CC BY
7
УДК 621.7.029: 621.357.7
Колесникова А.А., Абрашов А.А., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А.
ЗАЩИТА АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АМг6 ОТ ПИТТИНГОВОЙ КОРРОЗИИ Ti, Zr-СОДЕРЖАЩИМИ ПОКРЫТИЯМИ
Колесникова Анастасия Александровна, студент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; e-mail: nastya-koleso@mail.ru;
Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., заведующий кафедрой инновационных материалов и защиты от коррозии; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
В процессе выполнения работы выявлены основные закономерности формирования покрытий. Проведена оптимизация состава раствора и параметров процесса, исследованы физико-химические свойства покрытий с целью возможности применения их в качестве замены хроматным покрытиям.
Установлено, что включение ионов церия в покрытие улучшает его стойкость к питтинговой коррозии.
Ключевые слова: защита от коррозии, конверсионные покрытия, титан, цирконийсодержащие покрытия, подготовка поверхности, бесхроматная пассивация, пассивация алюминия.
PROTECTION OF THE 5556 ALUMINUM ALLOY AGAINST PITTING CORROSION BY Ti, Zr-CONTAINING COATINGS
Kolesnikova A.A., Abrashov A.A., Grigoryan N.S., Vagramyan T.A. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In the process ofperforming the work, the basic patterns of coating formation are identified. The composition of the solution and the process parameters were optimized, the physicochemical properties of the coatings were studied in order to be able to use them as a replacement for chromate coatings.
It is established that the inclusion of cerium ions in the coating improves its resistance to pitting corrosion.
Key words: corrosion protection, conversion coatings, titanium, zirconium-containing coatings, surface preparation, chromate-free passivation, aluminum passivation.
Введение
Известно [1], что локальная коррозия (точечная, питтинговая) является характерным видом разрушения алюминия и его сплавов и наблюдается, в основном, в нейтральных водных средах, содержащих галогенид-ионы, в частности, хлорид-ионы. Отмечается [2], что питтинговая коррозия является следствием нарушения пассивного состояния в отдельных точках поверхности металла. Язвы могут быть мельчайшими и концентрированными или широко разбросанными и различными по размерам в зависимости от химического состава алюминиевого сплава, качества оксидной пленки и свойств корродирующей среды. Образовавшийся питтинг на поверхности в дальнейшем может быть причиной развития межкристаллитной коррозии (МКК). Данный вид коррозионного разрушения особенно опасен тем, что его невозможно обнаружить визуально. МКК от поверхности может распространиться на критическую глубину и привести к разрушению ответственных деталей и конструкций. В качестве защитных слоев поверхности алюминия и его сплавов широко используются конверсионные хроматные покрытия.
Известно, что растворы хроматирования весьма токсичны из-за входящих в их состав ионов шестивалентного хрома. Формирующиеся в них
конверсионные покрытия также содержат до 200 мг/м2 токсичных соединений Сг(У^) [3]. В последние годы в качестве альтернативы хроматным слоям на алюминии и его сплавах в мировой практике все чаще используются наноразмерные адгезионные покрытия, полученные из растворов гексафторциркониевой и гексафтортитановой кислот [4,5].
Экспериментальная часть
В результате выполненной работы был разработан раствор для нанесения защитных титан-, цирконийсодержащих покрытий на поверхность алюминиевого сплава АМг6 на основе H2TiF6, H2ZrF6, Ce(NOз)з, с целью замены токсичного процесса хроматирования в автомобильной и других отраслях промышленности.
В процессе выполнения работы выявлены основные закономерности формирования покрытий. Проведена оптимизация состава раствора и параметров процесса, исследованы физико-химические свойства покрытий с целью возможности применения их в качестве замены хроматным покрытиям.
Покрытия с наилучшими физико-химическими характеристиками формируются в растворе с рН 4,05,0, при комнатной температуре, за 2 минуты процесса.
Химический состав получаемых покрытий был
исследован методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии. Обзорные спектры покрытий свидетельствуют о наличии в покрытии титана, циркония, алюминия, церия и кислорода. Отдельные спектры элементов позволили установить, в виде каких соединений указанные элементы включаются в покрытие. Алюминий присутствует в форме оксида AhOз. Цирконий и титан присутствуют в покрытии в форме оксидов ZrО2 и TiO2. Положение пика энергии для церия соответствует оксиду 0с203. Испытания на питтинговую коррозию проводили, имитируя воздействия морского климата при постоянном контакте с морской водой. Исследуемые образцы погружали в раствор, содержащий 3% хлористого натрия и 0,1% перекиси водорода в соответствии с ГОСТ 9.913-90.
Исследование морфологии поверхности образцов с
покрытием проводились с помощью объектива MPLAP0NLEXT 100 на конфокальном лазерном микроскопе LEXT - OSL 4100. Для оценки структуры слоя, степени развития поверхности, оценки глубины и ширины очагов питтинговой коррозии исследовали изображения поверхности, а также профилограммы образцов после формирования конверсионного покрытия. Измерения проводили в двухмерной и трехмерной системе координат.
Как и ожидалось, первые очаги питтинговой коррозии появились у незащищенного сплава АМг6 - 216 часов от начала испытаний. Далее питтинг появился у хроматного покрытия через 1830 часов. Коррозия после 2000 часов испытаний у Ti/Zr/Ce-содержащего покрытия не наблюдалась.
277
242" f
ne
173"
J
104 ~ Ц ./
es.:: Hd 1.
1 1 1 1 0 «14 182-9 ¡74.2 365.7 4S7.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 S4S.6 039.5 731J S22.S 914.2 1MS.Ü 1097.0 1136.5 1279.9
3.
274.2 J6S.7
9142 11X5.6 1097.0 11BS.S 1279.9
69.45
2.
Рис. 1. Профилограммы образцов после после 2000 часов испытаний на питтинговую коррозию: 1 - АМг6; 2
- хроматное покрытие; 3 - Т^г/Се-содержащее покрытие
За это время средняя глубина и ширина очагов питтинговой коррозии составили: 205,8 и 268,7 мкм у сплава АМг6; 33,4 и 15,7 мкм у сплава АМг6 с 2. хроматным покрытием. Выводы
Установлено, что включение ионов церия в покрытие улучшает его стойкость к питтинговой коррозии. 3.
Разработанный раствор, содержащий в своем составе: 1,2 г/л Ш^б, 1,2 г/л ШггБб; 1 г/л Ce(NOз)з является хорошей альтернативой токсичным растворам хроматирования при защите алюминиевой поверхности от питтинговой коррозии. 4.
Работа выполнена при финансовой поддержке РХТУ им. Д.И. Менделеева. Номер проекта Х-2020-028. 5.
Список литературы
1. Синявский В.С. Коррозия и защита алюминиевых сплавов. -2-е изд., пер. и доп. /В.С. Синявский,
В.Д. Вальков, В.Д. Калинин. - М.: Металлургия, 1986. - 368 с.
Сторчай Е.И. К вопросу о питтинговой коррозии алюминиевых сплавов / Е.И. Сторчай, А.В. Туковская // Защита металлов. 1965. Т. 1, № 3. С. 293-296.
Abrashov A.A., Grigoryan N.S., Vagramyan T.A., Simonova M. A. et al. Surface passivation of 5556 aluminum alloy in solutions based on cerium nitrate // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. 2021. V. 10. № 1. P. 132-144. Milosev I., Frankel G.S. // Journal of The Electrochemical Society. - 2018. V. 165. - P. C127-C144.
Abrashov A.A., Grigoryan N.S., Vagramyan T.A., Zhilenko D.YU. // Non-ferrous Metals. - 2016. No. 11. - P. 33-37.
