CC BY
40
УДК 539.3
ВЛИЯНИЕ КОРРОЗИОННЫХ СРЕД НА СБРОС МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ В АМОРФНЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА
© Т.Н. Плужникова, С.А. Сидоров, А.В. Яковлев, А.Ю. Анненков,
В.А. Федоров, С.Н. Плужников, Д.А. Колесников
Ключевые слова: деформация сплавов, аморфный сплав; нанокристаллический сплав; импульсный ток; коррозия. Исследовано влияние агрессивных сред (20 % растворы H2SO4 и HNO3) на кратковременный сброс механического напряжения аморфных сплавов на основе кобальта и нанокристаллического сплава на основе железа, который возникает на зависимости а-є при пропускании импульсов электрического тока. Установлены зависимости величины сброса механического напряжения в исследуемых материалах от плотности импульсного электрического тока. Исследовано структурно-морфологическое состояние поверхности сплавов после воздействия агрессивных сред различной концентрации.
Металлические стекла обладают высокими показателями коррозионной стойкости, но проявляют заметную чувствительность к воздействию водорода и агрессивных сред, что выражается в охрупчивании данных материалов [1]. Пропускание импульсного электрического тока высокой плотности в момент деформации металлических стекол сопровождается снижением механического напряжения, фиксируемого на диаграммах а(є) [2]. Представляет интерес их совместное влияние на изменение механических свойств металлических стекол.
В качестве объекта исследования были выбраны аморфные металлические сплавы на основе кобальта (АМАГ-172, АМАГ-180) и нанокристаллический сплав на основе Fe (АМАГ-200), полученные методом спин-нингования. Размеры образцов: -3,5x0,02x40 мм. Коррозионными средами служили 20 % растворы серной и азотной кислот. Образцы предварительно выдерживали в течение 40 мин. После чего производилось одноосное растяжение образцов на разрывной машине Instron-5565 со скоростью движения захватов 0,1 мм/мин. при одновременном воздействии импульсного электрического тока длительностью т = 5 мс и плотностью тока j = 108-109 А/м2.
Деформация АМС с одновременным пропусканием импульсного электрического тока на диаграммах нагружения сопровождается явлением подобному элек-тропластическому эффекту, хорошо изученному для кристаллических структур [3-4]. В момент прохождения импульса тока на диаграммах а-є наблюдается кратковременный (~1,1 с) спад механического напряжения Act с последующим полным восстановлением хода зависимости а-є [2].
Экспериментально установлено, что после выдержки в 20 % растворе серной кислоты в аморфных сплавах на основе Со значения сбросов механического напряжения, вызванных пропусканием импульсного тока, уменьшаются на Act = 20 % по сравнению с величиной сбросов в образцах в исходном состоянии (рис. 1 а, 1 б).
Выдержка в 20 %-ном растворе азотной кислоты
уменьшает величину сброса механического напряжения на 30 % по сравнению с воздействием раствора серной кислоты и на 50 % по сравнению со сбросов в исходном состоянии. Воздействие кислотной среды на нанокристаллический сплав на основе Fe не влияет на величину сбросов механического напряжения.
а)
.б)
Рис. 1. Зависимость величины сброса механического напряжения от плотности тока в сплаве: после выдержки в 20 % растворах серной и азотной кислот: а) АМАГ-172;
б) АМАГ-180
1792
Уменьшение величины сбросов механического напряжения может быть связано с происходящими поверхностными явлениями. На рис. 2б представлен вид поверхности образцов после выдержки в кислотной среде. Видно, что выдерживание в кислотной среде аморфных материалов приводит к появлению на поверхности оксидных образований, что подтверждается исследованием элементного состава. Обнаружено, что практически вся площадь поверхности образца покрыта сульфатными образованиями, толщина которых достигает 3 мкм.
О 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 Z0 fim
Рис. 2. Сульфатные образования на поверхности АМАГ-180 после воздействия 20 % раствора серной кислоты (а); питтин-говая коррозия на поверхности нанокристаллического сплава АМАГ-200 (б)
Образовавшаяся на поверхности оксидная пленка уменьшает поперечное сечение образца, что приводит к росту сопротивления и уменьшению силы тока, действующей на образец. Это соответственно вызывает меньший нагрев образца, вследствие чего уменьшается величина сброса механического напряжения, вызванного пропусканием импульсного тока.
Металлический кобальт способен поглощать значительные объемы водорода [5], не образуя при этом
соединений постоянного состава. Поэтому водород, по-видимому, не улетучивается, а остается в поверхностном слое материала, вызывая его охрупчивание, что наблюдается экспериментально.
Выдерживание нанокристаллического сплава на основе железа в растворах серной кислоты приводит к образованию питтинговой коррозии (рис. 2). Характерный размер питтинговых ямок составляет 300-350 нм глубиной =40 нм. При этом имеет место уменьшение значения предела прочности сплава. Так, например, после воздействия раствора серной кислоты и 4 импульсов тока плотностью 2-108-2-109 А/м2 предел прочности уменьшается на 20 %.
Таким образом, выдержка в кислотных растворах приводит к появлению на поверхности образцов оксидных пленок, которые образуются за счет уменьшения поперечного сечения образцов. Оксидные образования, в свою очередь, способствуют уменьшению величины импульса электрического тока, что выражается в уменьшении нагрева образцов, и, как следствие, снижению величины сброса механического напряжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Глезер А.М., Пермякова И.Е., Громов В.Е., Коваленко В.В. Механическое поведение аморфных сплавов. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2006. 416 с.
2. Сидоров С.А., Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Кириллов А.М., Яковлев А.В., Черникова А.А. Исследование процессов деформации аморфных сплавов в условиях импульсного электрического тока // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2012. Т. 17. Вып. 1. С. 135-138.
3. Спицын В.И., Троицкий О.А. Электропластическая деформация металлов. М.: Наука, 1985. 160 с.
4. Батаронов И.Л. Механизмы электропластичности // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 10. С. 93-99.
5. Большаков К.А. Химия и технология кобальта. M.: МИТХТ, 1981. 85 с.
БЛАГОДАРНОСТИ:
1. Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ (проект № 12-01-00638) и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (проект № 14.В37.21.1161).
2. Часть исследований выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» НИУ «БелГУ».
Поступила в редакцию 1 0 апреля 201 3 г.
Pluzhnikova T.N., Sidorov S.A., Yakovlev A.V., Annenkov A.Y., Feodorov V.A., Pluzhnikov S.N., Kolesnikov D.A. EFFECT OF CORROSION ON CLEAR MEDIA MECHANICAL STRESS IN AMORPHOUS AND NANOCRYSTALLINE ALLOYS UNDER THE INFLUENCE OF PULSE CURRENT
Effect of aggressive media (20 % solution of H2SO4 and HNO3) for intermittent discharge of the stress of amorphous alloy based on cobalt and nanocrystalline iron-based alloy, which occurs depending on the a-e by passing electrical current pulses, is investigated. Stress relief depending values in the material density of the pulsed electric current are stated. The structural and morphological state of the alloy surface after exposure to aggressive media of different concentrations is investigated.
Key words: deformation of alloys; amorphous alloy; nanocrystalline alloy; pulse current; corrosion.
1793
