КРЫЛАТЫЙ МЕТАЛЛ

МЕТАЛЛ В «РУБАШКЕ»

Оверхность металлических предметов, находящихся на воздухе, не остаётся без изменения. Новая только что изготовленная деталь, отшлифованная и отполированная до блеска, постепенно тускнеет. На ней возникают разру­шенные участки, покрывающие её точно язвочки. Это де­лает враг металла — кислород. Атомы этого элемента, содержащегося в воздухе, присоединяются к атомам ме­талла. Образовавшиеся соединения — окислы металла — и лишают металлическую поверхность приданного ей блеска, всё больше и больше разрушают деталь. Это раз­рушение металлов — потускнение свинца, олова, зелё­ный налёт на меди, рыжая ржавчина на стали и железе — уже давно известно человеку. Люди знают, что многие металлы подвержены атакам кислорода, или, выражаясь языком науки,— химической коррозии. Не свободен от неё и алюминий, но взаимодействие с кислородом про­исходит у него по-своему.

Кусок алюминия на воздухе быстро покрывается тон­чайшей бледноголубой плёнкой окисла, но, возникнув на поверхности, эта плёнка предохраняет основную массу ме­талла от дальнейшего разрушения. Как своеобразный за­щитный панцырь, она, в отличие от ржавчины, не пропу­скает внутрь металла атомы кислорода. Плёнка прочна, тверда и гибка. Она не отстаёт даже в том случае, если деталь растягивать, сжимать, закручивать или изгибать. Бледноголубой слой окиси алюминия не боится жары — он плавится при температуре 2050°, в то время как чис­тому алюминию достаточно всего лишь 660°, чтобы пе­рейти в жидкое состояние.

В сухой атмосфере слой окиси хорошо защищает алю­миний и его сплавы от коррозии, оберегая их от соприко­сновения с кислородом воздуха — этим злейшим врагом железа и стали. Он не похож на ржавчину, которую, если продолжить наше сравнение, можно назвать дырявой ру­башкой, пропускающей кислород внутрь железа.

Кроме химической коррозии бывает ещё коррозия электрохимическая, при которой процесс разрушения идёт за счёт протекания электрического тока от одной части металла к другой. Этот вид коррозии может появиться, если на металл воздействовать каким-нибудь электроли­том — раствором кислоты, щёлочи или соли,— способным проводить электрический ток. А такое воздействие можно встретить очень часто.

Атмосферный воздух, которым окружено большин­ство металлических изделий, всегда влажен. Колебания температуры вызывают выпадение влаги. Каплями росы она покрывает все предметы. Эти капли, растворяя в себе водород, сернистый газ, углекислоту, хлор и другие при­меси воздуха, превращаются в электролиты. Если к этому добавить, что многие части машин и сооружений нахо­дятся подчас в грунте, морской воде и т. д., то стано­вится совершенно ясно, как велика опасность электрохи­мической коррозии.

Что же происходит в электролите? Молекулы раствора распадаются на ионы — атомы и группы атомов, несу­щих на себе электрический заряд. Если в такой раствор погрузить две пластинки разных металлов и соединить их проволокой, то через раствор начинает течь ток. Ионы

Переносят электрические заряды от одной металлической пластинки к другой. Мы получим гальванический элемент (рис. 8, а) —один из простейших источников электриче­ского тока. Пластинки металлов — это электроды эле­мента— анод и катод. Ток, порождаемый нашим элемен­том, легко обнаружить, подключив к цепи измерительный прибор. В процессе создания тока одна из пластин — анод—постепенно растворяется в электролите.

Изучая взаимодействие электролитов с металлами, учёные установили ещё одну особенность: достаточно по­грузить в жидкость, проводящую ток, плохо очищенный металл, чтобы увидеть явления, подобные тем, которые появлялись при опускании в раствор двух металлических пластинок.

Секрет этого явления, обнаруженного более ста лет назад, состоит в том, что в металле образуется множе­ство микроскопически маленьких гальванических элемен­тов (рис. 8, б). Анод такого микроэлемента — сам ме­талл, а катод — частичка примеси. В течение длитель­ного времени эти микроэлементы производят отнюдь не микроскопическую работу. Они заметно растворяют анод, то-есть разъединяют зёрна металла. Так возникает элек­трохимическая коррозия. На рис. 9 приведена структура алюминиевого сплава, поражённого электрохимической коррозией. Здесь анодами являются примеси на границах зёрен, а катодами — сами зёрна. Электрохимическое воз­действие разрушило их, и металл потерял свою проч­ность.

Отсюда ясно, что чем чище металл, тем менее опасно для него такое разрушительное воздействие. И тут-то воз­никает противоречие. Чтобы придать алюминию высокую
прочность и ряд других ценных свойств, учёные создают разнообразные сплавы, но, с другой стороны, именно сплавы более всего подвергаются коррозии.

Каков же выход из этого противоречия? Как находят его учёные?

Советские исследователи проводят большую работу по защите металлов от коррозии. Выдающихся успехов в этой области добились академик В. А. Кистяковский, члены-корреспонденты Академии наук СССР Г. В. Аки­мов и Н. А. Изгары - шев. В научно-иссле­довательских институ­тах под их руководст­вом сотни научных ра­ботников ведут борьбу за продление жизни ме­таллов и сплавов.

Чистый алюминий обладает большей со­противляемостью элек­трохимической корро­зии, чем сплавы. По­этому его и используют для защиты менее стойких сплавов с другими металлами и прежде всего дуралюмина. Для этого пластины из дуралюмина перед прокаткой в лист обкладывают с обеих сторон листами из чистейшего алюминия и затем пропускают через валки (рис. 10). В результате подоб­ной обработки на поверхности дуралюминового листа остаётся тонкий слой из чистого алюминия, плотно сцеп­ленный со сплавом; и пока этот слой не разрушен, весь лист надёжно защищён от разъедания.

Но на этом не кончаются заботы о защите листа. После тщательного обезжиривания — удаления с его по­верхности частичек масла — лист на несколько минут по­гружают в ванну с раствором крепкой серной кислоты. К ванне подключается постоянный ток так, чтобы катодом была сама ванна, а анодом — дуралюминовый лист. Про­исходит так называемый процесс анодирования. Под воз­действием электрического тока на листе возникает за­щитная окисная плёнка окиси алюминия толщиной до

0, 1 мм.

Если эту плёнку рассмотреть в микроскоп, то при большом увеличении в ней можно обнаружить огромное количество мельчайших пор, более широких на поверх­ности и суженных в глубине (рис. 11). Пока поры ни­чем не заполнены, металл подвержен опасным атакам кислорода. Чтобы этого не случилось поры окисной плёнки тщательно наполняются особыми минеральными

Составами. В частности, ши­рокое распространение полу­чило так называемое хро - матное наполнение. В этом случае алюминиевые детали после анодирования погру­жаются в ванну с раство­ром, содержащим соедине­ние калия с хромом. Моле­кулы этого соединения про­никают в мельчайшие поры плёнки и делают их пассив­ными к воздействию внеш­ней среды.

Прикрытые своим кисло­родонепроницаемым панцы - рем, алюминий и его спла­вы превращаются в детали самолёта. И вот он стоит на взлётной дорожке аэродрома. Сверкает серебро фюзеляжа и крыльев, резко откинутых назад, не видно пропеллера. Это реактивный самолёт—машина больших скоростей.

Условия, в которых приходится летать таким самолё­там, тяжелы. Снаружи — 40—50-градусный мороз высо­ких слоёв атмосферы, а внутри — некоторые детали дви­гателя разогреваются до красного каления; их работа протекает при температуре 700—800°.

История создания реактивного двигателя была борь­бой за жаростойкие сплавы, способные противостоять окислению при высоких температурах. Обычные марки стали, нагретые до температуры 700—800°, не только те­ряют прочность, но и быстро покрываются легко отскаки­вающей с их поверхности хрупкой и ломкой окалиной. Ясно, что такая сталь не годится для постройки жаровых труб реактивного самолёта. И здесь на выручку снова
пришёл крылатый металл. Стальные листы, из которых изготовляются такие трубы, покрывают тонким слоем алюминия.

Проще всего это сделать методом напыления. Мощная воздушная струя из специального аппарата-металлиза - тора (рис. 12) несёт мельчайшие капель - ки расплавленного алюминия. Ударяясь g.

О поверхность стали, ~ ' ~ ^ 111 "

Они прочно пристают к ней и образуют тончайшую корочку.

Затем деталь подвер­гается нагреванию.

Под действием высо­кой температуры ато­мы алюминия прони­кают в сталь и об­разуют с ней проч­ное химическое сое­динение. Жаростой­кость поверхности стали, насыщенной таким образом алюминием и покрытой плёнкой его окиси при температуре 600—850° в 20 раз больше, чем у обыч­ной стали.