ПРОТЕКТОРНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
PROTECTING ALLOY ON BASE OF ALUMINIUM

Предлагаемое изобретение относится к металлургии протекторных сплавов на основе алюминия и может быть использовано при производстве протекторов для защиты от коррозии алюминиевых теплообменников на самолетах, морских и пресноводных судах, бытовых нагревателях, а также для защиты фюзеляжей гидросамолетов и кораблей из алюминиевых сплавов.
Известны протекторные сплавы на основе алюминия, применяемые для защиты от коррозии различных металлических конструкций (АП1, АП2, АП3, АП4 по ГОСТ 26251-84). Близким к требуемому уровню по электрохимическим характеристикам из них является сплав АП4. Однако и он не пригоден для защиты от коррозии теплообменников и гидросамолетов. Это определяется нестабильностью электрохимических характеристик в воде с различной электропроводимостью, а также низким уровнем механической прочности, не позволяющей изготовить протекторы требуемой формы и размеров.
Известен протекторный сплав на основе алюминия, содержащий цинк, марганец, индий, свинец при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цинк
3-5
Марганец
0,05-0,2
Свинец
0,2-0,6
Индий
0,01-0,04
Алюминий
Остальное
(SU 1764327, кл. С22С 21/10, 10.10.95).
Однако он имеет недостаточно отрицательный рабочий электродный потенциал и, как следствие, обеспечивает недостаточную защиту от коррозии изделий из алюминиевых сплавов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является протекторный сплав на основе алюминия, содержащий цинк, индий, олово, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цинк
4-5
Индий
0,01-0,06
Олово
0,01-0,1
Цирконий
0,01-0,1
Алюминий
Остальное
(RU 2263154, С22С 21/10, 10.06.2005), прототип.
К недостаткам этого сплава, взятого за прототип, относятся его низкая механическая прочность, не позволяющая изготовить протекторы и обеспечить надежную их работу в теплообменниках и фюзеляжах гидросамолетов. Кроме того, он имеет относительно высокую скорость саморастворения, не позволяющую обеспечить длительную работу протекторов при ограниченных их размерах.
Предлагается протекторный деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, кремний, олово, индий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цинк
1,8-3,0
Магний
0,4-0,8
Кремний
0,3-0,6
Олово
0,03-0,07
Индий
0,06-0,07
Алюминий
Остальное
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он содержит следующее соотношение компонентов, мас.%:
Цинк
1,8-3,0
Магний
0,4-0,8
Кремний
0,3-0,6
Олово
0,03-0,07
Индий
0,06-0,07
Алюминий
Остальное
Предложенный сплав позволяет получить однородный твердый раствор с равномерным распределением дисперсных интерметаллидов с близким значением их электродного потенциала с электродным потенциалом матрицы. При этом электрохимическая защита в паре "изделие из алюминиевого сплава - протектор из алюминиевого сплава" осуществляется при нахождении в пассивной области того и другого. Изделие работает при потенциале отрицательнее потенциала питтингообразования, протектор - при потенциале, близком к потенциалу питтингообразования. В результате скорость растворения того и другого меньше, чем в случае прототипа, что способствует долговременной надежной работе и изделия, и протектора.
Введение в сплав цинка в меньшем количестве, чем в прототипе при одновременном легировании магнием и кремнием позволяет получить протекторы в отличие от прототипа не только литьем, но и деформацией прессованием из слитков, отлитых способом непрерывного литья. Это дает возможность существенно увеличить механические свойства и получать протекторы разнообразной формы, малых размеров и большой длины (протяженные протекторы).
Примеры осуществления
Методом непрерывного литья изготавливали слитки (см. таблицу 1). Затем их прессовали при температуре 400°С с закалкой на прессе. После правки растяжением из прессованных полос предлагаемого сплава изготавливали образцы для испытаний.
3
При подготовке к экспериментам образцы слегка зачищали тонкой наждачной бумагой, травили 0,5 минут в 5% растворе NaCl, промывали в теплой и холодной воде, осветляли в 30% растворе HNO 0,5 минут, промывали и высушивали.
Также проводили испытание сплава-прототипа.
Измерение электродного потенциала проводили относительно хлорсеребряного электрода и пересчитывали по водородной шкале. Защитные характеристики проверяли на парах "протектор (А) - защищаемый сплав (К)". Соединения проводили болтами из прессованного сплава, по составу идентичного защищаемому. В качестве такого сплава был выбран АМг3. Соотношение площадей К/А было принято равным 10. Образцы К и А взвешивались до и после испытаний. Раствор для снятия продуктов коррозии и оценка результатов принимали по справочнику (Методы контроля и исследования легких сплавов. М.: Металлургия, 1985, с.359-430).
Составы испытанных сплавов и механические свойства приведены в таблице 1, электрохимические и защитные характеристики - в таблице 2.
Как следует из таблиц 1, 2, предлагаемый сплав имеет более высокие механические свойства. Скорость растворения протектора существенно ниже. Так скорость растворения протектора находится в интервале 0,038-0,058 мм/год, в то время как скорость растворения прототипа 0,425 мм/год.
Аналогичные результаты получили и при защите образцов из сплавов АД31, АМг6 и Д16Т, а также на пилотной установке, моделирующей коррозионное поведение теплообменников, при различных скоростях движения раствора.
Таблица 1
Использованные в примерах составы и механические их свойства по предлагаемому сплаву и по прототипу
Сос-тав
Услов-ныеномера
Содержание элементов, мас.%
Механические свойства
Цинк
Маг-ний
Кремний
Индий
Олово
Цирконий
Алюми-ний
Предел прочности, σ<sub>в</sub>,МПа
Предел текучести, σ<sub>0,2</sub>, МПа
Относительное удлинение, δ, %
Пред-лагае-мый
2,9
0,75
0,6
0,07
0,07
-
ост.
210
165
12
Изве-стный про-то-тип
4
4
-
-
0,01
0,01
0,1
ост
70
-
18
Таблица 2
Результаты исследования электрохимических и защитных характеристик предлагаемого сплава и прототипа
Состав
Условные номера
Стационарный электродный потенциал, MB
Скорость коррозии, мм/год
Баллы
Группа стойкости
Протектора
Сплава АМг3
Протек-тора
Сплава АМг3
Протек-тора
Сплава АМг3
Предла-гаемый
-
3
910
0,038
0,0019
4
3
Стойкие
Весьма стойкие
Известный прототип
4
850
0,425
0,034
6
4
Относи-тельно стойкие
Стойкие
Таким образом предлагаемый сплав позволяет:
- повысить коррозионную стойкость протектора и защищаемого объекта в 8-10 раз и соответственно увеличить срок службы в 3-5 раз;
- повысить механические свойства в 3 раза и соответственно обеспечить деформацией получение протекторов разнообразной формы, размеров и протяженности;
- защищать не только корпуса судов из алюминиевых сплавов, но и авиационные и корабельные теплообменники и фюзеляжи гидросамолетов;
- организовать выпуск длинномерных протекторов для защиты газо- и нефтетрубопроводов.