Mecanismo de formación de películas protectivas
En el hierro dúctil fundido, el cobre puede participar en la formación de la película de óxido de superficie. Cuando el material está expuesto al aire u otros medios corrosivos, el cobre reacciona con oxígeno. Los átomos de cobre se oxidan preferentemente para formar una película protectora compuesta principalmente de óxido de cobre (CUO) y óxido cuproso (Cu₂o) en la superficie del hierro dúctil. Por ejemplo, en el aire húmedo, la reacción puede seguir ciertas ecuaciones químicas (las ecuaciones específicas pueden ser complejas y depender de varios factores, y por simplicidad, no se elaboran aquí). Esta película protectora puede evitar que el oxígeno y la humedad penetren aún más en el interior del hierro dúctil, lo que desacelera el progreso de la corrosión.
En comparación con el óxido de hierro, el óxido de cobre tiene una densidad relativamente buena. Esta densa película protectora puede aislar efectivamente el medio corrosivo de la matriz de hierro dúctil y actuar como una barrera física. Además, esta película protectora también puede autoepelearse hasta cierto punto. Si la película protectora está parcialmente dañada, los átomos de cobre circundantes continuarán reaccionando con oxígeno para reformar una película protectora, manteniendo así su función protectora.
Efecto del cambio de microestructura
El cobre en el hierro dúctil fundido puede cambiar la microestructura de la organización de la matriz, afectando así su resistencia a la corrosión. Cuando el cobre se disuelve en la matriz de ferrita de hierro dúctil para formar una solución sólida, causa distorsión de la red. Esta distorsión de la red puede reducir la actividad de los átomos de hierro y debilitar la reactividad de los átomos de hierro en medios corrosivos. Por ejemplo, en medios ácidos, la presencia de cobre cambia la distribución de las nubes de electrones alrededor de los átomos de hierro, lo que dificulta que los iones de hidrógeno (H Plus) reaccionen con los átomos de hierro, reduciendo así la corrosión de hierro.
El cobre también puede refinar los nódulos de grafito en hierro dúctil y hacer que la distribución de nódulos de grafito sea más uniforme. Durante el proceso de corrosión, la estructura de la matriz alrededor de los nódulos de grafito es propensa a la corrosión electroquímica. Los nódulos de grafito distribuidos uniformemente pueden reducir la aparición de la corrosión local, porque la microestructura uniforme puede hacer que la distribución de la corriente de corrosión sea más uniforme, evitando la aparición de corrosión severa causada por la corriente de corrosión local excesiva.
Sinergia con otros elementos
Cuando otros elementos de aleación (como níquel, cromo, etc.) están presentes en el hierro dúctil fundido, el cobre puede funcionar sinérgicamente con estos elementos para mejorar la resistencia a la corrosión. Por ejemplo, dado que el níquel en sí puede mejorar la resistencia a la corrosión del hierro dúctil, el cobre y el níquel, puede formar un sistema de aleación resistente a la corrosión más estable. Cuando se combina, la película protectora que forman en la superficie del hierro dúctil es más compleja y estable. En un entorno que contiene medios corrosivos como los cloruros, este efecto sinérgico puede inhibir efectivamente la aparición de la corrosión de las picaduras y las grietas.
Además, el cobre y el cromo también tienen un efecto sinérgico. El cromo puede formar una película protectora densa de óxido de cromo (Cr₂o₃) en la superficie del hierro dúctil, y la presencia de cobre puede mejorar la estabilidad de esta película protectora. Además, el cobre puede promover la distribución uniforme del cromo en la matriz hasta cierto punto, de modo que se mejore la resistencia a la corrosión de toda la superficie de hierro dúctil. En un entorno de corrosión de alta temperatura, este efecto sinérgico es más obvio, lo que puede prevenir efectivamente fenómenos de corrosión, como la oxidación y la sulfidación del hierro dúctil.
Efecto del contenido sobre la resistencia a la corrosión
La cantidad apropiada de contenido de cobre tiene un efecto significativo sobre la resistencia a la corrosión del hierro dúctil fundido. En términos generales, cuando el contenido de cobre está entre 0. 5% y 1.5%, la resistencia a la corrosión del hierro dúctil fundido aumentará con el aumento del contenido de cobre. Dentro de este rango, el cobre puede participar efectivamente en la formación de la película protectora y tener un efecto positivo en la microestructura de la matriz. Por ejemplo, en un entorno marino, la resistencia a la corrosión del hierro dúctil fundido que contiene 1% de cobre aumenta significativamente en comparación con la del hierro dúctil sin cobre, y su tasa de corrosión puede reducirse en aproximadamente un 30% a 50%.
Sin embargo, cuando el contenido de cobre es demasiado alto, puede tener un efecto adverso sobre la resistencia a la corrosión. El contenido excesivo de cobre puede causar que se formen algunas fases ricas en cobre dentro del hierro dúctil, lo que puede actuar como ánodos para la corrosión local durante el proceso de corrosión y acelerar la aparición de corrosión. Además, el contenido excesivo de cobre también puede afectar otras propiedades del hierro dúctil, como causar una organización desigual y una disminución de las propiedades mecánicas, lo que afecta indirectamente su resistencia a la corrosión en aplicaciones prácticas.
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