CC BY
0
Металлургия и материаловедение
УДК 621.762
ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ СВИНЦОВО-СУРЬМЯНИСТЫХ СПЛАВОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИСКРОВЫМ ПЛАЗМЕННЫМ СПЛАВЛЕНИЕМ ДИСПЕРГИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИЕЙ ОТХОДОВ СПЛАВА ССУ3 Агеева Екатерина Владимировна, д.т.н., профессор
Алтухов Александр Юрьевич, к.т.н., доцент Пикалов Сергей Владимирович, к.т.н., доцент Королев Михаил Сергеевич, аспирант Агеева Анна Евгеньевна, студент Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия (e-mail: ageeva-ev@yandex.ru)
Работа выполнена в рамках реализации программы развития ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет» проекта «Приоритет 2030».
Представлены результаты исследования коррозионных свойств свинцо-во-сурьмянистых сплавов, полученных искровым плазменным сплавлением диспергированных электроэрозией отходов сплава ССу3. Отмечено, что повышению коррозионной стойкости новых свинцово-сурьмянистых сплавов способствует мелкий размер зерна и наличие в сплавляемых частицах оксидных фаз, таких как: Pb2O3, Pb3O4, Sb2O4, Pb2OCO3. В работе решена важная научно-практическая задача, направленная на повышение коррозионной стойкости свинцово-сурьмянистых сплавов, полученных искровым плазменным сплавлением электроэрозионных частиц сплава ССу3, имеющая важное значение для реновация сплава ССу3.
Ключевые слова: коррозионностойкие свинцово-сурьмянистые сплавы, искровое плазменное сплавление.
Введение
В настоящее время свинцово-сурьмянистые сплавы нашли широкое применение в промышленности при изготовлении изделий электротехнического назначения.
Одним из существенных недостатков, влияющих на ресурс изделий из свинцово-сурьмянистых сплавов, является относительно невысокая коррозионная стойкость, которая обеспечивается их составом, структурой, технологией изготовления и свойствами.
Одним из перспективных способов изготовления мелкодисперсных сплавов (МДС) с возможностью регулирования его состава является искровое плазменное сплавление (ИПС) мелкодисперсных материалов (МДМ).
К числу перспективных металлургических методов получения МДМ из любых токопроводящих материалов, в том числе и металлоотходов свин-цово-сурьмянистых сплавов, является электроэрозионное диспергирование (ЭЭД).
Реновация сплавов, в том числе и свинцово-сурьмянистых ССу3, будет способствовать ресурсосбережению, импортозамещению и обеспечению технологического суверенитета РФ.
Актуальность работы подтверждается ее поддержкой в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» и Всероссийского инженерного конкурса, организуемых и финансируемых Ми-нобрнауки РФ [1-19].
Целью настоящей работы является исследование коррозионных свойств свинцово-сурьмянистых сплавов, полученных искровым плазменным сплавлением диспергированных электроэрозией отходов сплава ССу3.
Материалы и методики
При решении поставленных задач использовались современные методы испытаний и исследований, в том числе: электродиспергирование метал-лоотходов осуществляли на оригинальной установке (Патент на изобретение РФ № 2449859); сплавление частиц свинцово-сурьмянистого сплава проводили методом искрового плазменного сплавления с использованием системы SPS 25-10 (Thermal Technology, США); на многоканальном поте-циостат-гальваностате Elins P-20X8 (Элинс, Россия) с программным обеспечением ES8 проводили исследования коррозионной стойкости; с помощью системы для измерения термоэлектрических характеристик ZEM-3 (Япония) проводили исследования удельного электрического сопротивления и др.
Результаты и их обсуждение
Результаты предварительных исследований показали влияние состава и структуры на коррозионные свойства новых свинцово-сурьмянистых сплавов.
Результаты исследования электрохимических свойств новых и промышленного свинцово-сурьмянистых сплавов представлены на рис. 1.
_ - 1 ~
РЫЗЬш
ССуЗ
РЬЙЬС
1/
Лт
-5 0 5 10 15 го 25 за 35 -10 15 50 55
Время, мин
а)
70 75 80 85 90 95
РЬ8ЫМ) ■ 1 %
ССуЗ
ж
\PbSbC
■1500
ШО 1500 2 ООО 2500 3000 3 500 4000 4500 5000
Электрический потенциал, мВ
б)
?! 1x10 £ 1x10'"
О 9x10 *
и ^
В 8x10
5 7x105 § 6x10"5
3 5x10"5 О
с- .
в 4x10
О -
4, 3x10
Ж 4
2 2x10
| 50 100 150 200
>1 Температура, °С
В)
Рисунок 1 - Результаты исследования электрохимических свойств новых и промышленного свинцово-сурьмянистых сплавов: а) измерение потенциалов разомкнутой цепи; б) измерение поляризационных кривых; в) измерение удельного электрического сопротивления
Отмечено, что свинцово-сурьмянистые сплавы из диспергированных электроэрозией частиц сплава ССу3, полученные искровым плазменным сплавлением в условиях быстрого нагрева и малой продолжительности рабочего цикла обладают высокими физико-механическими и электрохимическими свойствами, что достигается за счет подавления роста зерна и получения структуры с субмикронным зерном.
Анализ дифрактограмм фазового состава исследуемых сплавов в воде дистиллированной показал наличие в них оксида свинца РЬ304, оксида сурьмы БЬ204 и фазы чистого металла РЬ, а в керосине осветительном показал наличие фазы оксида РЬ203, соединения РЬ20С03 оксида сурьмы БЬ204 и фазы чистого металла РЬ, что связано с различием фазового состава исходной шихты.
Отмечено, что состав, структура и свойства диспергированных электроэрозией частиц сплава ССу3, зависящие в основном от рабочей среды (при прочих равных условиях), влияют на пористость и размер зерна сплава, а они в свою очередь на механические свойства изделий. Показано, что микротвердость в новых свинцово-сурьмянистых сплавах из диспергированных электроэрозией частиц сплава ССу3 понижается с увеличением размера зерна и пористости.
Экспериментально установлено, что новые свинцово-сурьмянистые сплавы, полученные искровым плазменным сплавлением электроэрозионной
шихты, обладают более высокой микротвердостью по сравнению с промышленными сплавами. Повышению микротвердости новых сплавов способствует высокая дисперсность и сферическая форма частиц, а также относительно мелкий размер зерна и низкопористая бездефектная структура. Антикоррозионный потенциал у новых сплавов оказался выше, чем у про-мышленно применяемых, это объясняется иным фазовым составом частиц, присутствием оксидных соединений, а также мелкозернистым строением. Отмечено, что повышению коррозионной стойкости новых свинцово-сурьмянистых сплавов способствует мелкий размер зерна и наличие в сплавляемых частицах оксидных фаз, таких как: РЬ203, РЬ304, БЬ204, РЬ20С03.
Выводы
В работе решена важная научно-практическая задача, направленная на повышение коррозионной стойкости свинцово-сурьмянистых сплавов, полученных искровым плазменным сплавлением электроэрозионных частиц сплава ССу3, имеющая важное значение для реновация сплава ССу3. Разработан способ получения коррозионно-стойкого свинцово-сурьмянистого сплава, отличающийся тем, что он получен искровым плазменным спеканием шихты при температуре 350 °С, давлении 50 МПа и времени выдержки 10 мин. из диспергированных электроэрозией частиц сплава ССу3 в воде дистиллированной (патент на изобретение РФ №2795311) и при температуре 350 °С, давлении 50 МПа и времени выдержки 10 мин. из диспергированных электроэрозией частиц сплава ССу3 в керосине осветительном (патент на изобретение РФ № 2805515).
Список литературы
1. Агеева, Е.В. Свойства свинцово-сурьмянистого сплава ССу-3, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в дистиллированной воде [Текст] / Е.В. Агеева, Г.Р. Латыпова, М.С. Королев, В.В. Чернов // Электрометаллургия. - 2023. - № 7. - С. 31-40.
2. Агеева, Е. В. Свойства свинцово-сурьмянистого сплава, изготовленного искровым плазменным спеканием электроэрозионных порошков, полученных в осветительном керосине [Текст] / Е.В. Агеева, Г.Р. Латыпова, Е.В. Агеев, М.С. Королев // Электрометаллургия. - 2024. - № 1. - С. 31-38.
3. Агеев, Е. В. Сравнение свойств свинцово-сурьмянистых сплавов, изготовленных искровым плазменным спеканием порошков, полученных электродиспергированием отходов сплава ССу3 в воде и керосине [Текст] / Е. В. Агеев, М. С. Королев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. - 2023.
- Т. 13, № 1. - С. 87-101.
4. Агеева, Е.В. Оптимизация процесса получения свинцово-сурьмянистых сплавов из электроэрозионной шихты, полученной из отходов сплава ССу3 [Текст] / Е.В. Агеева, М.С. Королев, А.С. Переверзев // Известия ВолгГТУ. Серия: Металлургия - 2023. - №7.
- С. 47-52.
5. Агеева, Е.В. Исследование элементного состава свинцово-сурьмянистых сплавов методом рентгенофлуоресцентного анализа [Текст] / Е.В. Агеева, М.С. Королев, Ю.С. Воробьев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. - 2020. - Т. 10, № 4. - С. 8-21.
6. Агеева, Е.В. Исследование процесса прессования и спекания шихты свинцово-сурьмянистого сплава ССу-3, полученной электроэрозионным диспергированием [Текст] / Е В. Агеева, О.Г. Локтионова, М.С. Королев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. - 2021. - Т. 11, № 4. - С. 821.
7. Агеева, Е.В. Структура и свойства порошков, полученных электродиспергированием свинцово-сурьмянистых сплавов в дистиллированной воде [Текст] / Е.В. Агеева, Р. А. Латыпов, М.С. Королев, Г.Р. Латыпова // Электрометаллургия. - 2022. - № 11. - С. 30-38.
8. Агеева, Е. В. Изучение параметров электродиспергирования отходов сплава ССу3 [Текст] / Е.В. Агеева, О.В. Кругляков, М.С. Королев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. - 2022. - Т. 12, № 2. - С. 5266.
9. Агеева, Е.В. Оптимизация процесса получения шихты свинцово-сурьмянистого сплава ССу3 электроэрозионным методом в воде дистиллированной / Е.В. Агеева, М.С. Королев, А.С. Переверзев, А.Е. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. - 2023. - Т. 13, № 2. - С. 86-97.
10. Ageeva, E.V. Structure and Properties of the Powders Fabricated by Electroerosion Dispersion of Lead-Antimony Alloys in Distilled Water [Text] / E.V. Ageeva, R.A. Latypov, M.S. Korolev, G.R. Latypova // Russian Metallurgy (Metally) - 2023. - Vol. 12 - Pp. 1616 -1621.
11. Агеева, Е. В. Получение порошкового материала из свинцово-сурьмянистой пластины кислотного аккумулятора [Текст] / Е.В. Агеева, М.С. Королев // Современные материалы, техника и технологии. - 2021. - № 1(34). - С. 4-12.
12. Агеев, Е.В. Рентгеноспектральный анализ свинцово-сурьмянистого сплава, полученного методом SPS синтеза из электроэрозионной шихты сплава ССу3 в керосине осветительном [Текст] / Е.В. Агеев, А.С. Переверзев, М.С. Королев, М.С. Брежнев // Перспективное развитие науки, техники и технологий: сб. науч. ст. 12-й Междунар. на-уч.-практ. конф. - Воронеж, 2023. - С. 45-48.
13. Королев, М. С. Анализ микроскопии электроэрозионных порошков, полученных методом электроэрозионного дисперигрования свинцово-сурьмянистого сплава ССу3 в дистиллированной воде [Текст] / М.С. Королев, Е.В. Агеев, М.Г. Манаенков // Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов: сб. науч. ст. 4-й Междунар. науч.-техн. конф. - Курск, 2023. - С. 67-71.
14. Королев, М.С. Изучение свойств свинцово-сурьмянистых сплавов [Текст] / М.С. Королев, Е. В. Агеева // Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ - 2020): сб. ст. XII Междунар. науч.-техн. конф. - Курск, 2020. - С. 188-193.
15. Королев, М. С. Свойства и методы производства пластин кислотных аккумуляторов [Текст] / М.С. Королев // Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ - 2021): сб. ст. XIII Междунар. науч.-техн. конф. - Курск, 2021. - С. 148-151.
16. Агеева, Е.В. Исследование влияния емкости разрядных конденсаторов на производительность процесса электроэрозионного диспергирования измельченной пластины сплава ССу-3 [Текст] / Е.В. Агеева, Б.Н. Сабельников, М.С. Королев // Автомобили, транспортные системы и процессы: настоящее, прошлое и будущее: сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф. - Курск, 2022. - С. 17-19.
17. Пат. 2782593 Российская Федерация, Способ получения свинцово-сурьмянистого порошка из отходов сплава ССу3 в воде дистиллированной [Текст] / Е.В. Агеев, М.С. Королев, А.Е. Агеева; заявитель и патентообладатель Юго-Западный гос. ун-т. -№ 2022109087; заявл. 26.04.2022; опубл. 31.10.2022.
18. Пат. 2795311 Российская Федерация. Способ получения свинцово-сурьмянистого
сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ССу3 в воде [Текст] / Е.В. Агеев, М.С. Королев, А.Е. Агеева; заявитель и патентообладатель Юго-Западный гос. ун-т. - № 2022128111; заявл. 31.10.2022; опубл. 02.05.2023.
19. Пат. 2802 693 Российская Федерация, МПК51 C1. Способ получения свинцово-сурьмянистых порошков из отходов сплава ССу3 в керосине осветительном [Текст] / Е.В. Агеев, М.С. Королев, А.Е. Агеева; заявитель и патентообладатель Юго-Западный гос. ун-т. - № 2022128104; заявл. 31.10.2022; опубл. 18.10.2023. Бюл. № 29.
Ageeva Ekaterina Vladimirovna, Doctor of Technical Sciences, Professor
Altukhov Alexander Yuryevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
Pikalov Sergey Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
Korolev Mikhail Sergeevich, PhD student
Ageeva Anna Evgenievna, student
Southwestern State University
(e-mail: ageeva-ev@yandex.ru)
INVESTIGATION OF THE CORROSION PROPERTIES OF LEAD-ANTIMONY ALLOYS OBTAINED BY SPARK PLASMA FUSION OF DISPERSED ELECTROEROSION OF SSU3 ALLOY WASTE
The work was carried out as part of the implementation of the development program of the Southwestern State University of the Priority 2030 project.
The results of a study of the corrosion properties of lead-antimony alloys obtained by spark plasma fusion of dispersed electroerosion of SSu3 alloy waste are presented. It is noted that the fine grain size and the presence of oxide phases in the alloyed particles, such as: Pb2O3, Pb3O4, Sb2O4, Pb2OCO3, contribute to the increase in corrosion resistance of new lead-antimony alloys. The paper solves an important scientific and practical problem aimed at improving the corrosion resistance of lead-antimony alloys obtained by spark plasma fusion of electroerosive particles of the SSu3 alloy, which is important for the renovation of the SSu3 alloy.
Key words: corrosion-resistant lead-antimony alloys, spark plasma fusion.
