Научная статья на тему 'ОСОБЕННОСТИ КОРРОЗИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ В РАСПЛАВАХ НА ОСНОВЕ МЕТАФОСФАТА НАТРИЯ'

ОСОБЕННОСТИ КОРРОЗИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ В РАСПЛАВАХ НА ОСНОВЕ МЕТАФОСФАТА НАТРИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
83
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТАФОСФАТ НАТРИЯ / SODIUM METAPHOSPHATE / СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ / CORROSION RATE / ЭДС ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА / EMF OF THE GALVANIC CELL / STEEL

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Мураховская Наталья Васильевна, Удалов Юрий Петрович

Исследованы закономерности взаимодействия в системе конструкционная сталь (Ст 3 и 12Х18Н10Т) - стеклообразующий расплав на основе NaPO 3. Выявлено влияние катионного состава расплава на скорость коррозии стали. Установлено, что фосфид железа Fe 3P является промежуточным продуктом окисления в исследуемых расплавах на основе NaPO 3.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Мураховская Наталья Васильевна, Удалов Юрий Петрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SINGULARITIES OF THE CORROSION BEHAVIOR OF THE CONSTRUCTIONAL STEEL IN MELTS BASED ON SODIUM METAPHOSPHATE

Regularities of the interaction in system constructional steel - vitreous melts of NaPO 3 were investigated. The influence of different cationic composition of melts on the corrosion rate of steels on basis of iron was found. It was established that iron phosphide Fe 3P is an intermediate product of oxidation in the studied melts based on sodium metaphosphate NaPO 3.

Текст научной работы на тему «ОСОБЕННОСТИ КОРРОЗИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ В РАСПЛАВАХ НА ОСНОВЕ МЕТАФОСФАТА НАТРИЯ»

I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Технология неорганических веществ

УДК 620.193.43: 691.714:546.185'33 Н.В. Мураховская1, Ю.П. Удалов2

ОСОБЕННОСТИ

КОРРОЗИОННОГО

ПОВЕДЕНИЯ

КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ В РАСПЛАВАХ НА ОСНОВЕ

Введение

В работе [1] было показано, что составы, находящиеся в поле первичной кристаллизации №Р03, могут быть рекомендованы в качестве высокотемпературных теплоносителей с точки зрения их физико-химических и теплофизических свойств.

В случае применения таких расплавов одним из важнейших условий эффективности работы системы охлаждения является устойчивость к взаимодействию металлов с солевыми расплавами (коррозия).

В работе [2] установлено, что в ряду медь - сталь 12Х18Н10Т - титан - сталь Ст 65 коррозионная стойкость в фосфатном расплаве, приготовленного сплавлением смеси гидрофосфата калия и дигидрофосфата натрия в течение 4 часов при 900-950 °С, падает.

В данной работе исследуется влияние высокотемпературного теплоносителя на основе метафосфата натрия на коррозию стали марки Ст 3 и 12Х18Н10Т.

Методика исследований

В качестве исходных веществ, применявшихся для синтеза материалов, использовались следующие компоненты:

• сталь марки Ст 3;

• сталь марки 12Х18Н10Т;

• метафосфат натрия NaPO3 по ГОСТ 2497-75;

• тетраборат натрия 10-водн. Na2B4O7•10 Н2О по ГОСТ 8429-77;

• молибдена (VI) оксид М0О3 (ТУ 6-09-01-269-85);

• никеля (II) оксид МО по ГОСТ 4331-78;

• аммоний хромовокислый ^Н4)2СЮ4 квалификации ЧДА по ГОСТ 3774-76;

• меди (II) оксид СиО в порошке квалификации ЧДА по ГОСТ 4469-48.

Мелкодисперсный оксид хрома (III) получали путем термического разложения хромата аммония ^Н4)2СЮ4.

МЕТАФОСФАТА НАТРИЯ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26

Исследованы закономерности взаимодействия в системе конструкционная сталь (Ст 3 и 12Х18Н10Т) - стеклообра-зующий расплав на основе NaPOз. Выявлено влияние катион-ного состава расплава на скорость коррозии стали. Установлено, что фосфид железа Fe3P является промежуточным продуктом окисления в исследуемых расплавах на основе ШРОз.

Ключевые слова: метафосфат натрия, скорость коррозии, ЭДС гальванического элемента.

Расплав получали в стеклоуглеродных тиглях марки СУ-2000 объёмом 100 мл при нагревании на воздухе при 650-700 °С без перемешивания.

В качестве рабочего электрода выступала стальная проволока марки Ст 3 диаметром 0,95 мм и марки 12Х18Н10Т диаметром 1,70 и 1,00 мм. Методика исследования электрохимического поведения металлов подробно описана в [3].

Цель данной работы - выявление процессов на границе высокотемпературный теплоноситель - (Ст 3 и 12X18H10T).

При снятии зависимости величины ЭДС гальванической пары Fe / (FeCrNi) - Pt от температуры и воль-тамперных кривых скорость нагрева в микропечи Галахо-ва не превышает 25 °С/мин.

Электрохимическое поведение системы исследовалось также с помощью метода линейной вольтам-перометрии (на микропечи Галахова) с применением по-тенциостата P-30S (ООО «Элинс», Черноголовка, 2013), с соответствующим программным обеспечением PS_ Pack_2). Скорость развертки потенциала при снятии воль-тамперных кривых составляет 20 мВ/с.

При определении скорости коррозии конструкционной стали (марок Ст 3, 12Х18Н10Т) гравиметрическим методом разброс данных для серии опытов не превышал 10%.

Идентификацию фазового состава образцов проводили с помощью рентгеновского диффрактометра ДРОН-3, использовалось CuKa-излучение. Расшифровка рентгенограмм выполнялась с помощью программы Crys-tallographica Search-Match v. 2,0,3,1 Oxford Cryosystems. При расшифровке использовалась стандартная база данных PDF-2.

Для исследований морфологии образцов и их вещественного состава использовался растровый электронный микроскоп JSM-35CF (ускоряющее напряже-

1 Мураховская Наталья Васильевна, аспирант каф. общей химической технологии и катализа^-т^П: [email protected]

2 Удалов Юрий Петрович, д-р хим. наук, профессор, каф. общей химической технологии и катализа, e-mail: [email protected]

Дата поступления - 6 февраля 2014 года

ние - 25 кэВ, ток зонда - 640-10A), оснащённый микрорентгеновским анализатором энергодисперсионного типа Link 860 (напряжение - 25 кэВ, ток зонда - 2-10-9 А, время анализа - 100 сек). Чувствительность метода составляет ~ 0.1 % мас.

Равновесный состав многокомпонентной гетеро-фазной системы расплав NaPO3 - Fe / (FeCrNi) рассчитан с помощью модуля "Equlibrium Compositions" программного комплекса HSC Chemistry 5 (Финляндия, 2002) по методике [4].

Экспериментальные результаты

С целью получения экспериментальных данных о скорости и механизме коррозии конструкционной стали (марки Ст 3, 12Х18Н10Т) в расплавах на основе мета-фосфата натрия NaPO3, мы исследовали изменение ЭДС гальванического элемента на модифицированной печи Галахова.

Гетерогенный процесс растворения металлов в ионных расплавах обычно состоит из нескольких последовательных стадий [5]:

1. Массоперенос из объема расплава к границе раздела фаз для восполнения компонентов, израсходованных в процессе растворения.

2. Выход ионов металла из кристаллической решетки, в том числе физическое растворение, переход ионов металла в расплав с образованием двойного электрического слоя (стадия переноса заряда).

3. Сорбционные процессы на поверхности металла и в двойном электрическом слое.

4. Химическое превращение на границе металл-расплав и образование переходного слоя (т.е. трехмерная область на границе раздела фаз, содержащая продукты гетерогенных реакций).

Характер изменения ЭДС исследуемого гальванического элемента будет определяться процессами в приэлектродной области.

Предполагается, что на границе металл-расплав происходит процесс окисления с образованием оксидов соответствующего металла.

По данным [5] в переходном слое в случае исследования железного электрода (исследования проводились при t = 900 °C) были обнаружены оксиды железа (II) и (III). В [6] представлены величины электродных потенциалов элементов £0Ме в индивидуальных оксидах (относительно стандартного кислородного электрода при Т = 1800 К):

Fe-2e—>Fe2+

2Ге-2е^>2Геъ+ 3 3

2Fe2+ - 2е —» 2Fe3+

- 0,757 В

- 0,650 В

0,477 В

(1)

(2) (3)

-450

-400

-3S0

И -300

г -250

и & -200

Г) -150

-100

-50

0

■ N -

— 2

V j —

\ ч4

\

ч

10

20

40

50

60

30

Время, мин.

Рисунок 1. Зависимость величины ЭДС гальванической пары Fe-Pt в расплаве ШРОз-МОц (% мас.) от времени выдержки при Т = 745 ±15 °С. 1 -100%; ШРОЗ; 2 - 10 Na2B4O7; 3 - 0,5 Сг2О3; 4 - 0,5 МоОЗ (% мас.).

Предполагаем, что переносчиками заряда являются ионы Na+, О2-, Fe2+, Fe3+ (в меньшей степени), частич-

но OH-. Изменение активности а

,2-

а

FeO

а

Fe203'aNa20

в приэлектродной области может происходить за счет образования тройных соединений типа Na2O•FeO•P2O5 или Na2O•2FeO•P2O5 (более вероятно с позиций термодинамики). Иначе говоря, путем встраивания продуктов растворения металла в анионную матрицу расплава.

t

Несмотря

t „. «г

на то, что числа переноса

Fe2+, Fe3+

Na

+ > изменение активности

а

FexOy ска-

зывается на темпе изменения фиксируемого потенциала.

Данные, представленные на рисунке 1, обнаруживают резкое смещение величины ЭДС гальванической пары Fe-Pt в контакте с расплавом (100-х) NaPOз -х Мо03, где х = (0,5-5,0)% мас. в интервале температур 650-750 °С. Предполагается, что данное явление - совокупность ряда факторов, а именно:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Влияние основности расплава (концентрации свободных ионов кислорода О2-).

2. Возможных дополнительных процессов на границе с оксидным расплавом:

МоОъ +2е^>Мо02+ 02~

(4)

Величина потенциала гальванической пары Fe-Pt в расплаве NaPOз при Т = 1023 К, полученная в данной работе, составляет - 0,44 ± 0,04 В.

Высокие скорости процессов в приэлектродной области приводит к нестабильности потенциала, в частности, за счет пересыщения приэлектродной области по продуктам коррозии.

Таким образом, фиксируемая нами величина ЭДС гальванического элемента Fe-Pt является результатом двух сопряженных процессов: образования ионов Fe2+ и Fe3+ в соответствии с правилом Лютера. При этом непрерывный обмен электронами между ионами Fe2+ и Fe3+ приводит к неразличимости этих ионов.

На рисунке 1 представлены зависимости величины ЭДС гальванической пары Fe-Pt в зависимости от состава коррозионной среды и времени выдержки.

После проведения эксперимента катод оказывается покрытым черным порошком, плохо сцепленным с основой, который представляет собой оксиды молибдена.

В таблице 1 приведены данные по скорости коррозии конструкционной стали марки Ст 3 в расплавах на основе метафосфатов натрия NaPO3. Зафиксирована самая низкая скорость коррозии стальной пластины в случае, когда в качестве коррозионной среды был применен расплав NaPOз с добавкой 1% мас. М0О3 .

Таблица 1. Скорость коррозии конструкционной стали (марки Ст 3) в расплавах на основе ШРОз при температуре Т = 760 ± 15 °С

Коррозионная среда Мас. доля первого компонента m1, г (до испытания) m2, г (после испытания) S*106, м2 Время испытания, час и, г/м2ч

NaPO3 100 0,138 0,066 51,09 1,00 1409,28

NaPO3 -Na2B4Oy 90 0,090 0,062 40,17 0,51 1374,83

NaPO3 -СГ2О3 99,5 (99,7) 0,093 0,028 40,47 1,01 1585,52

NaPO3 -NiO 99,5 0,127 0,085 49,67 1,00 845,50

99,5 0,146 0,098 49,83 0,92 1050,46

NaPO3 -M0O3 99,0 0,138 0,108 51,13 1 586,68

0,119 0,065 45,34 2 595,50

На рисунках 2-4 и в таблице 2 представлены результаты исследований, полученные методом снятия поляризационных кривых.

1,5

2,5

^ |1|, мА/см2 3,5 4

0 -100 -200 -300

И -400

м

И" -500 -600 -700 -800 -900

г-

^ |1|, мА/см2 3,5 4

Рисунок 2. Поляризационные кривые гальванической пары Fe-Pt в расплаве на основе NaPOз при Т = 650 ± 15 °С: а) - образец 100% ШРОз; б) - образец с массовой долей ШВО -10%

35 1115 мА/см2 4

600 400 200 0

* -200 -400 -600 -800 -1000

0 0,5 1 1,5 2 2,5

^ |1|, мА / см2

Рисунок 4. Поляризационные кривые гальванической пары Fe-Pt в расплаве ШРОз с массовой долей СгОз - 0,5% при Т = 650 ± 15 °С

Таблица 2. Определение £к<р стали марки Ст 3 в исследуемых расплавах методом снятия поляризационных кривых

Коррозионная среда Температура, ±15 °С Екор, ±0,03 В

ЫаРОэ 650 -0,45

ЫаРОэ - Ыа2Б4О7 -0,45

ЫаРОэ - N0 650 -0,53

750 -0,50

ЫаРОэ - СГ2О3 650 -0,38

Как известно [7], обезвоживание расплава повышает степень полимеризации полифосфатов, потеря Р2О5 - понижает. При этом с учетом высоких скоростей процесса коррозии и наличия структурносвязанной воды в объеме стекла электрохимический механизм коррозии Ст 3 под действием поляризующего тока может быть представлен следующим образом:

Ме — пе —> Ме '

Меп+ -О- п)е —> Мет "

Анодный процесс

2(Н-О- Р -О- Р -0...) + ле = Я2 + (-0- Р -О- Р -О...)"- Катодный II || процесс

ОМ ом ом ом

1е |1|, мА/см2 3,5 в 11 4

-300 -400

/

/

<

Рисунок 3. Поляризационные кривые гальванической пары Fe-Pt в расплаве ШРОз - 0,5 N0 (% мас.): а) Т = 650 ± 15 °С; б) Т = 750 ± 15 °С

где п и т - низшая и высшая степени окисления металла Fe.

По данным термодинамического анализа основным продуктом гетерофазного взаимодействия является FeзP (как в случае стали Ст 3, так и 12Х18Н10Т). Существует также вероятность образования двойных фосфатов натрия-железа:

6ЫаР03 + 5/*е —» Иа2 РеР201 + Ш4Р207 +0ДР205 + Ре3Р+0,5 Ре2Оъ (5)

По данным РФА (для всех исследуемых составов коррозионной среды) образования фосфида зафиксировано не было. Таким образом, можно предположить, что фосфиды Fe являются промежуточным продуктом взаимодействия и участвуют в окислительно-восстановительном процессе.

При введении в состав расплава метафосфа-та натрия NaPOз оксида хрома (III) до 0,5% мас. величина ЭДС гальванической пары Fe-Pt остается неизменной (наряду с данной величиной в расплаве метафосфата натрия NaPOз). Предварительно в системе NaPOз-Cr2Oз в заданном концентрационном интервале конгруэнтно плавящихся соединений обнаружено не было. При этом тен-

0

денция к смещению потенциала в область более электроположительных значений выражена сильнее (Рисунок 1).

На рисунке 5 представлено изображение поверхности стальной пластины после коррозионных испытаний в течение часа в расплаве 99,5 ЫаР03-Сг203 (% мае.).

Таблица 4. Химические составы точек анализа (% мас.) на рисунке 6

•I

Fe

хЭООО 10 м км

№ точки Фаза Примечание

Na2Ü S¡Ü2 PO3 SO3 СГ2О3 CaO Fe

1 - - 57,0 0,8 - 0,7 41,4 Ст 3 после взаимодействия с расплавом (стеклофаза на основе NaPO3)

2 11,0 1,0 68,0 2,0 0,4 0,3* 16,5

Примечание: * - данные на уровне статистической погрешности

Точка анализа Элементы в металлической фазе Примечание

Na2O MgO S¡O2 PO3 SO3 Cl Cr2O3 Fe

Fe -основа _ 0,4* 0,4* _ _ _ 0,1* 99,3 Шлиф Ст-3

•1 0,7* 0,8* 1,5 4,1 2,4 0,6 90,0

•2 6-5** 0-2 3-8 46-25 3-6 1,44,5 _ 3947

11 • I*.

Рисунок 5. Морфология поверхности стальной пластины после взаимодействия с расплавом ШРОз - 0,5СгОз (% мас.) 1 и 2 точки, для которых выполнен качественный и количественный анализ химического состава на растровом электронном микроскопе

Исследование морфологии стального образца, полученного после взаимодействия с расплавом NaPO3-Сг203 в течение часа, показывает, что на поверхности стальной детали остается намороженный слой оксидного расплава, который удерживается лишь за счет сил механического трения об искривления (дефекты) поверхности исследуемого образца в результате процесса коррозии.

На полированных шлифах (рисунок 6) также были выполнены микрозондовые исследования.

Рисунок 6. Морфология отшлифованной поверхности стальной

пластины марки Ст 3. 1 и 2 - точки, для которых выполнен качественный и количественный анализ химического состава на растровом электронном микроскопе Химические составы точек анализа (% мас.) на рисунке 5, 6 представлены в таблицах 3, 4.

Данные, представленные на рисунках 5 и 6 и в таблицах 3, 4, позволяют считать, что в данных условиях эксперимента образование покрытия путем выдержки в расплаве не происходит. При этом смещение величины эДс гальванической пары Fe-Pt в область более электроположительных значений можно объяснить замедлением скорости отвода продуктов коррозии из зоны реакции.

Таблица 3. Химические составы точек анализа (% мас.) на рисунке 5

Примечание: * - данные на уровне статистической погрешности; ** - указан диапазон данных для разных участков покрытия

В работе [8] применен метод высокотемпературной дифференциальной масс-спектроскопии, позволяющий определять качественный и количественный составы паровой фазы над расплавом (NaPO3)3. В соответствии с экспериментальными данными, (NaPO3^ не может восстанавливаться до элементного фосфора. При этом железо окисляется до оксида, который частично реагирует с исходным фосфатом с образованием моно- или менее полимери-зованного фосфата, что подтверждает механизм коррозии, представленный в данной работе. Восстановление фосфатов до элементарного фосфора происходит в конденсированной фазе.

При исследовании электрохимического поведения стали 12Х18Н10Т найдено селективное растворение, сопровождающееся переходом в электролит хрома и никеля.

По данным [9] нержавеющая сталь 12Х18Н10Т взаимодействует с полимерным фосфатом натрия около 700 °С и выше с образованием, главным образом, фосфида железа Fe2P, а также Fe3P и предельно деполи-меризованных фосфатов - монофосфатов натрия и натрия-железа, а также ферритов никеля и натрия. Других соединений никеля в продуктах взаимодействия авторы [9] не обнаружили. Не обнаружено также образования соединений хрома.

По данным работы [2] стационарные потенциалы в ряду медь-сталь 12Х18Н10Т-титан-сталь Ст 65 в расплавах гидрофосфата калия и дигидрофосфата натрия смещались в область более электроотрицательных значений.

В данной работе величины ЭДС исследуемой гальванической пары в расплавах на основе NaPO3 при температуре 650 ± 15 °С смещены в область более электроположительных значений (с добавками СГ2О3, NiO, Na-2B4O7) по сравнению с ЭДС гальванической пары Cu-Pt при прочих равных условиях [3], что свидетельствует о том, что реакция гетерофазного взаимодействия сопряжена с диффузионными затруднениями в твердой фазе на фоне селективного растворения Cr и Ni в исследуемых расплавах на основе NaPO3 (рисунок 7).

Введение первых порций МоО3 резко влияет на величину ЭДС исследуемой гальванической пары и, следовательно, на механизм взаимодействия в гетерофаз-ной системе.

и -400

1

2

4 5

0 10 20 30 40 50 60

Время, мин.

Рисунок 7. Зависимость величины ЭДС гальванической пары FeCrNi -Pt в расплаве ШРОз - МОу (% мас.) от времени выдержки при Т = 650 ± 15 °С: 1 - ШРОз; 2 - N0; 3 - СГ2О3; 4 - Ш2В4О7

В результате коррозии стальной пластины снижа ется содержание № (от 16 до 4,81% мас.).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Образующийся фосфид Cr1.2Ni0.sP (рисунок 8) об ладает плохой адгезией к стальной пластине.

Рисунок 8 - Рентгеновские дифрактограммы поверхности стальных пластин (12Х18Н10Т) после взаимодействия с расплавом на основе ЫаРОз при Т = (750 ±15) °С. а) - до коррозионных испытаний; б) - продукты коррозии (в приэлектродной области); в) - после коррозионных испытаний. Время коррозионных испытаний - 1 час: • - 3-1049 FeN¡;

■ - (3-1044) FeN¡; ▲ - (38-892) Сг^^Р.

В таблице 5 представлены данные о скорости коррозии стали 12Х18Н10Т в расплавах на основе NaPO3.

Таблица 5. Скорость коррозии конструкционной стали (марки 12Х18Н10Т) в расплавах на основе NaPOз при температуре

Т = 750 ± 15 °С

Коррозионная среда Масс. доля первого компонента mi, г (до испытания) m2, г (после испытания) S*106, м2 Время испытания, час и, г/м2ч

О О. СО Z 100 0,172 0,147 81,96 305,03

L6 CÖ CÖ ZZ 90 0,090 0,062 40,17 275,74

1 оо aö Z 99,5 0,241 0,215 111,04 1,00 234,15

оо CÖ z 99,5 0,175 0,163 85,82 139,83

1 00 Q° се E Z 99,5 0,233 0,222 107,40 102,42

Введение малых добавок модифицирующих оксидов (СГ2О3, Na2B4O7) незначительно сказывается на величине скорости коррозии (в пределах погрешности) как углеродистой стали (марки Ст 3), так и стали 12Х18Н10Т, что связано с изменением физико-химических свойств расплава, главным образом, в области низких температур, близких к температуре плавления расплава (рисунок 9)

550 600 650 700 750 800 Температура, °С

Рисунок 9. Температурная зависимость вязкости расплавов на основе NaPO3:1 - 99,5 NaPO3 - NiO; 2 - 99,5 NaPO3 - MoO3 (% мас.).

Снижение скорости коррозии Ст 3 и 12Х18Н10Т при введении малых добавок NiO, MoO3 сопряжено с протеканием дополнительных процессов непосредственно в гетерофазной системе Me-расплав, поскольку замена NiO на MoO3 не приводит к существенным изменениям физико-химических свойств, главным образом, вязкости (в пределах 0,5% мас.).

При охлаждении расплава с добавкой NiO, в интервале температур 600-700 °С происходит смена механизма «вязкого течения», в связи со структурными превращениями, которые могут быть связаны с изменением характера химической связи между атомами и их взаимного расположения (рисунок 9).

Дополнительные исследования электрохимического поведения конструкционной стали (марки Ст 3) были проведены в расплаве метафосфата натрия с добавкой 10% мас. CuO. Установлено, что в представленной системе идет реакция восстановления меди на поверхности стальной пластины, сопровождающаяся окислением металла Fe0 / Fe2+, Fe3+ c дальнейшем встраиванием ионов восстановителя в структуру расплава в виде элемент-кислородных групп (рисунок 10). Состояние поверхности стальной пластины позволяет говорить о том, что металл интенсивно растворяется в оксидном расплаве.

Рисунок 10. Микроструктура поверхности стальной пластины после воздействия расплава NaPOз -10 СиО (% мас.)

При температуре 750 ± 15 °С значение бестокового потенциала составляет -0,32 ± 0,03 В, что соответствует величине электродного потенциала меди в расплаве метафосфата натрия, при прочих равных условиях [3].

Изменение потенциала во времени (в течение часа) при Т = 750 ± 15 °С происходит по экспоненциальному закону до значения -0,11 ± 0,01 В. Данный факт можно объяснить образованием несплошного, с разрывами слоя Си0, за счет чего возможен дальнейший транспорт ионов (рисунок 10).

Выводы

1 Установлено, что в исследуемых оксидных расплавах на основе метафосфата натрия NaPOз, содержащих СГ2О3, МоОз, МО, Na2B4O7, величина ЭДС гальванической пары Fe-Pt в процессе гетерофазного взаимодействия смещается в область более электроположительных значений.

2. Образование фосфидов железа после охлаждения расплавов на основе метафосфата натрия методом РФА не обнаружено, что объясняется, с нашей точки зрения, растворением этих соединений в стекловидной аморфной матрице.

3. При исследовании коррозии нержавеющей стали 12Х18Н10Т подтверждено селективное растворение Сг и N в расплавах метафосфата натрия. При этом установлена возможность образования фосфидов сложного состава, обладающих низкой адгезией к подложке.

4. Скорость коррозии нержавеющей стали в 4,5-ё5 раз меньше, чем Ст 3 в расплавах на основе метафосфата натрия.

5. Введение МО и МоО3 приводит к снижению скорости коррозии исследуемых металлов в расплавах NaPOз.

6. В системе восстановитель - расплав метафосфата натрия NaPO3 с добавкой 10% мас. оксида меди (II) возможен ряд простых окислительно-восстановительных реакций, приводящих к выделению металлической меди Си0.

Литература

1. Гуськова Н.В., Удалов Ю.П. Свойства расплавов на основе метафосфата натрия // Известия СПбГ-ТИ(ТУ). 2012. № 13(39). С. 23-28.

2. Балдина Л.И. и [др.]. Исследование коррозии металлов и сплавов в расплавленных полифосфатах щелочных металлов // "Высокотемпературная физическая химия и электрохимия", III Уральская конференция по высокотемпературной физической химии и электрохимии. Свердловск, 20-22 октября, 1981. Тез. докладов. Свердловск, 1981. С. 40.

3. Удалов Ю.П., Мураховская Н.В. Особенности коррозионного поведения конструкционной меди в расплавах на основе метафосфата натрия // Известия СПбГ-ТИ(ТУ). 2013. № 22(48). С. 21-26.

4. Удалов Ю.П. Применение программных комплексов вычислительной и геометрической термодинамики в проектировании технологических процессов неорганических веществ: уч. пособие СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2012. 147 с.

5. Жабрев В.А. и [др.]. Взаимодействие железа и никеля с боратными расплавами. // Физика и химия стекла. 1995. Т. 21. № 5. С. 467-473.

6. Лепинских Б.М., Манаков А.И. Физическая химия оксидных и оксифторидных расплавов. М.: Наука, 1997. 190 с.

7. Кузьменков М.И., Печковский В.В., Плышев-ский С.В. Химия и технология метафосфатов. Минск: Университетское, 1985. 192 с.

8. Лопатин С.И. Процессы парообразования фосфатов при взаимодействии с некоторыми металлами-восстановителями // Журн. прикл. химии. 1997. Т. 70. № 6. С. 909-912.

9. Ауешов А.П. Высокотемпературное взаимодействие поли(цикло)фосфатов с реагентами-восстановителями и создание физико-химических основ технологии получения фосфидов и фосфор-содержащих сплавов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. г. Шымкент: ЮКГУ им. М.О. Ауезова. - КАО им. Алтынсарина, 2004. 43 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.