ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2012, том 48, № 3, с. 305-308
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ
УДК 620.193
АНОДНОЕ ПОВЕДЕНИЕ И ОКИСЛЕНИЕ СПЛАВОВ Zn5Al, Zn55Al,
ЛЕГИРОВАННЫХ СТРОНЦИЕМ
© 2012 г. З. Р. Обидов
Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан, Душанбе
E-mail: z.r.obidov@mail.ru Поступила в редакцию 12.06.2010 г.
Приведены результаты исследования анодного поведения и окисления сплавов Zn5Al, Zn55Al, легированных стронцием. Показано, что добавки стронция (0.005—0.05 мас. %) улучшают коррозионную стойкость исходных сплавов Zn5Al и Zn55Al в 2—3 раза. Предложенные составы цинк-алюминиевых сплавов, содержащих стронция могут использоваться в качестве анодного покрытия для защиты от коррозии стальных изделий и сооружений.
ВВЕДЕНИЕ
За последние годы интерес исследователей к цинк-алюминиевым сплавам не уменьшается, что привело к широкому применению их за рубежом в различных отраслях промышленности для защиты от коррозии. Им присвоены название Гальфан I (цинк + 5 мас. % алюминия) и Гальфан II (цинк + 55 мас. % алюминия) [1, 2].
Известно модифицирующее влияние стронция на структуру и свойства литейных алюминиевых сплавов, медистых силуминов и низколегированных проводниковых сплавов [3—5]. Учитывая положительное влияние стронция на свойства алюминиевых сплавов нами в качестве легирующего элемента для цинк-алюминиевых покрытий был выбран этот элемент. Стронций является анодной добавкой, однако в сплавах он находится в виде интерметаллических соединений типии 8гЛ14 и 8гА1^п2. Согласно диаграмме состояния Al—Zn—Sr [6] сплав Гальфан I располагается на разрезе Zn—SrAl4, диаграмма, которой является перитектической, т. е. цинковый твердый раствор находится в двухфазном перитектиче-ском равновесии с интерметаллидом SrAl4. Сплав Гальфан II представляет собой трехфазным, состоящим из твердого раствора цинка в алюминии, цинка и интерметаллида SrAl4 [6].
Работа посвящена исследованию влияния добавок стронция на анодное поведение и окисление сплавов Zn5Al и Zn55Al, предназначенного для нанесения защитных покрытий методом горячего погружения стальных изделий в расплав покрываемого металла.
МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве исходного материала использовали цинк марки "ч. д. а.", гранулированный, алюминий марки А7 и его лигатуры со стронцием, содержащего 10 мас. % Sr. Из указанных металлов
были получены сплавы в тиглях из оксида алюминия в шахтной печи сопротивления типа СШОЛ в интервале температур 750—850°С. Сплавы отливали в графитовой изложнице, диаметром 8 и длиной 140 мм. Нерабочую поверхность образцов изолировали смолой состоящей из смеси канифоли и парафина в соотношении 50 : 50. Рабочую, торцевую часть образцов зачищали наждачной бумагой, полировали, обезжиривали, травили в 10%-ном растворе NaOH, тщательно промывали спиртом и затем погружали в раствор NaCI. Электродом сравнения служил насыщенный хлорсереб-ряный, вспомогательным — платиновый.
Исследование анодного поведения сплавов Zn5Al и Zn55Al, легированного стронцием проводилось в 0.03, 0.3 и 3%-ных растворах NaCl на по-тенциостате ПИ-50.1.1 со скоростью развертки потенциала 2 мВ с-1 по методике, описанной в работе [7]. При электрохимических исследованиях образцы потенциодинамически анодно поляризовали от бестокового потенциала, установившегося при погружении, до резкого возрастания тока в результате питтингообразования. Затем образцы поляризовали в обратном направлении до потенциала — 1400 мВ, в результате чего происходило подщелачивание приэлектродного слоя. Наконец, образцы поляризовали вновь в положительном направлении. В качестве примера на рис. 1 представлена потенциодинамическая поляризационная кривая сплава Zn55Al, легированного 0.05 мас. % стронцием.
Для изучения окисления сплавов использовался метод термогравиметрии с непрерывным взвешиванием образцов на воздухе, применяемый обычно при изучении высокотемпературной газовой коррозии металлов.
Для исследования окисления металлов использовались весы, принцип работы которых описан в работе Б.М. Лепинских, А.А. Белоусова [8]. В опытах использовались тигли из оксида алюминия
306
ОБИДОВ
—Е 1.4
I
Рис. 1. Потенциодинамическая поляризационная кривая сплава 2п55Л1, содержащего 0.05 мас. % стронция в 3%-ном растворе №С1. Е — потенциал (В),
_2
I — плотности тока (А м ).
диаметром 18—20 мм, высотой 25—26 мм. Тигли перед опытом подвергались прокаливанию при температуре 1000_1200°С в окислительной среде до постоянного веса.
Температуру измеряли платина-платинороди-евой термопарой (5), горячий конец которой находился на уровне поверхности исследуемого сплава. Термопара помещалась в чехол из окиси алюминия.
Нагрузку печи регулировали тиристорами, что позволяло поддерживать заданную температуру с
точностью ±2°С. В качестве регистрирующего прибора температуры использовали потенциометр ПП-63.
По окончании опытов систему охлаждали, тигель с содержимым взвешивали и определяли реакционную поверхность. Затем образовавшуюся оксидную пленку снимали с поверхности образца и изучали ее структуру методами ИК-спектроско-пии и рентгенофазового анализа [9].
Рентгенофазовый анализ для получения информации о составе фаз в продуктах окисления в виде порошка проводили на дифрактометре ДР0Н-2.0 с использованием медного Ка-излучения.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Изменение потенциала коррозии во времени цинк-алюминиевых сплавов, легированного стронцием, в электролитах №С1 с концентрациями 0.03, 0.3 и 3% наблюдали в течение часа. Для всех исследованных групп сплавов отмечено смещение потенциала коррозии в положительную область значений. В табл. 1 и 2 приведены значения установившегося потенциала.
Данные табл. 1, 2 свидетельствуют, что все значение потенциалов коррозии (Екор), питтингооб-разования (Епо) и репассивации (Ерп) цинк-алюминиевых сплавов, содержащих стронция сначала увеличиваются, а затем с ростом концентрации стронция уменьшаются. Видно, что с увеличением концентрации хлорид-ионов потенциалы Екор и Епо сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1, легированного стронцием уменьшается, что указывает на сниже-
Таблица 1. Электрохимические характеристики цинк-алюминиевого сплава 2п5Л1, легированного стронцием с различным содержанием (С8г)
СШС1, % С8г, мас. % кор Епо Ерп —АЕпо —АЕрп ¿кор Х 10—3
В Ам—2
0.03 — 1.050 0.915 0.930 0.135 0.120 1.02
0.005 1.028 0.900 0.920 0.128 0.108 0.34
0.01 1.015 0.865 0.905 0.150 0.110 0.28
0.05 1.020 0.872 0.905 0.148 0.115 0.36
0.1 1.045 0.910 0.915 0.135 0.130 0.36
0.3 1.040 0.915 0.910 0.125 0.130 0.33
0.3 — 1.070 0.935 0.950 0.135 0.120 1.05
0.005 1.042 0.918 0.945 0.124 0.097 0.41
0.01 1.020 0.900 0.930 0.120 0.090 0.30
0.05 1.028 0.922 0.930 0.106 0.098 0.37
0.1 1.058 0.922 0.935 0.136 0.123 0.44
0.3 1.075 0.940 0.942 0.135 0.133 0.46
3 — 1.100 0.965 0.980 0.135 0.120 1.09
0.005 1.055 0.915 0.975 0.140 0.080 0.47
0.01 1.030 0.930 0.980 0.100 0.050 0.36
0.05 1.045 0.930 0.990 0.115 0.055 0.39
0.1 1.060 0.955 0.992 0.105 0.068 0.40
0.3 1.090 0.960 0.992 0.130 0.098 0.50
АНОДНОЕ ПОВЕДЕНИЕ И ОКИСЛЕНИЕ СПЛАВОВ 2п5Л1, 2п55Л1
307
0 0.025 0.050 0.05 0.1 0.3 с
Рис. 2. Влияние содержания стронция с (мас. %) на скорость коррозии К (г м-2 ч-1) сплава 2п55Л1 в растворах КаС1 (1-3).
ние коррозионной стойкости сплавов под воздействием хлорид-ионов.
Исследование анодного поведения цинк-алюминиевых сплавов, легированных стронцием показывают, что с ростом концентрации стронция до 0.05 мас. % наблюдается плавное снижение скорости коррозии, дальнейшие повышение концентрации легирующего компонента несколько увеличивает скорость коррозии сплавов, но по абсолютной величине последний не превышает скорость коррозии для исходного сплава (рис. 2).
Приведенные в табл. 3 результаты исследований кинетики окисления твердого сплава 2п55Л1, легированного стронцием, показывают, что стронций способствует некоторому увеличению
% 8-1х 10-4
2 -4
г2 см 4
20 40 60
t, мин
Рис. 3. Кинетические кривые окисления цинк-алюминиевого сплава 2п55Л1, содержащего 0.3 мас. % стронция.
истинной скорости окисления и соответственно, уменьшению кажущейся энергии активации процесса окисления по сравнению с исходным сплавом 2п55Л1.
Сплав 2п55Л1, содержащего 0.3 мас. % стронция, имеют наибольшие значения истинной скорости окисления, соответственно и наименьшую величину кажущейся энергии активации. Направление кинетических кривых подчеркивает параболический закон взаимодействия расплава с газовой фазой (рис. 3).
Таблица 2. Электрохимические характеристики цинк-алюминиевого сплава 2п55Л1, легированного стронцием с различным содержанием (С8г)
СКаСЬ % С8г, мас. % ^кор Епо Ерп -ДЕпо -ДЕрп 'кор Х 10-3
В А м-2
0.03 - 0.970 0.850 0.870 0.120 0.100 0.30
0.005 0.925 0.825 0.840 0.100 0.085 0.13
0.01 0.955 0.850 0.863 0.105 0.092 0.08
0.05 0.960 0.875 0.870 0.085 0.090 0.11
0.1 0.982 0.880 0.863 0.102 0.119 0.13
0.3 0.985 0.880 0.860 0.105 0.125 0.15
0.3 - 1.000 0.880 0.890 0.120 0.110 0.33
0.005 0.990 0.810 0.860 0.180 0.130 0.13
0.01 1.020 0.870 0.885 0.150 0.135 0.09
0.05 1.028 0.850 0.875 0.178 0.153 0.12
0.1 1.040 0.890 0.900 0.150 0.140 0.14
0.3 1.060 0.925 0.910 0.135 0.150 0.17
3 - 1.020 0.900 0.920 0.120 0.100 0.37
0.005 1.005 0.875 0.900 0.130 0.105 0.16
0.01 1.015 0.822 0.935 0.193 0.080 0.10
0.05 1.020 0.900 0.935 0.120 0.085 0.13
0.1 1.055 0.925 0.950 0.130 0.105 0.16
0.3 1.070 0.940 0.980 0.130 0.130 0.18
308
ОБИДОВ
Таблица 3. Кинетические и энергетические параметры процесса окисления сплава 2п55Л1, легированного стронцием*
Содержание 8г в сплаве, мас.% Т, К К х 10—4, —2 —1 кг м 2 с 1 E, кДж моль 1
— 573 2.30 140.24
598 2.77
623 3.21
0.005 573 2.85 96.68
598 3.93
623 4.63
0.01 573 3.01 72.22
598 4.18
623 4.97
0.05 573 3.18 64.81
598 4.25
623 5.09
0.1 573 3.79 36.56
598 4.82
623 5.31
0.3 573 4.12 29.05
598 5.09
623 5.68
*К — истинная скорость окисления; E — кажущаяся энергия активации окисления.
Продукты окисления сплавов исследовались методами рентгенофазового ан
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.