Введение
Форма коррозии, при которой компоненты сплава предпочтительно выщелачиваются.
В металлургии селективное выщелачивание, также называемое деметаллизацией, разделением и селективной коррозией, – это тип коррозии, наблюдаемый в некоторых твердых растворах, когда при определенных условиях один из компонентов сплава предпочтительно выщелачивается из исходно однородного материала. Менее благородный металл удаляется из сплава посредством гальванической коррозии в микроскопическом масштабе. Наиболее подвержены этому сплавы, содержащие металлы, значительно различающиеся по своему положению в гальваническом ряду, например, медь и цинк в латуни. К элементам, наиболее часто подвергающимся селективному удалению, относятся цинк, алюминий, железо, кобальт, хром и другие.
Выщелачивание цинка
Наиболее распространенным примером является селективное выщелачивание цинка из латунных сплавов, содержащих более 15% цинка (дезинцификация), в присутствии кислорода и влаги, например, из латунных кранов в воде, содержащей хлор. Дезинцификация изучается с эпохи Гражданской войны, а механизм ее возникновения был тщательно исследован к 1960-м годам. Считается, что медь и цинк постепенно растворяются одновременно, при этом медь осаждается обратно из раствора. Остающийся материал представляет собой медьсодержащую губку с плохими механическими свойствами, цвет которой меняется с желтого на красный. Дезинцификация может быть вызвана водой, содержащей серу, углекислый газ и кислород. Застойная или вода с низкой скоростью течения способствует дезинцификации. Для борьбы с этим в латунь можно добавлять мышьяк или олово, либо использовать вместо нее бронзу (пушечный металл). Латунь, устойчивая к дезинцификации (DZR), также известная как латунь C352, является сплавом, используемым для изготовления фитингов для трубопроводов, предназначенных для питьевой воды. Фитинги, устойчивые к дезинцификации, маркируются соответствующим образом буквами "CR" (Corrosion Resistant – устойчивые к коррозии) или DZR (dezincification resistant – устойчивые к дезинцификации) в Великобритании и буквами "DR" (dezincification resistant – устойчивые к дезинцификации) в Австралии.
Графитная коррозия
Графитовая коррозия – это селективное выщелачивание железа из серого чугуна, при котором удаляется железо, а графитовые зерна остаются неповрежденными. Пораженные поверхности покрываются слоем графита, ржавчины и металлургических примесей, который может замедлять дальнейшее выщелачивание. Добавление никеля в сплав чугуна существенно снижает этот эффект.
Выщелачивание других элементов
Деалюминизация – соответствующий процесс для алюминиевых сплавов. Аналогичные эффекты для различных металлов – декарбуризация (удаление углерода с поверхности сплава), декобальтизация, денникелификация и т. д. Прототипичной системой для деаллоирования с целью создания нанопористых металлов является система np Au, которая создается путем селективного выщелачивания Ag из однородного сплава Au-Ag.
Различание жидких металлов
Когда изначально однородный сплав помещают в кислоту, способную избирательно растворять один или несколько его компонентов, оставшийся компонент диффундирует и самоорганизуется в уникальную нанопористую микроструктуру. В результате получается материал, состоящий из лигандов, образованных оставшимся компонентом, окруженных порами – пустыми пространствами, из которых атомы были удалены посредством выщелачивания или диффузии.
Прочность и жесткость нанопористых материалов
Общая концепция в материаловедении заключается в том, что при комнатных условиях меньшие размеры структурных элементов (например, размер зерна или абсолютный размер) обычно приводят к более прочным материалам (см. упрочнение по Холлу-Петчу, статистику Вейбулла). Однако из-за высокой пористости деаллоированных материалов их прочность и жесткость относительно низки по сравнению с массивными аналогами. где и – геометрические константы, и – показатели, зависящие от микроструктуры, а – относительная плотность пены. Соотношения GA могут быть использованы для оценки прочности и жесткости конкретного деаллоированного пористого материала, но более детальное исследование выявило дополнительный фактор: размер линкеджа (связки). Когда диаметр линкеджа превышает 100 нм, увеличение размера линкеджа приводит к большему соответствию между предсказаниями GA и экспериментальными измерениями предела текучести и модуля Юнга. Однако, когда размер линкеджа меньше 100 нм, что часто встречается в процессах деаллоирования, к прочности, предсказанной GA, добавляется компонент, аналогичный упрочнению по Холлу-Петчу объемных поликристаллических металлов (то есть предел текучести увеличивается обратно пропорционально квадратному корню из размера зерна). Комбинируя эту зависимость с ранее представленным соотношением GA, можно получить выражение для предела текучести деаллоированных материалов с линкеджами размером менее 100 нм:
Движение в нанопористых материалах
Поскольку лиганды этих материалов по сути являются небольшими металлическими образцами, ожидается, что сами они будут достаточно пластичными; однако весь нанопористый материал часто проявляет хрупкость при растяжении. Селективное выщелачивание может быть предпоследним этапом получения покрытия методом вымывания.