Каркас против коррозии

Коррозия — страшный враг всех материалов. И если столько хлопот она приносит в виде обыкновенной ржавчины, то можно представить себе, что происходит, когда материалы, из которых сделана химическая аппаратура, попадают в среду из горячих кислот и щелочей. Поэтому поиск новых коррозионностойких материалов идет непрерывно.

Новый шаг вперед сделан с получением композиционных графитокарбидометаллических материалов, или, как их называют сокращенно, КГКМ. Изготовляются они путем объемной пропитки графита титаном и его сплавами, а также методом осаждения из газовой фазы титана на графитовую матрицу. КГКМ очень стойки к некоторым видам коррозии. Но чем это вызвано?

Исследования ученых Института физической химии АН СССР многое прояснили в этом вопросе. Рентгеноструктурный анализ показал, что на поверхности КГКМ образуется пленка толщиной 200—300 микрон, состоящая из карбидов пропитывающих материалов, преимущественно карбида титана. При газофазном осаждении эта пленка получается зеркальной и состоит из чистого карбида титана. Это — снаружи. Но графит — материал пористый и хорошо пропитывается на всю глубину. Поэтому в объеме КГКМ наряду с карбидами и чистым графитом присутствует металлическая фаза, представляющая собой твердый раствор углерода в металле или сплаве, которым пропитывается графит. Эта фаза плотно забивает все поры графита и заблокирована со всех сторон карбидным слоем, который образует как бы каркас материала. На микрофотографии каркас хорошо виден — как будто стенки пчелиных сот пронизывают весь объем образца.

Так вот сочетание каркаса из карбидного слоя в пористой структуре и карбидной пленки на поверхности графита н обусловливает уникальные свойства КГКМ.

Коррозионная стойкость новых материалов в стоградусной серной кислоте почти на четыре порядка выше, чем у чистого титана. Не в четыре раза, а на четыре порядка. Такова величина шага вперед. Но, может быть, чистый титан — не показатель. Существуют же специальные материалы. Да, существуют, но и в сравнении с ними стойкость КГКМ в 3—7 раз выше. Со стойкостью к соляной кислоте дело обстоит похуже, но и там она на два порядка выше, чем у титана, и в два раза выше, чем у кислотостойкого сплава.

Очень важным результатом является и повышение механической прочности. Детали из новых материалов должны противостоять не только коррозии, но и конструкционным нагрузкам, неизбежным в каждом устройстве. А графит — механически материал очень слабый. Пропитка повышает его прочность. На сжатие в 4—6 раз, на изгиб — в 2,5 раза. А микротвердость КГКМ получается в 10—15 раз выше, но не графита, нет, а тех металлов и сплавов, что его пропитывают. Она приближается к микротвердости спеченного карбида титана.

Обладая столь высокими характеристиками, новые материалы, по мнению авторов исследования, могут быть проверены в качестве конструкционных для деталей и узлов, работающих без динамических нагрузок в кислотах при температуре до 100 градусов.