CC BY
122
УДК 669.017:620.197
ВЛИЯНИЕ ЛАНТАНА НА АНОДНОЕ ПОВЕДЕНИЕ СПЛАВА AI + 6 % Li
Назаров Ш.А1., Ганиев И.Н1., Норова М.Т1., Ганиева Н.И1. Irene Calliari2
1 Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан 2Universitá degli Studi di Padova
Введение
Алюминиево-литиевые сплавы являются новым классом широко известных алюминиевых систем и характеризуются прекрасным сочетанием механических свойств: малой плотность, повышенным модулем упругости и достаточно высокой прочностью. Это позволяет создавать аэрокосмическую технику с меньшей массой, что дает возможность экономить горючее, увеличить грузоподъемность [1-5].
Выбор лантана в качестве легирующего элемента объясняется тем, что он оказывает модифицирующее действие на структуру сплава, благотворно влияя на коррозионную стойкость алюминия [6].
На диаграмме состояния Al-La со стороны алюминия протекает эвтектическое превращение Ж = Al + LaAl4 при концентрации 12 мас.% и 624 °С. Растворимость лантана в твёрдом алюминии составляет 0.05 мас.% при эвтектической температуре. Тройная система Al-Li-La в области 0,33 ат. доли лантана изучена авторами [7] и показано, что в системе не имеет место образование тройных интерметаллидов. Твердый раствор на основе алюминия находится в равновесии с двойными соединениями AlnLa3 (Al4La) и LiAl. Кроме того, соединение Al4La3 находится в равновесии с бинарными соединениями Al2Li3, Al4Li9 и литием. Растворимость третьего компонент в бинарных соединениях незначительно. Твёрдость, прочность и относительное удлинение алюминия практически не меняются от введения лантана.
В настоящей работе исследования проводили в среде электролита NaCI различной концентрации, согласно рекомендациям ГОСТ 9.017-74, то есть в имитате морской воды, с целью определения влияние хлорид-ионов на коррозионно-электрохимическое поведение алюминиево-литиевого сплава AI+6 % Li, легированного лантаном. Выбор исходного сплава AI+6 % Li объясняется тем, что многие промышленные алюминиево-литиевые сплавы, содержат 6 % лития.
Экспериментальная часть
Для приготовления сплавов использовали: алюминий марки А995 (ГОСТ 55375-2012), литий-ЛЭ1 (ГОСТ 8774-75), лантан-ЛаЭО (ГОСТ 23862.5-79). Из указанных металлов были получены сплавы в корундовых тиглях в печи сопротивления при температуре 750 °С под слоем флюса состава: NaCl-32.5; KCl-32.5; LiCl-35.
Из полученного расплава для исследования коррозионно-электрохимических свойств сплавов отливались цилиндрические образцы диаметром 8-10 мм и длиной 60-100 мм, боковая часть которых изолировалась так, что рабочей площадью служил торец электрода. Каждый образец предварительно отшлифовали, обезжиривали спиртом и погружали в исследуемый раствор NaCl марки ЧДА (ГОСТ 4233-77) для установления стационарного потенциала.
Электрохимические исследования легированных лантаном сплава AI+6 % Li проводились на потенциостате ПИ-50-1.1 в потенциостатическом режиме со скоростью развёртки
2 мВ/с с выходом на программатор ПР-8 и самозаписью на ЛКД-4. Температура раствора в ячейке поддерживалась постоянная (20 °С) с помощью термостата МЛШ-8 Электродом сравнения служил хлорсеребряный, вспомогательным - платиновый.
Исследование проводили по методике, описанной в работах [8, 9]. Результаты коррози-онно-электрохимических испытаний сплава Al+6 % Li, легированного лантаном, приведены в таблице и на рис. 1, 2.
Коррозионно-электрохимические характеристики сплава легированного лантаном А1+6 % Ы, в среде электролита ^С1
Электрохимические Скорость
Электролит №С1, мас. % Содержание лантана, мас. % потенциалы (х.с.э. коррозии
^св.кор -^кор -Е -Е рп ^кор К10-3
В А/м2 г/м2.ч
- 0,830 0,970 0,650 0,680 0,055 19,25
^ 0.01 0,860 1,380 0,640 0,680 0,053 17,75
т о 0.05 0,890 1,320 0,610 0,660 0,036 12,06
сТ 0.10 0,980 1,300 0,600 0,640 0,044 14,74
0.50 1,100 1,260 0,580 0,620 0,050 16,75
- 0,930 1,000 0,680 0,700 0,060 20,01
0.01 0,880 1,420 0,660 0,700 0,056 18,76
СП 0.05 0,900 1,350 0,620 0,680 0,038 12,73
о 0.10 1,110 1,334 0,620 0,660 0,050 16,75
0.50 1,130 1,280 0,600 0,640 0,060 20,10
- 1.020 1.080 0.680 0.720 0.080 26,8
0.01 0.910 1.460 0.630 0.680 0.060 20.01
0.05 0.954 1.375 0.620 0.660 0.044 14.74
0.10 1.150 1.364 0.610 0.660 0.052 17.42
0.50 1.175 1.345 0.600 0.650 0.064 21.44
На рис. 1 приведена временная зависимость потенциала свободной коррозии исходного сплава Al+6 % Li и сплавов, содержащих различные количества лантана в среде электролита №С1. Видно, что как для исходного сплава, так и для легированных сплавов независимо от времени характерно резкое смещение потенциала свободной коррозии в положительную область в начальном этапе. Исследования показали, что добавки лантана смещают потенциал свободной коррозии (Есв.кор.) алюминиево-литиевого сплава в более отрицательную область. Выдержка в течение 1 часа приводит к установлению потенциала свободной коррозии, что связано с образованием защитной плёнки на поверхности сплавов.
Так, если для исходного сплава Al+6 % Li Есв.кор. стабилизируется в течение 1 часа, то для сплавов, легированных лантаном, данный процесс завершается в течение 40-50мин., что свидетельствует об ускорении процесса формирования защитного слоя (см. рис. 1). Наиболее положительное значение потенциала (-0,910 В) характерно для сплава Al+6 % Li, легированного 0,01 мас. % лантаном. Подобная тенденция имеет место во всех трёх исследованных средах.
С целью выяснения механизма процесса коррозии и оценки коррозионной стойкости сплавов в среде электролита хлористого натрия различной концентрации проведены исследования электрохимических характеристик сплавов. Результаты обобщены в таблице и на рис. 2. Что касается электрохимических характеристик исследованных сплавов в вышеуказанных условиях, то можно проследить следующую закономерность: в целом потенциал коррозии смещается в область отрицательную значений. Потенциалы питтингообразования и репассивация при легировании исходного сплава лантаном смещаются в положительную область.
С увеличением концентрации хлорид-ионов потенциалы коррозии и питтингообразова-ния смещаются в отрицательную область, что свидетельствует о снижении коррозионной стойкости сплавов с ростом агрессивности коррозионной среды (см. таблицу).
Как видно из таблицы, минимальное значение скорости коррозии в указанных средах относится к сплаву, легированному 0,05мас. % лантана, при дальнейшем увеличении его концентрации плотность тока коррозии растёт, следовательно, коррозионная стойкость падает.
-Е* В
Есв.кор., В
Рис. 1. Изменение потенциала (х.с.э.) свободной коррозии (-^св.кор., В) во времени сплава AI+6 % Li(1), содержащего лантан, мас. %: 0.01(2), 0.05(3), 0.10(4), 0.5(5). Электролит-раствор ШО, мас. %: а - 3.0; б - 0.3; в - 0.03
51
На рис. 2 представлены анодные ветви потенциодинамических кривых сплава А1+6 % Ы, содержащего различное количество лантана в среде электролита 3 %-ного №С1. Показан повторный ход анодной поляризационной кривой (после катодной поляризации поверхности образца), что позволяет исключить влияние оксидной пленки. Из рис. 2 видно, что присутствие лантана несколько изменяет ход анодной кривой в сторону меньших значений плотности тока и в более положительную область значений потенциалов, при этом потенциал питтингообразования также повышается с увеличением концентрации легирующего компонента до 0,5 мас. %. С увеличением концентрации хлорид-ионов потенциал питтингообра-зования, как и потенциал коррозии смещается в отрицательную область.
Рис. 2. Потенциодинамические (2мВ/с) анодные поляризационные кривые сплава А1+6 % Ы(1), содержащего лантан (2-5).
Электролит - 3 % раствор ^С1. Е'-потенциал (В), /-плотность тока(А-м-2) (обозначения те же, что и на рис. 1)
В целом можно констатировать положительное влияние добавок лантана в пределах исследованных составов (0,005-0,5 мас. %) на коррозионно-электрохимические свойства алюминиево-литиевого сплава состава А1+6 % Ы, что объясняется модифицирующим влиянием лантана на микроструктуру исходного сплава.
Заключение
Установлено, что образование питтингов на поверхности алюминия может происходить по двум разным механизмам в зависимости от толщины оксидной пленки. Соответственно, имеется некоторая критическая толщина плёнки 8С Если плёнка тоньше 8С спустя очень непродолжительный инкубационный период на поверхности образуются многочисленные питтинги.
Предполагается, что в случае тонких плёнок, основной причиной появления питтингов является пробой пленки по туннельному механизму переноса электронов в дефектных местах. В случае толстых плёнок решающую роль играют С1-- ионы, которые вызывают местное активное растворение оксида. При изучении локальной коррозии алюминия (99,99 %) в 3 %-ном растворе №С1 авторами [10] подтверждена идея, что первоначально адсорбционный С1--ион образует растворимый комплекс с металлом, который диффундирует в раствор. Также
сделано заключение, что адсорбция хлорида идёт в тех местах, которые в последующем являются зародышами питтингов. Адсорбция хлорида зависит от потенциала электрода.
Применительно к сплавам системы Al+6 % Li+La, следует отметить, что с ростом концентрации хлорид-иона в электролите, потенциалы свободной коррозии, коррозии, питтин-гообразования и репассивации смещаются в отрицательную область, что, в свою очередь, сопровождается ростом скорости коррозии сплавов при переходе от 0,03 %-ного к 3 %-ному электролиту NaCl.
Список литературы
1. Fei Zhang, Jian Shen, Xiao - Dong and others Homogenization heat treatment of 2099 AlLi Alloy // Rare Metals. 2014. Vol. 33 (1). Pp. 28-36.
2. Норова М.Т., Ганиев И.Н., Ганиева Н.И. Коррозия алюминиево-литиевых сплавов с щелочноземельными металлами. Германия: Изд. дом LAP LAMBERT Academic Publishing,
2012. 110 с.
3. Луц А.Р., Суслина А.А. Алюминий и его сплавы. Самара: Самарск. гос. техн. универ.
2013. 81 с.
4. Bairwa M.L., Date P.P. Effect of heat treatment on the tensile properties of Al-Li alloys Journal of Materials Processing Technology 153-154 (2004) 603-607.
5. Fragomeni J., Wheeler R., Jata K.V. Effect of single and duplex aging on precipitation response, microstructure, and fatigue crack behavior in Al-Li-Cu alloy AF/C-458 // J Mater Eng. Perform. 2005. № 50 (1):18.
6. Ганиев И.Н., Умарова Т.М., Обидов З.Р. Коррозия двойных сплавов алюминия с элементами периодической системы. Изд. дом LAP LAMBERT Academic publishing. 2011. 198 c.
7. Ганиев И.Н., Назаров Х.М., Одинаев Х.О. Сплавы алюминия с редкоземельными металлами. Душанбе: Маориф. 2004. 190 с.
8. Obidov Z.R., Amonova A.V., Ganiev I.N. Influence of the Ph of the medium on the anodic behavior of scandium-doped Zn55Al alloy // Russian Journal of Non -Ferrous Metals, 2013. V. 54. N. 3. Pр. 234-238.
9. Amini R. N., Ironi M.B., Ganiev I.N., Obidov Z.R., Galfan I. and Galfan II doped with calcium, corrosion resistant alloys // Oriental journal of Chemistry, 2014. V.30. N. 3. Pр. 969-973.
10. Foley R.T. Localized corrosion of aluminum alloys // ^n^sion (USA). 1986. № 5б. V. 42. Pр. 277-278.
УДК 621.778.5:677.721
ФОРМИРОВАНИЕ ГЕОМЕТРИИ КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРОВОЛОК ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОМ ОБЖАТИИ ПРЯДИ*
Харитонов В.А., Иванцов А.Б., Лаптева Т.А.
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия
Стальной канат представляет собой витое многопроволочное изделие, обладающее малой изгибной жесткостью и высокой прочностью, способное работать под высокими нагрузками, многократно изгибаясь на роликах и блоках талевых, шахтных, крановых, экскаваторных и прочих систем. Эксплуатационная стойкость стального каната во многом определяется величиной контактных напряжений, возникающих в местах соприкосновения проволок друг с другом, а также с деталями грузовых механизмов. Контактные напряжения снижают прочностные и пластические свойства проволок, поэтому возникает необходимость в их минимизации [1, 2].
*Работа проведена в рамках реализации госзадания по теме «Разработка технологии получения высокопрочных длинномерных профилей из материалов с ультрамелкозернистой структурой в условиях комбинирования процессов интенсивного пластического деформирования» (Задание № 11.1525.2014К от 18.07.2014); а также при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства с участием высшего образовательного учреждения (Договор от 01.12.2015 г. № 02.G25.31.0178).
