Исследование коррозионной стойкости аморфного сплава на основе кобальта после отжига Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 620.193, 539.213.2

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1226-1229

ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОИКОСТИ АМОРФНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА ПОСЛЕ ОТЖИГА

© И.Е. Пермяков;!

Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина, г. Москва, Российская Федерация, e-mail: inga_perm@mail.ru

Экспериментально изучено поведения коррозионной стойкости АС на основе кобальта в сопоставлении со структурными превращениями, происходящими при переходе из аморфного в кристаллическое состояние в результате термического воздействия.

Ключевые слова: аморфный сплав; коррозионная стойкость; поверхность; нанокристаллизация.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время актуальной задачей металловедения является, вне зависимости от конкретного механизма кристаллизации аморфных сплавов (АС), выявить оптимальные условия их обработки для получения возможности формирования аморфно-кристаллических композитов, обладающих оптимальным сочетанием физико-химических свойств. Неконтролируемая частичная кристаллизация АС способна как повысить уровень эксплуатационных характеристик, так и в ряде случаев вызвать нежелательные последствия (потеря пластичности, появление локальных концентраторов напряжений, ухудшение сопротивления к коррозии и т. д.). Исследование коррозионных свойств АС представляет большой интерес, т. к. всюду, где эксплуатируются данные материалы, протекают коррозионные процессы, которые приводят к изменению состава поверхностных слоев и их структурных состояний, ускорению процессов естественного старения и нестабильности свойств [1-3].

Целью данной работы является экспериментальное изучение поведения коррозионной стойкости АС на основе кобальта в сопоставлении со структурными превращениями, происходящими при переходе из аморфного в кристаллическое состояние в результате термического воздействия.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследования проводились на комплексе ленточных АС, полученных методом спиннингования: промышленный 24КСР (1), Ее58№25Б17 (2), Соуо^ео^С^уБ^ (3), Ее7оСг15Б15 (4). По предварительной оценке коррозионной стойкости наилучшее сопротивление коррозии без предварительной обработки показали хромсодержащие сплавы 3 и 4 (рис. 1). В качестве объекта последующего эксперимента был выбран сплав 3. Данный АС системы Со-Ре-Сг-БьБ относится к классу коррозионностойких материалов. Кроме того, АС с большим содержанием кобальта имеют близкую к нулю магнитострикцию и очень вы-

сокую магнитную проницаемость, что существенно расширяет область их применения [4].

Образцы сплава 3 отжигали в печи в атмосфере воздуха в диапазоне Тап = 533-823 К с выдержкой 10 мин. при каждой температуре. По данным ДСК температура кристаллизации сплава 803 К.

Электрохимические испытания по изучению коррозионной стойкости АС проводили в трехэлектродной ячейке с разделенными пространствами в нейтральном электролите Ка2Б04 (0,1 моль/л). В качестве электрода сравнения использовали насыщенный хлоридом калия хлоридсеребряный электрод.

Хронопотенциометрические и поляризационные кривые снимали с помощью потенциостата ГРС-Рго ЗА со скоростью развертки УЕ = 1 мВ/с. Для определения потенциала свободной коррозии (Есог) образцы выдерживали в коррозионной среде без поляризации в течение 1 ч.

Морфологию поверхности АС изучали на сканирующем электронном микроскопе Phenom XL.

Рис. 1. Изменение потенциала свободной коррозии во времени для АС: 1 - 24КСР; 2 - Ре58№25Вп; 3 - Со7о.5рео.5ад17В18; 4 - Бе7оСг15В15

Структурно-фазовые превращения в сплаве контролировались проведением исследований с привлечением просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что характер зависимости потенциала свободной коррозии исследуемого АС от температуры отжига носит немонотонный характер (рис. 2). Пик сопротивления коррозии приходится на температуру 748 К. Сопоставляя данный результат со структурными исследованиями, проведенными в работе [5], известно, что после отжига АС при 748 К в аморфной матрице наблюдается выделение и распределение дисперсных частиц на основе кобальта, т. е. материал представляет собой аморфно-нанокристаллический композит. Таким образом, проведение предварительной термообработки в диапазоне Тком < Тт < 748 К способствует увеличению коррозионностойкости сплава как в рамках аморфного, так и последующего аморфно-нанокристал-лического состояния. Свыше 748 К наблюдается резкий спад устойчивости материала к коррозии, сопровождающейся объемной кристаллизации сплава.

Следует отметить, что различие коррозионных характеристик, как известно, коррелирует с изменением состава поверхности. По данным оже-спектроскопии АС системы Со-Ре-Сг-БьБ [6] поверхность обогащена атомами металлоидов, при дефиците основного компонента Со. Низкотемпературная обработка способствует перераспределению высокоподвижных атомов металлоидов и частичному уменьшению объема микропор, улучшая качество поверхности [6], что в свою очередь может благотворно сказываться на коррозионностой-кости. Кроме того, при электрохимических испытаниях АС в формирующейся защитной пленке обнаруживается повышенная концентрация хрома, которая обеспечивает высокую устойчивость к воздействию коррозионной среды.

В ходе изучения склонности к пассивации термически обработанных АС при анодной поляризации выявлено, что сплав, отожженный при 748 К, обладает наиболее протяженной площадкой пассивности, указывающей на образование самой стабильной, по сравнению с другими образцами, пассивной пленки, благодаря

Рис. 3. Поляризационные кривые АС Со-Бе-Сг^-Б при различных температурах отжига: 1 - 538 К; 2 - 628 К; 3 - 748 К; 4 - 783 К

Рис. 2. Изменение потенциала свободной коррозии АС Со-Бе-Сг^-Б от температуры предварительного отжига

Рис. 4. Питтинговая коррозия сплава Со-Ре-Сг^-Б при отжиге: а) 783 К; б) 823 К

которой материал не растворяется вплоть до потенциалов 1,1 В (рис. 3).

Проведение термообработки АС свыше 760 К не целесообразно, вследствие того, что важной особенностью изменения поверхности АС при высоких температурах является формирование следов питтинга (рис. 4а). Поверхностная плотность питтинговой коррозии с дальнейшим увеличением температуры отжига заметно возрастает (рис. 4б), особенно на краях образцов.

Таким образом, по характеру корродирования исследуемый АС Со70,5Ре0,5Сг4817В18 может быть отнесен к химически совершенно стойким материалам. Данное поведение объясняется преимуществами структуры, в

которой нет границ зерен, линейных дефектов типа дислокаций, кристаллографической анизотропии. В процессе электрохимического воздействия предварительно отожженных АС происходит быстрое образование на поверхности бездефектных оксидных слоев с высокими защитными свойствами и высокой степенью однородности.

Полученные экспериментальные результаты позволят учитывать устойчивость исследованного АС к коррозионному разрушению при выборе режима отжига для оптимизации их магнитных и механических свойств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. UshakovI.V., Feodorov V.A., PermyakovaI.E. Influence of etching and annealing on evolution of surface structure of metallic glass // Proceedings of SPIE (The International Society for Optical Engineering). Seventh International Workshop on New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering. St. Petersburg, 2004. V. 5400. P. 265-268.

2. Пустое Ю.А., Балдохин Ю.В., Колотыркин П.Я., Овчаров В.П. Состояние поверхности и устойчивость к питтинговой коррозии аморфных сплавов на основе железа после изотермического отжига // Защита металлов. 1999. Т. 35. № 6. С. 565-576.

3. Жданова Л.И., Ладьянов В.И., Волков В.А., Шарипова Е.Х. Влияние термообработки на электрохимическое поведение и каталитическую активность аморфных лент сплава Fe76;1Cu1;0Nb3;0Si13;8B6;1 // Защита металлов. 1999. Т. 35. № 6. С. 577-580.

4. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы / под ред. Ц. Масумото. М.: Металлургия, 1987. 328 с.

5. Федоров В.А., Ушаков И.В., Пермякова И.Е., Калабушкин А.Е. Кристаллизация аморфного металлического сплава Co70;5Fe0;5Cr4Si7B18 под влиянием термической обработки // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2006. № 1. С. 108-112.

6. Permyakova I.E., Glezer A.M., Grigorovich K.V. Deformation behavior of amorphous Co-Fe-Cr-Si-B alloys in the initial stages of severe plastic deformation // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2014. V. 78. № 10. P. 1246-1250.

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. Автор выражает свою признательность А.О. Че-ретаевой (м.н.с. ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина») за проведение съемки хронопотенциометрических и поляризационные кривых.

2. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 14-02-00075 «а»).

Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.

UDC 620.193, 539.213.2

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1226-1229

INVESTIGATION OF CORROSION RESISTANCE OF AMORPHOUS COBALT-BASED ALLOY AFTER ANNEALING

© I.E. Permyakova

I.P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Moscow, Russian Federation,

e-mail: inga_perm@mail.ru

The corrosion resistance behaviour of amorphous cobalt-based alloys is studied experimentally in comparison with the structural transformations taking place in the transition from an amorphous to a crystalline state as a result of thermal influence.

Key words: amorphous alloy; corrosion resistance; surface; nanocrystallization.

REFERENCES

1. Ushakov I.V., Feodorov V.A., Permyakova I.E. Influence of etching and annealing on evolution of surface structure of metallic glass.

Proceedings of SPIE (The International Society for Optical Engineering). Seventh International Workshop on New Approaches to HighTech: Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering. St. Petersburg, 2004, vol. 5400, pp. 265-268.

2. Pustov Yu.A., Baldokhin Yu.V., Kolotyrkin P.Ya., Ovcharov V.P. Sostoyanie poverkhnosti i ustoychivost' k pittingovoy korrozii amorfnykh splavov na osnove zheleza posle izotermicheskogo otzhiga. Zashchita metallov — Protection of Metals, 1999, vol. 35, no. 6, pp. 565-576.

3. Zhdanova L.I., Lad'yanov V.I., Volkov V.A., Sharipova E.Kh. Vliyanie termoobrabotki na elektrokhimicheskoe povedenie i kataliticheskuyu aktivnost' amorfnykh lent splava Fe76,1Cu1,0Nb3,0Si13,8B6,1. Zashchita metallov — Protection of Metals, 1999, vol. 35, no. 6, pp. 577-580.

4. Sudzuki K., Fudzimori Kh., Khasimoto K. Amorfnye metally. Moscow, Metallurgiya Publ., 1987. 328 p.

5. Fedorov V.A., Ushakov I.V., Permyakova I.E., Kalabushkin A.E. Kristallizatsiya amorfnogo metallicheskogo splava Co70,5Fe0,5Sr4Si7B18 pod vliyaniem termicheskoy obrabotki. Poverkhnost'. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neytronnye issledovaniya — Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2006, no. 1, pp. 108-112.

6. Permyakova I.E., Glezer A.M., Grigorovich K.V. Deformation behavior of amorphous Co-Fe-Cr-Si-B alloys in the initial stages of severe plastic deformation. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2014, vol. 78, no. 10, pp. 1246-1250.

GRATITUDE:

1. The author thanks A.O. Cheretayeva (Junior Fellow of I.P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy) for chronopotentiometric and polarization curve filming.

2. The work is fulfilled under financial support of Russian Fund of Fundamental Research (grant no. 14-02-00075 «a»).

Received 10 April 2016

Пермякова Инга Евгеньевна, Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина, г. Москва, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института металловедения и физики металлов, e-mail: inga_perm@mail.ru

Permyakova Inga Evgenevna, I.P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Moscow, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Senior Research Worker of Institute of Metallurgy and Metal Physics, e-mail: inga_perm@mail.ru