CC BY
45
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _________________________________2008, том 51, №11____________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 620.193
Т.М.Умарова, А.А.Хакимов, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА СРЕДЫ НА КОРРОЗИОННОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Л1^е-РЗМ (Се, Рг, ка, у, са, Ег)
Из литературных источников известно, что сплавы на основе алюминия с добавкой железа и редкоземельных металлов (РЗМ) используются в качестве проводниковых материалов в электронике, для изготовления автомобильных и авиационных двигателей, провода, кабеля, стержней, шин и других изделий электротехнической промышленности [1-3]. При изучении физико-химических свойств высокопрочных, высокопроводящих сплавов Al-Fe выявлено, что с ростом содержания железа повышается вязкость расплавов, снижается теплопроводность, увеличивается электросопротивление, значительно повышается предел ползучести, тогда как предел усталости снижается благодаря присутствию фазы FeAl3 [4].
В работе [5] нами изучено анодное поведение алюминиево-железовых сплавов, легированных РЗМ. Имеющиеся в литературе сведения о коррозионно-электрохимическом поведении легированных алюминиевых сплавов преимущественно относятся к среде морской воды, о влиянии хлорид-ионов среды данные отсутствуют.
В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение влияния хлорид-ионов среды на коррозионно-электрохимическое поведение сплавов системы Al-Fe-РЗМ (Ce, Pr, №, Y, Gd, Er).
Экспериментальная часть
Исследуемые сплавы получали в шахтной лабораторной печи сопротивления типа СШОЛ в интервале температур 900-1000°С. Расплав алюминиевого сплава заливали в стальную изложницу для получения цилиндрических стержней. Полученный таким образом электрод шлифовали, полировали, промывали и обезжиривали спиртом. Коррозионноэлектрохимические исследования алюминиевых сплавов проводились на потенциостате ПИ-50-1 в потенциостатическом режиме со скоростью развертки 2 мВ/с с использованием программатора ПР-8 по методике, описанной в работе [6].
Прежде чем изучать влияние РЗМ, необходимо рассмотреть влияние хлорид-ионов на электрохимические параметры сплава-основы, то есть алюминиево-железовую эвтектику. Результаты коррозионно-электрохимических исследований отлава Al-Fe (2.18%) в среде №0 различной концентрации представлены в табл. 1.
Таблица 1
Коррозионно-электрохимические параметры сплава Л1-Бе (2.18%) в среде КаС1 различной
концентрации
^а, % -р -^св.к -Р Рпо -Р Ррп - р рнп -Р1 -Р по АР АРпас 1 рпс 1 кор
В (по н.в.э.) А/м2
3.0 0.580 - 0.520 0.780 0.410 0.36 0.400 0.0400
0.3 0.435 0.290 0.500 0.760 0.350 0.40 0.120 0.0200
0.03 0.440 0.130 - 0.600 0.240 0.31 0.055 0.0026
Сравнивая значения электрохимических параметров алюминиево-железовой эвтектики, по данным таблицы, можно заметить следующее: все значения потенциалов смещены в положительную сторону, что благоприятно скажется на скорости коррозии данного сплава.
Исходный сплав является пассивируемым во всех трех средах. Анализируя значения потенциалов начала пассивации и питтингообразования, можно сделать вывод, что все бес-токовые потенциалы (Есв.к), независимо от концентрации хлорид-ионов среды, находятся в пассивной области. Надежным показателем коррозионной устойчивости являются такие электрохимические параметры, как плотность токов растворения из пассивного состояния и
коррозии Орпс , Ьсор).
Исследовано коррозионно-электрохимическое поведение сплава А1-Бе (2.18%), легированного РЗМ (Се, Рг, Ш, У, Оё, Ег), в средах 0.3 и 0.03% растворов хлористого натрия (соответственно табл.2 и 3). При снижении концентрации хлорид-ионов среды, то есть при коррозионно-электрохимическом исследовании сплавов системы Л1-Бе-У (Се, Рг, Кё, Оё и Ег), в
0.3 и 0.03% растворах КаС1 были получены результаты, которые показали, что независимо от того, каким РЗМ легирован сплав, на поляризационных кривых исследуемых сплавов отмечалась пассивная область и потенциалы свободной коррозии находились в этой области, а значит их можно характеризовать как коррозионностойкие в данных средах.
Из рассмотренного ряда РЗМ (У, Се, Рг, Ш, Оё, Ег) наилучшим модификатором алю-миниево-железовой эвтектики в средах 0.3 и 0.03% растворов хлористого натрия является эрбий. Сплавы с эрбием проявляют большую стабильность электрохимических параметров и обладают минимальными значениями скорости коррозии.
Таблица 2
Коррозионно-электрохимические параметры сплава Л1-Бе (2.18%), легированного У, Се, Рг,
Ш, Оё, Ег, в среде 0.3% раствора КаС1
РЗМ мас% Потенциалы, В (по н.в.э.) Токи, А/м2
-Р рсв.к. -Рпо -Ррп - Р нп -Р1 -Р по АРпас 1рпс 1кор
- - 0.435 0.290 0.500 0.760 0.350 0.400 0.12 0.020
У 0.01 0.460 0.200 - 0.750 0.260 0.450 0.12 0.013
0.05 0.450 0.195 - 0.745 0.280 0.450 0.08 0.008
0.10 0.440 0.190 - 0.740 0.300 0.400 0.08 0.012
0.20 0.435 0.190 - 0.740 0.310 0.400 0.08 0.013
0.50 0.440 0.185 - 0.740 0.320 0.40 0.08 0.014
Се 0.01 0.440 0.280 0.510 0.770 0.340 0.42 0.14 0.020
0.05 0.410 0.270 - 0.790 0.330 0.44 0.16 0.016
0.10 0.420 0.270 - 0.780 0.325 0.45 0.10 0.016
0.20 0.420 - - 0.770 0.320 0.44 0.20 0.018
0.50 0.430 - - 0.760 0.320 0.44 0.30 0.023
Рг 0.01 0.450 0.280 0.50 0.730 0.250 0.40 0.04 0.011
0.05 0.520 0285 0.495 0.750 0.280 0.42 0.08 0.012
0.10 0.560 0.290 0.490 0.760 0.330 0.41 0.09 0.013
0.20 0.580 0.300 0.485 0.770 0.350 0.40 0.10 0.012
0.50 0.630 0.320 0.480 0.780 0.380 0.36 0.12 0.012
ка 0.01 0.440 0.250 - 0.765 0.210 0.540 0.07 0.007
0.05 0.430 0.240 - 0.750 0.220 0.470 0.10 0.013
0.10 0.430 0.215 - 0.740 0.270 0.450 0.14 0.014
0.20 0.425 0.200 - 0.740 0.260 0.450 0.18 0.022
0.50 0.425 0.175 - 0.740 0.260 0.450 0.21 0.034
аа 0.01 0.470 0.230 - 0.765 0.350 0.40 0.20 0.020
0.05 0.440 - - 0.770 0.350 0.40 0.20 0.018
0.10 0.430 0.150 - 0.780 0.330 0.41 0.22 0.022
0.20 0.450 0.130 - 0.790 0.300 0.42 0.23 0.022
0.50 0.500 0.120 0.500 0.800 0.260 0.50 0.25 0.023
Рг 0.01 0.440 0.280 0.500 0.780 0.350 0.42 0.17 0.011
0.05 0.470 0.210 0.495 0.750 0.330 0.41 0.15 0.007
0.10 0.530 0.210 0.480 0.770 0.350 0.40 0.10 0.010
0.20 0.520 - 0.480 0.740 0.350 0.38 0.08 0.012
0.50 0.510 - 0.475 0.730 0.360 0.35 0.06 0.017
Таблица 3
Коррозионно-электрохимические параметры сплава Л1- Бе (2.18%), легированного РЗМ (У,
Се, Рг, Ш, Оё, Ег), в среде 0.03% раствора КаС1
РЗМ мас% Потенциалы, . 3 (по н.в.э.) Токи, А/м2
-Р рсв.к -Рпо -Ррп - Рнп -Р1 Р по АРпас 1 рпс 1кор
- - 0.44 0.130 - 0.600 0.24 0.31 0.055 0.0026
У 0.01 0.48 0.230 - 0.560 0.23 0.32 0.050 0.0015
0.05 0.50 - 0.435 0.560 0.17 0.38 0.045 0.0014
0.10 0.50 0.310 0.440 0.565 0.20 0.30 0.040 0.0018
0.20 0.51 - 0.445 0.570 0.20 0.32 0.040 0.0019
0.50 0.51 - 0.445 0.575 0.21 0.34 0.040 0.0020
Се 0.01 0.44 0.160 - 0.590 0.18 0.38 0.060 0.0026
0.05 0.46 - - 0.580 0.19 0.37 0.050 0.0023
0.10 0.47 0.260 0.450 0.540 0.19 0.34 0.050 0.0020
0.20 0.45 - - 0.550 0.20 0.34 0.050 0.0030
0.50 0.40 - - 0.550 0.20 0.34 0.040 0.0054
Рг 0.01 0.48 +0.037 0.425 0.580 0.12 0.43 0.060 0.0026
0.05 0.46 - 0.450 0.575 0.15 0.41 0.040 0.0016
0.10 0.44 0.200 - 0.560 0.20 0.33 0.060 0.0013
0.20 0.45 0.200 - 0.550 0.19 0.33 0.050 0.0015
0.50 0.47 0.200 - 0.550 0.18 0.35 0.045 0.0028
ка 0.01 0.44 0.150 - 0.550 0.10 0.44 0.060 0.0018
0.05 0.43 0.110 - 0.560 0.11 0.44 0.060 0.0012
0.10 0.43 - - 0.580 0.15 0.40 0.050 0.0015
0.20 0.42 - - 0.580 0.15 0.40 0.050 0.0015
0.50 0.41 - - 0.580 0.14 0.42 0.050 0.0016
аа 0.01 0.48 0.110 0.430 0.54 0.20 0.32 0.060 0.0020
0.05 0.52 - - 0.57 0.24 0.31 0.060 0.0012
0.10 0.54 - 0.445 0.56 0.25 0.30 0.040 0.0010
0.20 0.54 - 0.450 0.57 0.23 0.32 0.040 0.0010
0.50 0.55 - 0.460 0.57 0.21 0.33 0.040 0.0010
Рг 0.01 0.44 0.070 - 0.480 0.140 0.32 0.070 0.0010
0.05 0.44 - - 0.480 +0.02 0.32 0.040 0.0008
0.10 0.45 0.090 - 0.485 0.020 0.35 0.040 0.0010
0.20 0.45 - - 0.485 0.040 0.34 0.038 0.0010
0.50 0.46 - - 0.485 0.070 0.33 0.036 0.0010
Итогом проделанной работы можно считать построение зависимости скорости коррозии (основного электрохимического параметра, характеризующего коррозионную стойкость) сплава Л1-Ре(2.18%), легированного поочередно РЗМ (У, Се, Рг, Кё, Оё, Ег), от их концентрации в средах 3, 0.3 и 0.03% растворов КаС1 (рис.).
2
1кор^ А/м
РЗМ
Рис. Зависимости плотности тока коррозии (1кор, г/м •ч) сплава Л1-Бе(2.18%) от содержания РЗМ в растворах КаС1: 1 - 3; 2 - 0.3 и 3 - 0.03%.
Заключение
Исследованием коррозионно-электрохимического поведения алюминиево-железовой эвтектики, легированной РЗМ, а именно У, Се, Рг, Кё, Оё и Ег, в средах 3, 0.3 и 0.03% растворов хлористого натрия, показано, что любой из исследованных РЗМ может быть использован в качестве модификатора алюминия с высоким содержанием железа с целью достижения повышенной коррозионной стойкости. Фактически для достижения данной цели достаточно:
а) в среде 3% раствора КаС1 _- минимальное содержание Рг, Кё и Оё (0.01 мас%), при котором скорость коррозии алюминиево-железовой эвтектики снижается в четыре раза, церия и эрбия по 0.05% и иттрия 0.10%;
б) в среде 0.3% раствора КаС1 - любого из рассмотренных в экспериментах РЗМ в количестве 0.05% по массе, скорость коррозии тройного сплава снижается в два раза. Из всех РЗМ наилучшими модификаторами можно считать: У, Кё и Ег, обеспечивающих минимальные значения скорости коррозии;
в) в среде 0.03% раствора КаС1 - в условиях ослабленного влияния хлорид-ионов среды, значения токов коррозии указывают на то, что для достижения максимальной коррозионной стойкости алюминиево-железовой эвтектики необходимо более высокое содержание третьего компонента (РЗМ) в сплаве - 0.1%. При этом скорость коррозии снижается по сравнению с сплавом-основой в 2-4 раза.
Таким образом, можно заключить, что чем ниже концентрация хлорид-ионов в растворе электролита, тем большее содержание РЗМ необходимо затратить для достижения высокой коррозионной стойкости сплава против питтинговой коррозии.
Анализ рисунка позволяет заключить, что во всех трех рассмотренных (нейтральных) средах наилучшими модификаторами, обеспечивающими максимальную коррозионную стойкость сплава Л1-Бе(2.18%), являются РЗМ, находящиеся в конце данного ряда.
Таким образом, в ряду РЗМ от иттрия до эрбия выявляется следующая закономерность: чем больше порядковый номер (заряд ядра) металла, тем выше коррозионная стойкость алюминиевого сплава, легированного редкоземельным металлом в нейтральных средах.
Институт химии им. В.И.Никитина Поступило 06.08.2008 г.
АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Гольдбухт Г.Е. и др. (СССР). Сплав на основе алюминия. А.С. № 456845 от 15.01.75. Бюл. № 2.
2. Добаткин В.И. и др. (СССР). Сплав на основе алюминия. А.С. № 548173 от 23.08.74. Бюл. №21.
3. Шернер Р.Д. Хиа Э.К. (США). Проводниковый сплав на основе алюминия. А.С. № 603351 от 15.04.78. Бюл. № 14.
4. Умарова Т.М., Ганиев И.Н. Коррозия двойных алюминиевых сплавов в нейтральных средах. Душанбе: Дониш, 2007, 257с.
5. Умарова Т.М., Хакимов А.А., Ганиев И.Н. - ДАН РТ, 2007, т.50, №11-12, с.869-875.
6. Ганиев И.Н., Красноярский В.В., Каримова Т.М. - ЖПХ, 1988, № 1, с.51-54.
Т.М.Умарова, А.А.Х,акимов, И.Н.Ганиев ТАЪСИРИ ТАБИАТИ МУ^ИТ^О БА КОРРОЗИЯИ ЭЛЕКТРОХИМИЯВИИ ХУЛАХ,ОИ А1-Ее(2.180/о)-У (Се, Рг, Ш, Сё, Ег)
Рафтори коррозияи электрохимиявии хулахои системахои Al-Fe(2.18%)- Y(Ce, Pг, Nd, Gd, Eг) дар мухитхои 3; 0.3 ва 0.03%-и махлули №0 омухта шудааст. Нишон дода шудааст, ки металхои нодирзамин дар хамаи мухитхои омухташуда хамчун модификатор истифода бурдан мумкин аст.
T.M.Umarova, A.A.Hakimov, I.N.Ganiev EFFECT OF MEDIUM CHARACTER TO CORROSION ELECTROCHEMICAL BEHAVIOR OF SYSTEMS Al-Fe(2.18%)- REM (Y, Ce, Pr, Nd, Gd, Er) ALLOYS
The influence of medium character to corrosion electrochemicalbehavior of systems Al-Fe (2.18%) - Y (Ce, Pr, Nd, Gd, Er) alloys was investigated.
