CC BY
5
УДК 669.45.018.8.24/882
Х.М. Ходжаназаров, И.Н. Ганиев, Ф.К. Ходжаев
ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВИНЦОВОГО БАББИТА БК (PbSb15Sn10K) С КАЛИЕМ, В СРЕДЕ ЭЛЕКТРОЛИТА 3 %-ГО NaCl
Аннотация. Баббит PbSb15Sn10 применяется для изготовления подшипникового слоя (литого, спеченного, накатанного) в многослойных тонкостенных подшипниках скольжения; малонагруженных коренных и шатунных подшипников, вкладышей, упорных подшипников. Баббит PbSb15Sn10 мягкий, имеет относительно хорошие свойства при ограниченной смазке, малую усталостную прочность; работает с твердым и мягким валом. В работе приведены результаты экспериментального исследования анодного поведения свинцового баббита БК (PbSb15Sn10K), легированного 0,01 1,0 мас. % калием, в среде электролита 3,0 %-го NaCl. Показано, что добавки калия уменьшают скорость коррозии исходного сплава PbSb15Sn10 до 12 %. С ростом концентрации калия в электролите NaCl потенциалы коррозии и питтингообразования смещаются в положительную область значений.
Ключевые слова: свинцовый баббит БК (PbSb15Sn10K), калий, коррозия, потен-циодинамический метод, анодное поведение, электролит 3 %-й NaCl
Kh.M. Khojanazarov, I.N. Ganiev, F.K. Khojaev
POTENTIODYNAMIC INVESTIGATION INTO LEAD-BASED BABBIT BK (PbSb15Sn10K) WITH POTASSIUM IN 3 % NaCl ELECTROLYTE
Abstract. Babbit PbSb15Sn10 is used for the manufacture of the bearing layer (cast, sintered, knurled) in multilayer thin-walled plain bearings, lightly loaded main and connecting rod bearings, liners, and thrust bearings. Babbitt PbSb15Sn10 is soft, has relatively good limited lubrication properties, low fatigue strength; works with hard and soft shaft. The results of the experimental study of the anodic behavior of lead babbit BK (PbSb15Sn10K) alloyed with 0,01 + 1,0 wt. % potassium in an electrolyte medium of 3,0 % NaCl are presented. It is shown that potassium additions reduce the corrosion rate of the original PbSb15Sn10 alloy to 12 %. With an increase in the potassium concentration in the NaCl electrolyte, the corrosion andpit-ting potentials shift to the positive range of values.
Keywords: lead-based babbit BK (PbSb15Sn10K), potassium, corrosion, potentiody-namic method, anodic behavior, 3 % NaCl electrolyte
ВВЕДЕНИЕ
Защита металлов от коррозии является одной из важнейших научных и экономических проблем современного мира. Эта проблема вызывает большие потери в годовом производстве черных металлов, что эквивалентно примерно 12 % его производства [1].
Нерешенные проблемы борьбы с коррозии металлов на многих промышленных предприятиях тормозят технический прогресс. Эти проблемы очень важны во многих странах с большими запасами металлов в связи с все более широким использованием в промышленности не только высокопрочных материалов, но и материалов со свойствами, применяемыми в агрессивных средах, при высоких температурах и давлениях. В этих условиях значительно возрос удельный вес потерь, вызываемых такими опасными формами коррозии, как коррозионное растрескивание, межкристаллическая коррозия, питтингообразование и др. Для защиты металлов и сплавов от коррозии применяют различные методы снижения скорости коррозии [2-5].
Наиболее распространенным методом повышения коррозионностойкости металлов и сплавов является их легирование. Легирование является одним из наиболее эффективных способов повышения коррозионностойкости металлов и сплавов. При легировании в металлы и сплавы добавляют компоненты, снижающие скорость их коррозии. В работах [6-9] сообщается об отсутствии в литературе данных о коррозионных свойствах свинцового баббита БК (PbSb15Sn10К) с калием в среде электролита 3 %-го NaCl.
Цель работы состоит в определении оптимальной концентрации калия как легирующего компонента на коррозионно-электрохимические характеристики свинцового баббита БК (PbSb15Sn10К), в среде электролита 3 %-го №С1.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Свинцовый баббит БК (PbSb15Sn10К) c калием получали в шахтной лабораторной печи СШОЛ при температуре 450-500° С путём плавки свинца марки С1 (99,985 % РЬ) (ГОСТ 3778-77), олова марки ОВЧ-000 (99,999 % Sn) (ГОСТ 860-75), сурьмы металлической марки Су00 (99,9 % Sb) (ГОСТ 1089-82) и металлического калия марки K (98,0 % ф (ГОСТ 10588-75). Далее из расплава в металлический кокиль отливались цилиндрические образцы диаметром 8 мм и длиной 120 мм.
Торцевая часть образцов служила рабочим электродом для исследования электрохимических свойств. Состав сплавов контролировался взвешиванием шихты и полученных сплавов. Исследованию подвергались сплавы, масса которых отличалась от массы шихты не более чем на 2 % (отн.).
Исследования проводили по методикам, описанным в работах [11-16] на потен-циостате ПИ-50-1-1 в потенциостатическом методе со скоростью развертки потенциала 2 мВ/с, с помощью программатора ПР-8 и самозаписа ЛКД-4. Температуру раствора под-
держивали постоянно 20° С, с помощью термостата МЛШ-8. Электродом сравнения служил хлоридсеребряный, вспомогательным - платиновый.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование коррозионно-электрохимического поведения свинцового баббита БК (PbSb15Sn10К), модифицированного калием, проводилось в соответствии с рекомендациями ГОСТ 9.017-74 в среде 3 %-го №С1 как заменителя морской среды.
В табл. 1 приведена зависимость потенциала свободной коррозии по хлорсеребря-ному электроду (х.с.э.) во времени для свинцового баббита БК (PbSb15Sn10К) с калием. Видно, что как для исходного сплава, так и для легированных калием сплавов независимо от времени характерно смещение потенциала свободной коррозии в положительную область в начальном этапе.
Таблица 1 - Временная зависимость потенциала (х.с.э.) свободной коррозии (-Есв.кор, В)
свинцового баббита БК (РЬ8Ь158п10К) от содержания калия в среде электролита 3,0 %-го №С1
Время выдержки, мин Содержание калия в сплаве, мас. %
0,0 0,01 0,1 0,5 1,0
0 0,956 0,910 0,895 0,881 0,865
0,15 0,951 0,896 0,881 0,865 0,853
0,2 0,946 0,886 0,867 0,854 0,842
0,3 0,937 0,875 0,855 0,842 0,831
0,4 0,926 0,863 0,843 0,831 0,819
0,5 0,914 0,852 0,832 0,821 0,811
0,6 0,903 0,841 0,821 0,811 0,799
2 0,894 0,830 0,811 0,799 0,791
3 0,887 0,820 0,802 0,791 0,782
4 0,878 0,811 0,794 0,782 0,774
5 0,871 0,804 0,787 0,776 0,767
10 0,864 0,797 0,781 0,771 0,761
20 0,859 0,790 0,777 0,765 0,755
30 0,854 0,786 0,774 0,761 0,751
40 0,852 0,783 0,771 0,757 0,745
50 0,851 0,781 0,770 0,755 0,742
60 0,851 0,781 0,768 0,755 0,741
Так, после одного часа выдержки в растворе электролита 3 %-го КаС1 величина потенциала свободной коррозии исходного сплава PbSb15Sn10 равняется -0,851 В, а у сплава, содержащего 1,0 мас. % К, составляет -0,741 В (PBSb15Sn10K). Это свидетельствует об ускорении процесса формирования защитного оксидного слоя у легированных калием сплавов по сравнению с нелегированным сплавом.
Как видно из табл. 2, добавки до 1,0 мас. % калия к свинцовому баббиту БК (PbSb15Sn10К) смещает потенциалы коррозии, питтингообразования и репассивации
в область положительных значений. Тенденция смещения потенциалов в положительную сторону при легировании исходного сплава калием характерна и для потенциала свободной коррозии.
Как видно из табл. 2, добавки калия к сплаву PbSb15Sn10 способствуют снижению скорости коррозии. Минимальная скорость коррозии соответствует сплаву PbSb15Sn10, легированному 1,0 мас. % калием (30,53 • 10-3 г/м2ч).
Таблица 2 - Коррозионно-электрохимические характеристики свинцового баббита БК
(РЬ8Ь158п10К) с калием в среде электролита 3,0 %-го
Содержание калия в сплаве, мас. % Электрохимические потенциалы, В (х. с. э.) Скорость коррозии
_ Е ■-■св.кор. _ Е ■-■кор. _ Е ■-■п.о. _ Е ^кор., А/м2 К•103, г/м2-ч
- 0,851 1,101 0,651 0,700 0,90 34,78
0,01 0,781 1,051 0,595 0,651 0,85 32,85
0,1 0,768 1,038 0,584 0,641 0,83 32,08
0,5 0,755 1,027 0,575 0,629 0,81 31,30
1,0 0,741 1,016 0,563 0,618 0,79 30,53
На рисунке представлены анодные ветви потенциодинамических кривых (2 мВ/с) свинцового баббита БК (PbSb15Sn10К), содержащего различное количество калия, в среде электролита 3 %-го КаС1. Видно, что присутствие калия несколько изменяет ход анодных кривых в сторону меньших значений плотности тока и в более положительную область значений потенциалов. При этом потенциал питтингообразования также повышается с увеличением концентрации легирующего компонента до 1 мас. %.
Потенциодинамические анодные поляризационные (2мВ/с) кривые свинцового баббита БК (РЬ8Ь158п10К) (1), содержащего калий, мас. %: 0,01 (2); 0,1 (3); 0,5 (4); 1,0(5),
в среде электролита 3,0 %-го №С1
ВЫВОД
Потенциодинамическим методом со скоростью развертки потенциала 2 мВ/с, в среде электролита 3 %-го NaCl определены основные коррозионно-электрохимические характеристики свинцового баббита БК (PbSb15Sn10), легированного калием.
На основе проведенных исследований установлено, что добавки калия в количествах 0,01 — 1 мас. % на 12 % повышают коррозионную стойкость свинцового баббита БК (PbSb15Sn10K), что сопровождается смещением в положительную область основных электрохимических потенциалов.
Повышение на 10 % коррозионной устойчивости свинцового баббита БК (PbSb15Sn10) легированием калием позволяет на столько же уменьшить металлоемкость изготавливаемых из них изделий. При стоимости 1 т свинца 2400 USD 10 %-е снижение металлоемкости изготавливаемых из его сплавов изделий при объеме производства 1000 т в год составляет: $240 1000 т = $240000.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дунаев Ю.Д. Нерастворимые аноды на основе свинца. Алма-Ата: Наука Каз-ССР, 1978. 316 с.
2. Мальцев М.В. Модификаторы структуры металлов и сплавов. Москва: Металлургия, 1964. 285 с.
3. Лужникова Л.П. Материалы в машиностроении. Т. 1. Цветные металлы и сплавы. Москва: Машиностроение, 1967. 287 с.
4. Александров В.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учеб. пособие. Ч. 1. Материаловедение. Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2015. 327 с.
5. Влияние состава свинцовых сплавов на проводимость коррозионного слоя положительных решеток в свинцово-кислотном аккумуляторе / М.М. Бурашникова, Е.В. Иноземцева, С.Е. Таланов, И.А. Казаринов // Электрохимическая энергетика. 2009. Т. 9. № 4. С. 209-217.
6. Каменев Ю.Б. Влияние селена на характеристики малосурьмяных свинцовых сплавов // Электрохимическая энергетика. 2008. Т. 8. № 4. С. 209-214.
7. Сосновская Н.Г. Влияние состава сплава положительного электрода на характеристики свинцового аккумулятора // Современные технологии и научно-технический прогресс. 2004. Т. 1. С. 55-59.
8. Салита Д.С., Поляков В.В. Влияние структуры свинцового сплава на акустическую эмиссию при пластической деформации и разрушении // Известия Алтайского государственного университета. 2017. № 1 (93). С. 54-57.
9. Резай Б. Влияние температуры отливки сплава Pb-Sb-Sn для решетки пластины аккумуляторной батареи на поляризацию при выделении кислорода в свинцовых кислотных аккумуляторах // Электрохимия. 2006. Т. 42. № 4. С. 401-405.
10. Ходжаназаров Х.М., Ганиев И.Н., Ходжаев Ф.К. Анодное поведение свинцового баббита PbSb15Sn10 с натрием, в среде электролита 3 %-ного NaCl // Современные проблемы металлургической промышленности: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Душанбе, 2021. С. 59-63.
11. Ходжаназаров Х.М., Ганиев И.Н., Ходжаев Ф.К. Влияние добавок лития на коррозионно-электрохимические свойства свинцового баббита PbSb15Sn10 в среде электролита 0,03 %-ного NaCl // Современные проблемы металлургической промышленности: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Душанбе, 2021. С. 138-142.
12. Влияние добавок свинца на анодное поведение проводникового алюминиевого сплава AlMgSi в среде электролита NaCl / И.Н. Ганиев, А.П. Абулаков, Дж.Х. Джайлоев, Н.И. Ганиева, У.Ш. Якубов // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Сер. 1. Естественные и технические науки. 2020. № 2. С. 109-113.
13. Потенциодинамическое исследование сплавов свинца с теллуром, в среде электролита / С.У. Худойбердизода, И.Н. Ганиев, Н.М. Муллоева, Д.Х. Джайлоев, У.Ш. Якубов // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2020. № 2. С. 238-245.
14. Муллоева Н.М., Ганиев И.Н. Повышение анодной устойчивости свинца легированием щелочноземельными металлами. Германия: Изд. дом LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. 84 с.
15. Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыксин И.Е. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите / под ред. акад. Я.М. Коло-тыркина. Л.: Химия, 1972. 240 с.
16. Муллоева Н.М., Ганиев И.Н., Махмадуллоев Х.А. Физикохимия сплавов свинца с щелочноземельными металлами: монография. Германия: Изд. дом: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. 152 с.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Ходжаназаров Хайрулло Махмудхонович -
старший преподаватель кафедры «Технология, машины и оборудование полиграфического производства» Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими
Ганиев Изатулло Наврузович -
академик, доктор химических наук, профессор кафедры «Технология химического производства» Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими
Ходжаев Фируз Камолович -
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Металлургия» Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими
Khairullo M. Khojanazarov -
Senior Lecturer, Department of Technology, Machines and Equipment for Printing Production, Tajik Technical University named after Academician M.S. Osimi
Izatullo N. Ganiev -
Academician, Dr.Sci. Chemistry, Professor Department of Chemical Production Technology, Tajik Technical University named after Academician M.S. Osimi
Firuz K. Khojaev -
PhD Tech., Senior Lecturer, Department of Metallurgy, Tajik Technical University named after Academician M.S. Osimi
Статья поступила в редакцию 15.02.2022, принята к опубликованию 22.03.2022
