Металлы в морской среде. Справочник ROSTFREI. Петербург +7(812)297-73-38 ПРОТЕХ

Металлы в морской среде

Источник : Metals in a Marine Environment
Перевод С.Б. (При переводе первая часть статьи пропущена)
Первоисточник текста http://t22.nm.ru/Fasteners.htm

Крепеж
Когда речь заходит про крепеж, в дело вступают дополнительные факторы. Он должен, естественно, обладать прочностью и желательно при этом иметь разумную стоимость, поскольку количество его даже для самой миниатюрной лодки исчисляется сотнями. Но пожалуй самым важным для него является то, что будучи установлен, он не должен ни корродировать сам, ни вызывать коррозию того, что он крепит - по крайней мере в течение достаточно длительного времени. В данном контексте имеются два вида коррозии, о которых следует помнить: гальваническая и химическая.

Гальваническая коррозия
Первый ее вид - гальваническая коррозия, которая возникает в тех случаях, когда два разных металла находятся в контакте друг с другом в присутствии электролита. Морская вода является (увы!) отличным электролитом и проникает на лодке повсюду. Гальваническая шкала ниже демонстрирует электрические потенциалы металлов, обычно применяемых в малом судостроении. Постараемся не слишком не углубляться в химические дебри, а заострим ваше внимание на трех основных моментах, чтобы понять ее практический смысл :

Когда два металла находятся в контакте, находящийся левее будет корродировать.
Разность потенциалов в 0.1 В является безопасной, 0.2 - приемлемой в зависимости от следующего условия.
Темпы коррозии зависят помимо всего прочего от площадей поверхностей открытых металлов. Если крепеж менее инертен, чем деталь, он корродирует довольно скоро. Если же он из более благородного металла, срок его службы будет достаточен.

Каков практический смысл этой диаграммы ?

Из диаграммы понятно, почему элементы крепежа обычно делаются из материалов правой ее части. С алюминием у вас будут проблемы, поэтому позаботьтесь, чтобы вытяжные заклепки были из монеля (алюминиевые широко используются в автомобильной промышленности).
(Монель - сплав Ni с 23-27% Cu, 2-3% Fe, 1-2% Mn)
Вы сами можете решить, какой крепеж использовать для каких деталей (см. таблицу далее). Оцинкованного крепежа следует, естественно, избегать на нержавейке и алюминии. Менее явно то, что латунные винты представляют собой неудовлетворительный, а скорее даже опасный выбор для крепления бронзовых деталей.
Существуют сплавы, сами по себе способные являться гальваническими парами. Самым ярким примером является латунь, у которой в присутствии электролита одна из "фаз" начинает корродировать. Явление именуется "децинкификация". Латунный элемент, подверженный этому явлению, представляет собой неприятное зрелище и теряет свою прочность.

	Крепеж
Материал детали	Допустимо	Недопустимо
Оцинкованная сталь	Оцинкованный или нерж.	Латунь и бронза
Алюминий	Нержавеющий	Оцинкованный, латунь
Латунь	Латунь или бронза	Нержавеющий
Бронза	Бронза или нерж.	Латунь
Нерж. сталь	Нерж. или монель	Оцинк. или латунь

Химическая коррозия
Второй вид коррозии, о котором не стоит забывать, является следствием воздействия различных химических веществ. Как правило, металлы защищают сами себя оксидной пленкой на поверхности и главное тут, является ли она самовосстанавливающейся, как в случае нержавеющей стали, алюминия и цветных металлов или же отваливается хлопьями, как у стали. Последствия этого могут быть разными - от чисто косметических в случае коррозии бронзового или оцинкованного палубного оборудования, до весьма серьезных - в случае коррозии гвоздей обшивки. Последнее в основном вызывается образованием в древесине кислот по мере ее пропитывания, дуб в этой ситуации является наихудшим вариантом. Всем хорошо известно, что может ожидать стальной крепеж, а стало быть килевые болты и гвозди. Гораздо чаще забывают, что нержавеющая сталь тоже уязвима.

Нержавеющая сталь
Поскольку существует огромное количество ложных представлений о нержавеющей стали (впрочем, само это название вводит в заблуждение), стоит провести небольшой ликбез по этой части. Помимо железа и углерода, нержавеющая сталь содержит ряд легирующих добавок. Из них самой важной является хром (Cr). Если сталь содержит его более 12% , вся поверхность покрывается пленкой из оксида хрома. Эта пленка "пассивна", стойка к большинству воздействий и самовосстанавливается в присутствии кислорода. Нержавеющая сталь, содержащая один только хром, довольно хрупкая и поэтому в нее добавляют в два раза меньшее хрома количество никеля (Ni). 304-я нержавейка (она же A2), одна из самых распространенных, содержит 18% Cr и 10% Ni. Мойка или выхлопная труба скорее всего сделаны именно из 304-й и если вы пробовали чистить раковину мойки или релинг, то могли обратить внимание , что они в некоторой степени подвержены воздействию органических кислот, образующихся в пищевых продуктах, отпечатков пальцев и прочих загрязнений.

Химическая и пищевая промышленность снижают остроту этой проблемы путем добавления в сталь небольшого количества молибдена (Mo). Таким образом 316-я нержавейка (она же А4) обычно содержит 17% Cr, 11% Ni, 2 % Mo и широко используется для хранения и транспортировки агрессивных жидкостей. Из этого напрашивается вывод, что она представляет собой идеальный материал для крепежа древесины (или к ней) и с точки зрения воздействия одних только химических веществ вы скорее всего будете правы. Но надо еще принимать во внимание и ту среду, в которой предстоит работать крепежному элементу. Представим себе болт, гвоздь или шуруп, крепящий доску обшивки к шпангоуту ниже ватерлинии. Его шляпка , находящаяся на поверхности или вблизи нее будет иметь достаточный приток кислорода для поддержания оксидной пленки. Само же тело, находящееся внутри конструкции, скорее всего будет испытывать его недостаток, при этом находясь в окружении разных кислот и хлоридов. При подобных обстоятельствах пассивная пленка может разрушиться, сделав таким образом нержавейку "активной". Последствий у этого может быть два. Во первых, взгляните на гальваническую диаграмму и вы увидите, что разность активных и пассивных потенциалов у 304-й нержавейки (у 316-й в меньшей степени) вполне достаточна, чтобы вызвать гальваническую коррозию. Подобно латуни, она способна сама собой образовывать гальваническую пару. Во вторых, лишенная защитной пленки, нержавейка корродирует такими же темпами, как и самая обычная сталь. В результате этого нержавеющий крепеж ниже ватерлинии, независимо от его марки, может не иметь никаких преимуществ по сравнению с простой низкоуглеродистой сталью. Выше ватерлинии (где больше кислорода и меньше электролита) такой крепеж ведет себя превосходно.

В заключение хотелось бы еще указать на неразумность пескоструйной обработки оборудования из нержавеющей стали с целью придания ему вида оцинкованного. Способность пассивной пленки к самовосстановлению выше , если поверхность отполирована. При образовании на поверхности миллионов маленьких "пиков" вы значительно снижаете такую способность, в результате чего деталь покрывается ржавчиной. Если вам надо, чтобы деталь выглядела как оцинкованная, лучше такую и взять.

Сталь и оцинковка
Низкоуглеродистой стали без защитного покрытия нет места на борту лодки по причине ее склонности к коррозии, но при наличии покрытия это вполне пригодный материал. Обычно этого достигают, нанося на нее слой цинка, получая при этом два плюса. Во-первых, цинк хорошо сопротивляется химической коррозии, а во-вторых, в присутствии электролита он корродирует прежде стали. Существует ряд способов нанесения слоя цинка, основная разница между ними заключается в толщине формируемого слоя. Чтобы получить приемлемый срок службы в морской среде, слой должен иметь толщину порядка 100 мкм. Этого можно достичь лужением (до 125 мкм при горячем погружении), окраской (около 40 мкм на слой), но только не электрогальваникой, где толщина обычно ограничивается 20 мкм. Поэтому тот блестящий оцинкованный крепеж, что продается в магазинах стройтоваров, годится для строительства теплицы, на лодке же жизнь его будет недолгой. "Морской" крепеж должен быть луженый.

Медь
Медные гвозди с шайбами широко применяеются в классической деревянной конструкции. Для такого рода сравнительно гибких конструкций медные гвозди представляют идеальный материал: легко крепятся, коррозионно устойчивы, достаточно эластичны, чтобы позволить подвижку элементов. С выходом на сцену клееных конструкций и тем более стеклопластиковых корпусов, довольно удивительно, что медные корабельные гвозди до сих пор имеются в продаже. Однако их выбор постепенно сужается. К примеру, 5-6 мм шайбы более не выпускаются, поэтому строителям каноэ приходится теперь расклепывать гвозди. Также исчезают и нестандартные размеры, полезные при ремонте обшивки, когда выбор гвоздей на размер выше поможет решить проблему течи.

Латунь
Латунь чаще всего выступает в роли шурупов. Помня о проблемах децинкификации, латунный крепеж следует использовать только в защищенных местах - во внутренней обстройке или в тех местах, где от него не зависит ваша жизнь.

Бронза
Стандартным материалом для крепежа является кремниевая бронза. Помимо использования ее в виде болтов и гвоздей, она является одним из немногих материалов, из которого делают гигантского размера шурупы (вплоть до №30). Она достаточно коррозионно устойчива и служит очень долго - от тридцати до пятидесяти лет. Поэтому, несмотря на свою стоимость, бронзовый крепеж конкурентоспособен.

Виды медных сплавов и химический состав
	Наименование	Обозначение	Состав	Применение
Латуни	Обычная латунь	CZ108	Zn 37%	Внутреннее оборудование
	Морская латунь	CZ112	Zn 37% Sn1%	Оборудование довоенных лодок
	Высокопрочная латунь	CZ114	Zn 37% Mn 2% Al 1.5% Fe 1% Pb 1.5% Sn 0.8%	Такелажные скобы, гребные винты, лебедки
	Коррозионно-стойкая латунь	CZ132	Zn 36% Pb 2.8% As 0.1%	Водозапорная и трубная арматура
Бронзы	Алюминиевая бронза	CA104	Al 10% Ni5% Fe5%	Высокопрочное оборудование
	Фосфористая бронза	PB102	Sn 5% P 0.2%	Сборное и кованое оборудование
	Кремнистая бронза	CS101	Si 3% Mn1%	Крепеж
	Оружейная бронза	LG2	Sn 5% Pb5% Zn5%	Литье
	Алюминиевая бронза для литья	AB2	Al 10% Ni5% Fe3%	Леерное и мачтовое оборудование
Al - алюминий, As - мышьяк, Fe - железо, Mn - марганец, Ni - никель P - фосфор, Pb - свинец, Si - кремний, Sn - олово, Zn - цинк