CC BY
22УДК 669
Safomudin S. Radzhabaliyev
COMPARATIVE STUDY OF THE ANODE BEHAVIOR OF ALUMINUM ALLOY АЖ2.18 WITH TIN, LEAD AND BISMUTH
Tajik Technical University named after acad. M.S. Osimi Dushanbe, Tatjikistan, safo_02@mail.ru
The results of a comparative study of the corrosion-electrochemical behavior of the aluminum alloy AX2.18 modffied with tin, had and bismuth in the medium of the eleclrolyte NaCI are presented. It is shown that aloys alloyed wtth small addHives of these etements are more high-fy corrosoon resistant. The regularity of the change in the free corroshn potential of the aluminum aloy AX 2.18 modffied wtth bismuth nn the electrolyte medium of 3% NaCI ss similar to the behavor of aloys with tin and lead.' . The difference lies nn the fact that for alloys wtth bssmuth, there ss an even greater potential shift to the regon of positive values.
Key words: aluminum alloy AX2.18, tin, lead, bismuth, potentiostltic method, corrosion, corrosion rate, corrosion current, free corrosion potential, pitting potential.
DOI: 10.36807/1998-9849-2022-60-86-28-32
Введение
В настоящее время возрастает интерес к созданию и внедрению принципиально новых конструкционных материалов, которые обладают повышенными эксплуатационными свойствами, в частности, устойчивыми к работе в агрессивных средах. Одним из перспективных материалов, в этом смысле, является алюминиевый сплав АЖ2.18, который успешно может быть использован в качестве антикоррозионного материала, так как не находит широкого применения в качестве конструкционного материала из-за высокого содержания железа в своём составе. Вместе с тем, использование названного алюминиевого сплава как основы для создания новых сплавов, а именно коррозионностой-ких, может иметь большую перспективу в будущем, что в свою очередь подтверждает актуальность представленной работы.
В настоящей работе рассматривается вопрос повышения антикоррозионных свойств сплава АЖ2.18, в котором в качестве малых легированных добавок используется олово, свинец и висмут. Выбор исходного состава обосновывается тем, что данный состав является эвтектическим. Этот класс сплавов обладают рядом преимуществ, главным из которых являются минимальное значение интервала кристаллизации, а соответственно усадки [1-6].
Цель работы заключается в исследовании анодного поведения алюминиевого сплава АЖ2.18,
.715.046
Раджабалиев С.С.
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНОДНОГО ПОВЕДЕНИЯ
АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АЖ2,18 С ОЛОВОМ, СВИНЦОМ И ВИСМУТОМ
Таджикский технический университет им. акад. М. Оси-ми, г. Душанбе, Татжикистан, safo_02@mail.ru
Представлены результаты сравнительного исследования коррозионно-электрохимического поведения алюминиевого сплава АЖ2.18, легированного оловом, свинцом и висмутом, в среде электролита NО.. Показано, что сплавы, легированные малыми добавками указанных элементов, отличаются боле высокой коррозионной устойчивостью. Закономерность изменения потенциала свободной коррозии алюминиевого сплава АЖ2.18, модифицированного висмутом, в среде электролита 3%-ного NО1 аналогична поведению сплавов с оловом и свинцом. Отличие заключается в том, что для сплавов с висмутом наблюдается ещё больший сдвиг потенциала в область положительных значений.
Ключевые слова: алюминиевый сплав АЖ2.18, олово, свинец, висмут, потенциостатический метод, коррозия, скорость коррозии, ток коррозии, потенциал свободной коррозии, потенциал питтингообразования.
Дата поступления - 09 декабря 2021 года
легированного оловом, свинцом и висмутом, в среде электролита 3%-ного ЫаС1.
Сплавы на основе алюминия с добавлением железа и редкоземельных металлов также используются в качестве трансмиссионных материалов в электронике, для производства автомобильных и авиационных двигателей, проводов, кабелей, стержней, шин и других продуктов в электротехнической промышленности. [7, 8].
Экспериментальные результаты и их обсуждение
При синтезе сплавов были использованы алюминий марки А0 (Гост 11069-2001), железо - Ч.Д.А., олово - 99.5 % (ГОСТ 860-75), свинец - марки С3С (ГОСТ 3778-98), висмут - марки ВиОО (ГОСТ10928-90). Сплавы были получены в шахтной печи сопротивления типа СШОЛ в интервале температур 800-850°С. Предварительно была получена алюминиево-железная лигатура с содержанием железа 2.18%.
Образцы для исследования диаметром 8 мм, длиной 120 мм были отлиты в графитовых изложницах. Для предотвращения контакта нерабочей части образцов с электролитом изолировались смолой из смеси канифоли и парафина в соотношении 50 : 50. Рабочую торцевую часть электродов зачищали наждачной бумагой, полировали, обезжиривали, травили в 10%-ном растворе №ОН, тщательно промывали спиртом и затем погружали в электролит №С1. Иссле-
дования проводили с использованием потенциостата ПИ-50-1.1 и самописца ЛКД-4-002, в среде электролита марки ЧДА для установления бестокового потенциала коррозии. Электродом сравнения служил хлорсеребря-ный, а вспомогательным - платиновый. Скорость развертки потенциала составляла 2 мВт-1.
Для электрохимических исследований образцы поляризовали в положительном направлении от потенциала, установившегося при погружении в исследуемый раствор (Есв.кор. - потенциал свободной коррозии или стационарный), до значения потенциала при котором происходит резкое возрастание плотности тока - 2 А/м2 (рис.1, кривая I). Затем образцы поляризовали в обратном направлении (рис. 1, кривая II) и по пересечению кривых I и II определяли величину потенциала репассивации. Далее шли в катодную область до значения потенциала - 0.810 В, в результате чего происходило подщелачивание при электродном слое поверхности образца (рис.1, кривая III). Наконец, образцы повторно поляризовали в положительном направлении (рис. 1, кривая IV), при этом в процессе перехода от катодного к анодному ходу фиксируются потенциал пассивации. По ходу прохождения полной поляризационной кривой определяли следующие электрохимические параметры:
Ест. или Есв.кор. - стационарный потенциал или потенциал свободной коррозии;
Ереп. - потенциал репассивации;
Еп.о. - потенциал питтингобразования (или потенциал пробоя);
Екор. - потенциал коррозии;
1кор. - ток коррозии.
В качестве примера на рис. 1 представлена полная потенциодинамическая кривая для алюминиевого сплава АЖ2,18 с 0.05% Б1, в среде электролита 3%-ного №□.
Рис. 1. Полная поляризационная (2 мВ/с) кривая алюминиевого сплава АЖ2,18 с 0.05% В, в среде электролита 3%-ного ЫаС!
Расчет тока коррозии, как основного электрохимического показателя процесса коррозии, проводили по катодной кривой с учетом тафеловской константы, равной вк = 0,12 В. Скорость коррозии (К) определяли по току коррозии (¡кор.) по формуле:
К = ¡кор.'^
где к = 0.335 г/А^ч - электрохимический эквивалент алюминия.
Исследования проводились по методике, описанной в работах [9-13].
Результаты коррозионно-электрохимического исследования алюминиевого сплава АЖ2.18, легиро-
ванного оловом, свинцом и висмутом, представлены в таблицах 1-3 и на рис. 2, 3.
При изучении коррозионно-электро-химического поведения указанных сплавов была исследована зависимость электродных потенциалов от времени выдержки в электролите (в течение часа). Результаты показали, что легирование алюминия оловом, свинцом и висмутом смещает электродный потенциал в положительную область (таблица 1 и рис. 2).
Таблица 1. Зависимость потенциала (х.с.э.) свободной коррозии. (- Есв.кор., В) алюминиевого сплава АЖ2,18 от времени
Время выдержки, мин. Содержание олова в сплаве, мас. %
0.0 0.005 0.05 0.1 0.5
0 1.085 1.090 1.170 1.190 1.210
1/8 1.050 1.070 1.132 1.152 1.190
1/4 0.990 1.060 1.124 1.133 1.175
1/2 0.920 1.055 1.110 1.096 1.066
1 0.888 1.060 1.098 1.090 1.045
2 0.819 1.064 1.083 1.080 1.030
3 0.807 1.070 1.070 1.065 1.032
4 0.790 1.075 1.052 1.045 1.016
5 0.787 1.086 1.030 1.022 1.000
10 0.760 1.082 1.021 0.988 0.974
15 0.758 1.070 0.982 0.974 0.958
20 0.756 1.050 0.970 0.966 0.933
25 0.750 1.045 0.968 0.960 0.926
30 0.743 0.998 0.965 0.958 0.920
40 0.738 0.983 0.963 0.955 0.918
50 0.736 0.972 0.960 0.950 0.915
60 0.735 0.970 0.960 0.950 0.910
При погружении образцов из сплавов в раствор 3%-ного потенциал свободной коррозии, в начальный период, имеет отрицательное значение, но в течение 5-20 мин. смещается в положительную сторону. Дальнейшая выдержка течение часа приводит к установлению стационарного потенциала, что связано с образованием защитной плени на поверхности образцов.
Таблица 2. Зависимость потенциала (х.с.э.) свободной коррозии(- Есв.кор., В) алюминиевого сплава АЖ2,18 от времени и _содержания свинца, в среда электролита 3%>-ного ЫаС!
Содержание свинца в сплаве, мас.. %
мин. - 0.01 0.05 0.10 0.50
0 1.085 1.150 1.110 1.090 1.077
0.15 1.050 1.110 1.090 1.077 1.050
0.30 0.990 1.080 1.076 1.063 1.025
0.45 0.920 1.064 1.054 1.048 1.010
1 0.888 1.036 1.030 1.034 1.000
3 0.807 1.000 0.990 0.964 0.956
4 0.790 0.990 0.978 0.945 0.938
5 0.787 0.975 0.956 0.927 0.914
10 0.760 0.962 0.948 0.915 0.900
15 0.758 0.950 0.935 0.900 0.888
20 0.756 0.944 0.930 0.890 0.862
30 0.750 0.936 0.925 0.884 0.854
40 0.743 0.930 0.925 0.870 0.847
50 0.736 0.918 0.895 0.860 0.822
60 0.735 0.918 0.890 0.860 0.820
Рис. 2. Временная зависимость потенциала свободной корозии алюминиевого сплава АЖ 2.18 (1) от содержания висмута, мас. %: 0.005 (2), 0.05 (3), 0.1 (4), 0.5 (5), в среде электролита 3%-ного NaCI
Электрохимические характеристики алюминиевого сплава АЖ2.18, легированного оловом, свинцом и висмутом, снятые при скорости развертки потенциала 2 мВ/с обобщены в таблице 3. Видно, что введение олова, свинца и висмута до 0.05 мас. % в алюминиевый сплав АЖ2.18 уменьшает скорость коррозии на 2030%. Дальнейший рост концентрации легирующих элементов нецелесообразен, так как при этом происходит повышение скорости коррозии, что согласуется с характером расположения анодных кривых сплавов в исследованной среде.
Таблица 3. Коррозионно-электрохимические характеристики алюминиевого сплава АЖ2.18 , легированного оловом, свинцом и
Содержание Sn, Pb, Bi в сплаве, мас.% Электрохимические потенциалы (х.с.э.), В Скорость коррозии
-Есв.кор. -Екор. -Еп.о. -Ер.п. ^ор., А/м2 К-103, г/м2-час
0.0 0.735 1.014 0.580 0.620 0.017 5.70
0.005Sn 0.970 1.035 0.650 0.730 0.013 4.35
0.05Sn 0.960 1.030 0.630 0.720 0.012 4.02
0.1Sn 0.950 1.226 0.640 0.725 0.045 15.07
0.5Sn 0.915 1.256 0.660 0.740 0.047 15.74
0.005 Pb 0.918 1.010 0.650 0.720 0.014 4.69
0.05 Pb 0.890 1.014 0.640 0.730 0.015 5.03
0.10 Pb 0.860 1.086 0.660 0.740 0.028 9.38
0.50 Pb 0.820 1.124 0.675 0.750 0.032 10.72
0.005 Bi 0.890 1.020 0.650 0.720 0.016 5.36
0.05 Bi 0.880 1.050 0.660 0.740 0.014 4.69
0.1 Bi 0.864 1.100 0.680 0.740 0.023 7.70
0.5 Bi 0.830 1.160 0.684 0.760 0.030 10.05
Е, В
-2-1 От
-1д, А/м 2
Рис. 3. Анодные поляризационные кривые алюминиевого сплава АЖ2.18 (1), легированного оловом (а), свинцом (б) и висмутом (в) мас. %: 0.005 (2), 0.05 (3), 0.1 (4), 0.5 (5), в среде электролита 3%-ного №О1.
Эти результаты подтверждаются данными рис. 3, где представлены анодные ветви потенциодинами-ческих кривых алюминиевого сплава АЖ2.18, содержащего олово, свинец и висмут. Установлено, что добавки легирующих элементов смещают в отрицательную область потенциалы анодных кривых. При этом добавки модифицирующих компонентов в количествах 0.005 + 0.05 мас.% снижают скорость коррозии алюминиевого сплава АЖ2,18 в среде электролита №С! (более высокое содержание добавок ведет к росту скорости коррозии сплавов).
Как известно, наиболее опасным видом коррозии алюминия и его сплавов является питтинговая коррозия, которая вызывается хлорид-ионами окружающей среды. Этим и объясняется выбор раствора №С!
в качестве коррозионной среды для электрохимических и коррозионных испытаний.
В результате процессов растворения, окисления и гидратации алюминия в подобных водных средах на поверхности, как известно, осаждается гидратиро-ванный оксид с общей формулой А!203-пН20. Оксид и гидроксид алюминия различной модификации хорошо растворимы в щелочных и кислых средах, но практически нерастворимы в нейтральных растворах - именно этими соображениями объясняется область практического использования алюминия и его сплавов в жидких средах близких к нейтральным. Оксидные плёнки на алюминии проявляют высокое защитное действие в таких растворах, а равномерная коррозия алюминия и
его сплавов, как правило, невелика и протекает на отдельных дефектах оксидной плёнки [14-16].
Приведенные в статье результаты исследований могут послужить научной основой для синтеза новых анодных сплавов для протекторной защиты стальных конструкций.
Выводы
Потенциостатическим методом в потенциоди-намическом режиме со скоростью развертки потенциала 2 мВ/с исследовано анодное поведение алюминиевого сплава АЖ2.18, легированного оловом, свинцом, висмутом. Показано, что добавки легирующих компонентов в количествах 0.005^0.05 мас..% несколько повышают коррозионную стойкость исходного сплава, в среде электролита NaCl.
Полученные значения коррозионно-электрохимических характеристик алюминиевого сплава АЖ2.18 с добавками висмута и олова могут использоваться при синтезе новых многокомпонентных сплавов на основе алюминия с железом.
Исследованные сплавы систем AЖ2.18%Fe-Pb (Sn, Bi) имея потенциал коррозии -1,256^-1,020 В, характеризуются защитным сдвигом потенциала более -0,800 мВ, что могут обеспечить 90-95% уровня защиты стальных изделий от коррозии.
Литература
1. Луц А.Р., Суслина А.А. Алюминий и его сплавы. Самара: Самарск. Гос. техн. универ. 2013. 81 с.
2. Мондолыро Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1997. 640 с.
3. Горо Н. Коррозия алюминия и его сплавов. // Босеку гидаюзу, 1978, C. 194-202.
4. Кудрявцев Н. Т. Электролитические покрытия металлами. М.: Химия, 1979. 351 с.
5. Ганиев И.Н., Якубов У.Ш., Хакимов А.Х. Свойства алюминиевого сплава АЖ5К10 с щелочноземельными металлами. Душанбе, 2021. 155 с.
6. Пленкова Л.С., Бундже В.Г., Заботин П.И. Коррозия некоторых алюминиевых сплавов в водных растворах // Известия АН КазССР. Серия: химическая. 1985. №1. C. 19.
7. Раджабалиев С.С., Ганиев И.Н., Амонов И.Т. Влияние свинца на анодное поведение сплава Аl+2,18%Fe // Вопросы материаловедения. 2016. №2(86). С. 147-151.
8. Раджабалиев С.С., Ганиев И.Н., Амонов И.Т. Норова М. Т. Потенциодинамическое исследование сплава А1+2,18%Ре, модифицированного оловом и висмутом // Известия СПбГТИ)ТУ). 2016. №35(61) С. 22-25.
9. Ганиев И.Н., Алиев Дж.Н, Нарзуллоев З.Ф. Влияние добавок никеля на анодное поведение цинко-во-алюминиевых сплавов Zn5Al, Zn55Al в среде электролита NaCl // Журн. прикл. химии. 2019. Т. 92. Вып. 11. С. 1420-1426.
10. Якубов У.Ш., Ганиев И.Н., Сангов М.М. Электрохимическая коррозия сплава АЖ5К10, модифицированного барием, в среде электролита NaCl // Известия СПбГТИ)ТУ). 2018. № 43(69). С. 23-27.
11. Ганиев И.Н., Якубов У.Ш., Сангов М.М, Хакимов А.Х. Анодное поведение сплава АЖ5К10, модифицированного стронцием, в среде электролита NaCl // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017. № 4(22). С. 57-62.
12. Гулов С.С., Ганиев И.Н., Ашурматов Дж.Т., Махмадизода М.М. Потенциодинамическое исследование сплава АК9М2, модифицированного иттрием, в среде электролита NaCl // Вестник современных исследований. 2019. №1-3(28). С. 84-89.
13. Ганиев И. Н, Джайлоев Дж . Х, Амонов И.Т., Эсанов Н.Р. Влияние щелочноземельных металлов на анодное поведение сплава Al+2.18%Fe, в нейтральной среде // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017. № 3. С. 40-44.
14. Медиоланская М.М, Ротинян А.Л., Янковский А.А. Электрохимическое поведение сплавов железо-алюминий (стационарные потенциалы) // Журн. прикл. химии. 1987. Т. 60. № 8. С. 1877-1879.
15. Медиоланская М.М., Никитина Л.И., Янковский А.А., Ротинян А.Л. Электрохимическое поведение сплавов железо-алюминий (анодное поведение) // Журн. прикл. химии. 1987. Т. 60. № 8. С. 1880-1881.
16. Одинаев Ф.Р,, Сафааров А.Г., Курякшоев Д.С,, Акобиров АА, Ганиев И.Н. Влияние олова на анодное поведение сплава АЖ 4,5 в среде электролита NaCl // Доклады АН Республики Таджикистан. 2015. Т.58. №9. С. 835-839.
References
1. Luc A.R., Susina A.A. Alyuminij i ego splavy. Samara: Samarsk. Gos. tekhn. univer. 2013. 81 s.
2. Mondol'fo L.F. Struktura i svojstva al-yuminievyh splavov. M.: Metallurgiya, 1997. 640 s.
3. Goro N. Korroziya alyuminiya i ego splavov. // Boseku gidayuzu, 1978, C. 194-202.
4. Kudryavcev N.T. Elektroliticheskie pokrytiya metallami. M.: Himiya, 1979. 351 s.
5. Ganiev I.N, Yakubov U.Sh, Hak'/mov A.H. Svojstva alyuminievogo splava AZH5K10 s shchelochno-zemel'nymi metallami. Dushanbe, 2021. 155 s.
6. Peenkova L.S., Bundzhe V.G., Zabotin P.I. Korroziya nekotoryh alyuminievyh splavov v vodnyh ractvorah // Izvestiya AN KazSSR. Seriya: himicheskaya. 1985. №1. C. 19.
7. Radzhabaiev S.S., Ganeev I.N., Amonov I.T. Vliyanie svinca na anodnoe povedenie splava Al+2,18%Fe // Voprosy materialovedeniya. 2016. №2(86). S. 147-151.
8. Radzhabaiev S.S., Ganeev I.N., Amonov I.T. Norova M.T. Potenciodinamicheskoe issledovanie splava Al+2,18%Fe, modificirovannogo olovom i vismutom // Izvestiya SPbGTI)TU). 2016. №35(61) S. 22-25.
9. Aiev J.N, Narzulloev Z.F., Ganiev I.N. An Effect of Nickel Additives on Anode Behavior of Zinc-Aluminum alloys Zn5Al, Zn55Al IN NaCl Electrolyte // Russian Journal of Applied Chemistry.2019. Vol. 92. No 11, pp. 1517-1523.
10. Yakubov U.Sh, Ganeev I.N, Sangov M.M. El-ektrohimicheskaya korroziya splava AZH5K10, modificirovannogo bariem, v srede elektrolita NaCl // Izvestiya SPbGTI)TU). 2018. № 43(69). S. 23-27.
11. Ganiev I.N, Yаkubov U.SH., Sangov M.M., Hakimov A.H. Anodnoe povedenie splava AZH5K10, modificirovannogo stronciem, v srede elektrolita NaCl // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universiteta. 2017. № 4(22). S. 57-62.
12. Guhv S.S., Ganeev I.N, Ashurmatov Dzh.T, Mahmadizoda M.M. Potenciodinamicheskoe issledovanie splava AK9M2, modificirovannogo ittriem, v srede elektro-
lita NaCI // Vestnik sovremennyh issledovanij. 2019. №1-3(28). S. 84-89.
13. GanievI. N., Dzhajloev Dzh. H., AmonovI.T., Esanov N.R. Vliyanie shchelochnozemel'nyh metallov na anodnoe povedenie splava Al+2.18%Fe, v nejtral'noj srede // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo indus-trial'nogo universiteta. 2017. № 3. S. 40-44.
14. Mediolanskaya M.M., Rotinyan A.L., Yаnkov-sk/j A.A. Elektrohimicheskoe povedenie splavov zhelezo-alyuminij (stlcionlrnye potencialy) // Zhurn. prikl. himii. 1987. T. 60. № 8. S. 1877-1879.
15. Mediohnskaya M.M., Nikttina L.I., Yаnkovskij A.A., Rotinyan A.L. Elektrohimicheskoe povedenie splavov zhelezo-alyuminij (anodnoe povedenie) // Zhurn. prikl. himii. 1987. T. 60. № 8. S. 1880-1881.
16. Odinaev F.R., Safarov A.G., Kuryakshoev D.S., Akobirov A.A., Ganiev I.N. Vliyanie olova na anodnoe povedenie splava AZH 4,5 v srede elektrolita NaCl // Doklady AN Respubliki Tadzhikistan. 2015. T.58. №9. S. 835-839.
Сведения об авторах:
Раджабалиев Сафомудин Сайдалиевич, канд. техн. наук, и.о. доцента кафедры «Материаловедение, металлургические машины и оборудование», ТТУ им. М.С. Осими; Safomudin S. Radzhabaliyev, acting Associate Professor of the department of Materials, metallurgic machines and equipment, TTU named after M.S. Osimi safo_02@mail.ru
