УДК 620:193
КОРРОЗИОННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АМОРФНОГО СПЛАВА Fе82Р16Si2
В РАСТВОРЕ 0.1 М
© 2011 г. М. О. Аносова*, Ю. В. Балдохин**, В. В. Вавилова*, В. М. Иевлев*, В. Т. Заболотный*, В. П. Корнеев*, Д. А. Гаврилов*
*Институт металлургии материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук, Москва **Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва Поступила в редакцию 01.02.2011 г.
Приготовленный с использованием побочных продуктов феррофосфорного производства магнитно-мягкий аморфный сплав системы Бе—Р—исследовали на сопротивление коррозии в среде 0.1 М №2804. В неравновесном состоянии сплав Рг^Р^^ взаимодействует со средой, но отжиг и релаксация несколько снижают это взаимодействие с сохранением магнитных свойств. Коррозионные свойства сплава сопоставимы с характеристиками сплавов типа Кпеше! (Ре—81—В—№—Си).
ВВЕДЕНИЕ
Получение аморфных и нанокристаллических сплавов с магнитно-мягкими и высокими прочностными свойствами из природно-легированного феррофосфора в системах Бе—Р—М (М — 81, Мп, V, С) исследовано нами с целью снижения их стоимости [1, 2]. Оптимальными магнитными и прочностными свойствами обладали аморфные сплавы (АС) системы Ре—Р—81, а нанокристаллические сплавы по свойствам сопоставимы со сплавами типа Бтеше! (Ре—81—В—ЫЪ—Си), легированными дорогими и дефицитными элементами, для которых необходима защита от коррозии [3].
В системе Бе—Р—81 образуются два фосфида: Бе3Р и Бе2Р, а также тройное соединение Ре5Р81 при небольшой области твердых растворов на основе а-Бе [4]. Фаза Бе2Р является парамагнетиком, и ее присутствие в сплавах нежелательно. Аморфными получены сплавы системы Бе—Р—81, расположенные (по составу) на разрезе, параллельном стороне Бе—Р при 2 ат. % 81. Оптимальными магнитно-мягкими свойствами обладал сплав Бе82Р16812 с высокой энергией активации процесса кристаллизации 471 кДж/моль, который был склонен к образованию нанокристаллической структуры [2]. АС системы Бе—Р—81 могут быть получены металлургической переработкой природно-легированного фер-рофосфора [1] с последующей плавкой и быстрой закалкой.
Анализ литературных данных свидетельствует о том, что АС системы Бе—Р при 8 мас. % Р (16 ат. %) устойчив в растворе Н2804 и №2804 при рН 3.5 [5]. АС Бе80Р20 устойчив в средах с различной концентрацией Н2804 [6]. Аморфные и нанокристаллические сплавы системы Ре—81—В—№—Си устойчивы в среде 0.1 М №2804 (при содержании кремния бо-
лее 13 ат. %) вследствие образования защитной пленки SO2 [3]. Однако в [6] отмечается, что в присутствии Na202 и NaOH фосфиды железа разрушаются полностью.
Сплав Fe82P16Si2 с магнитно-мягкими свойствами используется при производстве деталей трансформаторов и других изделий, работающих в загрязненных атмосферных условиях. Представляло интерес изучение коррозионной стойкости сплава Fe82P16Si2 в модельной среде 0.1 M Na2SO4.
Цель данной работы — оценка коррозионной стойкости сплава Fe82P16Si2 как составной части системы Fе—Р—Si—Mn—V—C и оптимального ее легирования для работы в условиях атмосферы, загрязненной примесями SO2.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Ранее нами в системе Fе—Р—Si быстрой закалкой был получен аморфный сплав Fe82P16Si2 при скорости охлаждения 105—106 K/с из следующих исходных компонентов: железа чистотой 99.94 %; монокристаллического кремния (99.999%); лигатуры Fe—Р (15.5 мас. %), приготовленной восстановлением феррофосфора [1].
Исследования проводили методами РФА (Со^Га-излучение), измерения модуля упругости и микротвердости [7]. Применяли отжиг в вакууми-рованных кварцевых ампулах в течение 10 мин при 523 K и импульсное фотонное облучение (ИФО) для нанокристаллизации сплава. Происходящие превращения и наличие парамагнитных фаз оценивали методом мессбауэровской спектроскопии.
Обработку спектров проводили по программе Normos Dist. Спектры снимали при комнатной температуре с определением следующих парамет-
Р(Н) 0.03 -
0.02 -
0.01 -
0
1
0 0.8 1.6 2.4 3.2 Н х 10-7, А/м
Рис. 1. Распределение сверхтонких магнитных полей сплава Ре82Р16812 в исходном состоянии (7), после ИФО с Еи = 15 Дж/см2 (2), после отжига при 523 К (Тотж = 10 мин) (5).
300 400 500 600 700 800
Т, К
¿/¿с 1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
(б)
0
кр
300 400 500 600 700 800
Т, К
Рис. 2. Температурные зависимости модуля упругости
Е/Е0 сплава в аморфном состоянии (а) и после ИФО
2
с Еи = 13 Дж/см (б) (Vнагрева = 4 К/мин).
ров: Н эф — (/ = 1, ..., 8) — напряженность эффективного магнитного поля (сверхтонкого взаимодействия на ядрах 57Ре), ^ — объем выделившихся фаз (±1—2 об. % от общей площади спектра).
Известно, что Нэф пропорционально магнитному моменту атома и характеризует магнитные свойства сплавов. Значение Нэф = 1.95 х 107 А/м является стандартной характеристикой известных АС и АС Ре80?20.
Электрохимические характеристики измеряли на потенциостате П-5848 с использованием трех-электродной ячейки при комнатной температуре. В качестве электрода сравнения применяли хлорсе-ребряный электрод (ХСЭ), а вспомогательным служил платиновый электрод. Для всех образцов определяли кинетику установления стационарного потенциала методом потенциостатики. Для оценки влияния различного рода обработок АС использовали метод анодной поляризации в модельном растворе 0.1 М №2804 при рН 6.25, которую проводили в интервале потенциалов от —0.7 до 0.0 В (ХСЭ) со скоростью развертки 1 мВ/с.
В связи с тем, что исследуемый сплав используется в сердечниках трансформаторов и в виде маг-нитопроводов, работающих при температурах до 373 К, коррозионные свойства исследовали в исходном аморфном состоянии, после отжига при 523 К и после ИФО с энергией поступающего на образец излучения Еи = 15 Дж/см2.
ИФО ленточных образцов проводили с двух сторон при Еи = 15 Дж/см2 в вакууме 5 х 10-3 Па на установке УОЛП-1. Источником некогерентного излучения служили импульсные газоразрядные ксеноновые лампы типа ИНП 16/250.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Кристаллизация АС проходила при температуре Ткр = 693 К (скорость нагревания 20 К/мин) с образованием фаз а-Ре, а-Ре(Р, 81), Ре3Р, Ре5Р81 и Ре2Р (менее 1 об. %), которые являются ферромагнитными, за исключением последней фазы. После отжига при 773 К в течение 10 мин средний размер выделений а-Ре и Ре3Р, по результатам РФА, составил соответственно 29 и 37 нм.
На рис. 1 представлено распределение сверхтонких магнитных полей Р(Н) сплава Ре82Р16812 в исходном состоянии (кривая 7), после ИФО с Еи = = 15 Дж/см2 (кривая 2) и после отжига при 523 К в течение 10 мин (кривая 5). Как и РФА, оно показывает, что при этих режимах сплав сохраняет аморфную структуру. Изгибы кривых в интервале Нэф = = (0.79—0.87) х 107 А/м свидетельствуют об образовании кластеров в аморфной матрице.
Из представленной на рис. 2 температурных зависимостей модуля упругости (Е/Е0) сплава в исходном аморфном состоянии (рис. 2а) и после ИФО
КОРРОЗИОННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АМОРФНОГО СПЛАВА Бе82Р16812 В РАСТВОРЕ
1199
I, отн. ед. 1.000
(а)
N имп. I, отн. ед.
940000 1.000 930000 0.995 920000
(г)
0.990
910000
0.985
- 900000
-6 -4 -2 0
I, отн. ед. 1.000
(б)
46
V, мм/с
0.980
Ж имп. Ь отн. ед.
1230000
1.000
1220000
0.995 -
- 1210000
0.990
1200000
0.985
- 1190000
0.980 -
- 1180000
-6 -4 -2
V, мм/с N имп. I, отн. ед.
1.000
1090000 1080000
0.990
1070000 10600000.980 1050000
0
(е)
46
V, мм/с
-6 -4 -2 0
46
V, мм/с
46
V, мм/с
N имп. 1860000
1850000
1840000
- 1830000
N имп. 1780000
N имп. 1690000
Рис. 3. Мессбауэровские спектры сплава в исходном состоянии (а), после отжига при 523 К (б) и ИФО (в), а также после коррозии (г, д, е соответственно).
с Еи = 13 Дж/см2 (рис. 2б) следует, что при нагреве ров. Второй максимум обусловлен кристаллизаци-АС происходит снижение Е/Е0, свидетельствующее ей сплава при 751 К (скорость нагревания 4 К/мин). о процессе релаксации, а последующий максимум Таким образом, и термообработка, и ИФО при-связывается с образованием кластеров [8], которые водят к релаксации сплава. Последующее упрочне-растворяются при температуре -740 К. После воз- ние при температурах ниже Т^ отжьшаетга с содействия ИФО (рис. 2б) модуль упругости практи- зованием кластеров, которые склонны к растворе-чески не снижается до 473 К, но при дальнейшем нию вблизи Ткр [2, 8].
нагреве до Ткр наблюдается максимум в интервале На рис. 3 приведены мессбауэровские спектры
473-698 К, обусловленный образованием класте- сплава в исходном состоянии (рис. 3а), после отжи-
2
2
2
P(H) 0.03 1
0.020.01 -
2.4 3.2 H х 10-7, А/м
Рис. 4. Распределение сверхтонких магнитных полей сплава Бе82Р16812 после испытания в растворе 0.1 М №2804: 1 - в исходном состоянии, 2 -после ИФО при Еи = 15 Дж/см2, 3 - после отжига при 523 К.
Е(ХСЭ), в -0.25
_1
2 -3 ~FM
20 40 60 80 100 120 140
Время, мин
Рис. 5. Кинетика установления свободного потенциала сплава Бе82Р16812 в растворе 0.1 М №2804: 1 - в исходном состоянии, 2 - после ИФО с Еи = = 15 Дж/см2, 3 - после отжига при 523 К (тотж = = 10 мин) по сравнению с данными для Ппеше! ^7781^6.9^2.2^0.9) (БМ).
га при 523 K (рис. 3б) и ИФО (рис. 3в), а также после испытаний на коррозию в растворе 0.1 М Na2SO4 при pH 6.25 и температуре 293 K (рис. 3г, 3д, 3е соответственно).
На рис. 4 приведено распределение сверхтонких магнитных полей после испытания в растворе 0.1 М Na2SO4 для сплава в исходном состоянии, после ИФО с Еи = 15 Дж/см2 и отожженного при 523 K.
В результате растворения наружного слоя в фольгах сплава возникают напряжения и происходит перераспределение атомов с образованием новой структуры, о чем свидетельствует линия при Нэф = (0-0.16) х 107 А/м вместо ранее наблюдаемых нами при Тотж = 773 K в сплавах Fe-P-M (M: Si, Mn, V, С) дублетов и синглетов [2], относящихся к
парамагнитной фазе на основе Бе2Р. Эта широкая новая одиночная линия неразрешенного дублета оказывается в области спектра, более обогащенной железом, чем фаза Бе2Р, т.е. Ре2+хР1-х (рис. 4). Количество этой фазы достигает максимального значения (4 об. %) после испытания сплава в исходном состоянии и снижается до 2 об. % после ИФО и отжига (см. кривые 2, 3 и та
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.