Анодное поведения сплава АК12М2, модифицированного кальцием, в среде электролита NaCl

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 669. 691.5(075.8)_

АНОДНОЕ ПОВЕДЕНИЯ СПЛАВА АК12М2, МОДИФИЦИРОВАННОГО _КАЛЬЦИЕМ, В СРЕДЕ ЭЛЕКТРОЛИТА ЫаС1_

Ф.Ш. Зокиров

преподаватель кафедры «Физика», Таджикского технического университета им. М. С. Осими,

И.Н. Ганиев

д.х.н., профессор, академик АН Республики Таджикистан профессор кафедры «Технология химических производств» Таджикского технического университета им. М. С. Осими,

А.Э. Бердиев

к.т.н., доц. кафедры «Естественно-научных дисциплин» Российско-Таджикского (Славянского) университета,

М.М. Сангов

Ректор Таджикского государственного педагогического института в Раштском районе

АННОТАЦИЯ:

В статье приведены результаты экспериментального исследования влияния кальция на анодное поведение сплава АК12М2, в среде электролита хлорида натрия. Исследования проведены потенциостатиче-ским методом в потенциодинамическом режиме при скорости развёртки потенциала 2мВ/с.

Показано, что модифицирование сплава АК12М2 кальцием способствует смещению потенциалов свободной коррозии, питтингообразования и репассивации в положительную область. Скорость коррозии сплава АК12М2 при модифицировании 0.1-1% мас. кальцием снижется на 50-70%.

Ключевые слова: сплав АК12М2 - кальций - потенциостатический метод стационарный потенциал - потенциал коррозии - потенциал питтингообразования - коррозия - электролит №С1.

Введение

Алюминиевые сплавы представляют собой сплавы, в которые помимо основного металла -алюминия, составляющего не менее половины всего состава, входят примеси других элементов, как правило, тоже металлов. По способу обработки сплавы на основе алюминия делятся на две группы: алюминиевые литейные и деформируемые сплавы, также к сплавам принято относить марки алюминия технической чистоты [1-5].

Сплав АК12М2 применяют для отливки деталей в кокиль, песчаные формы, под давлением, по моделям, в формы в виде оболочек. Из него изготавливают корпусы помп, детали двигателей, аппаратуры и бытовых приборов. В прочем из силумина этой марки повышенной чистоты выпускают и пищевую продукцию, но только со специального разрешения: казаны, кастрюли и т.д. [1, 7]. Электрохимическое формообразование деталей машин и приборов чаще всего осуществляют в растворах нейтральных солей.

Цель работы заключается в исследовании влияния добавок кальция на коррозионно-электрохи-мические свойства сплава АК12М2. Ниже приведены экспериментальные данные по анодному поведению сплава АК12М2, модифицированного кальцем в среде электролита №С1.

Экспериментальная часть

Для приготовления сплавов был использован алюминий марки А995 (ГОСТ 110669-01), кремний кристаллический (ГОСТ 25347-82); медь марки МО9995 (ГОСТ 97172-82) и кальций металлический марки КаМ1. Из полученных в печи СШОЛ

сплавов отливались цилиндрические образцы длиной 140 мм и диаметром 8 мм, торцевая часть которых служил рабочим электродом. Исследования проводились на потенциостате ПИ-50-1.1 с самописцем ЛКД-4 в среде 3%-ного раствора электролита №С1, при скорости развёртки потенциала 2 мВс-1, по методикам описанным в работах [1-18]. В качестве электрода сравнения использовалась хлорсеребряный электрод. Все значения потенциалов приведены относительно этого электрода. Поляризационные кривые фиксировались с помощью самописца ЛКД-4. На полученных кривых по изменению хода потенциала и тока определялись основные электрохимические параметры. Химический состав сплавов и результаты исследования представлены в таблице.

Перед началом электрохимических измерений образцы выдерживались в электролите хлорида натрия до достижения стационарных потенциалов. Значения стационарных потенциалов устанавливаются на основании зависимостей потенциал (Е, В) -время (1, мин.). Электродные потенциалы исследуемых сплавов устанавливаются в течение первого часа выдержки в растворе хлорида натрия. Более длительная выдержка (1-3 сут.) подтверждает установившееся значение стационарного потенциала сплавов.

Поляризация проводилась в потенциодинами-ческом режиме со скоростью развертки 2 мВ/с в положительном направлении от стационарного потенциала, установившегося при погружении электрода в электролит до постоянного значения тока 5 мА, затем в обратном направлении - до величины потен-

циала, при котором происходит растворение оксидной пленки. Наконец, образцы поляризовали в положительном направлении, получив анодные поляризационные кривые сплавов. Потенциодинамиче-ские кривые состоят из трех кинетических областей: активного растворения, активно - пассивного состояния и перепассивации [4]. Таким образом, на полученных потенциодинамических кривых определяли основные электрохимические характеристики сплавов: потенциал коррозии (Екорр), потенциалы питингообразования (Еп.о.) и репассивации (Ереп), потенциалы начала пассивации (Ен.п.) и полной пассивации (Еп.п.), а также плотности токов начала пассивации (1н.п.) и полной пассивации (ъ.п.).

Исследовалось влияние хлорид - иона на кор-розионно-электрохимическое поведение сплава АК12М2, модифицированных кальцием в среде электролита №С1 концентрацией 3,0; 0,3 и 0,03% мас..

Как видно из рисунка по мере разбавления электролита, т.е. снижения концентрации хлорид-иона потенциал свободной коррозии смешается в область положительных значений. Наиболее резкое смещение потенциала в область положительных значений наблюдается в первые 5-10 минут от начала погружения (рисунок).

Стабилизация потенциала свободной коррозии наблюдается после 40-50 минут от начала погружения в раствор электролита, что свидетельствует о пассивации сплава и формировании защитной оксидной плёнки на его поверхности.

Исследование анодного поведения сплава АК12М2, модифицированного кальцием в среде

электролита хлорода натрия показало, что анодные оксиды на этих сплавах не имееют пор и обладают ионной проводимостью и отличаются высоким электрическим сопротивлением. Рост плотных оксидных слоев происходит, если через них возможна диффузия ионов растворяющегося сплава и анионов, атомов кислорода и гидроксильных групп.

При этом, если у не модифицированного сплава стабилизация потенциала коррозии наблюдается в течение 50 минут, то у сплавов с кальцием стабилизация происходит в да раза быстрее, с течение 25-30 минут, что свидетельствует об относительно высокой их пассивации под воздействием добавок кальция. Так, после одного часа выдержки в растворе электролита 0,03% №С1 потенциал коррозии исходного сплава, составляет - 0,50 В, а у сплава содержащего 1 мас.% кальция - 0,43 В.

Коррозионно-электрохимическое поведение сплавов, исследовалось также от концентрации электролита №С1, которые представлены в таблице. Из таблицы видно, что с увеличением концентрации хлорид-иона потенциалы коррозии, питтин-гообразования и скорость коррозии сплава АК12М2, модифицированного кальцием, уменьшаются, что указывает на снижение коррозионной стойкости сплавов под воздействием хлорид-иона. Модифицирование кальцием сплава АК12М2 приводит к постепенному смещению потенциала свободной коррозии в положительную область, дальнейшее увеличение концентрации кальция во всех исследуемых средах несколько уменьшает потенциал свободной коррозии.

Рисунок. Временная зависимость потенциала (х.с.э) свободной коррозии (-Есе.корр, В) сплава АК12М2, содержащего кальций, мас.%: 0,0 (1); 0,1 (2); 0,3 (3), 0,5 (4), 1,0 (5), в среде электролита 0,03% (а), 0,3%

(б) и 3% -ного (в) ЫаС1.

Таблица Коррозионно-электрохимические характеристики (х.с.э) сплава АК12М2, модифицированного кальцием, в среде электролита №С!

Среда №С1, мас.% Содержание кальция в сплаве, мас.% Электрохимические потенциалы (х.с.э), В Скорость коррозии

-Есв.корр. -Екорр. -Еп.о. -Ерп 1корро А/м2 К10-3, г/м2-час

0,03% 0.0 0.480 0.869 0.340 0.530 0.0083 2.78

0.1 0.468 0.730 0.280 0.520 0.0076 2.54

0.3 0.456 0.720 0.270 0.515 0.0073 2.44

0.5 0.445 0.706 0.260 0.510 0.0068 2.27

1.0 0.430 0.690 0.254 0.510 0.0064 2.14

0,3% 0.0 0.560 1.020 0.460 0.570 0.0100 3.35

0.1 0.540 0.800 0.422 0.550 0.0079 2.65

0.3 0.528 0.780 0.433 0.540 0.0077 2.58

0.5 0.520 0.768 0.421 0.530 0.0070 2.34

1.0 0.508 0.756 0.416 0.520 0.0066 2.21

3% 0.0 0.640 1.120 0.560 0.690 0.0125 4.19

0.1 0.614 0.962 0.544 0.680 0.0120 4.02

0.3 0.612 0.955 0.540 0.670 0.0111 3.71

0.5 0.606 0.950 0.510 0.660 0.0090 3.01

1.0 0.600 0.938 0.500 0.656 0.0085 2.84

Потенциал репассивации с ростом концентрации кальция в сплаве в среде электролита 0,3%-ого NaCl несколько смещается в положительную область. Ширина пассивной области колеблется от 0,530 до 0,510 В, минимальное значение её соответствует исходному сплаву АК12М2 и сплаву, содержащему 0,5 и 0,1 мас.% кальция. Таким образом, сплавы, модифицированные кальцием характеризуются более низким значением скорости коррозии, чем исходный сплав АК12М2.

Выводы

С ростом концентрации кальция в сплаве АК12М2 потенциалы коррозии и питтингообразо-вания смещаются в положительную область, а по мере роста концентрации хлорид-иона в электролите NaCl- в отрицательную область. Сплавы, легированные кальцием характеризуются более низким значением скорости коррозии, чем исходный сплав АК12М2. Скорость коррозии сплавов с увеличением концентрации хлорид-иона в электролите уменьшается.

Литература

1. Синявский В.С., Вальков В.В., Калинин В.Д. Коррозия и защита алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1986. 230 с.

2. Умарова Т.М., Ганиев И.Н. Коррозия двойных алюминиевых сплавов в нейтральных средах. Душанбе: Дониш. 2007. 258 c.

3. Ганиев И.Н. Коррозионно-электрохимиче-ское поведение особочистого алюминия и его сплава АК1, легированного скандием //ЖПХ. 2004. Т. 77. № 6. С. 939-943.

4. Ганиев И.Н., Ниёзов Х.Х., Бердиев А.Э. Влияния иттрия на анодные характеристики сплава АК1М2// Известия вузов. Материалы электронной техники. -М., 2014. Т.17. №3. С. 224-227.

5. Ганиев И.Н., Юнусов И., Вахобов А.В., Шукроев М.Ш. Влияние добавок лантана на анодное поведение алюминия в нейтральной среде // Журнал прикладной химии . 1985. Т. 58, № 10. С. 2366-2368.

6. Бердиев А.Э. , Ганиев И.Н. , Назаров Х.М. , Осими Окил. Анодное поведение сплава АК12, легированного сурьмой в среде электролита NaCl// Известия вузов. Химия и химическая технология. Иваново, 2014. Т.57. №7.С 84-87. URL: http://ioumals.isuct.ru/cti/.

7. Зокиров.Ф.Ш., Ганиев И.Н., Бердиев А.Э. Анодное поведение сплава АК12М2, модифицированного барием, в среде электролита NaCl// Сборник статей победителей V Международной научно-практической конференции «Современные технологии: актуальные вопросы, достижения, инновации». Пенза,2017. С.49-52

8. Калачёв Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И.

Металловедение и термообработка цветных металлов. -М. : Металлургия, 1981. 416 с.

9. Бадурдинов С.Т., Ганиев И.Н., Бердиев А.Э. Влияние иттрия на анодное поведение сплава АК12 //Вестник ТТУ. Душанбе, 2012. Т.2. №№2. С.48-50.

10. Бердиев А.Э., Ганиев И. Н., Ниёзов Х. Х., Эшов Б. Б. Сравнительное исследование влияния добавок лантана и скандия на анодные характеристики сплава АК1 на основе особо чистого алюминия //ЖПХ. 2015. Т. 88. Вып. 6. С.887-891.

11. Пленкова Л.С. Коррозия некоторых алюминиевых сплавов в водных растворах / Л.С. Пленкова, В.Г. Бундже, П.И. Заботин // Известия АН КазССР. Серия: химическая. 1985. №1. С.19.

12. Фрейман Л.И., Макаров В А., Брыськин Е.И. Потенциодинамические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите. -М.:Химия, 1972.- 240 с.

13. Одинаев Ф.Р., Ганиев И.Н., Сафаров А.Г., Якубов У.Ш. Стационарные потенциалы и анодное поведение сплава АЖ 4.5, легированного висмутом // Известия СПбГТИ(ТУ). 2017. №38. С. 8-12.

14. Якубов У.Ш., Ганиев И.Н., Бокиев Л.А., Джураева М.Ш. Влияние бария и хлорид-иона на потенциал свободной коррозии сплава АЖ5К10 / В сборнике: Исследование различных направлений современной науки Материалы XXI Международной научно-практической конференции. В 2-х частях. 2017. С. 124-126.

15. Гулов С.С., Ганиев И.Н., Умарова Т.М., Бердиев А.Э. Коррозионно-электро-химическое поведение сплава АК7М2+ 0,05% Sr, легированного германием в среде 3%-ного раствора №0. Доклады АН Республики Таджикистан. -Душанбе, 2009. -Т.52. - №6. С. 460-464.

16. Джайлоев Д.Х., Ганиев И.Н., Амонов И.Т., Азимов Х.Х. Анодное поведение сплава Al+2.18%Fe, легированного кальцием, в среде электролита ЫаС! // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2015. Т.58. №12. С 38-42.

17. Ганиев И.Н., Муллоева Н.М., Ниезов О.Х., Эшов Б.Б., Ходжаев Ф.К. Влияние щелочноземельных металлов на анодное поведение свинца в нейтральной среде // Вестник СибГИУ. 2017. № 1 (19). С. 49-53.

18. Ганиев И. Н., Джайлоев Дж. Х., Амонов И.Т., Эсанов Н.Р. Влияние щелочноземельных металлов на анодное поведение сплава Al+2.18%Fe в нейтральной среде // Вестник СибГИУ. 2017. №3. С. 40-44.

© Ф.Ш.Зокиров, И.Н.Ганиев, А.Э.Бердиев.

2017

УДК: 666.113:546.28:539.21