СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ МДО-ПОКРЫТИЙ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 543

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ МДО-ПОКРЫТИЙ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

В. А. Вершинников, Д. В. Раводина, М. О. Солодушкин, М. В. Чижевская, В. А. Миронова Научный руководитель - А. В. Гирн

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31

E-mail: V.A.Vershinnikov@gmail. com

Рассмотрена химическая стойкость перспективных МДО-покрытий титановых сплавов в агрессивных средах. Определены коэффициенты коррозии и произведена оценка коррозионной стойкости титана с нанесенным покрытием и без.

Ключевые слова: микродуговое оксидирование, покрытия, титан, коррозионные среды, кислоты, защитные покрытия.

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE STABILITY OF THE MAO COATING OF TITANIUM ALLOYS

V. A. Vershinnikov, D. V. Ravodina, M. O. Solodushkin, M. V. Chizhevskaya, V. A. Mironova Scientific supervisor - A. V. Girn

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: V.A.Vershinnikov@gmail. com

The chemical resistance of promising MDO coatings of titanium alloys in aggressive environments is considered. Corrosion coefficients are determined and corrosion resistance of titanium with and without coating is evaluated.

Keywords: microarc oxidation, coatings, titanium, corrosive media, acids, protective coatings.

Титан и его сплавы, благодаря повышенной коррозионной стойкости в атмосферных условиях и специфичностью ряда физико-химических свойств, являются в настоящее время перспективными материалами, применяемыми в различных областях, в том числе и ракетостроении. Одной из особенностей титана является вентильность - способность его оксидов образовывать пленки такие, что их проводимость в противоположных направлениях сильно различается. Данная особенность позволяет наносить на титан покрытие методом поверхностной электрохимической обработки металлов и сплавов в режиме искрового или микродугового разряда — микродугового оксидирования (МДО) [1-3]. Упрочнение металла при микродуговом оксидировании происходит за счет образования на поверхности металла покрытия, которое состоит из оксида металла подложки и оксидов химических элементов, входящих в состав электролита [4].

Целью данной работы стало: определение химической стойкости МДО-покрытий титановых сплавов; определение и анализ коэффициентов коррозии образцов чистого титана и образцов титана с различными МДО-покрытиями.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1

Для проведения опытов, были изготовлены образцы титановых сплавов марок ОТ-4 и ВТ-1, размерами 40x20 мм. Нанесение покрытий на титан производили в двух электролитах КОН + Ка2БЮ3 и №2НР04. Покрытия наносились на режимах МДО: плотность тока 20А/дм2; источник тока - ИАТ-Т (источник ассиметричного тока тиристорный); соотношение 1к/1а=1,2; 1а = 3,3 А 1к = 2,3 А; продолжительность оксидирования 10 мин. Полученные образцы были взвешены, толщина покрытий была измерена (средние толщины МДО-покрытий приведены в табл. 1).

Для определения химической стойкости полученных МДО-покрытий были выбраны следующие среды: 1н раствор гидроксида натрия, концентрированная серная кислота (80 %), 1н раствор серной кислоты, концентрированная соляная кислота (30 %), 1н раствор соляной кислоты. Экспозиция образцов в средах проводилась в течении 3 дней, при стандартной температуре (25 0С).

Для оценки коррозионной стойкости МДО-покрытий титановых сплавов была определена потеря массы на единицу площади поверхности, по формуле 1 (табл. 2) [5]

ДШ = —---(1)

т1

Таблица 1

Средние толщины МДО-покрытий образцов

Электролит Средняя толщина покрытия на титане ВТ-1 Средняя толщина покрытия на титане ОТ-4

KOH + Na2SiO3 (KOH 30 г/л; Na2SiO3 50 г/л; диет. вода) 25,8 мкм 24,41 мкм

Na2HPO4 (Na2HPO4 60 г/л) 21,57 мкм 24,2 мкм

Таблица 2

Рассчитанные потери массы на единицу площади поверхности (кг/м2)

Среды ВТ-1 ОТ-4

Состав электролита для МДО

Без покрытия KOH+ Na2SiO3 N2HPO4 Без покрытия KOH+ Na2SiO3 N2HPO4

H2SO4 (конц.) 0,212 0,091 0,054 0,152 0,170 0,089

H2SO4 (1н) 0,0227 0,0006 0,005 0,022 0,0006 0,005

HCl (конц.) 0,605 0,505 0,006 0,465 0,421 0,3

HCl (1н)

Na(OH) (1н)

* Изменения масс образцов, испытываемых в средах HCl (1н) и Na(OH) (1н) вышли за пределы точности средств измерений.

После расчета коррозионной стойкости и сравнения потерь масс титана с МДО-покры-тием с титаном без покрытия в концентрированных кислотах следует, что МДО-покрытие KOH + Na2SiO3 повышает коррозионную стойкость титанового сплава ВТ-1 на 16,5% в соляной кислоте и на 56 % в серной кислоте. Коррозионная стойкость данного покрытия с титановым сплавом ОТ-4 в кислотах увеличилась незначительно, в серной кислоте наблюдается отрицательное влияние, в соляной прирост коррозионной стойкости 9 %.

МДО-покрытие Ка2НР04 повышает коррозионную стойкость титанового сплава ВТ-1 на 98 % в соляной кислоте и на 74 % в серной кислоте. Коррозионная стойкость данного покрытия на титановом сплаве ОТ-4 увеличила его коэффициент коррозии на 35 % в соляной кислоте и на 41 % в серной (табл. 3).

Таблица 3

Отношение потерь масс титана с МДО-покрытием к титану без покрытия

Среды ВТ-1 KOH + Na2SiO3 ВТ-1 N2HPO4 ОТ-4 KOH + Na2SiO3 ОТ-4 N2HPO4

H2SO4 (конц.) 0,56909291 0,744379814 -0,121072292 0,415732806

HCl (конц.) 0,164829715 0,989198721 0,094110896 0,354422208

Библиографические ссылки

1. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М.: Химия, 1975. 816 с.

2. Гордиенко П.С., Гнеденков C.B. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов. Владивосток: Дальнаука, 1997. 185 с.

3. Раводина Д.В., Трушкина Т.В., Михеев А.Е., Гирн A.B., Хоменко ИИ. Коррозионная стойкость МДО-покрытий на титановых сплавах // Вестник СибГАУ. 2014. № 5 (57). С.180-186.

4. Суминов И.В.,Белкин П.Н., Эпельфельд A.B., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов A.M. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. В 2-х томах. Т.2 Москва: Техносфера, 2011. 513 с.

5. ГОСТ 9.908-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости Москва ИПК Издательство стандартов 1999

© Вершинников В. А., Раводина Д. В., Солодушкин М. О., Чижевская М. В., Миронова В. А., 2020