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

точно высока. В подкисленных растворах под воздействием хлоридионов пассивная пленка на алюминии (в отличие от пассивной пленке на титане) довольно быстро разрушается. Алюминий и сплавы на 
его основе нестойки в HCl. 
Вследствие очень отрицательного потенциала коррозия алюминия 
при контакте с более положительными металлами, особенно характеризующимися низким водородным перенапряжением (Pt, Cu, Fe, 
Ni и др.), значительно увеличивается. Поэтому же сильно понижается коррозионная стойкость алюминия с увеличением содержания в 
металле более электроположительных примесей. В табл. 1.2 приведена зависимость скорости коррозии (–Δm/(Sτ)) алюминия в водном 
растворе, содержащем 1 % NaCl, 3 % H2O2 при комнатной температуре от содержания примесей. Из приведенных данных следует, что 
примеси меди наиболее сильно интенсифицируют процесс коррозии 
алюминия по сравнению с примесями железа и кремния. Следует 
отметить, что медь в количествах, приведенных в табл. 1.2, образует 
твердый раствор, а железо – выделения FeAl3. Железо с алюминием 
(катод) в виде хрупких кристаллов, что ухудшает пластичность алюминия. При этом водородное перенапряжение больше на меди, чем 
почти не образует твердых растворов. Растворимость железа в алюминии очень мала (при 200 °С около 0,01 %), вследствие этого примесь 

Таблица 1.2 

Зависимость скорости коррозии алюминия от содержания примесей 

Примесь 
Концентрация примеси, % 
–Δm/(Sτ), 
г/(м2 ·сут) 

Аl (высокой чистоты) 
– 
0,015 

0,004 
0,016 

0,014 
0,018 

0,1 
0,019 

0,31 
0,027 

Fe 

0,66 
0,0035 

0,051 
0,023 

0,11 
0,024 

0,19 
0,025 

0,50 
0,025 

Si 

0,89 
0,039 

0,050 
0,155 

0,060 
0,205 

0,20 
0,306 
Cu 

0,43 
0,44 

П р и м е ч а н и е. Сплавы были предварительно нагреты в течение 14 ч и медленно 
охлаждены до 300 °С. 

железа более 0,01 % вызывает выделение соединения FeAl3 на железе. Такое различие в интенсификации процесса коррозии алюминия 
при введении в него примесей меди и железа (или кремния) объясняется тем, что медь имеет более положительный равновесный потенциал по сравнению с железом (или кремнием) и может происходить 
ее осаждение из раствора на поверхность алюминия. 
Такой эффект катодного выделения металлов и ускорение коррозии вследствие этого наблюдали и в том случае, когда в растворе находились соли тяжелых металлов с достаточно положительным электродным потенциалом (Pt, Au, Cu, Ag, Ni). По этой же причине в полиметаллических системах с замкнутым циркулирующим водным 
раствором (например, морской и даже пресной воды) наблюдали 
усиление коррозии алюминия и его сплавов, если в этой системе есть 
медь или медные сплавы без непосредственного первоначального 
электрического контакта с алюминием. 
Сравнительно высокую коррозионную стойкость чистого алюминия и некоторых сплавов в природных условиях, кроме основного 
защитного влияния пассивных пленок (торможение анодного процесса), связывают также с высоким перенапряжением водорода на их 
поверхности. Примеси тяжелых металлов (Fe, Cu) значительно понижают коррозионную стойкость алюминия как из-за нарушения 
сплошности пассивных пленок, так и вследствие облегчения протекания катодного процесса. 
Коррозия алюминия в нейтральных растворах идет в основном за 
счет катодного процесса кислородной деполяризации, однако по мере увеличения в алюминиевом сплаве более благородных присадок с 
низким перенапряжением водорода доля водородной деполяризации 
существенно возрастает. Например, сплав Д16Т1 в 3 %-ном водном 
растворе NaCl корродирует уже при соизмеримых значениях кислородной и водородной деполяризации. 
Коррозия алюминия в хлоридных растворах возрастает с увеличением в нем более благородных присадок с низким перенапряжением 
водорода вследствие его отрицательного дифференц-эффекта. Последнее связано с тем, что при анодной поляризации металла (за счет 
применения внешнего напряжения или контакта с металлом, имеющим более положительный потенциал, – катодом) скорость коррозии 
алюминия будет возрастать не только пропорционально протекающему внешнему анодному току, но также и вследствие значительно 
увеличивающегося при этом процесса саморастворения алюминиевого электрода. 

Так как коррозионная стойкость алюминия не только в кислых, но 
и в нейтральных растворах, особенно в средах, содержащих хлоридионы, в значительной степени определяется чистотой металла, то при 
потребности максимальной коррозионной стойкости изделий из 
алюминия (например, изделий, применяемых в химической аппаратуре, пищевой промышленности) следует, как правило, применять 
чистейший алюминий. Более низкосортный и особенно вторичный 
алюминий с заметным количеством загрязнений и, как правило, 
сильно пониженной коррозионной стойкостью можно применять 
только в менее ответственных случаях или после нанесения на него 
защитных покрытий. В табл. 1.3 даны классификация и области наибольшего применения алюминия разной чистоты. 

Таблица 1.3 

Химический состав алюминия, % масс. (ГОСТ 11069–2001) 

Примеси, не более 
Алюминий 
Марка 
Al 
Fe 
Si 
Cu 
прочее 
Назначение 

Особой 
чистоты 
А-999
99,999
– 
– 
– 
0,001 
Для научных и 
специальных целей 

А-995
99,995 0,0015 0,0015 0,001
0,005 

А-99 
99,99 
0,003 0,003
0,003
0,01 

А-97 
99,97 
0,015 0,015
0,005
0,03 

Высокой 
чистоты 

А-95 
99,95 
0,030 0,030
0,005
0,05 

Химическая аппаратура и электролитические конденсаторы 

А-85 
99,85 
0,08 
0,06 
0,01 
0,15 

А-8 
99,80 
0,12 
0,08 
0,01 
0,20 

Технической чистоты 

А-7 
99,70 
0,16 
0,18 
0,01 
0,30 

Тонкая фольга, плакировка авиационных сплавов Al; для 
химической промышленности 

А-6 
99,60 
0,25 
0,20 
0,01 
0,40 

А-5 
99,50 
0,30 
0,30 
0,02 
0,50 

Технический 

А-0 
99,0 
0,5 
0,5 
0,02 
1,0 

Корабельные и токопроводящие изделия, сплавы Al, плакировка, фольга, 
алюминиевая пудра, 
посуда и т.п. 

Алюминий весьма чувствителен в кислых средах не только к Cl–, 
но и F–, Br–, I–, которые разрушают пассивную пленку. Окислительные ионы–хроматы, нитриты, а также растворимые соли кремниевой 
кислоты и фторсиликаты – являются сильными замедлителями (ингибиторами) коррозии алюминия.