CC BY
14«ШУШ(ШШиМ-Ши©Ма1> #И131)), 2022 / TECHNICAL science
27
TECHNICAL SCIENCE
УДК 625.21
Штефан В.В.
доктор техтчних наук, професор кафедри техтчно'г електрохгмИ Нацюнального технгчного унгвер-
ситету «Хартвський полгтехнгчний тститут», Хартв, Украгна
Баламут Н. С. астрант кафедри техтчно'г електрохгмИ Нацгонального технгчного унгверситету «Хартвський полгтехнгчний гнститут», Хартв, Украгна
Кануншкова Н.О.
PhD, науковий ствробгтник кафедри техтчно'г електрохгмИ Нацгонального технгчного утверситету «Хартвський полгтехнгчний гнститут», Харкгв, Украгна
DOI: 10.24412/2520-6990-2022-12135-27-30 КОРОЗ1ЙН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАЛ1 08Х18Н10/Сг СгОхМОу (М= Ti, Al, Si)
Shtefan V. V.
doctor of science in technical sciences, professor department of technical electrochemistry, National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute ", Kharkiv, Ukraine
Balamut N.S.
PhD student department of technical electrochemistry, National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute ",
Kharkiv, Ukraine Kanunnikova N.O.
PhD, research fellow department of technical electrochemistry, National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute ",
Kharkiv, Ukraine
CORROSION CHARACTERISTICS OF AISI 304 STEEL/CrCrOxMOy (M = Ti, Al, Si)
АнотацЯ
Нержавгюча сталь широко використовуеться як конструкцтний матергал у ргзних галузях промис-ловостг. Однак вона надзвичайно чутлива до локальних видгв корозгг. Для пгдвищення гг корозтно'г стшко-стг, на поверхню нанесли композитш покриття Cr CrOX модифгкованг оксидами титану, алюмтгю та кремнгю. Електроосадження здтснювали в гальваностатичному режимг при густиш струму 40-50А/дм2. Випробування на корозгю проводили методом поляризацшного опору в 3% розчинг NaCl.
В результатг електроосадження було отримано чорнг матовг покриття мгцно зчепленг з основою. Корозгйнг дослгдження вказують на доцгльтсть нанесення композитних покриттгв, та збгльшення зна-чення поляризацшного опору в ряду Si > Al > Ti.
Abstract
Stainless steel is widely used as a structural material in various industries. However, it is extremely sensitive to local types of corrosion. To increase its corrosion resistance, Cr • CrOX composite coatings modified with titanium, aluminum and silicon oxides were applied to the surface. Electrodeposition was performed in galvanos-tatic mode at a current density of 40-50 A/dm2. Corrosion tests were performed by the method of polarization resistance in 3% NaCl solution.
As a result of electrodeposition, black matte coatings were firmly bonded to the substrate. Corrosion studies indicate the feasibility of applying composite coatings and increasing the value of polarization resistance in the series Si > Al > Ti.
Ключовi слова: нержавiюча сталь, металоксидне покриття, корозшна стттсть, поляризацтний
отр
Keywords: stainless steel, metal oxide coating, corrosion resistance, polarization resistance
Вступ
Сплави на 0CH0Bi з^за, ншелю та хрому, зок-рема хромонiкелевi нержавiючi cr^i типу 08Х18Н10, знайшли широке застосування в проми-словосп, приладобудуванш та медичнш технщ, xi-Mi4Hrn, нафтох1шчнш, автомобшьнш промислово-сл. Однак в середовищах, що мктять хлориди, бро-мщи тощо сталь пщдаеться локальним видам корози [1-3]. В даний час ктотна увага придшя-
сться розробщ методш елекrроxiмiчного отри-мання композицшних покриттш, що мають покра-щеш фiзико-меxанiчнi властивосп. Електроосадження е цшною технолопею штенсифшаци пове-рхш для отримання композитних покриттш, що дозволяе !х модифшувати з метою покращення вла-стивостей [4]. З ще! точки зору, особливо приваб-ливим е отримання покриттш з оксидною матрицею хрому. За показниками корозшно! стшкосп хро-
28
TECHNICAL SCIENCE / «ШУУШШ1УМ-ШУГМа1> 2022
мовi оксиднi покриття не поступаються властивос-тями електролiтичним хромовим осадам [5-6]. За-вдяки вдалому поеднанню декоративного вигляду, шорсткш структурi осаду, оптичних та протикоро-зшних властивостей, хромовi оксиднi покриття ви-користовуються у рядi галузей, де до виробш вису-ваються специфiчнi вимоги та передбачаеться робота у жорстких умовах. Однак Гх отримання ускладнено, що стимулюе проведення дослвдниць-ких робiт у таких напрямках, як електроосадження з розчинш хромовоГ кислоти, так i з розчишв на ос-новi сполук Сг(Ш) [7-10]. Незважаючи на те, що ро-зробляються деякi альтернативи шестивалентному хрому, сьогоднi твердi хромовi покриття все ще е
обробкою, необхвдною для дуже вимогливих галузей промисловосп, оскшьки на даний момент немае iншого альтернативного процесу, який би досяг не-обхщних механiчних i трибологiчних характеристик [11-12].
Матерiали та методи
Синтез покриттiв. Режим електролiзу та склад електролтв, в яких були сформоваш покриття наведених у таблиц 1. В якостi катоду вико-ристовували пластину зi сталi 08Х18Н10 площею 4 см2, в якосп аноду - платину. Процес проводили в комiрцi об'емом 200 мл з постшною конвекцiею при температурi електролiту 18-25 °С [13].
Табл. 1
Склад електролтв та режим формування композитних оксидних покриттiв
Компоненти та режим осадження композитiв Номер електролiту та концентра^ компонентiв, г/л
1 2 3 4
СгОз 250 250 250 250
НзВОз 20 20 20 20
Ва(ОН)2 2 2 2 2
NaNOз 5 5 5 5
TiO2 50
ЛЪОз 50
SiO2•nH2O 20
Ук, А/дм2 40-50
г, °С 18-25
Т, хв 30-60
Поляризацтний оniр. Випробування на коро-зш проводили на зразках без та iз оксидними пок-риттями хрому шсля 1 години витримки в 3% роз-чинi NaQ. Змшу потенцiалу зразка (Е) оцшювали по вщношенню до хлоридсрiбного електрода, а його значения перераховували до н.в.е. Поляриза-цiйнi залежностi реестрували поблизу корозшного потенцiалу за допомогою потенцюстата 1РС-Рго. Протиелектродом служила платина.
Струм корозií розраховували за допомогою ви-мiрювань поляризацiйного опору Rp за вщомою формулою:
^кор
ЬАЬС
д.
2,303 (ЪАЪС) Значення Rp розраховували з нахилу криво! при потенцiалi корозií' [14-15].
Результати та обговорення
Синтез покриттiв. У данш робот осадження покритпв проводилося з використанням хромвмк-них електролтв, модифшованих оксидами титану,
алюмшш та кремнiю. Отриманi композитнi покриття мають чорний матовий колр i мiцно приляга-ють до основи.
Поляризацшний оniр. Нанесення покриття з оксиду хрому призводить до збiльшення поляризацшного опору Rp, але збiльшення ефекту спостерь гаеться при модифiкацií покриття оксидами титану, алюмшш або кремнш. Як видно з даних таблищ 3, значення поляризацшного опору для композиту Cr•CrOxSiOy збiльшуеться в 4 рази, а для компози-тш сгсюхтюу та сгсюхашу - в 10 разш порь вняно з покриттям СгСЮх. Аналiз розрахованих значень констант Тафеля показуе, що модифша^ полегшуе анодний процес. Проте величина корозшного струму к визначае значення поляризацшного опору, збшьшення якого, швидше за все, викликано збшьшенням електричного опору сформованого композиту за рахунок введення частинок оксиду титану, алюмшш або кремнш.
Табл. 2
Корозшм характеристики сталi без покриття, та iз хромовими оксидними покриттями
Параметри Композицiйнi оксидш покриття
сталь без покриття СгСЮх сгсюХтюУ СгСгОхА1хОу сгсюх^юУ
Яр, кОм-см2 3.0 7.8 82.3 69.6 29,1
Ъс, мВ 84 98 93 63 82
Ьа, мВ 91 86 63 52 76
в,, мВ 19 19 16 12 17
к, А/м2 1.24-10-6 5.09-10-7 4.06-10-8 3.59-10-8 5,87 П10-8
«ШУШ(ШШиМ-Ши©Ма1> #И©1)), 2022 / TECHNICAL science
29
На рисунку 1 показаш катодна та анодна вольтамперограми нержавшчо! сталi з композитами та без них. Електрох1шчне нанесення пок-риття з оксиду хрому на сталь призводить до зсуву потенщалу корози на ~ 700 мВ в позитивну область. Модифiкацiя композиту оксидами титану, алюмь ню або кремнно призводить до зворотного зсуву, а
саме в негативну сторону до 700 мВ, що на 200 мВ бшьше, шж значення для необроблено! сталi. Змь щення корозiйного потенцiалу свiдчить про змшу характеру управлiння процесом корози, тобто про вплив швидкосп катодно! та анодно! реакцiй на величину корози. Цей факт пщтверджуеться значениями констант Тафеля.
Рис. 1 - Поляризацшм залежностi cmmi без покриття (1), i3 покриттям Cr CrOx, (2), Cr CrOx TiOy, (3),
CrCrOx AlxOy (4), CrCrOx SiOy (5).
Висновки
Таким чином, електролiзом на поверхн нержавшчо! стат були сформован покриття Cr-CrOX-MOY (М= Ti, Al, Si). За результатами коро-зшних випробувань встановлено, що значення по-ляризацшного опору для покриття Cr- CrOx зростае майже у 3 рази у поргвнянт з нержавшчою сталлю. Однак при модифшащ! цих покритт оксидами титану, алюмшш або кремнш цей показник зростае у 4-10 разгв, що сввдчить про доцшьшсть викорис-тання таких покритт як корозшностшких.
Список використано! лiтератури:
1. Shtefan V., Kanunnikova N., Balamut N. Anodic oxidation of AISI 304 steel in acidic solutions. Proceedings of Odessa Polytechnic University. 2018. Vol.56, № 3. P. 89-94.
2. Alizadeh M., Teymuri A. Structure, indentation and corrosion characterizations of high-silicon Ni-Si nano-composite coatings prepared by modified electro-deposition process. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol.29, № 3. P. 608-616.
3. Shtefan V.V., Kanunnikova N.A., Leshchenko S.A. et al. Anodic dissolution of stainless steel in acid solutions. Записки Тавршсъкого нацюналъного yni-верситету iM. B.I. Вернадсъкого. 2019. Т. 30(69). №2. Ч.2. С.136-141.
4. Shtefan V.V., Kanunnikova N.O., Goncharenko T.Ye. Analysis of the structure and anticorrosion properties of oxide coatings on aisi 304 steel. Materials Science. 2021. Vol.57. P. 248-255.
5. Pedro de Lima-Neto, Adriana N. Correia, Renato A.C.Santana, Regilany P.Colares, Eduardo B.Barros, Paulo N.S.Casciano, Gustavo L.Vaz. Morphological, structural, microhardness and
electrochemical characterisations of electrodeposited Cr and Ni-W coatings. Electrochimica Acta. 2010. Vol.55. №6. P. 2078-2086.
6. Штефан В.В. Структура та елементний склад хромових оксидних покритт сформованих на сталi 08Х18Н10 / В.В. Штефан, Н.С. Баламут, Н.О. Кануншкова, О.О. Смирнов // Електрох1м1я сьогодення: здобутки, проблеми та перспективи: колективна монографгя. - Ки!в: МПБП "Гордон", 2021. - 191 с.
7. Adelkhani H., Reza Arshadi M. Properties of Fe-Ni-Cr alloy coatings by using direct and pulse current electrodeposition. Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol.476, № 1-2. P. 234-237.
8. Пат. на винахвд № 119022 Украша, МПК C25D 11/34. Споаб електрохiмiчного оксидування нержавшчо! сталi / Штефан В.В., Кануншкова Н.О., Баламут Н.С., Кобзев О.В.; заявник та власник патенту НТУ "ХШ". № а201807699; заявл. 09.07.2018; опубл. 10.04.2019, бюл. № 7.
9. Junqueira R.M.R., de Andrade Manfridini A.P., de Oliveira Loureiro C.R. et al. Morphological, chemical and mechanical characteristics of an anodic coating on stainless steel. Surface Engineering. 2013. Vol.29, 5. P. 379-383.
10. Shtefan, V.V., Kanunnikova, N.A. Oxidation of AISI 304 Steel in Al- and Ti-Containing Solutions. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2020. Vol. 56. P. 379-384.
11. Shtefan V., Kanunnikova N., Pilipenko A., Pancheva H. Corrosion Behavior of AISI 304 Steel in Acid Solutions. Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 6, №.P2. P. 149-156.
30
TECHNICAL SCIENCE / «ШУУШУПУМ-ШУШаУ» 2022
12. Rosa Junqueira M.R., Celia Loureiro R.O., Margareth Andrade S. et al. The chemical and mechanical characteristics of thermally aged interference thin films on stainless steel. Surface & Coatings Technology. 2009. Vol. 203. P. 1908-1912.
13. Пат. на кор. мод. № 147835 Украша, МПК C25D 11/34. Споаб формування захисних оксидних покриттш на нержавшчш cталi / Штефан В.В., Смирнова О.Ю., Кануннiкова Н.О. Баламут Н.С.; заявник та власник патенту НТУ "ХШ". - № u202008156; заявл. 21.12.2020; опубл. 16.06.2021, бюл. № 24.
14. Пат. на кор. мод. № 150138 Украша, МПК C25D 11/34. Споаб нанесення захисних хромвмк-них покриттш на нержавшчу сталь / Штефан В.В., Баламут Н.С., Канунншова Н.О.; заявник та власник патенту НТУ "ХШ". - № u2021 04222; заявл. 19.07.2021; опубл. 06.01.2022, бюл. № 1.
15. Shtefan V. and etc. Influence of chloride on the anode dissolution of aisi 304 steel / V. Shtefan and ete. // Science, research, development. Technics and technology: monografía pokonferencyjna, 29.11 -30.11.2018, Rotterdam. - Warszawa: Diamond trading tour, 2018. - No 11. - P. 62-64.
УДК: 502
Выставкина Елена Витальевна
студент
Санкт-Петербургский Государственный Архитектурно-Строительный Университет
DOI: 10.24412/2520-6990-2022-12135-30-32 ВОЗДЕЙСТВИЕ АЭРОЗОЛЕЙ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ
Vystavkina Elena Vitalevna
student
Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering EXPOSURE TO AEROSOLS IN THE MODERN WORLD
Аннотация
В данной статье рассматривается влияние аэрозолей, окружающих нас в повседневной жизни. Данная тема актуальна, так как качество атмосферного воздуха на прямую влияет на человека и Землю. Abstract
This article examines the influence of aerosols surrounding us in everyday life. This topic is relevant, because the quality of atmospheric air directly affects humans and the Earth.
Ключевые слова: аэрозоли, частицы, загрязнитель, парниковые газы. Key words: aerosols, particles, pollutants, greenhouse gases.
1. Аэрозоли
Когда мы говорим об аэрозолях, большинство людей думают об аэрозольных спреях, которые на самом деле являются продуктами, содержащими аэрозоли, поскольку это слово относится к самим частицам. Эти частицы также могут называться разными именами. Токсикологи называют аэрозоли ультратонкими, мелкими или грубыми веществами. Регулирующие органы и метеорологи обычно называют их твердыми частицами, в инженерных областях они обычно называются наночастицами, но обычно используются повседневные термины, такие как дым, пепел или сажа, которые относятся к источникам аэрозоля.
Климатологи склонны маркировать аэрозоли на основе их химического состава. Ключевые группы включают: сульфаты, органический углерод, черный углерод, нитраты, минеральную пыль и морскую соль. Это не идеальная система, так как аэрозоли часто собираются вместе и образуют сложные смеси, но она полезна, потому что разные типы аэрозолей могут вызывать разные эффекты.
2. Влияние аэрозолей на здоровье человека
Аэрозоли являются одним из основных загрязнителей воздуха, что приводит к преждевременной смерти миллионов людей каждый год, поскольку
они повреждают легкие и даже попадают в кровоток. Как острое, так и хроническое влияние загрязнения воздуха связано с повышенным риском гибели от сердечно-сосудистых заболеваний, включая ишемическую болезнь сердца, сердечную недостаточность и тромботические инсульты.
Также подтверждено, что твердые частицы являются главным эндокринным разрушителем, содействующим развитию метаболических заболеваний, таких как ожирение и диабет, которые являются аспектами риска развития сердечно -сосудистых заболеваний.
Помимо излишней смертности, загрязнение воздуха связано с существенным сокращением здоровых лет жизни и уменьшением производительности труда. Реальное число смертей составляет около 8,8 миллиона в год, что означает, что токсичный воздух убивает больше людей, чем курение.
3. Влияние на климат
Аэрозоли влияют на климат так же сильно, как и парниковые газы, но совершенно по-другому. Они способны рассеивать солнечный свет, что означает, что они фактически охлаждают планету, отражая около 1/4 солнечных лучей обратно в космос.
