литий, но пока в ограниченных масштабах. Кроме этих основных шести легирующих добавок известно 
еще около двух десятков. В промышленности используют около 58 
марок алюминиевых сплавов, однако они обладают значительно 
меньшей коррозионной стойкостью в различных средах по сравнению с чистым алюминием. 
Магний является наиболее легким, но одновременно и наиболее 
коррозионно-активным из применяемых в технике конструкционных 
металлов. Плотность его 1,74 г/см3, плотность некоторых его сплавов 
(например, с литием) минимальна в ряду конструкционных сплавов 
(1,35…1,65 г/см3). Магний, в свою очередь, в основном легируют 
алюминием, цинком, марганцем, цирконием, литием, торием, церием, кальцием. Наиболее распространены магниевые сплавы систем 
Mg–Al–Zn–Mn, Mg–Zn–Zr, Mg–Mn–Ce.  
Магниевые сплавы обладают ценными технологическими и конструкционными свойствами. Они хорошо обрабатываются резанием, 
свариваются, достаточно пластичны и одновременно имеют повышенную жесткость по сравнению с алюминиевыми сплавами той же 
удельной прочности. Магниевые сплавы применяются чаще в виде 
толстостенных деталей в литом и деформированном состоянии, используются предпочтительно прессованные и штампованные детали 
из них. Применение тонкостенных листовых материалов на основе 
магния несколько затрудняется необходимостью их тщательной защиты от коррозии, и до конца этот вопрос еще успешно не решен. 
Повышенная коррозионная активность магния и его сплавов значительно ограничивает его практическое применение, хотя с усовершенствованием методов их защиты использование магния в авиации, 

ракетной технике, приборостроении неуклонно возрастает. Детали из 
магниевых сплавов обычно используют в атмосферных условиях и, 
как правило, с применением противокоррозионной защиты оксидированием и последующей окраской. Как конструкционные материалы магний и его сплавы представляют больший интерес, когда важно 
снизить массу изделия. 
Алюминиевые и магниевые сплавы имеют низкую коррозионную 
стойкость в большинстве агрессивных сред. Кроме того, алюминиевые и магниевые сплавы подвергаются различным опасным видам 
локальной коррозии. 
Знание и понимание механизмов коррозии алюминиевых и магниевых сплавов, а также способов защиты их от коррозии в различных условиях эксплуатации, является обязательным для современного инженера в области материаловедения и металлургии. 

1. КОРРОЗИЯ АЛЮМИНИЯ И СПЛАВОВ  
НА ЕГО ОСНОВЕ 

1.1. Общая электрохимическая и коррозионная 
характеристика алюминия 

Алюминий – сильно электроотрицательный металл. Его нормальный равновесный потенциал – 1,67 В. При этом он весьма стоек в 
воде, большинстве нейтральных и многих слабокислых растворах, а 
также в атмосфере вследствие большой его склонности к пассивации. 
По стойкости пассивного состояния в аэрируемых растворах 
алюминий причисляют к наиболее пассивирующимся металлам. В 
ряду пассивности он, как правило, стоит после титана, тантала и 
ниобия, рядом с хромом. Вода, кислород воздуха, растворенный в 
воде, – пассиваторы алюминия. Поэтому во всех водных растворах – 
нейтральных или слабокислых – не только при доступе кислорода 
или окислителей, но и в их отсутствии алюминий обычно находится 
в пассивном состоянии (обладает способностью к самопассивации). 
В этих условиях его стационарный электродный потенциал более 
чем на 900 мВ больше нормального равновесного потенциала. Например, в 3 %-ном водном растворе NaCl стационарный электродный 
потенциал алюминия (99,99 %) – 0,75 В (табл. 1.1). 
Поверхность алюминия в пассивном состоянии покрыта защитной 
пленкой. На чистой металлической поверхности толщина этой пленки за 5…10 с достигает примерно 1 нм, а на дальнейший ее рост существенное влияние оказывают окружающие условия: он ускоряется 
при повышении температуры и влажности. К быстрому увеличению 
толщины пленок приводит погружение в воду. 
В воде при температуре не выше 60 °С на поверхности алюминия 
формируется преимущественно аморфный гидроксид – Al(OH)3, 
а также трехводный кристаллический оксид – байерит (Al2O3·3H2O). 
При температурах 60…80 °С и выше на металлической поверхности 
образуется одноводный оксид – бемит (Al2O3·H2O). 
Наиболее стабильная форма оксида – гидраргиллит, который так же 
как и байерит является трехводным, но имеет другую кристаллическую 
решетку, не образуется на поверхности алюминия при его пассивации. 
В нейтральных растворах толщина пассивной пленки изменяется 
в широких пределах – от 5 до 100 нм. Толщина пассивной оксидной 
пленки после длительного выдерживания алюминия в сухом воздухе – 
15…20 нм. 

Таблица 1.1 

Стационарные электродные потенциалы элементов (Э), твердых растворов 
(ТР) и интерметаллических фаз (ИФ) алюминиевых сплавов 

–Е, В, в растворах 
–Е, В, в растворах 

Э, ТР, ИФ 
3 % 
NaCl

53 г/л NaCl +
+ 3 г/л H2O2 
Э, ТР, ИФ 
3 % NaCl 
53 г/л NaCl+ 
+ 3 г/л H2O2

Al 99,99 % 
0,75 
0,70 
Al + 1,55 % Si 
0,51 
– 

Al 99,95 % 
0,52 
0,63 
Al + 1,52 % Ni 
0,51 
– 

Al + 0,2…1,1 % Fe
0,51 
0,61 
Al + 0,8 % Cu 
0,44 
– 

Mg* 
1,39 
1,41 
Al + 2 % Cu 
– 
0,51 

Mg** 
1,34 
– 
Al + 4 % Cu 
– 
0,47 

Al + 0,2 % Sn 
0,85 
0,84 
Al + 6,1 % Cu 
0,41 
– 

Al + 1,07 % Zn 
0,73 
0,74 
Mg2Si 
1,25 
– 

Al + 6,06 % Zn 
0,78 
– 
Al2MgSi 
1,15 
– 

Al + 1,47 % Mg 
0,55 
– 
Mg2Al3 
0,93…1,00
1,02 

Al + 3,0 % Mg 
– 
0,65 
MgZn2 
0,79…0,85
0,84 

Al + 5 % Mg 
– 
0,66 
Al2CuMg 
0,67 
0,78 

Al + 5,64 % Mg 
0,66 
– 
MnAl6 
0,607 
– 

Al + 0,64 % Mn 
0,51 
0,61 
Mn (Fe, Si) 
0,52 
– 

Al + 0,1 % Ti 
0,51 
– 
CuAl2 
0,37…0,42
0,51 

Al + 0,34 % Cr 
0,50 
– 
NiAl3 
0,21…0,49
0,30 

Al + 1,0 % Mg2Si 
– 
0,61 
FeAl3 
0,14…0,33
0,34 

Al + 1,0 % Si 
– 
0,59 
 
 
 

––––––––– 
* Чистый. 
** Технический. 

Существует мнение, что пассивные пленки, сформированные на 
поверхности алюминия, имеют низкую электронную проводимость в 
отличие от пассивных пленок, образующихся на поверхности железа, 
никеля и хрома. В связи с этим на пассивной пленке, сформированной на алюминии, существенно заторможено протекание окислительно-восстановительных реакций. В нейтральных растворах пассивная пленка заметно тормозит не только анодную реакцию растворения алюминия, но и сопряженную катодную реакцию восстановления растворенного в электролите кислорода. 
«Пороподобные» дефектные участки с хорошей электронной проводимостью в пассивной пленке занимают очень малую долю поверхности алюминия (от 0,1 до 0,0001). Последнее оценили, проводя 
осаждение меди на поверхность этого металла. Пассивные пленки на 
алюминии амфотерны: растворяются как в сильных кислотах (неокисляющих), так и в щелочах (особенно легко). 

Рис. 1.1. Зависимость скорости коррозии K и электродного 
потенциала Eк Al от pH в водном 3 %-ном растворе NaCl 

Максимальные защитные свойства пассивных пленок на алюминии проявляются в нейтральных средах именно благодаря способности алюминия к самопассивации. В сильнокислых и особенно в щелочных средах алюминий активируется, потенциал его сильно смещается «в минус» и он начинает активно растворяться с выделением 
водорода. Кривая зависимости скорости коррозии и стационарного 
потенциала от pH в 3 %-ном NaCl приведена на рис. 1.1. 
Активируют алюминий его амальгамированием, например, натирая поверхность ртутью, или обработкой ее солями в растворе (особенно при катодной поляризации алюминия). В таком состоянии 
алюминий неустойчив на воздухе и нейтральных растворах, например, быстро растворяется с выделением водорода в воде. 
Высокая способность алюминия к самопассивации делает его 
весьма стойким не только во многих нейтральных и слабокислых 
(органические кислоты) растворах, но также в сильных окислителях 
(например, нитратов, хроматов и бихроматов) и в окисляющих кислотах (например, в HNO3). В хлоридах стойкость алюминия заметно 
меньше, но для чистого алюминия в нейтральных растворах доста