CC BY
4
УДК 620.197.2
Желудкова Е.А., Феденева Е.М., Абрашов А. А., Григорян Н.С., Аснис Н.А.
Самозалечивание церий-лантансодержащих защитных покрытий на гальванически оцинкованной стали
Желудкова Екатерина Александровна - ассистент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, ilyakhinaa@mail.ru;
Феденева Евгения Максимовна - студент бакалавриата 4-го года обучения кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Абрашов Алексей Александрович - к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Григорян Неля Сетраковна - к.х.н., профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Аснис Наум Аронович - к.т.н., ведущий инженер кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии. ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Москва, Россия 125047 Москва, Миусская пл., 9.
Для протекания процесса самозалечивания царапин необходимо достаточное количество церия в рабочем церий-лантансодержащем растворе и покрытии. У покрытий, сформированных в растворе с концентрацией церия 2 г/л, подтвердилась способность к самозалечиванию, но выражена она слабее. В статье представлены результаты исследований самозалечивающей способности церий-лантансодержащих покрытий, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа (EDX) до и после погружения на 24 часа в агрессивный 0,003Мраствор NaCl. Ключевые слова: защита от коррозии, конверсионные покрытия, финишная обработка поверхности, бесхроматная пассивация, редкоземельные металлы.
Self-healing of ceria-lanthanum-containing protective coatings on galvanically galvanized steel
Zheludkova E.A., Fedeneva E.M., Abrashov A.A., Grigoryan N.S., Asnis N.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The process of self-healing of scratches requires a sufficient amount of cerium in the working cerium-lanthanum-containing solution and coating. The coatings formed in a solution with a cerium concentration of 2 g/L confirmed the ability to self-heal, but it was weaker. This paper presents the results of studies of the self-detectability of ceria-,lanthanum-containing coatings obtained by scanning electron microscopy (Thermo Fisher Scientific Quatro C) and energy dispersive X-ray microanalysis (EDX) before and after immersion for 24 hours in an aggressive 0.003MNaCl solution.
Key words: ^rrosion protection, conversion coatings, finishing surface treatment, chromate-free passivation, rare earth metals.
зарастать через 10 часов испытаний в 0,003М Введение растворе NaCl. В образующемся в царапине покрытии
Самозалечивающая способность улучшает часть церия (IV) переходит в церий (III) в антикоррозионные свойства покрытий и увеличивает соотношении Ce3+/Ce4+ = % [2]. Для снижения срок службы защищаемых материалов. пористости церийсодержащей пленки и увеличения Конверсионные покрытия относят к отдельному типу ее защитной способности в рабочий раствор вводили самовосстанавливающихся покрытий для защиты от 0,8-1,2 г/л La3+ при условии суммарной концентрации коррозии. Общеизвестным и классическим примером ионов редкоземельных металлов 3 г/л, что вдвое ниже таких покрытий являются хроматные на поверхности изначальной. Целью работы являлось исследование оцинкованной стали, способные ко вторичной самозалечивающей способности церий-
пассивации. При появлении на хроматированной лантансодержащих покрытий после введения ионов поверхности влаги в виде тончайшей, невидимой лантана в рабочий раствор и существенного снижения невооруженным глазом пленки, которая частично концентрации церия, как основного ингибитора вымывает шестивалентный хром из покрытия, коррозии и залечивающего агента. расположенного вблизи царапин или рисок, после Эксперимштальная частъ
чего в пассивной плен—е появляется весьма мал°е с целью определения способности покрытий к
количество ионов Сг2 07 , но достаточное для того самозалечиванию исследовали изменение внешнего чтобы вновь запассивировать оголенные участки вида и геометрических размеров царапин, а также цинка. Соединения церия являются общепринятым элементного состава поверхности внутри нее с ингибитором коррозии ц^таьгс металлов [1]. В помощью сканирующей электронной микроскопии предыдущих работах установлено, что (Thermo Fisher Scientific Quattra C) до и после церийсодержащие покрытия на поверхности погружения в агрессивный 0,003М раствор NaCl на 24 гальванически оцинкованной стали, сформированные часа. Фотографии получали при ускоряющем в расгаре содержащем 6,5 г/л ионов церия, также напряжении 10 кВ в высоком вакууме. Для обладают способностью к самозалечиванию. Сеть определения элементного состава исследуемой
царапин на церийсодержащем покрытии начинает области проводили энергодисперсионный
рештеноспектральный микроанализ (EDX) в режиме высокого вакуума. Царапины на поверхность полированных образцов с покрытиями наносили на специальной установке лазерным наконечником.
Снижение концентрации церия в растворе пассивации до 3 т/л не повлияло на самозалечивающие свойства церийсодержащего покрытия. За 24 часа испытаний вся исходная царапина покрывается вновь образованным покрытием, продукты коррозии цинка в ней не проявляются. Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА, ББХ) на количественном уровне -
относительный метод, однако нами установлено незначительное снижение массового содержания цинка после испытаний на самозалечивание с 86,4 до 75,1 %, а также некоторое увеличение церия с 7,8 до 12,3 %, что свидетельствует об образовании нового защитного покрытия. Причиной обнаружения церия и лантана внутри свежесформированной царапины является вдавливание внутрь борозды, оставленной острием лазерного наконечника, тонкого конверсионного покрытия на пластичной цинковой основе.
3) У 100
CS
§ 80
о4
!Ц 60
S
= 40
CS
й
&
щ Ч 20
о
и 0
до ■ после
O
Zn
Рис.1. Результаты исследования церий-,лантансодержащих покрытий: 1- фотография царапины до испытаний; 2 - фотография царапины после 24 часов испытаний; 3 - РСМА микроанализ
Можно, предположить, что в случае церий-лантансодержащих покрытий при наличии влаги на оголенном участке протекают такие же реакции, как у церийсодержащих покрытий, так как именно церий является залечивающим агентом с двумя характерными валентными состояниями: Zn ^ Zn2+ + 2е О2 + 2Н2О + 4ё ^ 40Н-гп2+ + 2ОН- ^ Zn(OH)2 4Се(ОН)22++2ОН- ^4Се3++5/2О2+5ШО В церий-лантансодержащем растворе
концентрация церия понижена: соотношение металлов СеЬа = 2/1 при условии суммарной их концентрации 3 г/л. У покрытий, сформированных в растворе с концентрацией церия 2 г/л, подтвердилась способность к самозалечиванию, но выражена она слабее. Некоторые места царапины заполнились продуктами коррозии до полного исчезновения следа. Рентгеноспектральный микроанализ вновь запассивированных участков показал сохранение
содержания цинка (до 86,7%; после 84,4 %) и лантана (до и после 1,5 %), а также незначительное увеличение церия с 5,8 до 7,6% (рис. 1).
Заключение
Для протекания процесса самозалечивания цар апины необходимо достаточное количество церия в рабочем р астворе и покрытии. При понижении его концентрации в рабочем растворе до 2 г/л наблюдаются частично заращенные новым покрытием царапины.
Список литературы
1.Alicja Stankiewicz, Irena Szczygiel, Bogdan Szczygiel. Self-healing coatings in anti-corrosion applications // Journal of Materials Science. - 2013. No 48. P. 8041-8051.
2.Желудкова Е.А., Абрашов А.А., Григорян Н.С., Аснис Н.А., Ваграмян Т.А. // Коррозия: материалы, защита. - 2018. № 4. - С. 27-33.
