CC BY
6
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ, МЕТАЛЛУРГИЯ
УДК 620.193-034
И.Н. Ганиев, М.Х. Исмоилова, С.Э. Отаджонов, М.Р. Рахимов
ВЛИЯНИЕ БЕРИЛЛИЯ НА АНОДНОЕ ПОВЕДЕНИЕ СПЛАВА А1+1,0 % Si В СРЕДЕ ЭЛЕКТРОЛИТА NaCl
Аннотация. Алюминий и его сплавы являются наиболее благоприятным объектом для авиа-, машиностроения и электротехники. В работе потенциостатическим
методом при скорости развертки потенциала 2 мВ ■ с ~1 исследовано влияние бериллия на анодное поведение сплава Al+1,0 % Si в среде электролита NaCl, различной концентрации. Результаты исследования показывают, что добавки бериллия уменьшает скорость анодной коррозии исходного сплава на 15-20 %.
Ключевые слова: сплав Al+1,0 % Si, бериллий, анодное поведение, потенциалы питтингобразования, репассивация, скорость коррозии, плотность тока коррозии
I.N. Ganiev, M.H. Ismoilova, S.E. Otajonov, M.R. Rahimov
EFFECTS OF BERYLLIUM ON THE ANODE BEHAVIOR OF THE
AL+1,0% SI ALLOY IN THE NaCl ELECTROLYTE MEDIUM
Abstract. Aluminum and its alloys are most effective in aviation, mechanical engineering and electrical engineering. Effects of beryllium on the anodic behavior of the Al+1,0 % Si alloy in the NaCl electrolyte medium of various concentrations was studied using the potentiostatic method at the potential sweep rate of 2 mVs1. The results of the research show that beryllium additives reduce the rate of anodic corrosion of the parent alloy by 15-20 %.
Keywords: Al+1,0 % Si alloy, beryllium, anodic behavior, pitting potentials, re-passivation, corrosion rate, corrosion current density
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной науки и техники предъявляет все возрастающие требования к уровню, качеству и разнообразию свойств изделий из цветных металлов. В связи с этим особое значение приобретают производство и использование алюминия и его сплавов, обладающих высокой механической прочностью и пластичностью, малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью и рядом других свойств [1-4].
Сплавы на основе особо чистого алюминия с учётом их химического состава используются во всех сферах человеческой деятельности, начиная от высокотехнологичных отраслей электроники, производства транзисторов, диодов и термисторов для образования контактного переходного слоя между алюминием и кремнием, а также для токопод-водов к кремниевым пластинкам при производстве кремниевых выпрямителей электрического тока [5, 6].
Объёмы использования во многих отраслях промышленности и бытовой сфере алюминия и его различных сплавов по масштабам сравнимы с объёмами применения сплавов железа, что объяснимо в связи с теми физическими, химическими и механическими свойствами, которыми обладают алюминий, а также его сплавы [3].
Исследование анодного поведения сплавов алюминия в зависимости от среды электролита и его состава представляет важную научную проблему, имеющую большую практическую значимость.
В литературе имеется сведения о влиянии добавок щелочных, щёлочноземельных, редкоземельных и некоторых переходных металлов на коррозионно-электрохимическое поведение алюминиево-бериллиевого сплава А1+1% Ве. Этому вопросу посвящены также монографии [7-10].
Однако в литературе не имеется сообщений о влиянии добавки бериллия на коррозионное и электрохимическое поведение сплава А1+1 % Si.
Целью настоящей работы является исследование влияние добавки бериллия на анодное поведение сплава А1+1,0 % Si в среде электролита КаС1.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Сплавы для исследования получали в шахтной лабораторной печи сопротивления типа СШОЛ в интервале температур 750-850° С, используя алюминий марки А5К, алю-миниево-кремниевые лигатуры 1,0 мас. % Si и металлический бериллий марки БрМ1 (ТУ112-40). Лигатуры алюминия с бериллием и кремнием предварительно синтезировались в вакуумной печи сопротивления.
Взвешивание шихты производили на аналитических весах АРВ-200 с точностью 0.Ы0-6 кг. В случае отклонения веса шихты от веса полученного сплава более чем на 2 % плавку повторяли.
Сплавы отливали в графитовой изложнице диаметром 8 мм и длиной 120 мм. Нерабочая часть образцов изолировалось смолой из смеси канифоли и парафина в соотношении 50:50.
Рабочую торцевую часть электродов зачищали наждачной бумагой, полировали, обезжиривали, травили в 10 %-м растворе КаОН, тщательно промывали спиртом и затем погружали в насыщенный хлорид-серебряный электрод.
Исследования проводили на потенциостате ПИ-50-1.1 с самописцем ЛКД-4-002 в среде электролита КаС1 по методике, описанной в работах [11-22]. Электродом сравнения служил хлорид-серебряный, а вспомогательным - платиновый. Скорость развертки потенциала составляла 2 мВ/с.
Для электрохимических исследований образцы поляризовали в положительном направлении от потенциала, установившегося при погружении образца в исследуемый раствор (Есвкор. - 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), далее шли в катодную область до значения потенциала -1,350 В, в результате чего происходило подщелачивание при электродном слое поверхности образца (рис. 1, кривой III). Наконец, образцы повторно поляризовали в положительном направлении (рис. 1, кривой IV), при этом при переходе от катодного к анодному ходу фиксируется потенциал питтинго-образования (Епо).
В качестве примера на рис. 1 представлена полная поляризационная кривая для сплава А1+1,0 % Si, в среде электролита 3,0 %-го КаС1. Расчет тока коррозии как основной электрохимической характеристики процесса коррозии проводили по катодной кривой с учетом тафелевской константы, равной вк = 0,12 В. Скорость коррозии (К) определяли по току коррозии (ир.) по формуле
К = 1кор. • к,
где к = 0,335 г/ А • ч - электрохимический эквивалент алюминия.
Результаты исследования анодного поведения сплава А1+1,0% Si с бериллием представлены в таблице и на рис. 2-4. При изучении коррозионно-электрохимического поведения данных сплавов была исследована зависимость потенциала свободной коррозии от времени в течение часа выдержки образцов в электролите КаС1. Результаты показали, что легирование исходного сплава А1+1,0 % Si бериллием смещает электродный потенциал в положительную область (рис. 2).
Потенциал свободной коррозии сплава А1+1,0 % Si после одного часа выдержки в растворе 0,03 %-го хлорида натрия составляет -0,803 В, а у сплава, содержащего 0,5 мас. % бериллия, - 0,750 В (рис. 2).
Рассчитанная из катодных ветвей потенциостатических кривых скорость коррозии сплавов показывает, что добавка бериллия в интервале 0,01 ^ 0,5 мас. % уменьшает скорость коррозии исходного сплава на 15-20 %.
I
-2 10 1 а/м2
Рис. 1. Полная поляризационная (2 мВ/с) кривая сплава А1+1,0 % в среде электролита 3,0 %-го №С1
Электрохимические характеристики сплава А1+1,0 % с бериллием, снятые при скорости развертки потенциала 2 мВ/с, приведены в таблице. Видно, что добавки бериллия к сплаву А1+1,0 % несколько сдвигают в положительную область потенциалы коррозии, питтингообразования и репассивации. Высокие концентрации легирующего элемента вызывают уменьшение плотности тока и соответственно скорости коррозии исходного сплава.
Коррозионно-электрохимические характеристики сплава А1+1,0 % Si с бериллием, в среде электролита КаС1
Среда КаС1, мас. % Содержание бериллия в сплаве, мас. % Электрохимические потенциалы, В(х.с.э) Скорость коррозии
- Е св.кор. - Е кор. - Е п.о - Е р.п 1 кор, А / м 2 К-103 г/м2-ч
0,03 - 0,803 1,030 0,439 0,644 0,23 0,77
0,01 0,790 1,019 0,430 0,635 0,21 0,70
0,05 0,776 1,009 0,420 0,626 0,19 0,64
0,1 0,764 0,998 0,411 0,618 0,17 0,57
0,5 0,750 0,988 0,400 0,610 0,15 0,50
0,3 - 0,876 1,095 0,478 0,658 0,33 1,11
0,01 0,863 1,074 0,460 0,640 0,31 1,03
0,05 0,849 1,062 0,451 0,632 0,29 0,97
0,1 0,836 1,051 0,442 0,623 0,27 0,91
0,5 0,822 1,040 0,431 0,611 0,25 0,84
3,0 - 0,935 1,170 0,650 0,770 0,48 1,61
0,01 0,924 1,161 0,642 0,763 0,46 1,54
0,05 0,912 1,152 0,631 0,752 0,44 1,47
0,1 0,899 1,140 0,620 0,741 0,42 1,40
0,5 0,888 1,131 0,611 0,730 0,40 1,34
На рис. 3 представлены анодные ветви потенциостатических кривых, характеризующие анодное поведение сплава А1+1,0 % 81 с бериллием. У сплавов с бериллием по сравнению с исходным на потенциостатических кривых область активно-пассивного состояния смещена в сторону положительных значений потенциала и с ростом концентрации легирующего элемента наблюдается уменьшение плотности тока коррозии (рис. 4). Это, в свою очередь, сопровождается сдвигом потенциала питтингообразования в область положительных значений.
Рис. 2. Временная зависимость потенциала свободной коррозии сплава А1+1,0 % (1), содержащего бериллий, мас. %: в среде: а - 3,0, б - 0,3 и в - 0,03 %-го №С1
Рис. 3. Потенциодинамические анодные поляризационные (2 мВ/с) кривые сплава А1+1,0 % (1), содержащего бериллий, мас.%: 0,01 (2), 0,05 (3), 0,1 (4), 0,5 (5), в среде а - 0,03, б - 0,3 и в - 3,0 %-го №С1
¡кор., А/м" 1
I-1-1-
0,03 0,3 3,0 С >аС1, мас.%
Рис. 4. Зависимость плотности тока коррозии сплава А1+1,0 % (1) с бериллием, мас.%: 0,01 (2); 0,05 (3); 0,1 (4); 0,5 (5) от концентрации №С1
ВЫВОДЫ
1. На основе проведенных исследований установлено, что добавки бериллия в количествах 0,01 ^ 0,05 мас. % повышают коррозионную стойкость сплава А1+1,0 % на 15-20 %, что сопровождается сдвигом основных электрохимических потенциалов в область положительных значений.
2. Показано, что рост концентрации хлорид-иона в электролита КаС1 способствует увеличению скорости коррозии сплавов и смещению электрохимических потенциалов в область отрицательных значений.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Алюминиевые сплавы: свойства, обработка, применение / пер. с нем. под ред. М.А. Дрица, Л.Х. Райтбарга. 13-е изд., перераб. и доп. Москва: Металлургия, 1979. 678 с.
2. Белецкий В.М., Кривов Г.А. Алюминиевые сплавы (Состав, свойства, технология, применение): справочник / под ред. И.Н. Фридляндера. Киев: КОМИТЕХ, 2005. 365 с.
3. Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем. Т. 1. Москва: Физматгиз, 1959. 755 с.
4. Луц А.Р., Суслина А.А. Алюминий и его сплавы. Самара: Самарский государственный технический университет, 2013. 81 с.
5. Вахобов А.В., Обидов Ф.У., Вахобова Р.У. Особый чистый алюминий и его сплавы. Душанбе: Дониш, 1999. Т. 1, 2. 535 с.
6. Свойства сплавов особочистого алюминия АК1 АК1М2 с щелочноземельными металлами / С.Э. Отажонов, И.Н. Ганиев, М.М. Махмудов, М.М. Махмадизода. Худжанд: Нури маърифат, 2019. 216 с.
7. Курбонова М.З., Ганиев И.Н., Эшов Б.Б. Коррозия алюминиево-бериллиевых сплавов с щелочноземельными металлами. Германия, Берлин: Изд. дом LAP LAMBERT Academic Publishing. 2012. 87 с.
8. Сафаров А.М., Ганиев И.Н., Одинаев Х.О. Физикохимия алюминиевых сплавов с бериллием и редкоземельными металлами. Душанбе: ТТУ им. М.С. Осими. 2011. 284 с.
9. Ганиев И.Н., Умарова Т.М., Обидов З.Р. Коррозия двойных сплавов алюминия с элементами периодической системы. Германия: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. 208 с.
10. Ниёзов Х.Х., Ганиев И.Н., Бердиев А.Э. Сплавы особочистого алюминия с редкоземельными металлами. Душанбе: ООО «Сармад Компания», 2017. 146 с.
11. Влияние добавок индия на коррозионную устойчивость, теплоемкость и изменений термодинамических функций алюминиевого сплава АБ1 / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, Х.О. Одиназода, А.М. Сафаров, Ф.А. Алиев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2022. № 3 (94). С. 81-92.
12. Электрохимия сплава Al+1%Be, легированного празеодимом и неодимом / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, А.М. Сафаров, К.А. Самиев // Вестник ТТУ им. М.С. Осими. 2015. № 2 (25). С. 16-21.
13. Анодное поведение сплава Al+1%Be, легированного празеодимом, в среде электролита 3 %-ного КаС1 / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, Х.О. Одинаев, А.М. Сафаров // Докл. АНРТ. 2016. Т. 59. № 1-2. С. 67-72.
14. Анодное поведение сплава АБ1, легированного галлием, в среде электролита №Cl / Ш.А. Назаров, И.Н. Ганиев, А.М. Сафаров, К.А. Самиев // Вестник ТТУ им. М.С. Осими. 2017. № 2 (29). С. 7-10.
15. Курбонова М.З., Ганиев И.Н., Эшов Б.Б. Электрохимическое поведение сплавов системы алюминий - бериллий - стронций // Перспективы развития науки и образования: материалы 4-й Междунар. науч.-практ. конф. ТТУ им. М.С. Осими, 2010. С. 147-149.
16. Effect of Titanium Additions on the Corrosion and Electrochemical Properties of Aluminum Alloy AB1 / I.N. Ganiev, N.O. Rakhimova, M.Z. Kurbonova, F.S. Davlatzoda, U.Sh. Yakubov // Inorganic Materials. 2022. Vol. 58. № 8. pp. 893-897.
17. Коррозионно-электрохимическое поведение цинкового сплава ЦАМСВ4-1-2,5, легированного калием, в среде электролита КаС1 / И.Н. Ганиев, Л.З. Алиева, А.Э. Берди-ев, С.Д. Алихонова // Вестник Санкт-Петербургского университета технологии и дизайна. Сер. 1: Естественные и технические науки. 2021. № 3. С. 55-60.
18. Влияние стронция на анодное поведение сплава АК1М2 / С.Э. Отаджонов, И.Н. Ганиев, М. Махмудов, Дж.Х. Джайлоев, М.М Сангов. // Известия АНРТ. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук. 2019. № 3 (176). С. 43-49.
19. Коррозия алюминиевого проводникового сплава E-A1MgSi (Алдрей), легированного индием / И.Н. Ганиев, Ф.А. Алиев, Х.О. Одиназода, А.М. Сафаров, Р.И. Усмонов // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2020. Т. 23. № 2. С. 151-161.
20. Анодное поведение алюминиево-железного сплава АЖ2, 18 с иттрием, гадолинием и эрбием в среде электролита 0,3 %-ного КаС1 / А.Х. Хакимов, Т.М. Умарова, И.Н. Ганиев, Н.Р. Эсанов // Вестник горно-металлургической секции Российской академии наук. Отделение металлургии. 2020. № 43. С. 180-186.
21. Анодное поведение железо-алюминиевого сплава АЖ2.18, легированного церием, празеодимом и неодимом, в водном растворе КаС1 / И.Н. Ганиев, Н.Р. Эсанов, А.Х. Хакимов, Т.М. Умарова // Коррозия: материалы, защита. 2022. № 3. С. 10-15.
22. Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыксин И.Е. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите. Ленинград: Химия, 1972. 240 с.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Ганиев Изатулло Наврузович -
академик НАНТ,
доктор химических наук, профессор Института химии имени В.И. Никитина НАН Таджикистана
Izatullo N. Ganiev -
Academician of NAST,
Dr. Sci. (Chemistry), Professor,
V.I. Nikitin Institute of
Chemistry of the National Academy of
Sciences of Tajikistan
физико-технического факультета Худжандского государственного университета имени Б. Гафурова, Таджикистан
Исмоилова Машхура Хусниддиновна
докторант PhD 3-го курса
Mashhura H. Ismoilova -
PhD student, Department of Physics and Technology
Khujand State University named after B. Gafurov, Tajikistan
Отаджонов Сухроб Эргашалиевич -
доктор философии (PhD), старший преподаватель кафедры общей физики и твердого тела Худжандского государственного университета имени Б. Гафурова, Таджикистан
Sukhrob E. Otajonov -
PhD, Senior Lecturer Department of General and Solid State Physics, B. Gafurov Khujand State University, Tajikistan
Рахимов Мардонкул Рахимкулович -
ассистент кафедры методика преподавания физики Худжандского государственного университета имени Б. Гафурова, Таджикистан
Mardonkul R. Rakhimov -
Assistant Lecturer, Department of Methods in Teaching Physics, B. Gafurov Khujand State University, Tajikistan
Статья поступила в редакцию 25.07.2022, принята к опубликованию 06.12.2022
