Степан Афанасьевич Балезин (1904-1982)

Как известно, наводороживание, наблюдаемое при кислотном травлении металла, резко ухудшает его механические свойства. Неудивительно, что в работах С. А. Балезина и его сотрудников вопросу диффузии водорода в металлы при травлении уделено большое внимание. Исследования процессов наводороживание начались на кафедре в 50-х годах и были продолжены в течение всех последующих лет. В последний период своей деятельности С. А. Балезин особое внимание уделял роли ингибиторов в сохранении механических свойств металла при его кислотном травлении. Процесс диффузии водорода через металл исследовался с помощью прибора, позволяющего установить соотношение между количеством водорода, образующегося на границе металла с кислотой, и количеством этого газа, выделяющегося на противоположной стороне металлической пластинки. Данный метод давал возможность определить зависимости скорости проникновения водорода через металл от температуры и концентрации кислоты, присадок, вводимых в кислоту, а также от примесей, содержащихся в металле. Действие ингибиторов на процесс диффузии водорода через сталь при травлении ее кислотами до работ С. А. Балезина было исследовано мало. Количество водорода, поглощенного металлом при травлении в кислотах, определялось методом вакуум-нагрева. В исследованиях учитывался водород, находившийся в металле до травления. Участки выделения водорода обнаруживались с помощью микрокиносъемки.

С. А. Балезин совместно с Д. Я. Соловей [41, 45], И. В. Никольским [121, 135, 166], Н. И. Нарушевич [163, 242, 247] и Е. П. Сидориным [305, 310, 312] исследовал влияние на процесс диффузии водорода многих факторов, в том числе содержания в стали углерода и легирующих элементов, концентрации кислоты и ингибиторов в рабочих средах, анионного состава и перемешивания электролита и, наконец, температуры и давления. Было показано, что как растворение стали, так и диффузия водорода через сталь ускоряются с повышением концентрации кислоты и ростом содержания углерода в стали до 0,9%, а при дальнейшем увеличении количества углерода в стали оба процесса замедляются. Авторы объясняют это различием в структурах доэвтектоидных и эвтектоидных сталей. Доля продиффундировавшего через металл водорода, равнозначная для всех концентраций серной кислоты и для всех марок стали, составляет примерно 8—10% от всего образовавшегося водорода.

С. А. Балезин назвал отношение количества диффузионного водорода к количеству образовавшегося в процессе растворения металла в кислоте диффузионным коэффициентом водорода (Q). Этот коэффициент является показателем зависимости скорости диффузии водорода от скорости растворения стали в кислотах. С увеличением концентрации серной кислоты скорость диффузии водорода возрастает линейно для всех марок стали, причем наблюдается прямая зависимость между скоростью растворения стали и скоростью диффузии через нее водорода. При растворении же сталей в соляной кислоте с повышением концентрации кислоты скорость диффузии водорода через сталь снижается. Соответственно резко уменьшается и коэффициент Q: при растворении стали в одномоляриом растворе соляной кислоты через сталь диффундирует 1/5 образовавшегося водорода, а в пятимолярном растворе соляной кислоты — только 1/50. Различие в скорости диффузии водорода через стали при растворении их в серной и соляной кислотах исследователи объясняли тем, что анионы SO^2-₄ и Сl- на поверхности протравленного металла ведут себя неодинаково.

Выяснилось, что характер влияния содержания углерода па скорость растворения сталей и скорость диффузии через них водорода одинаков для всех исследованных растворов серной и соляной кислот (как без ингибиторов, так и с ингибиторами).

Изучение наводороживания стали в растворах угольной, муравьиной, уксусной кислот и в их смесях показало, что каждая из кислот в отдельности вызывает незначительное наводороживание. При совместном же их воздействии наводороживание значительно усиливается, причем непропорционально увеличению скорости коррозии. Резкое снижение скорости коррозии и последующее интенсивное наводороживание стали происходят в системе, состоящей из муравьиной и уксусной кислот. Это объясняется каталитическим разложением муравьиной кислоты па железном электроде в присутствии уксусной кислоты.

Большой практический интерес представляло изучение возникновения водородной хрупкости стальной проволоки, помещенной в растворы химически чистой ортофосфорной кислоты без добавок и с добавками, применяемыми при фосфатировании стальных изделий. Оказалось, что с увеличением времени травления и повышением температуры хрупкость проволоки повышается. С увеличением концентрации фосфорной кислоты скорость коррозии стали монотонно возрастает, а хрупкость по мере увеличения концентрации до 3,3 моль/л усиливается, но затем понижается; 10 моль/л фосфорная кислота не делает металл хрупким. Также не приводит к изменению его хрупкости и добавление к фосфорной кислоте оксида цинка и нитрита натрия. Зато фторид натрия (0,02 г/л) увеличивает хрупкость сталей.