CC BY
6
УДК 620.193
Аверкиев И.К., Бакиева О.Р., Решетников С.М.
ИЗМЕНЕНИЕ КОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ Cu-Mn И Cu-Ni В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНАМИ С РАЗЛИЧНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ
Аверкиев Игорь Кронидович, аспирант, младший научный сотрудник, e-mail: averkiev1997@mail.ru; Бакиева Ольга Ринатовна, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник; Решетников Сергей Максимович, д.х.н., старший научный сотрудник;
Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Ижевск, Россия
426067, Удмуртская республика, г. Ижевск, ул. Татьяны Барамзиной, д. 34
Проведен сравнительный анализ влияния ионов азота и кислорода на химический состав и электрохимические свойства сплавов Cu-Ni, Cu-Mn. По результатам исследования показано, что изменение электрохимического поведения сплавов Cu-Ni, Cu-Mn обусловлено не только с образованием новых химических соединений, но и сегрегацией на поверхность металлов более электроотрицательных, чем медь.
Ключевые слова: медные сплавы, поверхность, ионное облучение, электрохимическое поведение, пассивация.
CHANGE IN CORROSION PROPERTIES OF CU-MN AND CU-NI ALLOYS AS A RESULT OF EXPOSURE TO IONS WITH DIFFERENT CHEMICAL ACTIVITIES.
Averkiev I. K., Bakieva O.R., Reshetnikov S. M.
Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia A comparative analysis of the influence of nitrogen and oxygen ions on the chemical composition and electrochemical properties of Cu-Ni, Cu-Mn alloys was carried out. It was shown that the change in the electrochemical behavior of the Cu-Ni, Cu-Mn alloys is due not only to the formation of new chemical compounds, but also to the segregation of metals on the surface that are more electronegative than copper.
Keywords: copper alloys, surface, ion irradiation, electrochemical behavior, passivation.
Введение
Для изучения влияния обработки поверхности ионами с различной химической активностью, определенный интерес представляют сплавы меди, которые широко используются как конструкционные материалы [1, 2]. С точки зрения коррозионно-электрохимического поведения значительный интерес представляют сплавы меди с марганцем и никелем. Данные сплавы состоят из меди, электроположительного металла, для которого стандартный окислительно-восстановительный
потенциал Eo (Си2+/Си) = 0.34 В и из электроотрицательных металлов, марганца и никеля, для которых окислительно-восстановительные потенциалы соответствуют значениям E0 (Мп2+/Мп) =-1,05 В и Eo (№2+/№) = -0.25 В. В связи с этим в первую очередь окисляются атомы марганца и никеля с образованием оксидной (гидроксидной) пленки, что приводит к пассивации и уменьшению анодных токов [3]. При облучении ионами азота и кислорода, которые обладают разной химической активностью и, как следствие, оказывают разное влияние на структуру и химический состав поверхности.
Ожидается, что при одинаковых параметрах облучения ионами кислорода и азота разница в химической природе имплантируемых ионов приведет к изменению коррозионных свойств сплавов ^^п и Поэтому целью данной работы
являлось исследование изменений в химическом составе, а также изучение коррозионно-электро-
химических свойств поверхности сплавов ^^п и Си-№ после облучения ионами кислорода и азота. Было предположено два вероятных механизма действия на поверхность ионов азота и кислорода:
1) Химически активные ионы кислорода вносят изменения преимущественно в химический состав.
2) Ионы азота вносят структурные изменения в поверхность, без образования азотной фазы.
Экспериментальная часть
Проведена серия экспериментов по облучению поверхности сплавов Cu8oNi2o, Си8оМп2о ионами азота и кислорода в импульсно-периодическом режиме. Облучение проводили в ионно-лучевой установке на базе сверхвысоковакуумного поста УСУ-4 с источником ионов «Пион-1М» в импульсно-периодическом режиме с длительностью импульсов 1 мс и частотой следования 100 Гц, плотностью тока в импульсе 100 мкА/см2, флюенс 1017 ион/см2, энергия ионов азота и кислорода составляла 20 кэВ.
Коррозионно-электрохимические исследования необлученных и облученных образцов проводили путем снятия анодных потенциодинамических кривых в боратно-буферном растворе при pH = 7,4. Использовали потенциостат EcoLab 2A-500. Растворы готовили на дистиллированной воде. Аэрация растворов естественная, температура 20±2°С Использовалась стандартная
электрохимическая ячейка типа ЯСЭ-2. Электрод сравнения - насыщенный хлорид-серебряный. Скорость сканирования потенциала при снятии потенциодинамических кривых 2 мВ/с. Перед
снятием анодных потенциодинамических кривых образцы после погружения в растворы поляризовались при потенциале 1100 мВ в течение 10 - 15 минут для снятия первичной воздушно-оксидной пленки.
Результаты и их обсуждение На рис. 1 представлены результаты электрохимических исследований сплавов Сщо№2о, Си8оМп2о. Для сплава Сщо№2о (рис.1а) облучение ионами азота приводит к снижению тока в области активного растворения, и образец плавно подвергается пассивации, по сравнению с необлученным образцом. Так же наблюдается более ранний переход в состояние перепассивации. В
60
-1000
катодной области после облучения плотности тока ниже по модулю, что говорит о торможении катодного процесса, в частности происходит восстановление кислорода до гидроксильных групп.
Для сплава СщоМп2о в катодной области существенных изменений поляризационной кривой не выявлено, что говорит о слабом влиянии облучения на катодные процессы. После облучения ионами азота токи в области активного растворения выше, однако, увеличен отрезок потенциалов пассивации по сравнению с необлучённым образцом. Вероятно, эти процессы связаны с сегрегацией марганца на поверхность образцов.
1 ПЛ
исх.сост. обл^ионами N обл. ионами О
Рис. 1 Потенциодинамические кривые образцов Си80№20 (а) и Си80Мп20 (б) в боратном буферном растворе при рН = 7,4
до и после облучения ионами азота и кислорода
Для случая облучения ионами кислорода сплава Сщо№2о в анодной области ожидаемый положительный эффект от ионной имплантации не был достигнут. Это видно из увеличения анодных токов в образце после облучения. Возможно, что рост анодного тока стал следствием разрыхления поверхности при имплантации и сегрегации никеля.
Ситуация для сплавов состава СщоМшо схожа с Сщо№2о сплавом. Исходя из данных коррозионных исследований, можно сделать предположение, что облучение кислородом активирует поверхность сплава, вероятно, способствует переходу марганца в раствор. Ожидалось, что большое количество оксидов марганца на поверхности улучшит коррозионные свойства образца, но поляризационные кривые облученного и необлученного образцов идентичны в области пассивного состояния, более того, перепассивация для облученного образца наступает несколько раньше, чем для необлученного.
Выводы
На основании проделанной работы были сделаны следующие выводы.
1) Проведенные исследования позволяют сделать предположение о влиянии облучения кислородом и азотом на катодные процессы, в частности на катодное электрохимическое восстановление кислорода до гидроксильных групп. Показано что возникает смещение реакции, которое возможно вызвано образованием гидроксильных ионов на поверхности сплава - активных центров, адсорбирующих либо воду, либо кислород, либо оба компонента.
2) Наиболее благоприятное влияние на коррозионную стойкость было выявлено для сплава Cu80Ni20 нейтральной среде после облучения ионами азота. Токи анодного растворения в сравнении с необлученными образцам уменьшились в два раза и потенциал перепассивации сместился в более положительную область, что говорит об улучшении защитных свойств.
3) На образцы состава CusoMn2o в катодной области имплантация ионов азота и кислорода оказывает меньшее влияние, чем на образцы Cu8oNi2o. Предполагается, что образование соединений марганца на поверхности образцов в результате ионного облучения не позволяет добиться улучшения защитных свойств.
Работа выполнена по плану НИР с частичной финансовой поддержкой проекта Президиума РАН № 18-10-2-25. Работа была выполнена с использованием оборудования ЦКП «Поверхность и новые материалы» УдмФИЦ УрО РАН
Список литературы
1. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М.: Физматлит, 2002, 336 с.
2. Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный: Интеллект, 2011. 564 с.
3. Kear G., Barker B.D., Stokes K., et.al. Electrochemical Corrosion Behaviour of 90—10 Cu—Ni Alloy in Chloride-Based Electrolytes// J. Appl. Electrachem. 2004. Vol 34. № 7. P. 659-669.
