CC BY
11
УДК 544.654.076.324.2 Гайдукова С.К., Решетников С.М.
ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ И АДСОРБЦИИ ИНГИБИТОРОВ НА КОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ
Гайдукова Софья Константиновна, студент-бакалавр 4 курса факультета химия, физика и механика материалов, gaidukova.sonYa@gmail.com;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Решетников Сергей Максимович, профессор, доктор наук, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Удмуртский государственный университет», Удмуртия, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1
В настоящее время при длительном хранении устройств, в которых имеются релейные соединения на основе меди наблюдаются отказы в связи с повышением омического сопротивления вследствие коррозионного разрушения поверхности. Предлагается технология, которая позволяет понизить риск отказов релейных соединений. Ключевые слова: медь, латунь, бронза, ингибиторы, коррозионная стойкость, лазерная обработка, анодное растворение.
INFLUENCE OF LASER TREATMENT AND ADSORPTION OF INHIBITORS ON CORROSION-ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF COPPER AND ITS ALLOYS
Gaidukova S.K., Reshetnikov S.M.,
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Udmurt State University"
At present, during long-term storage of devices in which there are copper-based relay connections, failures are observed due to an increase in ohmic resistance due to corrosion destruction of the surface. A technology is proposed that allows you to reduce the risk offailure of relay connections.
Key words: copper, brass, bronze, inhibitors, corrosion resistance, laser treatment, anodic dissolution.
В настоящее время одним из ведущих требований, предъявляемых к материалам, применяемым для изготовления деталей и элементов оборудования, является долговечность и высокая надежность эксплуатации. Для обеспечения этого металлы и сплавы должны характеризоваться высокими функциональными свойствами, в том числе, коррозионная стойкость. Антикоррозионные свойства определяются, в частности, наличием на поверхности защитных покрытий, которые сокращают воздействие на металл агрессивной среды [1].
В связи с этим целесообразна такая обработка поверхности металла, которая приводила бы к созданию новых или модификации имеющихся естественных защитных слоев [2].
Требуется технология, которая позволяет понизить риск отказов релейных соединений. В качестве технологического решения для повышения коррозионной стойкости меди и ее сплавов (релейных контактов) предлагается технология, сочетающая в себе поверхностную обработку металла лазерным излучением и обработку с помощью раствора ингибитора - вещество, которое хорошо адсорбируется на поверхности металла и не повышает контактное сопротивление - бензотриазол.
В качестве методов воздействия на поверхность металлов используется лазерное излучение в 4-х
режимах импульсной обработки. Ожидалось, что при определенных режимах высокоэнергетического воздействия на поверхности меди и ее сплавов будут синтезироваться хорошо проводящие фазы, обладающие омическим сопротивлением на уровне чистого металла. Коррозионная стойкость материалов изучалась с помощью получения вольт-амперных характеристик в потенциодинамическом режиме. В качестве модельного электролита -боратный буферный раствор(рН=7,4) [3].
Влияние лазерной обработки
Для меди наблюдается снижение скорости анодного растворения в 2 раза. При лазерной обработке на воздухе образуются защитные оксидные слои. При лазерной обработке в среде аргона образуются оксиды и происходит выравнивание поверхности и понижение общего энергетического запаса (рис. 1). При обработке латуни большая часть режимов лазерной обработки сокращает скорость анодного растворения. Наилучший результат при режиме лазерной обработки №1, возможно, связано с тем, что латунь содержит более электроотрицательный элемент - цинк, который легко окисляется. Часто окисленные формы цинка мигрируют внутрь решетки, оставляя на поверхности неокисленные участки меди. Латунь при режиме лазерной обработки №3: если отбросить наличие осадка кислорода, то получается, что при
энергетическом воздействии цинк (более легкоплавкий) мигрирует вовнутрь образца (рис.2). Берилиевые бронзы по определению обладают наибольшей коррозионной стойкостью из всех сплавов меди, идущих на изготовление релейных соединений. Все режимы лазерной обработки понижают токи анодного растворения, следовательно, повышают коррозионную стойкость. На данный момент ведется исследование причин повышения коррозионной стойкости берилиевой бронзы после лазерной обработки в атмосфере воздуха.
Потенцирдинамические кривые МЕДИ после лазерной обработки
(мц щ дц ч 1 ;
(рис. 1)
Потенциодинамические кривые ЛАТУНИ после лазерной обработки (ло, /11, лг, лз, )
(рис. 2)
Потенциодинамические кривые БРОНЗЫ после лазерной обработки
(рис. 3).
Воздействие ингибитором БТА (концентрация 1%)
Один из способов повышения коррозионной стойкости - воздействие ингибиторами коррозии. При этом в качестве ингибиторов должны
использоваться вещества, которые не понижают проводимость, созданных ими, адсорбционных слоев. В качестве такого вещества используется бензотриазол. Молекула БТА имеет одинарные и двойные связи, которые сопряжены между собой, и, по которым без большого сопротивления перемещаются электроны, обеспечивающие проводимость слоя. В известной мере молекулы БТА являются аналогами ароматических соединений в лабильности пи-связей. Для бронзы показано улучшение коррозионной стойкости для всех образцов. При исследовании меди и латуни эксперимент пошел против ожиданий. Данная обработка медных и латунных электродов не привела к положительным результатам. Посадка ингибитора на поверхность металлов произвела повышение анодного растворения, причины этого явления исследуются на данный момент.
Воздействие ингибитором БТА (концентрация 5%)
Получено снижение коррозионной стойкости из-за возможного образования комплексных соединений между ионами меди и частиц БТА при повышении концентрации.
Воздействие ингибитором БТА (концентрация 5%) с выдержкой 24 часа
Одной из технологий формирования поверхностного слоя в присутствии поверхностно-активных веществ, в том числе ингибиторов, является предварительная выдержка экспонирующей поверхности в растворах данных веществ. Такая технология была использована для длительной обработки меди и ее сплавов в БТА. В планах исследовать пленку на поверхностях образцов на электропроводность. Экспериментально показано, образование макрослоев, которые приводят к снижению скорости анодного растворения.
Выводы
Потенциометрическими методами показано повышение коррозионной стойкости меди и ее сплавов, подвергнутых лазерному воздействию с целью создания поверхностных оксидных слоев, как в среде воздуха, так и в инертной среде. Уменьшение анодных токов в области условно активного растворения достигает двукратного значения, а в области пассивного состояния - токи анодного растворения примерно в 2 раза меньше по сравнению с образцом меди в исходном состоянии. Так же сформированы данные о влиянии ингибиторов (БТА и МБТА) на коррозионно-электрохимическое поведение меди и ее сплавов. Оба ингибитора повышают антикоррозионные свойства меди и ее сплавов. При малых концентрациях лучшее воздействие оказывается на образцы без обработки, а при повышении концентрации в разы увеличивается коррозионная стойкость образцов, обработанных лазерным излучением.
Независимым методом - РФЭС - обнаружено образование оксидов и дофазных адсорбционных соединений кислорода на поверхности всех исследуемых материалов (рис. 4).
Вии1и1!; Еиаау («У)-
(рис. 4)
Формирование под влиянием импульсного лазерного облучения в оптимальных режимах поверхностных слоев приводит к понижению скорости анодного растворения, следовательно, к повышению надежности релейных соединений. Полученные результаты вызывают определенный оптимизм в части обработки поверхности релейных соединений ингибиторами коррозии класса азолов.
Список литературы
1. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы. - М.: Металлургия, 1993. - 416 с.
2. Арзамасова Б.Н. Материаловедение - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,2003.-646с.
Диссертации:
3. Решетников С.М., Ф.З. Гильмутдинов, Е.М. Борисова, О.Р. Бакиева Влияние имплантации кислорода на коррозионно-электрохимические свойства железа / // Коррозия: материалы, защита. -2015. - №10. - С. 1 -.
