научная статья по теме КОРРОЗИЯ СПЛАВА AL + 2.18% FE, ЛЕГИРОВАННОГО ГАЛЛИЕМ Химия

Текст научной статьи на тему «КОРРОЗИЯ СПЛАВА AL + 2.18% FE, ЛЕГИРОВАННОГО ГАЛЛИЕМ»

ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2011, том 47, № 5, с. 541-544

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ

УДК 620.193

КОРРОЗИЯ СПЛАВА Al + 2.18% Fe, ЛЕГИРОВАННОГО ГАЛЛИЕМ

© 2011 г. З. Р. Обидов, И. Н. Ганиев, И. Т. Амонов, Н. И. Ганиева

Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан, Душанбе

e-mail: z.r.obidov@mail.ru Поступила в редакцию 12.06.2010 г.

Приведенные результаты исследования коррозионно-электрохимическое поведение и окисление сплава Al+2.18% Fe, легированного галлием, позволяют рекомендовать его в качестве коррозион-ностойкого конструкционного сплава (скорость коррозии которого в 1.5—2 раза ниже, чем исходного сплава) при содержании легирующей добавки 0.05—1.0 мас. %.

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, железо значительно снижает коррозионную стойкость и пластичность алюминия. Очистка алюминия от железа фильтрованием и другими способами является трудоемкой и дорогостоящей процедурой. Поэтому в качестве альтернативного варианта использования технического алюминия с повышенным содержанием железа в работе рассматривается разработка сплавов на основе системы алюминий—железо. Далее на основе диаграммы состояния системы Al—Fe, был выбран состав сплава Al с 2.18 мас. % Fe, являющегося эвтектическим составом. Как известно, эвтектические составы отличаются повышенными литейными свойствами, формозаполняемостью и низкой усадочной пористостью. Обычно сплавы эвтектического состава являются базой для разработки сплавов различного назначения. Для улучшения структуры и свойств данный состав модифицируется различными металлами. В качестве модификатора эвтектики Al + 2.18% Fe нами использовалась металлический галлий, так как в литературе сообщается о его положительном влиянии на структуру, электропроводимость и активацию алюминия технической чистоты.

Цель настоящей работы заключается в изучении влияния добавок галлия на коррозионно-электро-химическое поведение и кинетики высокотемпературной коррозии сплава Al + 2.18% Fe.

МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве исходного материала использовали алюминий марки А7, железо марки ч.д.а. и галлий марки 0а00. Из указанных металлов были получены сплавы в тиглях из оксида алюминия в шахтной печи сопротивления типа СШОЛ в интервале температур 900—1100°С. Из полученных сплавов отливали в графитовую изложницу стержни диаметром 8 и длиной 140 мм. Нерабочую поверхность образцов изолировались смолой состоящей из смесь ка-

нифоли и парафина в соотношении 50 : 50 (%). Исследование коррозионно-электрохимического поведения сплава А1 + 2.18% Fe, легированного галлием, проводили в 0.03, 0.3 и 3%-ных растворах №С1 по методике, описанной в работе [1]. Схематическое изображение последовательности операций при снятии поляризационной кривой сплава А1+ 2.18% Fe, легированного 1.0 мас. % галлием, представлено на рис. 1. Скорость развертки потенциала составляла 2 мВ с-1, электродом сравнения служил хлорсеребряный электрод, вспомогательным — платиновый.

При электрохимических исследованиях образцы потенциодинамически анодно поляризовали от бестокового потенциала, установившегося при погружении, до резкого возрастания тока в результате пит-тингообразования. Затем образцы поляризовали в обратном направлении до потенциала — 1400 мВ, в результате чего происходило подщелачивание при-электродного слоя. Наконец, образцы поляризовали вновь в положительном направлении. Скорость кор-

-E 0.

0

lg i

Рис. 1. Потенциодинамическая поляризационная кривая сплава А1 + 2.18% Fe, содержащего галлия 1.0 мас. % в 3%-ном растворе №С1. Е — потенциал (В); I — плот-

ность тока (А м 2)

Таблица 1. Коррозионно-электрохимические свойства сплава А1 + 2.18% Бе, легированного галлием, в растворах №С1

с№СЬ % Содержание Оа Е -^кор —Епо —Ерп 'кор х I0 3 К х 10—3

в сплаве, мас. % в А м2 —2 —1 г м 2 ч 1

0.03 — 0.770 0.580 0.670 0.12 4.02

0.005 0.765 0.575 0.665 0.13 4.36

0.01 0.760 0.570 0.660 0.12 4.02

0.05 0.750 0.560 0.640 0.11 3.69

0.1 0.740 0.550 0.630 0.08 2.68

0.5 0.730 0.545 0.625 0.06 2.01

1.0 0.720 0.540 0.620 0.04 1.34

0.3 — 0.780 0.590 0.680 0.14 4.69

0.005 0.775 0.585 0.675 0.15 5.03

0.01 0.770 0.580 0.670 0.12 4.02

0.05 0.760 0.570 0.660 0.11 3.69

0.1 0.750 0.560 0.650 0.10 3.35

0.5 0.740 0.555 0.645 0.08 2.68

1.0 0.730 0.550 0.640 0.06 2.01

3 — 0.800 0.610 0.710 0.16 5.36

0.005 0.795 0.605 0.705 0.18 6.03

0.01 0.790 0.600 0.700 0.17 5.69

0.05 0.780 0.590 0.690 0.14 4.69

0.1 0.770 0.580 0.680 0.12 4.02

0.5 0.760 0.575 0.675 0.10 3.35

1.0 0.750 0.570 0.670 0.09 3.02

розии К, являющейся функцией плотности тока коррозии /кор, определяли по формуле:

К=кор' к-,

где к — электрохимический эквивалент, численное значение которого для алюминия [2] составляет 0.335 г А-1 ч—1.

Изучение влияния температуры и химического состава на кинетику окисления твердого сплава А1 + 2.18% Бе, легированного галлием, проводили методом термогравиметрии с непрерывным взвешиванием образцов на воздухе по методике, описанной в работе [3].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Химический состав и результаты исследования коррозионно-электрохимических свойств алюми-ниево-железного сплава А1 + 2.18% Бе, легированного галлием, приведены в табл. 1 и на рис. 1, 2.

Данные табл. 1 свидетельствует о том, что добавки галлия к сплавам в трех исследуемых средах раствора №С1 сдвигает потенциалы коррозии (—Екор) и питтингообразования (—Епо) в положительную об-

ласть значений. Потенциал репассивации (—Ерп), легированных галлием сплавов смещается также в положительную область значений, что свидетельствует о пассивируемости образующихся питтинго-вых коррозионных очагов в нейтральных средах. Добавки галлия до 1.0 мас. % в 0.03, 0.3, 3%-ных растворах №С1 повышает коррозионную стойкость алюминиево-железовых сплавов, что объясняется образованием более устойчивой и бездефектной защитной пленки на поверхности образцов, отличающейся устойчивостью к хлорид-ионам.

В качестве примера на рис. 2 представлены анодные поляризационные кривые алюминиево-желез-ных сплавов, легированных галлием, в 3%-ном растворе №С1. Ход кривых показывает, что с увеличением концентрации третьего компонента — галлия от 0.05 до 1.0 мас. % происходит их смещение в более положительную область, при этом повышается потенциал питтингообразования легированных сплавов.

Таким образом, проведенные коррозионно-элек-трохимические исследования сплава А1 + 2.18% Бе, легированного галлием, позволяют рекомендовать его в качестве коррозионностойкого конструкцион-

КОРРОЗИЯ СПЛАВА Al+2.18% Fe, ЛЕГИРОВАННОГО ГАЛЛИЕМ

543

Таблица 2. Кинетические и энергетические параметры процесса окисления сплава А1 + 2.18% Бе, легированного галлием*

Содержание Ga в сплаве, мас. % Т, К К х 10-4, -2 —1 кг м с Д 1 кДж моль 1

- 673 2.0 148.0

773 2.1

0.005 673 2.6 131.90

773 3.5

0.01 673 2.8 117.34

773 3.7

0.05 673 2.9 103.94

773 3.8

0.1 673 2.9 103.94

773 3.8

0.5 673 3.3 79.37

773 3.8

1.0 673 3.5 65.95

773 3.9

* К - истинная скорость окисления; E - кажущаяся энергия активации.

ного сплава (скорость коррозии которого в 1.5—2 раза ниже, чем исходного сплава) при содержании легирующей добавки 0.05—1.0 мас. %.

Кинетические и энергетические параметры процесса окисления твердого сплава Al+2.18% Fe, легированного галлием различной концентрации приведены в табл. 2. Видно, что с ростом температуры и концентрации галлия в исходном сплаве Al+2.18% Fe, скорость его окисления увеличивается.

На рис. 3 приведены кинетические кривые окисления сплава Al + 2.18% Fe, легированного галлием. Наблюдается изменение удельной массы образца (g/s) в зависимости от времени (t) взаимодействия с кислородом газовой фазы и от температуры. Характерной особенностью окисления данного сплава является относительно высокий уровень окисления в первоначальный период. Линейная зависимость сохраняется в течение 12 минут, далее по мере образования оксидной пленки характер окислительного процесса переходит в параболический, и формирование защитной оксидной поверхности заканчивается к 15 минутам. Истинная скорость окисления, вычисленная по касательным, проведенным от начала координат к кривым, и рассчитанная по формуле: K = g , составляет 3.3 х 10-4

s -A t

и 3.8 х 10-4 кг м-2 сек-1, кажущейся энергии активации процесса окисления вычисления по тангенсу угла наклона прямой зависимости lg K от 1 х Т-1 составляет 79.37 кДж/моль (табл. 2).

-E 0.9

0.7

0.5

0.9

0.7

0.5

(б)

—2 —1 0 I

Рис. 2. Анодные потенциодинамические поляризационные кривые сплава А1 + 2.18% Бе (1), содержащего галлия (2—7) в растворе №С1 (а, б). Скорость развертки потенциала 2 мВ с—1. Е — потенциал (В); / — плотность тока (А м2). сОа (мас. %): 2 — 0.005, 3 — 0.01, 4 — 0.05, 5 — 0.1, 6 — 0.5, 7 — 1.0. сКаС1 (%): (а) — 0.3, (б) — 3.

g s-1 10-4, г2 см-4

16 12 8 4

773 K 673 K

10 20 30 40 50 60 t, мин

Рис. 3. Кинетические кривые окисления алюминиево-железового сплава (2.18 мас. % Бе), содержащего 0.5 мас. % галлия.

1—10 мин

g 10—4 15

10 Г

5 -

АШе 0.012 0.025 0.037 0.05

сОа

0.1 0.5 0.9

Е 150

Н 100

50 ва

Рис. 4. Изохроны окисления (673 К) сплава А1 + 2.18% Fe, легированного галлием. g 8 1 х 10 4 — величины удельной массы образца (кг м—2). Е — кажущаяся энергия активации процесса окисления (кДж моль—1).

—1g к

1.3 1.4 1 Т—1 10—3

Рис. 5. Зависимость ^К от 1 х Т 1 (673, 773 К) для сплава А1+2.18 мас. % Fe (1), содержащего галлия (2—7). сва(мас. %): 2 — 0.005, 3 — 0.01, 4 — 0.05, 5 — 0.1, 6 — 0.5, 7 — 1.0. К — истинная скорость окисления (кг м—2 с—1).

По полученным результатам построены изохроны окисления сплава А1 + 2.18% Fe, легированного галлием (673 К), соответствующие 10 и 20 мин процесса окисления (кривые 1 и 2) (рис. 4). Кривые характеризуются монотонным увеличением скорости окисления, что сопровождаются уменьшением величины кажущейся энергии активации.

Приведенная на рис. 5 зависимость ^ К от 1 х Т"1 для сплава А1 + 2.18% Fe с различной концентрацией галлия показывает, что процесс окисления в исследованном интервале температуры протекает по параболическому закону.

ВЫВОДЫ

1. Показано, что

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»