CC BY
15
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2017, том 60, №11-12_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 539.219.3
Р.Д.Исмонов, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев , член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.О.Одиназода, А.М.Сафаров
ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СПЛАВА Al+1%Be, ЛЕГИРОВАННОГО ГАЛЛИЕМ, В СРЕДЕ ЭЛЕКТРОЛИТА 0.03%-ного КаС1
Таджикский технический университет им. акад. М.С.Осими, Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
Потенциостатическим методом, в потенциодинамическом режиме со скоростью развёртки потенциала 2 мВ/с в среде 0.03%-ного электролита NaCl определены основные электрохимические характеристики сплава А1+1% Ев с галлием. Показано, что добавки последнего до 0.5 мас.% независимо от состава электролита уменьшают скорость коррозии исходного сплава на 70%.
Ключевые слова: сплав алюминия с бериллием (А1+1%Ев), галлий, анодное поведение, скорость коррозии, потенциал коррозии, потенциал питтингообразования.
Алюминий и его сплавы широко применяются в электротехнике в качестве проводникового материала. Как проводниковый материал алюминий характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, малой плотностью, удовлетворительной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. В последние годы для улучшения коррозионной устойчивости алюминиевые сплавы микроле-гируются редкоземельными металлами [1-6].
Исследование электрохимического поведения алюминия в нейтральных и щелочно-солевых растворах представляет несомненный интерес, поскольку позволяет изучить особенности активации металла на фоне относительно больших скоростей анодного процесса [5,6].
Металлический галлий, имея высокое отрицательное значение стандартного электродного потенциала, и как легирующий компонент может повлиять на анодное поведение алюминия и его сплавов.
Целью настоящего сообщения является изучение коррозионно-электрохимических свойств сплава алюминия с бериллием (Al+1%Be) в среде электролита 0.03%-ного №0.
Для получения сплавов были использованы: алюминий марки А995 (ГОСТ 110669-74), бериллий марки БМ-1, галлий марки Гл-1 (ГОСТ 12797-77). Содержание галлия в сплавах составляло, масс.%: 0.01; 0.05; 0.1; 0.5. Сплавы алюминия с бериллием и галлием были получены в вакуумной печи сопротивления типа СНВ-1.1.1/16ИЗ в атмосфере гелия под избыточным давлением 0.5 мПа. Шихтовка сплавов проводилась с учётом угара металлов. Легирование сплавов лигатурой осуществляли в открытых шахтных печах типа СШОЛ. Состав полученных сплавов выборочно контролировался химическим анализом, а также взвешиванием образцов до и после сплавления.
Из полученного расплава для исследования коррозионно-электрохимических свойств отливались цилиндрические образцы диаметром 8-10 мм и длиной 100-140 мм, боковая часть которых изо-
Адрес для корреспонденции: Исмонов Рустам Довудович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. ак. Раджабовых, 10, Таджикский технический университет. E-mail: ird-78@mail.ru
лировалась так, что рабочей площадью служил торец электрода. Каждый образец предварительно отшлифовывали, обезжиривали спиртом и погружали в исследуемый раствор №С1 марки ЧДА (ГОСТ 4233-77) для установления бестокового потенциала коррозии.
Электрохимические исследования сплава А1+1%Ве с галлием проводились на потенциостате ПИ-50-1 в потенциодинамическом режиме со скоростью развёртки 2 мВ/с, с выходом на программатор ПР-8 и самозаписью на ЛКД-4. Температура раствора в ячейке поддерживалась постоянно (20°С) с помощью термостата МЛТТТ-8 Электродом сравнения служил хлорсеребряный, вспомогательным -платиновый. Исследование проводились по методикам, описанным в работах [7-14].
При электрохимических испытаниях потенциодинамическим методом образцы поляризовали в положительном направлении от потенциала установившегося при погружении, до резкого возрастания тока в результате питтингообразования. Затем образцы поляризовали в обратном направлении до потенциала -1600 мВ, в результате чего происходило подщелачивание приэлектродного слоя поверхности сплава, и наконец, образцы поляризовали вновь в положительном направлении.
Приведённые в табл.1 основные электрохимические характеристики сплава А1+1%Ве, легированного галлием при скорости развёртки 2 мВ/с, показывают характер и направления изменения основных показателей коррозии. Как известно, о коррозионном поведении металлов и сплавов можно судить по различным электрохимическим характеристикам. Установившееся значение потенциала свободной коррозии и характер их зависимости от времени испытаний могут дать ряд важных сведений о поведении металла в коррозионной среде.
Таблица 1
Временная зависимость потенциала (х.с.э.) свободной коррозии (-Есв.кор., В) сплава А1+1%Ве
от содержания галлия, в среде 0.03%-ного №С1
Время выдержки. минут Соде] ржания галлия. масс. %
0.0 0.01 0.05 0.1 0.5
0 0.860 0.824 0.816 0.800 0.790
0.15 0.846 0.800 0.796 0.787 0.770
0.2 0.834 0.786 0.780 0.776 0.756
0.3 0.812 0.765 0.756 0.750 0.740
0.4 0.788 0.732 0.724 0.720 0.716
0.5 0.756 0.700 0.694 0.690 0.685
0.6 0.734 0.690 0.684 0.674 0.670
2 0.708 0.670 0.658 0.645 0.640
3 0.676 0.646 0.639 0.630 0.626
4 0.654 0.620 0.616 0.612 0.608
5 0.626 0.604 0.600 0.597 0.590
10 0.605 0.590 0.580 0.570 0.564
20 0.576 0.570 0.562 0.552 0.550
30 0.565 0.554 0.546 0.538 0.526
40 0.562 0.536 0.530 0.525 0.518
50 0.561 0.524 0.517 0.510 0.510
60 0.560 0.524 0.516 0.510 0.506
С ростом концентрации галлия и с увеличением времени выдержки сплавы характеризуются равномерным смещением потенциала свободной коррозии в положительную область. Независимо от состава, потенциалы свободной коррозии у всех сплавов к 40-60 минутам приобретают постоянное значение. Так, после 1ч выдержки в 0.03%-ном растворе №С1 потенциал свободной коррозии нелеги-
рованного сплава равняется -0.560 В, а у сплава, содержащего 0.5% Ga, -0.506 В. Подобная тенденция имеет место во всех исследованных средах.
Добавки галлия увеличивают значение потенциала свободной коррозии исходного сплава А1+1%Ве. Исследование динамики изменения потенциала свободной коррозии в других средах электролита №С1 показывает, что указанная тенденции также имеет место.
Как видно из табл. 2, при легировании сплава А1+1%Ве галлием до 0.5 мас.% наблюдается смещение потенциал коррозии в положительную область значений. Потенциалы питтинго-образования и репассивации при этом также смещаются в область положительных значений. Тенденция смещения потенциалов в положительную область при легировании исходного сплава галлием характерна и для потенциала свободной коррозии. Минимальная скорость коррозии соответствует сплаву А1+1%Ве, легированному 0.5 мас.% галлием (7,37-10-3 г/м2-час).
Таблица 2
Коррозионно-электрохимические (х.с.э.) характеристики сплава А1+1%Ве, легированного галлием, в среде 0.03%-ного №С1
Содержание галлия в сплаве, мас. % Электрохимические потенциалы, В Скорость коррозии
-^св.корр. -Екорр. -Еп.о. ^.10-2 К10-3
А/м2 г/м2час
- 0.560 1.090 0.490 0.540 0.031 10.38
0.01 0.524 1.076 0.450 0.510 0.028 9.38
0.05 0.516 1.050 0.440 0.500 0.026 8.71
0.1 0.510 1.030 0.420 0.500 0.024 8.04
0.5 0.506 1.020 0.410 0.490 0.022 7.37
Сравнение полученных данных для обеих концентраций (0.03 и 0.3%-ного NaCl) электролита показывает, что при более агрессивной среде (0.3% №С1) сплавы имеют высокие отрицательные значения потенциалов и соответственно большее значение скорости коррозии.
При уменьшении концентрации электролита NaCl в 10 раз, то есть от 0.3 до 0.03%, показатели коррозии незначительно уменьшаются. В более разбавленной среде положительное влияние галлия можно наблюдать также при концентрации галлия до 0.5 мас.%. В целом установлено, что добавки галлия до 0.5 мас.% оказывают благоприятное воздействие на анодное поведение сплава А1+1%Ве в среде электролита 0,03%-ного №С1.
В целом, уменьшение концентрации испытуемого электролита №С1 способствует смещению потенциалов в более положительную область. Например, потенциал репассивации (как наиболее воспроизводимая характеристика) у сплава с добавкой 0.5 мас.% галлия соответствует значениям -0.490 В, -0.506 В в средах 0.03% и 0.3%-ного электролита №С1, соответственно.
При анодной поляризации возрастает адсорбция анионов-активаторов и при достижении некоторого потенциала, который называется потенциалом питтингообразования (Еп.о.), происходит местное нарушение пассивности-пробой пленки и наступает точечная коррозия. Величина потенциала питтингообразования является показателем склонности металлов к точечной коррозии: чем меньше (отрицательнее) потенциал питтингообразования, тем выше склонность сплава к точечной коррозии (табл. 2).
Повышение коррозионной стойкости сплавов, содержащих до 0.5 мас.% галлия, объясняется,
на наш взгляд, их меньшей растворимостью в сплаве и образованием защитной плёнки на поверхности образцов, отличающихся отсутствием дефектов и устойчивостью к хлорид-иону.
Поступило 04.09.2017 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ганиев И.Н., Юнусов И., Красноярский В.В. Исследование анодного поведения сплавов системы алюминий-скандий (иттрий, празеодим, неодим) в нейтральной среде. - Журнал прикладной химии, 1987, т.60, № 9, с. 2119-2123.
2. Луц А.Р., Суслина А.А. Алюминий и его сплавы. - Самара: Самарск. гос. техн. ун-т, 2013, 81 с.
3. Белецкий В.М., Кривов Г.А., Фридляндера И.Н Алюминиевые сплавы (Состав, свойства, технология, применение). Справочник. - Киев: КОМИТЕХ, 2005, 365 с.
4. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1973, с. 639.
5. Красноярский В.В., Сайдалиев Н.Р. Коррозионно-электрохимические свойства сплавов алюминия с железом в нейтральных растворах. Защита от коррозии и окружающей среды. - М., 1991, вып. 3. с. 14-19.
6. Исмонов Р.Д., Ганиев И.Н., Одинаев Х.О., Сафаров А.М. Анодное поведение сплава Al+1%Be, легированного празеодимом и неодимом в среде электролита 3%-ного NaCl. - ДАН РТ, 2016, т.59, №1-2, с. 67-75.
7. Умарова Т.М., Ганиев И.Н. Анодные сплавы алюминия с марганцем, железом и редкоземельными металлами. - Душанбе: Дониш, 2009, 232 с.
8. Сафаров А.М., Ганиев И.Н., Одинаев Х.О. Сплавы алюминия с бериллием и РЗМ. - Берлин: Изд. дом «LAP LAMBERT Academic Publishing GmdH & Co. KG», 2011, 170 с.
9. Ганиев И.Н., Умарова Т.М., Обидов З.Р. Коррозия двойных алюминиевых сплавов в нейтральных средах. - Берлин: Изд. дом «LAP LAMBERT Academic Publishing GmdH & Co. KG», 2011, 198 c.
10. Сафаров А.М., Ганиев И.Н., Одинаев Х.О. Физикохимия алюминиевых сплавов с бериллием и РЗМ. - Душанбе: Филиал МГУ, 2011, 282 с.
11. Раджабалиев С.С., Ганиев И.Н., Амонов И.Т. Влияние свинца на анодное поведение сплава Al+2.18%Fe. - Вопросы материаловедения, 2016, №2 (86), с. 147-152.
12. Исмонов Р.Д., Ганиев И.Н., Сафаров А.М., Самиев К.А. Электрохимия сплава Al+1%Be, легированного празеодимом и неодимом - Вестник Технологического университета Таджикистана, 2015, №2 (25), Душанбе, с. 16-22.
13. Азимов Х.Х., Ганиев И.Н., Амонов И.Т., Джайлоев Дж.Х. Потенциодинамическое исследование сплава Al+2.18%Fe, модифицированного литием в среде электролита NaC. - Известия вузов. Химия и химическая технология, 2016, т.59, №2, с. 74-79.
14. Назаров Ш.А., Ганиев И.Н., Норова М.Т., Ганиева Н.И., I. Calliari Потенциодинамическое исследование сплава Al+6%Li с иттрием в среде электролита NaCl. - Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2016, т.14, №2, с. 95-100.
Р.Д.Исмонов, И.Н.Ганиев*, ^.О.Одиназода, А.М.Сафаров ТА^ЦИЦОТИ ПОТЕНСИОДИНАМИКИИ ХУЛАИ Al+1%Be, КИ БО ГАЛЛИЙ ЧДВХДРОНИДАШУДААСТ, ДАР МА^ЛУЛИ
ЭЛЕКТРОЛИТИ 0,03% NaCl
Донишго^и техники Тоцикистон ба номи М.С.Осими, *Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон
Бо усули потенсиостатикй бо суръати вусъатёбии потенсиали 2 мВ/с дар мух,ити 0,03%-и электролити NaCl нишондоддои асосии электрохимиявии хулаи Al+1%Be бо галлий муайян карда шуданд. Бо омузиши рафтори зангзанй-электрохимиявии хулаи Al+1%Be, ки бо галлий чавхдронидашудааст нишон дода шудааст, ки илова то 0.5% (вазнй) новобаста аз таркиби электролит суръати зангзании хулаи авваларо то 70% кам мекунад.
Калима^ои калиди: хулаи алюминий бо бериллий (Al+1%Be), галлий, рафтори анодй, суръати
коррозия, ицтидори зангзанй, ицтидори омузиши шакли питтингй.
*
R.D.Ismonov, I.N.Ganiev , H.O.Odinazoda, A.M.Safarov POTENTIODYNAMIC INVESTIGATION OF Al+1%Be ALLOY ALLOYED BY GALLIUM, IN ELECTROLYTE MEDIUM OF 0,03% NaCl
M.S.Osimi Tajik Technical University, V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan
By potentiostatic method the basic electrochemical characteristics of the Al + 1% Be alloy with gallium were determined in the potentiodynamic mode with a potential sweep rate of 2 mV/s in a 0.03% NaCl electrolyte medium is studied. It is shown that the additions of the latter to 0.5% by weight, regardless of the composition of the electrolyte, reduce the corrosion rate of the initial alloy by 70%.
Key words: alloy aluminum with beryllium (Al+1%Be), gallium, anodic behavior, corrosion rate, corrosion potential, pitting potential.
