CC BY
9
УДК 620.197.3; 621.7.029
Болд А., Фогель Л.А., Сасыкова Л.Р.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛИ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
1 2
Болд Амангуль ' , научный сотрудник лаборатории электрохимии и коррозии ИТКЭ им. Д.В.Сокольского, докторант 2 курса химии и химической технологии, Казахский национальный университет им. аль-Фараби, e-mail:b.amangul@,inbox.ru
Фогель Лидия Алексеевна1 - к.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории электрохимии и коррозии «ИТКЭ им. Д.В.Сокольского»
1АО «Институт Топлива, Катализа и Электрохимии им. Д.В. Сокольского», Алматы, Казахстан, 050010, ул. Д. Кунаева, 142
2
Сасыкова Лариса Равильевна , к.х.н., профессор кафедры физической химии, катализа и нефтехимии 2Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан
Постоянно возрастающие требования к защитным покрытиям с антикоррозионными свойствами приводят к необходимости совершенствования процесса их формирования. Для этого необходимы надежные, легко определяемые критерии защитных свойств и качества формируемых антикоррозийных покрытий. На сегодняшний день предложено большое количество методов оценки защитных свойств антикоррозионных покрытий на поверхности металла [1, 2]. Поскольку все процессы коррозии обусловлены протеканием электрохимических реакций, для оценки и контроля защитных свойств антикоррозионных покрытий могут быть использованы электрохимические методы [3], которые характеризуется высокой экспрессностью и точностью измерений. Данная работа посвящена разработке легко определяемого критерия оптимальных условий формирования фосфатных и оксидно-циркониевых покрытий на железе методом циклической вольтамперометрии.
Ключевые слова: фосфатные покрытия, оксидно-циркониевые покрытия, вольтамперометрия, коррозионная стойкость, адгезия.
DETERMINATION OF PROTECTIVE PROPERTIES OF ANTICORROSION COATINGS ON STEEL BY VOLTAMMETRIC METHODS
Bold A.12*, Fogel L.A.1, Sassykova L.R.2
1D.V. Sokolsky Institute of Fuels, Catalysis & Electrochemistry, 142, D. Kunaev str., 050010 Almaty, Kazakhstan 2Faculty of Chemistry and Chemical Technology, Al-Farabi Kazakh National University, 71, al-Farabi ave., 050040, Almaty, Kazakhstan
Constantly increasing requirements for protective coatings anticorrosive properties result in a need to improve the process of their formation. For this purpose, reliable easily defined criteria for the protective properties and quality of the formed anti-corrosion coatings are necessary. To date, a large number of methods have been proposed for assessing the protective properties of anticorrosion coatings on a metal surface [1, 2]. Since all corrosion processes are due to the occurrence of electrochemical reactions, electrochemical methods can be used to control the protective properties of anticorrosion coatings [3], which is characterized by high expressivity and accuracy of measurements. This work is devoted to the development of an easily defined criterion for optimal conditions for the formation ofphosphate and oxide-zirconium coatings on iron using the cyclic voltammetry method.
Keywords: phosphate coatings, zirconium oxide coatings, voltammetry, corrosion resistance, adhesion
Предлагаемый нами подход к определению коррозионной стойкости фосфатных покрытий основан на сравнении циклических вольтамперных кривых, полученных на обновленной поверхности железного электрода, с аналогичными кривыми, полученными на поверхности с антикоррозионным покрытием. Согласно экспериментальным данным, на циклических вольтамперных кривых, полученных на обновленном железном электроде в катодной области при потенциале -0,9В, наблюдается максимум тока, обусловленный восстановлением гидроксидных соединений железа, образующихся на
поверхности электрода при анодной поляризации. (Рисунок 1).
Максимум тока при Е=-0,9 В был использован для оценки коррозионной стойкости фосфатных покрытий. Согласно рисунку 1а при последовательном снятии циклических
вольтамперных кривых на поверхности железного электрода без покрытия наблюдается рост тока максимума при Е=-0.9 В. А на поверхности с осажденным фосфатным покрытием (рисунок 1б) данный максимум тока отсутствует.
1(шА)
1(шА)
-1.2
Е(В)
Е(В)
а б
Рисунок 1 - Циклические вольтамперные кривые полученные на железном электроде без фосфатной пленки (а) и в
присутствии фосфатной пленки (б)
В качестве альтернативы фосфатным покрытиям в последнее время все чаще стали использоваться наноразмерные керамические покрытия,
преимуществом которых является меньшая энергоемкость и технологичность по сравнению с фосфатными покрытиями [4]. Использование метода циклической вольтамперометрии позволило
получить независимую информацию о процессах, протекающих на железных образцах при осаждении оксидно-циркониевых покрытий, и одновременно оценить степень их коррозионной стойкости. Коррозионную стойкость формируемых оксидно-циркониевых покрытий определяли по току ионизации железного электрода при определенном потенциале. Циклические вольтамперные кривые снимали в области потенциалов от -0,3 В до -1,2 В. Результаты электрохимического исследования позволили установить оптимальный состав раствора для нанесения покрытия из оксида циркония, содержащего, помимо ионов циркония (IV), ионы молибдена (VI) и вольфрама (VI). На рисунке 2 показано влияние концентрации Мо(У1) на циклические вольтамперные кривые (а) и изменение тока ионизации (б) железного электрода при постоянной концентрации 2г(1У) и и разных
концентрациях Мо(У^).
Согласно рисунку 2 увеличение концентрации молибдена (VI) с 0,01 до 0,15 г/л в электролите состава: 0,3 М №2804 + 0,2 г/л 2г (ГУ)+ 0,15 г/л W(VI) способствует резкому снижению тока ионизации с 1,2 до 0,35 мА. Дальнейший рост концентрации вольфрама (VI) не приводит к заметному изменению тока ионизации железного электрода.
В таблице 1 сопоставлены токи ионизации железного электрода при потенциале -0,3 В от состава электролита.
I (тА)
оиааии
-200. со ^
600.» у
-} 1 \ Г Л
6
/ /м /
> Ш
щ
1,тА
0.4
-1.1 -1.3
Е(В)
0,25 О.ЗО СМо№) г/л
Рисунок 2 - Циклические вольтамперные кривые (а) и
зависимость тока ионизации (б) при постоянном потенциале железного электрода в 0,3М Na2SO4+0,2г/л гг(ТУ) + 0,15 г/л W(VI) от концентрации Мо(У1)
а
Таблица 1 - Влияние состава электролита на ток ионизации железного электрода при потенциале -0,3 В
Состав электролита Ток ионизации, мА
0,3 М Na2SO4 +- 1,0 г/л гг(ГУ) 3,3 - 1,5
0,3М Na2SO4 + 0,2 г/л 2г(ГУ) + (0,01- 0,2) г/л Мо(У1) 0,75 - 0,25
0,3М Na2SO4+0,2 г/л 2г(ГУ)+ 0,01 г/л №(П)+0,05 г/л Мо (VI) 0,5
0,3М Na2SO4+0,2 г/л 2г (IV) + 0,15 г/л W(VI) 0,9
0,3М Na2SO4 + 0,2 г/л 2г (^ 0,075г/л W(VI) + Мо (VI) (0,01 - 0,3) г/л 1,3-0,4
0,3М Na2SO4 + 0,2 г/л 2г (^ 0,15 г/л W(VI)+ (0,01 - 0,3) г/л Мо^!) 1,2-0,35
Согласно таблице 1 оптимальным электролитом для осаждения оксидно-циркониевого покрытия является состав: 0,2 г/л 2г (1У)+ 0,15 г/л W(VI) + 0,15 г/л Мо(У1), в котором наблюдается наименьший ток ионизации железного электрода. Полученные наноразмерные покрытия обладали высокой коррозионной стойкостью и хорошей адгезией к поверхности железной основы. Закономерности изменения коррозионной стойкости оксидно-циркониевых покрытий, определенные
электрохимическим методом, с высокой степенью коррелируют с независимым капельным методом определения коррозионной стойкости - методом Акимова. Результаты электрохимического исследования позволили установить оптимальный состав раствора для нанесения покрытия из оксида циркония, содержащего, помимо ионов циркония (IV), ионы молибдена (VI) и вольфрама (VI).
Список литературы
1. Bierwagen G.P. Corrosion and Its Control by Coatings // ACS Symposium Series, - 1998. - №689. -С.1-8.
2. Bierwagen, G.P., et al. Studies of a new accelerated evaluation method for coating corrosion resistance — thermal cycling testing // Progress in Organic Coatings. - 2000. - № 39(1). - С.67-78.
3. Brasher D.M., Kingsbury A.H. Electrical measurements in the study of immersed paint coatings on metal // Journal of Applied Chemistry. - 1954. - №4(2). -С. 62-72.
4. Zhurinov M. Zh., Statsyuk, V.N., Fogel, L.A., et
al. Determination of the optimal deposition conditions oxide-zirconium coating on steel base // Rasayan Journal of Chemistry. - 2019. - №12(3). - С.1287-1293.
