CC BY
24
УДК 669.620.19:612
Тележкина А.В., Кузнецов В.В., Аминов М.М., Демаков А.Г.
ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ ПОКРЫТИЯ СПЛАВОМ Co-Cr-W В ИМИТИРОВАННЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ
Тележкина Алина Валерьевна, аспирантка, кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, e-mail: cianic-acid@yandex.ru;
Кузнецов Виталий Владимирович, доктор химических наук, профессор кафедры общей и неорганической химии, e-mail: vitkuzn1@mail.ru;
Аминов Мажит Мансурович, обучающийся кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, e-mail: monemser167@yandex.ru;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Демаков Александр Геннадьевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: ad83pyc@gmail.com;
*ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова, 127055, Москва, Сущевская ул., д.22
Сплавы, содержащие хром, элемент группы железа и тугоплавкий металл представляют интерес ввиду их высокой коррозионной стойкости в различных средах. Для медицинского применения важна коррозионная стойкость материала и нетоксичность. Поэтому в данном случае в выбор металла группы железа в данном сплаве останавливается на кобальте, в силу высокой токсичности соединений никеля. В работе исследовано гальваническое покрытие сплавом Co-Cr-W и его коррозионные характеристики в имитированных физиологических средах.
Ключевые слова: имитированные физиологические среды; кобальт; вольфрам; коррозионностойкие покрытия.
CORROSION BEHAVIOR OF THE Co-Cr-W COATING IN SIMULATED PHYSIOLOGICAL ENVIRONMENTS
Telezhkina A.V., Kuznetsov V.V., Aminov M.M., Demakov A.G. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * All-Russia Research Institute of Automatics named after N.L. Dukhov, Moscow, Russia
Alloys containing chromium, iron group element and refractory metal are very interest due to their high corrosion resistance in various environments. For medical application is important corrosion resistance of the material and nontoxicity of material. Therefore, in this case the choice of metal of the iron group into the alloy stops on the cobalt, due to the high toxicity of nickel compounds. The paper examines a galvanic coating by alloy Co-Cr-W and its corrosion properties in simulated physiological environments.
Keywords: simulated physiological environment; cobalt; tungsten; corrosion-resistant coatings.
Сплавы, содержащие хром, тугоплавкий металл (вольфрам, молибден) и металл группы железа предствляют интерес ввиду их высокой коррозионной стойкости. [1]. Наиболее привлекательными для применения в медицине в качестве материала покрытий медицинского инструмента являются сплавы Со-Сг-Мо и Co-Cr-W [2].
Неэлектрохимические методы, такие как плазменные, магнитное распыление, лазерные и порошковые технологии нанесения покрытий Со-Сг-Мо и Co-Cr-W затруднены ввиду высоких температур плавления компонентов сплава (молибден - 2623 °С и вольфрам 3422 °С). По этой причине привлекательным альтернативным и относительно недорогим способом их получения может быть электроосаждение. В данной работе предпринята попытка определения коррозионно-электрохимического поведения электролитических покрытий кобальт-хром-вольфрам в имитированных физиологических средах.
Сплав кобальт-хром-вольфрам осаждали из водно-диметилформамидного раствора,
содержащего соединения Сг(Ш) [2]. Анодное поведение сплавов изучали после их нанесения на поверхность гладкого платинового электрода (средняя толщина нанесенных покрытий 5 мкм), при этом считали, что токи, соответствующие Pt основе, в исследованной области потенциалов пренебрежимо малы. Поляризационные кривые получали в потенциодинамических условиях с медленной разверткой потенциала (0,167 мВ/с).
На анодных поляризационных кривых, полученных в 0,9 М растворе хлорида натрия, который является имитированным физиологическим раствором, наблюдалась продолжительная область пассивного состояния в интервале потенциалов 0 ...1,0 В, ток полной пассивации на потенциодинамической поляризационной кривой не превышал 0,1 мА/см2. Растворение сплава, сопровождавшееся появлением желтой окраски, происходило лишь при потенциалах положительнее
1,05 В. Эти результаты свидетельствует о достаточно хорошей коррозионной стойкости покрытий в анодной области потенциалов.
При более высоких потенциалах наблюдалось растворение покрытия и выделение в коррозионную среду желтых соединений шестивалентного хрома, происходит процесс избирательной коррозии. На рисунках 1 -2 представлено анодное поведение и ток коррозии для 0,9 М №С1, на рисунках 3-4 анодное поведение и ток коррозии для исследуемого покрытия сплавом Co-Cr-W в растворе Хэнкса.
Рис. 1. Анодное поведение покрытия сплавом в
0,9 М ^О
аналогичных системах и следует признать удовлетворительным результатом.
Похожие данные были получены и в растворе Хэнкса, который часто используется для имитации физиологических сред; состав раствора Хэнкса приведен в [2]. Ток коррозии в растворе Хэнкса в условиях разомкнутой цепи составляет ~10" 6 А/см2. Что также проиллюстрировано на рисунке 3.
Рис. 2. Диаграмма Эванса в 0,9 М ^О для исследуемого покрытия сплавом
Рис. 3. Диаграмма Эванса для покрытия сплавом в растворе Хэнкса
Так же в данной коррозионной среде наблюдается продолжительная область пассивного состояния и растворение покрытия не наблюдается даже при потенциале выше 1 В, как это показано на рисунке №4.
Исследовано анодное и коррозионное поведение сплава Со-Сг^ в растворе Хэнкса. Концентрация ионов в данном растворе обычно соответствуют концентрациям в теле человека (то есть данный буферный раствор является изотоническим и применяется в биологических исследованиях.) Область пассивности в растворе Хэнкса также является более продолжительной, чем в случае с 0,9 М №С1.
Длительные коррозионные испытания (28 дней) проводили путем погружения титановых образцов с нанесенным покрытием толщиной 10 мкм в раствор 0,9 М хлорида натрия и раствор Хэнкса. Скорость коррозии исследована гравиметрически по убыли массы при потенциале разомкнутой цепи в течение 28 дней, при выдержке образцов с нанесенным покрытием в растворе Хэнкса и 0,9 М №С1.
Однако для практики противокоррозионной защиты особый интерес представляет коррозионная стойкость в условиях потенциала разомкнутой цепи. Ток коррозии был определен из поляризационных диаграмм Эванса путем эктраполяции линейных участков на катодной и анодной ветви экспериментальных поляризационных кривых до их пересечения. Согласно полученным данным (рис.2) ток коррозии в 0,9 М растворе хлорида натрия составляет 10" ...10" А/см, что следует сопоставимо с результатами, полученными в
14
<j
> 60
га 40
¥
-500 -10 0 500 1000 1500 2000
Е, потенциал, мВ (с.в.э.)
Рис. 4. Анодное поведение исследуемого покрытия сплавом в растворе Хэнкса
Посчитаны показатели коррозии (массовый и глубинный), указаны коррозионные характеристики покрытия и баллы коррозии. Показатели коррозии вычислены по формулам:
Массовый: К=Дт/(т*5) [г/ч*м2]; (1)
где Дт - убыль массы в ходе процесса коррозии (г), т - время процесса коррозии, в данном случае 672 часа (ч), 5 - площадь покрытого образца м2
Глубинный: [мм/год] Р=(К/р)*8,76; (2)
где р - плотность покрытия, в данном случае 9,026 г/см3, рассчитана гравиметрически и данных о элементном составе покрытия.
Таблица 1. Коррозионные характеристики исследуемого покрытия сплавом Co-Cr-W
Исследуемый параметр/ 0,9 M NaCl Раствор Хэнкса
Коррозионная среда
К (массовый 0,012 0,010
показатель
коррозии), [г/ч^м2];
Р (глубинный 0,012 0,010
показатель
коррозии), [мм/год]
Балл коррозии (от 1 до 10) 4 4
Характеристика стойкое стойкое
покрытия
Ток коррозии [мА/см2] ~10-6 ~10-6
Из длительных коррозионных испытаний следует, что исследуемое покрытие сплавом Co-Cr-W проявляет себя как стойкое в имитированных физиологических средах и может при дальнейшей разработке и совершенствовании процесса осаждения быть примененным для осаждения защитных покрытий на медицинский инструмент.
Список литературы
1. Кузнецов В.В., Тележкина А.В., Демаков А.Г, Баталов Р.С. Электроосаждение коррозионностойкого сплава кобальт-хром-вольфрам из водно-диметилформамидного электролита // Гальванотехника и обработка поверхности - 2017. - № 1. - C. 16-22.
2. Metikos-Hukovic, M. and R. Babic. Passivation and corrosion behaviours of cobalt and cobalt-chromium-molybdenum alloy // Corrosion Science - 2007. - № 49. - C. 3570-3579.
