CC BY
13
УДК 620.193
И. О. Исхакова, С. С. Виноградова
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ГАЛЬВАНОДИНАМИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Ключевые слова: хромоникелевые стали, питтинговая коррозия, модификация поверхности, флуктуации потенциала, граничные частоты перехода поверхности, совершенствование поверхности.
Рассмотрен процесс модификации поверхности сталей 12Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т, 08Х22Н6Т и 08Х21Н6М2Т в условиях гальванодинамической поляризации. Показано влияние плотности тока и частоты переменной составляющей тока на продолжительность процесса совершенствования поверхности. Показана возможность делокализации процесса питтинговой коррозии хромоникелевых сталей.
Keywords: stainlesssteel, pitting corrosion, surface modification, potential' fluctuations,boundary transition frequency surface, improvement of surface.
The process of surface modification of steel 12X18H10T, 08H17N13M2T, 08H22N6T and 08H21N6M2T atgalvanodynamic polarization is considered. The influence of current density and frequency of the AC component on the duration of the process of surfaceimprovingis demonstrated. The possibility of delocalization ofpitting corrosion of chromium-nickel steels is demonstrated.
Модификация поверхности хромоникелевых сталей в условиях гальванодинамической поляризации (при наложении переменной составляющей тока на постоянную составляющую) приводит к стабилизации либо активно-пассивного состояния поверхности (установившееся динамическое равновесие процессов зарождения и пассивациипиттингов), соответствующего процессу ее совершенствования, либо локально-активного (рост устойчивого питтин-га), характерного для процесса ее деградации. Достижение данного состояния поверхности определяется граничными частотами перехода, а поддержание этого состояния - выдержкой поверхности исследуемых электродов при данной частоте. Возможность делокализации процесса питтинговой коррозии за счет совершенствования поверхности позволяет рассматривать гальванодинамический метод как один из способов защиты хромоникелевых сталей [1,2].
Цель данной работы заключалась в определении влияния плотности тока и частоты переменной составляющей тока на продолжительность процесса совершенствования поверхности на примере хромо-никелевых сталей 12Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т, 08Х22Н6Т и 08Х21Н6М2Т.
Исследования были проведены в стандартной электрохимической ячейке ЯСЭ-2 в растворе 0,1 моль/л NaCl при комнатной температуре. Рабочая поверхность электродов составляла 10 см2. В качестве электрода сравнения использовали хлоридсе-ребряный электрод марки ЭВЛ - 1МЗ, в качестве вспомогательного электрода - платиновый электрод. Исследования проводили при плотностях анодного тока в диапазоне от 1 до 15 мкА/см2 и наложении синусоидальной переменной составляющейтока на постоянную составляющую.
Экспериментальная установка включала в себя потенциостат - гальваностат «IPC - Pro», генератор сигналов специальной формы Г6-27 и персональный компьютер.
Процесс модификации поверхности исследуемых сталей изучали по изменению характера колебаний
потенциала и по форме вольтамперных характеристик. Наложение переменной составляющей тока на постоянную составляющую и последующее изменение ее значений (движение из высокочастотной области в низкочастотную и наоборот) обусловили перевод поверхности из локально-активного состояния в активно-пассивное. Наблюдаемые переходы поверхности из одного состояния в другое фиксировали по средним и максимальным значениям потенциала поляризуемого электрода (Еср. И Етах), а значения граничных частот (:Ггр), соответствующих этим переходам, различались в зависимости от того, из какой области начиналось изменение частоты переменной составляющей тока. Перевод поверхности в активно-пассивное состояние сопровождалось смещением флуктуаций потенциала образования питтингов в положительную область и увеличением их амплитуды.
Поверхность стали 08Х21Н6М2Т (рис. 1) находится в локально-активном состоянии в условиях гальваностатической поляризации (]а = 1 мкА/см2), но начиная с 3000 с. при наложении синусоидальной переменной составляющей токачастотой йр. = 0,01 Гц поверхность начинает переходить в активно-пассивное состояние. В диапазоне частот 0,02-0,04 Гц по мере движения в высокочастотную область идет процесс совершенствования поверхности, при частоте 0,06 Гц процесс модификации поверхности характеризуется ее деградацией и поверхность снова переходит в локально-активное состояние.
Для стали 08Х17Н13М2Т при = 5 мкА/см2 процесс деградации поверхности начинается при частоте 0,02 Гц [3].
Вид хронопотенциограммы для стали 08Х22Н6Т (рис. 2) свидетельствует о том, что при плотности анодного тока 5 мкА/см2 в условиях гальваностатической поляризации на поверхности электродов появляются устойчивые питтинги. Перевод поверхности из локально-активного состояния в активно-пассивное осуществляется при граничной частоте 0,01 Гц. В диапазоне частот 0,01 - 0,06 Гц на поверхности стали устанавливается динамическое
равновесие процессов зарождения и пассивации питтингов, что приводит к ее совершенствованию.
600 -500 -400 -300 200 100 0
-100 --200 -
Е, Mit Активно-пассивное состояние
Локально -активнф состояние
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Время, с.
Рис. 1 - Хронопотенциограмма стали 08Х21Н6М2Т в растворе 0,1 моль/л КаС1в условиях гальваностатической и гальванодинамической поляризации при средней плотности тока 1 мкА/см2, /гр= 0,01 Гц (- - - кривая совершенствования поверхности и---кривая ее деградации)
700 600 500 -400 -300 -200 100 0 100 ■200 J
Е, мВ
Активно-пассивное состояние
Л-А состояние
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Время, с.
Рис. 2 - Хронопотенциограмма стали 08Х22Н6Т в растворе 0,1 моль/л КаС1 в условиях гальваностатической и гальванодинамической поляризации при средней плотности тока 5 мкА/см2, /гр= 0,01 Гц (---кривая совершенствования поверхности)
Поверхность сталей 12Х18Н10Т (]а = 5 мкА/см2, в диапазоне частот от 0,6 до 0,01 Гц и от 0,0004 до 0,005 Гц) и 08Х21Н6М2Т (¡а = 5 мкА/см2, в диапазоне частот от 0,6 до 0,02 Гц) продолжает оставаться в локально-активном состоянии [3]. В этих условиях на поверхности исследуемых сталей сохраняются и продолжают расти питтинги, иналожение частоты переменной составляющей тока не позволяет перевести поверхность в активно-пассивное состояние, тем самым делокализации процессапиттинговой коррозии нет.
Перевод поверхности исследуемых сталей в активно-пассивное состояние при наложении определенной частоты, экспериментально подобранной для каждого случая, в условиях гальванодинамической модификации поверхности обеспечивает вытравливание ее слабых мест или ее совершенствование. Поддержание этого состояния при сохранении средней плотности поляризующего тока и в определенном диапазоне частот приводит к возникновению динамического равновесия зарождения и пассивации питтингов, что приводит к делокализации процесса питтинговой коррозии.
Полученные хронопотенциограммы для исследуемых сталей были обработаны с использованием программы на базе языка программирования С# в среде разработки Visual Studio 2010 на платформе NetFramework [3]; результаты обработки представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Влияние плотности тока и частоты перехода поверхности из локально-активного состояния в активно-пассивное на продолжительность процесса совершенствования [3]
Марка стали Плотность тока, мкА/см2 5р, Гц Время совершенствования, с. Еср., мВ Етах, мВ
5 0,02 11547 316 692
12Х18Н10Т 5 0,005 13354 320 750
10 0,1 3798 255 647
15 0,2 3861 232 667
08Х17Н13М2Т 5 1686 217 531
1 1520 271 445
08Х22Н6Т 2 0,01 2757 280 548
5 1702 263 595
10 2519 295 741
1 1927 236 553
08Х21Н6М2Т 2 1833 300 592
5 0,015 1754 266 616
10 0,02 934 292 754
Из табл. 1 видно, что для стали 12Х18Н10Т время совершенствования поверхности от плотности поляризующего тока имеет экстремальную зависимость, для стали 08Х21Н6М2Т с ростом плотности тока время совершенствования поверхности уменьшается, а средние и максимальные значения потенциалов образования питтингов с ростом плотности тока увеличиваются для сталей 08Х22Н6Т и 08Х21Н6М2Т [3].
Наложение высокой частоты переменной составляющей тока приводит к тому, что электрод продолжает оставаться в локально-активном состоянии, о чем свидетельствуют вольтамперные характеристики, принимающие эллипсообразную форму [4]. Понижение частоты переменной составляющей тока за счет пропускания большего количества электричества в каждом цикле поляризации способствует смене режима растворения-переходу поверхности в активно-пассивное состояние, соответствующее ее совершенствованию (вольтамперные кривые имеют вид восьмерок [4]). Перевод поверхности в режим совершенствования сопровождается резким увеличением амплитуды колебаний потенциала на хроно-потенциограммах (рис. 1, рис. 2). Дальнейшее понижение частоты переменной составляющей тока способствует развитию устойчивыхпиттингов, вследствие чего возрастает площадь активной поверхности, в этом случае вольтамперные кривые принимают сложный вид (рис. 3).
Рис. 3 - Вольтамперная кривая, характерная для активно-пассивного режима локального растворения стали 12Х18Н10Т(5 мкА/см2; 0,003 Гц)
Выводы
1. Исследованы процессы совершенствования и деградации поверхности хромоникелевых сталей в условиях гальваностатической и гальванодинамической поляризации.
2. Определены граничные частоты перехода поверхности из локально-активного состояния в активно-пассвное для исследуемых сталей и установлена их зависимость от средней плотности поляризующего тока.
3. Установлено, что вид вольтамперных кривых позволяет разграничить области локально-активного и активно-пассивного состояния поверхности.
4. Показано, что перевод поверхности в активно-пассивное состояние обеспечивает делокализацию процесса питтинговой коррозии, а продолжительность поддержания этого состояния определяет время совершенствования поверхности.
Литература
1. Розенфельд, И. Л. Новые методы исследования локальной коррозии / И. Л. Розенфельд, И. С. Данилов // Новые методы исследования коррозии металлов. - М.: Наука, 1973. - С. 193-201.
2. Кайдриков, Р.А. Питтинговая коррозия металлов и многослойных систем (исследование, моделирование, прогнозирование, мониторинг) / Р. А. Кайдриков, С.С. Виноградова // Вестн. Казан.технол. ун.-та. - 2010. - №4. - С. 212-227.
3. Исхакова, И.О. Модификация поверхности хромоникелевых сталей в условиях нестационарной поляризации: дис...канд. хим. наук / И. О. Исхакова. - Казань, 2014. - 120 с.
4. Исхакова, И.О. Коррозионно-электрохимическое поведение сталей 08Х21Н6М2Т и 12Х18Н10Т в условиях гальванодинамической поляризации / И.О. Исхакова, С.С. Виноградова, В.И. Харламов // Вестник Казан. тех-нол. ун. -та. - 2012. - Т.15. - №23. - С.69-70.
© И. О. Исхакова - канд. хим. наук, доц. каф. ТЭП КНИТУ, inna-ego@mail.ru; С. С. Виноградова - канд. техн. наук, декан ФХТ КНИТУ, доц. каф. ТЭП КНИТУ, vsvet@kstu.ru.
© 1 O. Iskhakova - associate professor department of electrochemical engineering KNRTU, inna-ego@mail.ru; S. S. Vinogradova -associate professor department of electrochemical engineering KNRTU, vsvet@kstu.ru.
