Потенциодинамические исследования сплава аж 4. 5, легированного свинцом в среде электролита NаCl

5. Харитонов В.А., Галлямов Д.Э. Влияние масштабного фактора на выбор способа волочения проволоки // Заготовительные производства в машиностроении. 2014. № 3. С. 34-37.

6. Харитонов В.А., Галлямов Д.Э.. Анализ влияния способа деформации на уровень свойств стальной проволоки // Качество в обработке материалов. 2014. № 1. С. 42-48.

7. Харитонов В.А., Галлямов Д.Э. Исследование совмещенного процесса «прокатка-волочение» при изготовлении стальной проволоки // Производство проката. 2014. № 4. С. 18-23.

8. В.А. Харитонов, Д.Э. Галлямов. Оценка эффективности изготовления стальной проволоки совмещенным способом «прокатка-волочение» // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2014. № 12. С. 15-21.

9. Галлямов. Д.Э., Харитонов В.А. Повышение конкурентоспособности проволоки на основе комбинирования способов ОМД // Материалы 73-ей Междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» / под ред. В.М. Колокольцева, том 1. Магнитогорск, 2015. С. 108-111.

10. Поляков М.Г., Никифоров Б.А., Гун Г.С. Деформация металла в многовалковых калибрах. М., Металлургия, 1979. 240 с.

11. Харитонов В.А., Галлямов Д.Э. Выбор рациональной формы промежуточного профиля при изготовлении стальной проволоки совмещенным способом «прокатка-волочение // Производство проката. 2015. № 3. С. 30-33.

12. Но Seon Joo, Sun Kwang Hwang, Hyun Moo Baek, Yong-Taek Im, Il-Heon Son, Chul Min Bae. The effect of a non-circular drawing sequence on spheroidization of medium carbon steel wires. Journal of Materials Processing Technology. 216 (2015) 348 - 356.

13. Харитонов В.А., Галлямов Д.Э. повышение комплекса механических свойств стальной проволоки на основе разработки совмещено-комбинированного способа волочения // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2016. № 1 (44). С. 43-48.

УДК 669.017:620.197

ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЛАВА АЖ 4.5, ЛЕГИРОВАННОГО СВИНЦОМ В СРЕДЕ ЭЛЕКТРОЛИТА NaCl

*Одинаев Ф.Р., Ганиев И.Н., *Сафаров А.Г., Якубов У.Ш.

Институт химии им. В. И. Никитина АН Республики Таджикистан *Физико-технический институт им. С. У. Умарова АН Республики Таджикистан

Введение

Железо всегда присутствует в алюминии, т.к. является преобладающей примесью технического алюминия. Он попадает в алюминий из сырья, а также при использовании стальной оснастки при плавке и литье [1].

При изучении физико-химических свойств высокопрочных, высокопроводящих сплавов алюминия с железом выявлено, что с ростом содержания железа повышается вязкость расплавов, снижается теплопроводность, увеличивается электросопротивление, значительно повышается предел ползучести, тогда как предел усталости снижается, благодаря присутствию фазы FeAl3 [1].

При легировании алюминия железом электродный потенциал изменяется незначительно, т.к. потенциал фазы FeAl3 равен -0,4 + -0,5 В, а у алюминия - 0,8 В, разность потенциалов 0,4 В между алюминием (матрицей) и фазой FeAl3 снижает коррозионную стойкость сплавов [2]. Влияние фазы FeAl3 достаточно велико, т.к. несколько сотых долей процента железа входят в состав твердого раствора, сегрегируя по границам зерен и субзерен, что может привести к межкристаллитной коррозии (МКК) [3]. Последующие добавки, которые образуют дисперсные частицы Fe А13, меняют характер коррозии от межкристаллитной до питтинговой [2].

Ранее нами было изучено влияние добавок железа (до 3 мас.%) на анодное поведение алюминия в среде 3 %-ного электролита NaCl и установлено, что рост содержания железа в алюминии закономерно сдвигает потенциалы свободной коррозии, питтингообразования и репассивации в положительную область значений. Показано, что минимальная скорость коррозии сплавов приходится на сплав эвтектического состава с 2,18 % Fe [2].

Авторами [4] изучено влияние железа (до 5,0 мас.% Fe) к алюминию на дифференц-эффект, выражающийся в изменении скорости саморастворения при анодной поляризации. Показано, что, чем выше содержание железа в алюминии, тем более положительными устанавливаются потенциалы. Коррозионный процесс определяется скоростью растворения из пассивного состояния.

Авторы [5, 6] изучали стационарные потенциалы сплавов системы Fe-Al в 0,5 М растворе NaCl (рН = 6,9) и показали, что добавки железа к алюминию смещают в положительную область потенциал свободной коррозии, т.е. введение в алюминий железа незначительно изменяет активность компонентов сплава. Максимальный сдвиг потенциала отвечает образованию интерметаллического соединения FeAl3.

Целью настоящей работы является исследование анодного поведения сплава АЖ4,5 (алюминий +4,5 мас.% Fe), легированного свинцом, в среде электролита NaCl, различной концентрации. Сплав АЖ4,5 извлекался непосредственно из одной электролизных ванн алюминиевой компании «ГУП TAJ1KO».

Задача состоит в том, чтобы разработать сплав на основе данного металла, не разбавляя его более чистым металлом из других электролизных ванн, т.е. превратить некондиционный металл в полезный обществу продукт.

Экспериментальный часть

Сплавы со свинцом получали в шахтной лабораторной печи СШОЛ при температуре 850 °С добавлением металлического свинца к сплаву АЖ 4,5. Из полученных сплавов в металлический кокиль отливались цилиндрические образцы диаметром 10 мм и длиной 100 мм для исследования электрохимических свойств, торцевая часть которых служила рабочим электродом. Контроль состава сплавов проводился взвешиванием шихты и полученных сплавов. Исследованию подвергались сплавы, вес которых отличался от веса шихты не более, чем на 1 % отн.

Образцы сплавов зачищали наждачной бумагой, последовательно переходя от крупной к мелкой (№2-00), а затем промывали дистиллированной водой, полировали на влажной фильтрованной бумаге и сушили на воздухе. Режим подготовки рабочей поверхности выбрали на основании серии предварительных экспериментов на чистых металлах, исходя из соображений наилучшей воспроизводимости результатов.

Электрохимические исследования легированного свинцом сплава А1+2Д8 % Бе проводили на потенцио-стате ПИ-50-1.1 потенциодинамическим методом в потенциодинамическом режиме со скоростью развертки потенциала 2 мВ*с-1 по методике, описанной в работах [7-8]. В качестве основного служил хлорсеребряный электрод сравнения, а вспомогательным являлся платиновый.

В ходе электрохимических испытаний образцы поляризовали сначала в положительном направлении от потенциала, установившегося при погружении в исследуемый раствор Есв кор - потенциал свободной коррозии, или стационарный), до значения потенциала 2 мВ, при котором происходит резкое возрастание плотности тока 2 А/м2. Затем образцы поляризовали в обратном направлении до значения потенциала - 0,8 В, в результате чего произошло подщелачивание электродного слоя поверхности образца. Далее испытания проходили в катодной области до значения потенциала - 0,8 В, в результате чего происходило восстановление оксидной пленки. Наконец, образцы повторно поляризовали в положительном направлении, при этом при переходе от катодной области к анодной фиксируется потенциал начала пассивации Енп.

По ходу прохождения полной поляризационной кривой определяли следующие электрохимические параметры:

Е^ или Есв к - станционарный потенциал или потенциал свободной коррозии;

£рП - потенциал рапассивации;

Епо и Е до - потенциал питингообразования (или потенциал пробоя) до и после катодной поляризации соответственно;

Екор - потенциал коррозии;

Е1- потенциал начала пассивации;

Епп - потенциал полной пассивации;

'кор - ТОК коррозии.

На основании данных параметров рассчитывали величины:

А - ширина пассивной области ДЛпас = (Лп|| — Е'по );

А /•.',„, - характеристика питтингостойкости АЛ'|ю = (Епо — к).

Расчет тока коррозии как основной электрохимической характеристики процесса коррозии проводили по катодной кривой с учетом таффеловской константы, равной 0,12 В. Скорость коррозии К определяли по току коррозии /кор по формуле К = / • к, где к = 0,335 г/А ч для алюминия [4]. В качестве примера представлена

полная потенциодинамическая кривая для сплава А1+2Д8 % Бе с 0,05 % РЬ в среде электролита - 3 %-ного раствора №С1.

Исследования проводили согласно рекомендациям ГОСТ 9.017-74 в среде электролита 3 %-ного №С1 (заменителе морской воды) с целью определения влияния хлорид-ионов на коррозионно-электрохимическое поведение сплава А1+2,18%Ре, легированного свинцом.

Электрохимические исследования полученных сплавов проводились на потенциостате ПИ-50-1.1 с программатором ПР-8 и самозаписью на ЛКД-4. Температуру раствора поддерживали постоянно 20 °С с помощью термостата МЫП-8. Воспроизводимость результатов на электродах одного и того же состава была в пределах 10 мВ. Измерения проводили в условиях естественной конвекции электролита в воздушной атмосфере. Исследования проводили по методикам, описанным в работах [7, 8]. Результаты измерений для исследованных электродов с различным содержанием свинца приведены на рисунке. Потенциалы приведены относительно хлорсеребряного электрода (х.с.э.).

0,78

0,73

0,68

0,63

0,58

-0

-0,05 ОД -0,5 -1

О 10 20 30 40 50 60 70

0,78

0,73

0,68

0,63

О

-0,05 ОД -0,5 -1

0,58

О 10 20 30 40 50 60 70

0,85

0,8

0,75

0,7

0.65

0

0,05

ОД

0,5

1

10 20 30 40 50 60 70

Изменение потенциала свободной сплава АЖ 4.5, легированного свинцом: в среде электролита 0,03 % (а); 0,3 % (б) и 3 %-ного N¡10

Результаты исследования и их обсуждение

Как видно из рисунка, со временем в течение часа во всех изученных средах потенциал свободной коррозии исходного сплава и легированных свинцом сплавов смещаются в положительную область значений. При этом наиболее отрицательное значение потенциала отмечено у сплавов в среде электролита 3 %-ного ЫаС1. С ростом содержания свинца в сплаве АЖ 4.5 потенциалы также облагораживаются. Однако, у сплавов со свинцом, как и у исходного сплава с ростом концентрации хлорид-ионов наблюдается уменьшение величины потенциала свободной коррозии. В целом, изменение потенциала свободной коррозии во времени характеризует динамику формирования защитной оксидной плёнки на рабочей поверхности исследуемых образцов.

Коррозионно-электрохимические характеристики сплава АЖ 4.5, легированного свинцом в среде электролита №С1, приведены в таблице. Как видно, по мере роста содержания свинца в исходном сплаве АЖ 4.5 во всех исследованных средах наблюдается смещение в положительную область потенциалов коррозии (Екор.), питингообразования (/-.'п.о.) и репассивации (£реп.).

Коррозионно-электрохимические характеристики сплава А1+4,5 % Ре, легированного свинцом, в среде электролита N¡10

NaCl, мае. % Содержание свинца, мас.% Электрохимические потенциалы, (х.с.э.) В Скорость коррозии

-F ' - С Cfi'l' -F ' -l i'p -F ' -П i\ -F ' -1|. г г ¿кор.'Ю"2 К'Ю"3

А/м2 г/м2.ч

0,03 % - 0,600 0,910 0,480 0,640 001,2 4,02

0.05 0,600 0,910 0,465 0,640 001,0 3,35

0.1 0,590 0,900 0,460 0,600 000,9 3,02

0.5 0,585 0,795 0,445 0,580 000,8 2,61

1.0 0,585 0,700 0,440 0,565 000,7 2,35

0,3 % - 0,664 0,980 0,560 0,720 001,5 5,03

0.05 1,646 0,920 0,555 0,700 001,2 4,02

0.1 0,620 0,890 0,540 0,715 001,4 4,69

0.5 0,615 0,882 0,520 0,710 001,2 4,02

1.0 0,610 0,875 0,520 0,680 001,2 3,62

3 % - 0,738 1,020 0,610 0,785 002,4 8,04

0.05 0,670 0,998 0,610 0,760 001,6 5,36

0.1 0,646 0,964 0,610 0,750 001,5 5,03

0.5 0,670 0,956 0,580 0,740 001,4 4,69

1.0 0,670 0,928 0,560 0,710 001,2 4,02

Наиболее отрицательное значение указанных потенциалов имеет место в среде 3 %-ного №С1, как наиболее агрессивной среде. Так, если потенциал коррозии сплава АЖ 4,5 с 1 % свинца в среде электролита 0,03 %-ного №С1 составляет -0,700 В, то в среде 3 %-ного ЫаС1 оно равняется -0,928 В. Добавки свинца почти в 2 раза снижают скорость коррозии исходного сплава, что объясняется его положительным влиянием на электрохимические параметры процесса коррозии, т.е. замедляется анодный процесс коррозии у легированных свинцом сплавов. Снижение скорости коррозии у тройных сплавов происходит в результате измельчения структуры эвтектики ОС -А1 + РеА13 под воздействием модифицирующего влияния добавок свинца, что, в свою очередь, способствует смещению в положительную область основных электрохимических параметров процесса коррозии.

Заключение

Механизм питтинговой коррозии алюминиевых сплавов состоит в нарушении пассивного состояния при достижении потенциала пробоя (питинга) и дальнейшей коррозии в отдельных точках, которая автокаталитиче-ски поддерживается, вследствие изменения состава раствора в вершине питтинга. В этом отношении все алюминиевые сплавы имеют практически одинаковую чувствительность к питтинговой коррозии, поскольку значения потенциалов пробоя в идентичных средах у них мало различается.

Применительно к нашему случаю следует отметить, что потенциал питтингообразования исходного сплава АЖ 4.5 при легировании его свинцом до 1 % (мае.) значительно облагораживается, что, в свою очередь, вызывает уменьшение скорости коррозии сплавов. По своим электрохимическим параметрам исследованные сплавы вполне могут применяться в качестве протекторных материалов для защиты от коррозии стальных сооружений.

Имея потенциал коррозии -0,738 + -0,670 в среде электролита 3 %-ного NaCl, они обеспечивают разность потенциалов с железом (-0,35 В) 0,35-0,40 В, что вполне достаточно для обеспечения уровня защиты стальных изделий от коррозии в пределах 90-95 %.

Список литературы

1. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 46 с.

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

3. Алюминиевые сплавы. Свойства, обработка применение / Под. ред. Дриц М.Е. М.: Металлургия, 1979.

679 с.

4. Красноярский В.В., Саидалиев Н.Р. Коррозионно-электрохимические свойства сплавов алюминия с железом в нейтральных растворах // Защита от коррозии и окружающей среды. М.: 1991, Вып.З. С. 14-19.

5. Медиоланская М.М., Ратинян А.Л., Янковский А.А. Электрохимическое поведение сплавов железо-алюминий (стационарные потенциалы) // ЖПХ. 1987. № 8. С. 1877-1879.

6. Медиоланская М.М., Никитина Л.И., Яновский А.А., Ратинян А.Л. Электрохимическое поведение сплавов железо-алюминий (анодное поведение) // ЖПХ. 1987. № 8. С.1880-1881.

7. Анодное поведение сплава А1 + 2.18 % Fe, легированного кальцием, в среде электролита NaCl / Дж. X. Джайлоев, И.Н. Ганиев, И.Т. Амонов Х.Х. Азимов // Известия ВУЗов. Химия и хим. техн. 2015, Т. 58. № 12. С. 38-12.

8. Раджабаелиев С.С., Ганиев И.Н., Амонов И.Т. Влияние свинца на анодное поведение сплава Al+2,18 % Fe // Вопросы материаловедения. 2016. № 2 (86). С. 147-152.

УДК 66.083

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ФОРМОВАНИЯ ПОРОШКОВ НА ОСНОВЕ ГРАФИТА

Самодурова М.Н., Барков Л.А., Латфулина Ю.С.

Национальный исследовательский Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, Россия

Введение

В последние десятилетия все больший интерес зарубежных и отечественных ученых вызывают исследования процессов высокоскоростного формования металлических [1, 2], полимерных [3], керамических [4, 5], углеродных [6] и других порошковых материалов.

Уже ряд лет в научно-образовательном центре (НОЦ) «Ресурсный центр спецметаллургии» ЮУрГУ выполняются исследования процессов высокоскоростного формования порошковых графитопластовых материалов на устройствах шведской фирмы Hydropulsor2 и американской фирмы Instron3. Рассмотрим конструктивные особенности этих устройств и результаты выполненных на них экспериментальных исследований.

Известные высокоскоростные исследования на устройстве фирмы Hydropulsor. Фирма Hoganas одной из первых в конце XX в. выполнила исследования процесса получения металлических порошков по методу High Velocity Compaction (HVC). Это были порошки, предназначенные для высокоскоростной листовой штамповки и калибровки на высокоскоростных устройствах типа HYP30, выпускаемых шведской компанией Hydropulsor [7]. На пневмогидромеханических устройствах марки HYP30-15, имеющих массу падающих частей от 5 до 1200 кг и скорость падения этих частей от 2 до 30 м/с исследователи получали высоко плотные заготовки массой от 5 до 10 кг из порошков разных марок легированных сталей с плотностью после спекания до 7,8 г/см3.

В настоящее время для высокоскоростного формования порошковых материалов фирма Hydropulsor выпускает специальные устройства типа HYP35 марок HYP35-02, HYP35-04, HYP35-07, HYP35-18 и HYP35-40.

На высокоскоростном устройстве фирмы Hydropulsor марки HYP35-04, установленной на шведской фирме Sinterheat, учеными этой фирмы совместно с учеными шведского университета Dalarna выполнены исследования по компактированию порошков суперсплава на основе кобальта, распыленных газом и водой. На

2 Hydropulsor АВ // www .hydropulsor.com

3 Instron Engineering Corp. //www.instron.ru