CC BY
78Исследование коррозии алюминиевых сплавов в соляном тумане (в условиях морской атмосферы)
Дроздов Алексей Алексеевич
аспирант, кафедра технологий промышленного производства, ДВФУ, cttana@mail.ru
В статье проводится исследование коррозии алюминиевых сплавов в соляном тумане. Цель данного исследования состоит в определении количества хлоридов, которые удерживаются на поверхности алюминиевых сплавов после различной длительности выдержки в соляном тумане, оценить их воздействие на механические характеристики и коррозию сплава. В качестве образцов были выбраны 8 алюминиевых сплавов разного химического состава. Образцы после каждого этапа испытания кипятили в дистиллированной воде и, используя иономер И-160МИ определяли число хлорид-ионов, которые перешли в раствор.
Во время испытания алюминиевых сплавов установили, что во времени динамика их коррозионных потерь аналогична динамике седиментации хлоридов и зависит от химического состава (марки сплава). Количество хлоридов на поверхности образцов: наибольшее на сплаве Д16-Т, наименьшее на сплаве 1461-Т.
Ключевые слова: защита от коррозии, алюминиевые сплавы, ускоренные коррозионные испытания, коррозионные потери, коррозионная стойкость.
В данный момент времени происходит активное развитие технологии получения многофункционального материала, который применяется для изготовления специальной и военной техники нового поколения. Современные материалы могут обеспечивать наиболее высокие прочностные свойства деталям и конструкциям приборов, машин и аппаратов, но, невзирая на хорошие физико-механические свойства, будут нуждаться в антикоррозионной защите. Поэтому повышение стойкости конструкций из новых материалов к влиянию внешних факторов окружающей среды оказывается важной научно-технической задачей.
Как правило, современная техника эксплуатируется в разнообразных климатических районах, в их числе находятся районы с морским тропическим климатом, и подвергается сильному коррозионному влиянию. Морская атмосфера оказывает более сильное коррозионное воздействие на конструкцию изделий, в ней хлориды, которые оседают на поверхность металлических деталей, являются довольно мощным стимулирующим фактором для коррозии [3].
Из-за этого во время эксплуатации и проектирования изделий необходимо обладать информацией не только о физико-механических свойствах металлических материалов, которые применяются, но и об их коррозионной стойкости в случае длительной работы в тех или других условиях. Для этого проводят следующие виды испытаний: ускоренные лабораторные и натурные испытания на климатических испытательных станциях (КИС). Ускоренные лабораторные испытания предоставляют только ориентировочную оценку коррозионной долговечности материала, их применяют чаще всего как сравнительные. В свою очередь, второй вид испытаний проводят в условиях, которые близки к эксплуатационным, но они достаточно длительные и для того, чтобы получить достоверную оценку необходимо проводит испытания на раз-
0 55 I» £
55 П П Н
о ы
а
s
«
а б
ных КИС с получением большего массива данных.
В начале XX века Дж. Кап разработал метод атмосферных лабораторных испытаний с обрызгиванием водным раствором солей, а еще испытаний в нейтральном соляном тумане, применен он был в 1914 г. для исследования защитной способности покрытий углеродистых сталей в условиях, как он предполагал, которые воспроизводят морскую атмосферу. В 1950-х годах данные испытания использовали с различной целью, но в большей части случаев оказывались не совсем подходящими. В 1961 г. метод испытаний в соляном тумане был стандартизирован ASTM Committee В-3 on Corrosion of Non-Ferrous Metals and Alloys (Комитет B-3 «Коррозия цветных металлов и сплавов», Американское общество испытаний и материалов). Еще до того, когда был принят стандарт ASTMВ 117-61 «Standard Salt Spray (Fog) Testing» (Стандартное испытание в соляном тумане), начиная с 1939 года, данный метод испытаний большое количество раз в официальных публикациях указывали как метод рекомендуемый (экспериментальный), и периодически документы ревизовались в 1941, 1944, 1949, 1954 и 1957 гг. [9].
После прохождения официальной стандартизации в дальнейшие годы его начали применять как универсальный метод испытания не зависимо от того, для каких условий эксплуатации будут предназначены испытываемые изделия, материалы и др.
Для авиационной техники условия эксплуатации обуславливают довольно жесткие требования к применяемым материалам. К более используемыми авиационными материалами относят алюминиевые сплавы, в авиации в конце XX века их доля в структуре потребления составляет порядка 80%.
Большое воздействие на атмосферную коррозию алюминиевого сплава оказывают соли, которые содержатся в воздухе, в особенности хлориды. Их воздействие на скорость коррозии определяет, основным образом, концентрация ионов хлорида в электролите, который образуется во время их растворении в фазовой пленке влаги на металле, то есть когда возникает роса или попадают дождевые осадки на него [6].
В атмосфере более достоверные характеристики коррозионного поведения сплавов можно получить лишь во время испытания в естественных природных условиях, но они, обычно, весьма длительны.
Во время изучения коррозионной стойкости алюминиевых сплавов необходимо знать, каким образом могут изменяться их свойства, к примеру механические, если на поверхности аккумулируются в существенном количестве хлорид-
ные аэрозоли, которые способны ускорить пит-тинг, общую коррозию, коррозионное растрескивание сплава, расслаивающую коррозию [8].
Цель исследования состоит в определении количества хлоридов, которые удерживаются на поверхности разных алюминиевых сплавов после различной длительности выдержки в соляном тумане, оценить их воздействие на механические характеристики и коррозию сплава.
Эти данные нужны для того, чтобы сопоставить прочность металла и коррозионные потери массы с концентрациями хлоридов, которые оседают на металлоконструкциях, которые эксплуатируются в естественной морской атмосфере.
Как уже говорилось ранее, хлориды -это мощный стимулирующий фактор коррозии металлов во время эксплуатации их в морских условиях. Во время испытания в камере солевого тумана (КСТ) будет происходить ускорение такого процесса, как коррозия, в свою очередь, ее характер, обычно, не меняется. В зависимости от марки и вида полуфабриката, материала, а еще термообработки коррозия будет протекать с различной скоростью, зависящая не только от фазового и химического состава сплава, а также от удержания хлоридов на поверхности и скорости их седиментации [10].
На основании этого проводилось исследование 8 алюминиевых сплавов разного химического состава, также динамика коррозионного процесса сопоставлялась с количеством хлоридов, которые удерживаются на поверхности образцов на протяжении всего времени испытания.
Испытания были проведены в КСТ на основании ISO 9227 на протяжении 120, 90, 60, 30 и 10 суток на листовых образцах следующих алюминиевых сплавов: В95-Т2, 1370-Т, Амг6, Д16-Т, 1424-ТГ1, 1441 -Т, 1330-Т, В-1461-Т, имеющих размер 50x40x2 мм. Образцы после каждого этапа испытания кипятили в дистиллированной воды объемом 0,5 л и используя ио-номер И-160МИ определяли число хлорид-ионов , которые перешли в раствор . После каждый образец выдерживали в тридцати процентном растворе азотной кислоты для того, чтобы удалить продукты коррозии, далее определяли потери массы [1].
На рисунке 1 (а) можно увидеть диаграмму по изменению скорости седиментации хлоридов на изучаемых сплавах в зависимости от длительности испытаний.
При первом приближении зависимость близка к линейной, в свою очередь коэффициент детерминации R2 имеет высокое значение (табл. 1).
Наименьшее число хлоридов можно отметить на сплавах 1330-Т, Амг6, 1424-ТГ1. На данных сплавах минимальна начальная концентрация хлоридов, которые были осаждены (19-30
г/м ), а по мере повышения длительности испытания до 120 сут увеличивается незначительно (в уравнениях регрессии коэффициент Ь составил 0,11-0,25).
Рис. 1. КСТ: а ных на
потерь 1461-Т:
40 80 НО 0 40 80 110
Продолжительность испытаний, сут
Зависимость от продолжительности испытания в -количество хлоридов (а), удерживаемых и осажден-алюминиевых сплавах; б - динамика коррозионных
в: □ - В95-Т2; о - Д16-Т; д - 1370-Т; 0 -1441 -Т; • -
♦ - 1424-ТГ1; ■ - Амг6; ▲ - 1330-Т [1]
Таблица 1
Уравнения регрессии для рассматриваемых алюминиевых сплавов на основании данных поверхностной концентра-
Сплав Уравнение регрес- Коэффициент де-
сии (mCi) терминации R2
В95-Т2 2,28+4,45т 0,86
Д16-Т 216,25+5,83т 0,94
1441-Т -0,94+2,69 т 0,88
1461-Т 35,0+1,2 т 0,89
1370-Т 103,54+0,9 т 0,62
Амг6 33,5+0,25 т 0,98
1330-Т 17,82+0,11 т 0,99
1424-ТГ1 26,49+0,14 т 0,84
На оставшихся сплавах можно наблюдать большую поверхностную концентрацию хлоридов, которая увеличивается в ряду: 1461-Т^Т370-Т^Т441-ТГ1^В95-Т2^Д16-Т и для двух последний достигает значений (при выдержки 120 суток): соответственно 625 и 964 мг/м2.
Проанализированная разница в поверхностной концентрации хлоридов на разных алюминиевых сплавах связана непосредственно с коррозионным поведением сплавов. На рисунке 1 (б) приводится диаграмма зависимости коррозионных потерь алюминиевых сплавов во времени, которая по динамике процесса идентична картине, которая получена на рис. 1 (а).
У исследуемых сплавов разные химические и фазовые составы, что оказывает неодинаковое воздействие на морфологию поверхности во время коррозионного воздействия (рис. 2). У сплавов 1330-Т, 1424-ТГ1 и Амг6 малое содержание меди (0,1-0,4%), в них отсутствует неустойчивая фаза СиА12. В связи с этим на данных сплавах имеется равномерная коррозия, глубина которой от 0,2 до 0,3 мм/год [4].
В течении всего времени испытания количество хлоридов, которые осаждены в начальный
период времени (10 сут), осталось практически постоянным. Скорее всего, из-за смыва и осыпания хлоридов затруднено их удержание на ровной поверхности сверх определенного количества.
Рис. 2. Внешний вид образцов алюминиевых сплавов после испытаний в КСТ на протяжении: а) 10 суток; б) 120 суток [1]
В свою очередь на таких сплавах, как В95-Т2, Д16-Т, 1441-Т, 1461-Т, 1370-Т можно наблюдать совершенно другую картину. В составе указанных сплавов содержится большое количество меди (от 0,6-1,4% в сплаве 1370-Т до 3,8-4,9% -в сплаве Д16-Т) и соответственно фазу СиА12.
Уже в первые 10 суток на данных сплавах появляется питтинговая коррозия, увеличивающаяся со временем по числу питтингов, по их площади и глубине (рис. 2).
Неравномерный рельеф поверхности и наличие питтингов будет способствовать удержанию хлоридов. Число удерживаемых хлоридов находится на основании площади и глубины питтингов [5]:
- у сплава 1461-Т наименьшие, составляющие соответственно максимально 0,2 мм и 0,3 мм;
- наибольшие у сплава Д16-Т - 2,5 мм и 0,6 мм.
Для проведения дальнейшего исследования представляет интерес выяснить ускоряющее воздействие испытаний в КСТ в сравнении с натурными условиями умеренного теплого морского климата.
Для этого были получены сведения коррозионных потерь изучаемых алюминиевых сплавов на открытой площадке ГЦКИ в г. Геленджик после трех лет экспозиции.
Коэффициент ускорения Ку был определен как отношение времени испытания в натурных условиях тн ко времени ускоренных испытаний ту в КСТ, который соответствует тем же коррозионным потерям [2]:
К = —
У Tu = Ttii К-е
Í ИЛИ Н V "J .
о
R
I»
£
55 т
ti
(1)
о ы
а
Значение ту было найдено из уравнения регрессии ат = а + ^ *ТУ во время испытания в КСТ.
В таблице 2 представлены данные, которые получены для изучаемых сплавов.
Таблица 2
Уравнения регрессии для алюминиевых сплавов на основа-
Сплав Уравнение регрессии Коэффициент детерминации R2
В95-Т2 =-2,65+0,4т 0,978
Д16-Т =18,36+0,6т 0,927
1441-Т йм! =-1,08+0,3т 0,977
1461-Т =0,59+0,12т 0,968
1370-Т Дч! =10,7+0,18т 0,972
Амг6 Д"! =0,28+0,02т 0,996
1330-Т йШ =1,1+0,04т 0,988
1424-ТГ1 =0,86+0,02т 0,969
На основе проведенного исследования получили коэффициенты ускорения коррозии в КСТ по отношению к натурным условиям ГЦКИ для изучаемых алюминиевых сплавов.
Результаты исследования представлены в таблице 3.
Таблица 3
Сплав В 95-Т2 Д16-Т 1441Т 1461Т 1370Т АМг6 1424-ТГ1 1330Т
Коэффициент Ку 15,3 51,9 12,5 8,3 11,4 3,0 1,02 2,6
5
«
а
6
На основании данных таблицы можно сделать вывод, что Ку, в первую очередь, будет зависеть от марки материала, связан с его химическим составом, определяться интенсивностью процесса и начальной скоростью коррозии, другими словами расположением прямой по отношению к оси абсцисс [7].
В морских условиях коррозия алюминиевых сплавов зависит не только от фазового и химического состава, а также от способности удержания и скорости осаждения хлоридов на поверхности материала.
На основании ускоренных испытаний в КСТ и довольно коротких испытаний (не большего года) в натурных условиях дается предварительная ориентировочная оценка коррозионной стойкости алюминиевого сплава на продолжительный срок эксплуатации.
Литература
1. Жиликов В.П., Лешко С.С., Каримова С.А., Чесноков Д.В. Исследование динамики коррозии алюминиевых сплавов при испытании в камере солевого тумана (КСТ) // Авиационные материалы и технологии. - 2012. - №4. - С. 18-22.
2. Каблов E.H. Коррозия или жизнь // Наука и жизнь. - 2012. - №11. - С. 16-21.
3. Каблов E.H., Старцев О.В. Фундаментальные и прикладные исследования коррозии и старения материалов в климатических условиях (обзор) // Авиационные материалы и технологии. - 2015. - №4 (37). - С. 38-52.
4. Каримова С.А., Михайлов А.А., Жиликов В.П., Чесноков Д.В., Игонин Т.Н., Карпов В.А. Натурно-ускоренные испытания алюминиевых сплавов в условиях воздействия морской атмосферы // Коррозия: материалы, защита. -2012. -№10. - С. 1-3.
5. Каримова С.А., Фомина М.А., Кутырев А.Е., Чесноков Д.В. Моделирование процесса воздействия агрессивных компонентов промышленной атмосферы на металлические материалы в камере солевого тумана // Авиационные материалы и технологии. - 2015. - №1 (34). - С. 86-94.
6. Курс М. Г., Каримова С. А. Натурно-ускоренные испытания: особенности методики и способы оценки коррозионных характеристик алюминиевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. - 2014. - № 1. - С. 51-57.
7. Курс М. Г., Фомина М.А., Кутырев А.Е. Исследование коррозионного разрушения деформируемых алюминиевых сплавов при лабораторных и натурных испытаниях // Труды ВИАМ. -2016. - №8 (44). - С. 72-82.
8. Курс М. Г., Кутырев А. Е., Лаптев А. Б., Морозова Л. В. Исследование коррозионного разрушения деформируемых алюминиевых сплавов при натурно-ускоренных испытаниях. Ч. 1 // Вопросы материаловедения. - 2016. - № 1(85). - С.116-126.
9. Синявский B.C., Александрова Т.В., Калинин В.Д. Новый метод ускоренных коррозионных испытаний алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. - 2013. - №2. - С. 89-93.
10. Чесноков Д.В., Кулюшина Н.В., Антипов В.В. Метод ускоренных лабораторных испытаний алюминиевых сплавов с целью прогнозирования их коррозионной стойкости в условиях морской атмосферы // Труды ВИАМ. -2016. -№5 (41). - С. 92-99.
The study of the corrosion of aluminum alloys in salt fog
(marine atmosphere) Drozdov A.A.
FEFU
This article pays special attention corrosion of aluminum alloys in salt fog. The purpose of this study is to determine the amount of chlorides retained on the surface of aluminum alloys after different duration of exposure in salt fog, to assess their effect on corrosion and mechanical characteristics of the alloy. As samples, 8 aluminum alloys of different chemical composition were selected. Samples after each stage of the test were boiled in distilled water and, using the I-160MI ionomer, the number of chloride ions that passed into the solution was determined. During the testing of aluminum alloys, it was found that the dynamics of their corrosion losses in time is similar to the dynamics of chloride sedimentation and depends on the grade of the alloy (chemical composition). The amount of
chloride on the surface of the samples: the largest on the alloy D16-T, the smallest on the alloy 1461-T. Keywords: corrosion protection, aluminum alloys, accelerated
corrosion tests, corrosion losses, corrosion resistance. References
1. Zhilikov V. P., Leshko S.S., Karimov S.A., D.V. Issledovaniye's Garlic of dynamics of corrosion of aluminum alloys in case of test in the camera of salt fog (CSF)//Aviation materials and technologies. - 2012. - No. 4. - Page 18-22.
2. Kablov E.H. Corrosion or life//Science and life. - 2012. - No.
11. - Page 16-21.
3. Kablov E.H., Startsev O.V. Basic and applied researches of
corrosion and aging of materials in climatic conditions (review)//Aviation materials and technologies. - 2015. - No. 4 (37). - Page 38-52.
4. Karimov S.A., Mikhaylov A.A., Zhilikov V. P., Garlic D. B.,
Igonin T. N., Karpov VA. Full-scale accelerated tests of aluminum alloys in the conditions of influence of the sea atmosphere//Corrosion: materials, protection. -2012. - No. 10. - Page 1-3.
5. Karimov S.A., Fomina M.A., Kutyrev A.E., Chesnokov D.V.
Process modeling of impact of aggressive components of the industrial atmosphere on metal materials in the camera of salt fog//Aviation materials and technologies. - 2015. -No. 1 (34). - Page 86-94.
6. M. G., Karimov S.A. course. Full-scale accelerated tests: features of a technique and methods of assessment of corrosion characteristics of aluminum alloys//Aviation materials and technologies. - 2014. - No. 1. - Page 51-57.
7. M. G., Fomin M.A. course., Kutyrev of A.E. Issledovaniye of
corrosion corrupting of deformable aluminum alloys in case of laboratory and full-scale tests//Works of VIAM. -2016. -No. 8 (44). - Page 72-82.
8. Course M. G., Kutyrev A. E., Laptev A. B., Morozova L. V. A
research of corrosion corrupting of deformable aluminum alloys in case of full-scale accelerated tests. P.1//materials science Questions. - 2016. - No. 1(85). - Page 116-126.
9. Sinyavsky B.C., Alexandrova T.V., Kalinin V. D. A new method of
the accelerated corrosion tests of aluminum alloys//Technology of light alloys. - 2013. - No. 2. - Page 89-93.
10. Chesnokov D.V., Kulyushina N.V., Antipov V.V. Metod of the accelerated laboratory tests of aluminum alloys for the purpose of prediction of their corrosion resistance in the conditions of the sea atmosphere//Works VIAM. -2016. -No. 5 (41). - Page 92-99.
