CC BY
10
УДК 620.197
Кузенков Ю.А., Олейник С.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ БЕСХРОМАТНЫХ КОНВЕРСИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ЛИТИЙСОДЕРЖАЩИХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ
Кузенков Юрий Александрович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории Высокотемпературных коррозионных испытаний в водных средах
Олейник Сергей Валентинович, кандидат химических наук, заведующий лабораторией Высокотемпературных коррозионных испытаний в водных средах Email: kuzenkovipc@rambler.ru
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской Академии Наук, Москва, Россия 119071, Москва, Ленинский проспект, 31, корп. 4
Легирование литием снижает удельный вес алюминиевых сплавов и повышает их удельную прочность, поэтому применение литийсодержащих сплавов позволяет улучшить эксплуатационные характеристики изготовленных из них конструкций и приборов. В работе были исследованы бесхроматные конверсионные покрытия для защиты сплавов 1441 и 1424. Показано, что наполнение конверсионных покрытий ингибиторами коррозии позволяет эффективно защищать эти сплавы в условиях городской атмосферы в течение 2 и более лет. Ключевые слова: литийсодержащие алюминиевые сплавы, ингибиторы коррозии, бесхроматные конверсионные покрытия, натурные коррозионные испытания.
STUDY OF PROTECTIVE PROPERTIES OF CHROMATE-FREE CONVERSION COATINGS ON LITHIUM-CONTAINING ALUMINUM ALLOYS
Kuzenkov Y.A., Oleynik S.V.
Frumkin Institute of Physical chemistry and Electrochemistry Russian academy of sciences
Alloying with lithium reduces the specific gravity of aluminum alloys and increases their specific strength; therefore, the use of lithium-containing alloys makes it possible to improve the performance characteristics of structures and devices made from them. Chromate-free conversion coatings for the protection of alloys 1441 and 1424 were studied. It is shown that conversion coatings with corrosion inhibitors can effectively protect these alloys in an urban atmosphere for 2 or more years.
Key words: lithium-containing aluminum alloys, corrosion inhibitors, chromate-free conversion coatings, atmospheric corrosion tests.
Сплавы системы Al-Mg-Li высоко ценятся в промышленности и авиастроении благодаря сочетанию высокого модуля упругости и пониженной плотности. Однако этот сплав также как и многие обладает невысокой стойкостью к питтинговой коррозии. Для формирования защитных конверсионных покрытий на алюминиевых сплавах длительное время использовались хроматсодержащие конвертирующие составы. Однако сейчас их применение ограничено по экологическим соображениям. Многие обработки, основанные на бесхроматных конверсионных покрытиях, были уже исследованы и даже применялись в промышленности. Тем не менее, ни одна из них не обеспечивает достаточной коррозионной защиты алюминиевых сплавов, соответствующей строгим авиационным требованиям [1, 2], и не может полноценно заменить конверсионные покрытия на основе шестивалентного хрома. Ранее показана возможность получения защитных конверсионных покрытий на алюминиевых сплавах систем Al-Mg, Al-Mg-Cu и Al-Mg-Cu-Zn в щелочных растворах типа ИФХАНАЛ, модифицированных различными
комплексообразующими агентами [3, 4]. В связи с этим, в настоящей работе были исследованы модификации конвертирующего состава ИФХАНАЛ-3 с добавками комплексообразующих агентов с целью усиления защитных свойств конверсионных
покрытий на сплавах системы Al-Mg-Li 1424 и 1441 и проведены натурные испытания таких покрытий.
При оксидировании в течение 50 минут образцов сплава 1424 в исследуемых конвертирующих составах образовались хорошо сцепленные с подложкой конверсионные покрытия, толщиной от 2.1 до 6.5 мкм. Анодные поляризационные кривые для полученных конверсионных покрытий на сплаве 1424 в хлоридсодержащем боратном буферном растворе без наполнения имеют сходный вид: потенциал питтингообразования равен 0.05В и смещён на 0.5В в положительную сторону, относительно образца без покрытия. Область пассивного состояния для таких покрытий составила 0.6В. Данные
рентгеноспектрального микроанализа показывают, что полученные конверсионные покрытия на сплаве 1424 представляют собой сложную гетерооксидную структуру. Они состоят из оксидов А1, Mg, Si и Zn.
Наполнение полученных конверсионных покрытий в растворе ингибитора коррозии ИФХАН-25 способствует усилению их защитных свойств в хлоридсодержащих средах (рис. 1). По сравнению с немодицифированным покрытием слабее
наполняются в растворе ингибитора коррозии покрытия, полученные в растворах ИФХАНАЛ 3 + бензотриазол (БТА) и ИФХАНАЛ 3 + нитрилотриуксусная кислота (НТУ). Потенциал питтингообразования для них смещён на 0,3В и на
0,1В в отрицательную сторону относительно потенциала питтингообразования для
немодифицированного покрытия. После наполнения лучше проявляют себя покрытия, полученные в растворах с добавлением Трилона-Б. Наибольший эффект наполнение даёт в случае покрытия, полученного в растворе ИФХАНАЛ-3+Трилон-Б+БТА. Область пассивного состояния для него составила около 1.7В, а потенциал питтингообразования равен 1.1В.
-0,7 -0,5 -0.3 -0,1 0,1 0.3 0,5 0,7 0,9 1,1
Рис. 1. Анодные поляризационные кривые сплава 1424 в боратном буферном растворе, содержащем 0.01М №0 (рН 7.4), с покрытиями, с последующим наполнением в растворе ингибитора ИФХАН-25, полученные в следующих растворах: 1-Без покрытия, 2 - ИФХАНАЛ-3, 3 -ИФХАНАЛ-3+Трилон-Б, 4 - ИФХАНАЛ-3+БТА, 5 -ИФХАНАЛ-3+ Трилон-Б + БТА, 6 - ИФХАНАЛ-3+ НТУ.
При оксидировании образцов алюминиевого сплава 1441 в конвертирующем составе ИФХАНАЛ-3 и его модификациях на их поверхности образуются конверсионные покрытия толщиной 4-5 мкм. Они также представляют собой сложную гетерогенную структуру из оксидов алюминия, магния, кремния и меди. Существенно повысить защитные свойства таких покрытий можно с помощью наполнения их в растворе ингибитора коррозии ИФХАН-25 с добавлением бензотриазола. По данным поляризационных измерений (рис. 2), наилучшие защитные свойства имеют наполненное немодицифированное покрытие, для которого потенциал питтингообразования смещается в положительную сторону до значения +1,9В, и наполненное покрытие, полученное в конвертирующем составе с добавлением БТА. Для такого покрытия потенциал пробоя смещается в положительную сторону до значения 2,8В.
Рис. 2. Анодные поляризационные кривые сплава 1441 в боратном буферном растворе, содержащем 0.01М NaCl (рН 7.4), без покрытия (1) и с покрытиями, полученными в растворах: 2 -ИФХАНАЛ-3 с наполнением в ИФХАН-25 с БТА, 3 - ИФХАНАЛ-3 с добавлением БТА и последующим наполнением в ИФХАН-25 с БТА.
Согласно данным натурных коррозионных испытаний, в течение двух лет на образцах алюминиевых сплавов 1441 и 1424 без покрытия образовались многочисленные точечные
коррозионные поражения. Первые питтинги образовались на поверхности образцов после 6 месяцев испытаний, а в последующие 6 месяцев питтинги равномерно заняли всю поверхность образцов. В течение 2 лет натурных испытаний на поверхности образцов с немодифицированным наполненным покрытием ИФХАНАЛ-3 и покрытием, полученным в растворе с добавлением БТА, коррозионных поражений обнаружено не было. Однако следует отметить набухание конверсионного покрытия с течением времени. Первые признаки набухания покрытий начали наблюдаться спустя 1 год после начала проведения натурных испытаний. Тем не менее, это не привело к отслаиванию покрытий или началу образования коррозионных поражений.
Список литературы
1. R.A. Lane, C. Fink, C. Grethlein, Analysis of alternatives to hexavalent chromium: a program management guide to minimize CrVI use, AMMTIAC, AMMT-39 (2012)
2. A.M. Pereira, G. Pimenta, B.D. Dunn, Assessment of Chemical Conversion Coatings for the Protection of Aluminum Alloys. A Comparison of Alodine 1200 with Chromium-free Conversion Coatings, ESA STM-276 (2008).
3. Кузнецов Ю. И., Олейник С. В., Корякин А. С. Влияние модифицирующих добавок на защитные свойства конверсионных покрытия ИФХАНАЛ-3 на алюминиевом сплаве Д16. // Коррозия: материалы, защита. 2016. № 8, с. 42-45.
4. Кузнецов Ю. И., Олейник С. В., Казанский Л. П. Защитные субмикронные покрытия на сплаве АМГ-3 // Коррозия: материалы, защита. 2015, №12, с. 26-30.
