CC BY
25
УДК 620.197.3
Кузнецов Д.С., Гончарова О.А., Андреева Н.П., Андреев Н.Н. ЗАЩИТА СПЛАВА АМг6 КАМЕРНЫМИ ИНГИБИТОРАМИ
Кузнецов Дмитрий Сергеевич к.х.н., научный сотрудник Гончарова Ольга Александровна к.х.н., старший научный сотрудник Андреева Нина Павловна к.х.н., ведущий научный сотрудник
Андреев Николай Николаевич д.х.н заведующий лаборатории «Окисления и пассивации металлов и сплавов» 119071, Москва, Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН email: [email protected]; тел. +7 (925)027-57-63
Алюминий и его сплавы являются основными конструкционными материалами и в автомобильной, и в химической промышленности, и в авиастроении, и в машиностроении в целом. Обычно коррозионностойкие в чистой и сухой атмосфере, под действием влаги и агрессивных примесей алюминий и его сплавы подвержены коррозии. В связи, с тем, что разрушение алюминиевых конструкций может повлечь за собой ущерб не только для экологии окружающей среды, но также для здоровья и жизни человека, их противокоррозионная защита является вопросом первостепенной важности. Данная работа показывает возможность применения малолетучих органических соединений, способных формировать при повышенных температурах на поверхности конструкционных материалов пленки для защиты алюминиевого сплава АМг6 в жестких условиях периодической конденсации влаги.
Ключевые слова: камерные ингибиторы коррозии, малолетучие органические соединения, термообработка, защита от коррозии, защитные пленки
PROTECTION OF AMG6 ALLOY BY CHAMBER INHIBITORS
Kuznetsov D.S., Goncharova O.A., Andreeva N.P., Andreev N.N.
119071, Moscow, Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry ul. A.N. Frumkin, Russian Academy of Sciences
Aluminum and its alloys are the main structural materials in the automotive and chemical industries, in the aircraft industry, and in machine building in general. Usually corrosion-resistant in a clean and dry atmosphere, under the influence of moisture and aggressive impurities, aluminum and its alloys are prone to corrosion. In connection with the fact that the destruction of aluminum structures can cause damage not only to the environment, but also to human health and life, their anti-corrosion protection is a matter of prime importance. This work shows the possibility of using low-volatile organic compounds capable of forming films at elevated temperatures on the surface of structural materials to protect the aluminum alloy AM6 under severe conditions of periodic condensation of moisture.
Key words: chamber corrosion inhibitors, low volatile organic compounds, heat treatment, corrosion protection, protective films
В современном мире алюминиевые сплавы из-за их легкости и дешевизны занимают первое место по применению в промышленности и быту. Сплав алюминия с магнием АМг6 - магналий, один из самых лёгких сплавов алюминия. В ряду прочих широко известных магналиев этот сплав занимает первое место по прочности и твёрдости, но последнее место по коррозионной стойкости. Алюминий в обычных атмосферных условиях быстро окисляется, покрываясь защитной оксидной пленкой, которая препятствует дальнейшему проникновению кислорода, в результате чего металл приобретает противокоррозионную стойкость. Значительно меньшую стойкость имеют алюминиевые сплавы, в связи с чем, их следует защищать от коррозионных процессов. Традиционными методами защиты алюминиевых сплавов от коррозии являются анодирование, фосфатирование, применение ингибиторов и пигментов на основе токсичных соединений Сг(У1) [16]. Несмотря на увеличивающийся в последние годы объем работ, посвященных разработке новых ингибиторов коррозии алюминиевых сплавов, равноценной замены канцерогенных и токсичных соединений Сг(УТ) в настоящий момент не найдено.
Камерный способ, предложенный в [7-8], является эффективным и современным способом защиты металлов от коррозии. Обработка металлоизделий в парах малолетучих соединений при повышенных температурах приводит к образованию на поверхности металла наноразмерных защитных слоев ингибитора. Важными преимуществами камерного метода парофазной защиты металлов являются отсутствие требований к герметичности упаковки при временной защите изделий, и расширение ассортимента нетоксичных и доступных реагентов для осуществления парофазной пассивации металлов, а также металлоконструкций любой сложности.
В данной работе комплексом методов (ускоренные коррозионные испытания, спектроскопия
электрохимического импеданса,
потенциодинамические измерения, эллипсометрия, измерение краевого угла смачивания поверхности) изучена возможность камерной защиты алюминиевого сплава АМг6 органическими соединениями различных классов в диапазоне температур 80 - 1400С.
Показано, что камерная обработка алюминиевого сплава АМг6 в парах карбоновых кислот приводит к формированию на поверхности сплава тонких наноразмерных защитных пленок, способных
эффективно защищать от коррозии в условиях периодической конденсации влаги. На фоновых образцах (образцы термически обработаны в отсутствии ингибитора), первые коррозионные поражения появляются после пяти дней при температурах обработки от 80 до 1200С и через 10 дней для 1400С в условиях периодической конденсации влаги. Коррозионные поражения являются обширными и занимают значительную площадь поверхности образца, в среднем от 50 до 75%. При обработке металла неодекановой кислотой «камерным способом», в диапазоне температур 80 - 1400С наблюдается увеличение времени до первых коррозионных поражений в условиях периодической конденсации влаги. Так при температуре 800С коррозионные поражения возникают после 10 дней, при 1000С и 1200С после 18 дней экспозиции в жестких условиях. Обработка алюминиевого образца в парах неодекановой кислоты при 1400С увеличивает время защиты до 33 дней. При обработке сплава АМг6 олеиновой кислотой также наблюдается увеличение времени до первых коррозионных поражений в условиях периодической конденсации влаги. Так в диапазоне температур от 80 до 1100С время до наступления первых коррозионных поражений на образцах сплава АМг6, обработанных в парах олеиновой кислоты увеличивается в 2 раза по сравнению с фоновыми значениями. После обработки в парах олеиновой кислоты при температуре 1200С первые коррозионные поражения наблюдается через 18 дней. Стоит отметить тот факт, что коррозионные поражения в случае обработки металла органическими соединениями с использованием «камерного способа» носят точечный характер и занимают малую площадь(около2%) от общей площади всего образца.
Толщины адсорбированных пленок, в зависимости от температуры обработки и органического соединения варьируется от 2,3 до 24,5нм. Так для олеиновой кислоты наблюдается максимальное значение толщины наноразмерной защитной пленки при температуре 1400С, которое составляет 14,6 нм. Для неодекановой кислоты максимальные толщины пленок также наблюдаются при температуре 1400С и составляют 24,5 нм, что совпадает с результатами ускоренных коррозионных испытаний.
Метод спектроскопии электрохимического импеданса (СЭИ) в настоящее время широко применяется для изучения коррозионных систем [910]. Из литературных данных [11] известно, что полукруг на графике Найквиста отображает перенос заряда на границе раздела электрод / электролит, т.е. двойной электрический слой (ДЭС), а его диаметр указывает, насколько стойким является граница раздела фаз для переноса заряда. После обработки в горячих парах КИн (камерный ингибитор коррозии) в диапазоне температур от 80 до 1400С, диаметр полукруга значительно возрастает, что указывает на высокую устойчивость обработанных образцов сплава АМг6 к коррозии. После камерной обработки сплава АМг6 в парах олеиновой и неодекановой кислот значения R1 и R2 значительно возрастают, а С1 и С2 уменьшаются (С1 - емкость двойного слоя, R1 -
сопротивление переносу заряда и R2 и С2 - связаны с адсорбированным слоем ингибитора.) Увеличение Ri можно интерпретировать как уменьшение скорости коррозии. Уменьшение емкости двойного слоя С1 указывает на то, что в процессе обработки молекулы ингибитора адсорбируются на поверхности металла из паров и препятствуют доступу заряженных частиц к поверхности сплава. Увеличение значения R2 указывает на замедление процесса переноса заряда за счет формирования защитного слоя ингибитора. Уменьшение величины С2 также свидетельствует об уменьшении скорости коррозии. Так значения R1 для фонового образца составляют 23 КОм/см2 тогда как для металла обработанного в парах неодекановой кислоты при температуре 1000С, составляют 70 КОм/см2. Общее сопротивление межфазного взаимодействия сплава АМг6 / электролита включает как сопротивление переносу заряда R1, так и сопротивление адсорбированного ингибитора R2.
Список литературы
1. Белецкий В.М., Кривов Г.Н. . Под ред. Фридляндера И.Н. Алюминиевые сплавы (Состав, свойства, технология, применение). Справочник / -Киев: «КОМИНТЕХ», 2005.- 365 с.
2. Путилова И.Н., Балезин С.А., Баранник В.П. Ингибиторы коррозии металлов. М.: Госхимиздат, 1958. 184с.
3. Umoren S.A., Obot I.B., Ebenso E. E. Corrosion Inhibition of Aluminium Using Exudate Gum from Pachylobus edulis in the Presence of Halide Ions in HC1. // Electronic Journal of Chemistry. 2008. - V. 5. - № 2. - p. 355-364.
4. Tao Y.-T. Structural comparison of self-assembled monolayers n" alkanoicacids on the surfaces of silver, copper, and aluminium. // Journal of the American Chemical Society. -1993. V.l 15. - №10. - p. 4350-4358.
5. Foad El-Sherbini E, Abd-El-Wahab SM, Deyab MA (2003) Studies on corrosion inhibition of aluminum in 1.0 M HCl and 1.0 M H2SO4 solutions by ethylated fatty acids. Mater Chem Phys 82:631-637
6. Постников Н.С. Коррозионностойкие алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1976. - 301 с.
7. Лучкин А.Ю., Гончарова О.А., Андреев Н.Н., Кузнецов Ю.И. Новый метод защиты металлов от атмосферной коррозии/ Практика противокоррозионной защиты ППЗ №4(86)2017.с.7-12.
8. O.A. Goncharova, A.Yu. Luchkin, Yu.I. Kuznetsov, N.N. Andreev, N.P. Andreeva and S.S. Vesely. Octadecylamine, 1,2,3-benzotriazole and a mixture thereof as chamber inhibitors of steel corrosion // Int. J. Corros. Scale Inhib., 2018, 2, 203-212. DOI: 10.17675/2305-68942018-7-2-7
9. R.G. Buchheit, R.P. Grant, P.F. Hlava, B. Mckenzie, G.L. Zender, Local dissolution phenomena associated with S phase ( Al2CuMg ) particles in aluminum alloy 2024-T3, J. Electrochemical Social 144 (1997) 2621-2628.
10. A. Boag, A.E. Hughes, N.C. Wilson, A. Torpy, C.M. MacRae, A.M. Glenn, T.H. Muster, How complex is the microstructure of AA2024-T3 Corrosion Science 51 (2009) 1565-1568.
11. H. Ma, S. Chen, L. Niu, S. Zhao, S. Li, D. Li, J. Appl. Electrochemical. 32 (2002) 65-72.
