Анодное поведение сплава Al+1%Be, легированного празеодимом и неодимом, в среде электролита 3%-ного NaCl

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2016, том 59, №1-2_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 539.219.3

Р.Д.Исмонов, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев , член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.О.Одинаев, А.М.Сафаров

АНОДНОЕ ПОВЕДЕНИЕ СПЛАВА Al+1%Be, ЛЕГИРОВАННОГО ПРАЗЕОДИМОМ И НЕОДИМОМ, В СРЕДЕ ЭЛЕКТРОЛИТА 3%-НОГО NaCl

Таджикский технический университет им. акад. М.С.Осими, Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан

Потенциодинамическим методом исследовано анодное поведение сплава Al+1%Be, легированного празеодимом и неодимом, в среде электролита NaCl. Установлены основные электрохимические характеристики сплавов и показано, что добавки редкоземельных металлов снижают скорость анодной коррозии в 2.0-2.5 раза по сравнению с исходным сплавом.

Ключевые слова: анодное поведение, алюминиевые сплавы, празеодим, неодим, коррозия, электрохимия.

Сплавы алюминия с бериллием относятся к перспективным материалам, поскольку они обладают ценным комплексом физико-механических свойств, наиболее важными из которых являются легкость (2.0-2.4 г/см3), высокий модуль упругости (140-220 гПа) и высокая прочность (450-600 мПа), пониженная чувствительность к надрезам и повторным нагрузкам. Все это создает благоприятные условия для эффективного применения их в конструкциях летательных аппаратов [1].

В последние годы для улучшения коррозионной устойчивости и электрохимических свойств алюминиевые сплавы микролегируются редкоземельными металлами [2]. Настоящее исследование посвящено изучению влияния празеодима и неодима как легирующей добавки на электрохимическое поведение алюминиево-бериллиевых сплавов.

Методика эксперимента

Электрохимическое исследование алюминиево-бериллиевых сплавов, легированных празеодимом и неодимом, проводились на потенциостате ПИ-50-1 в потенциодинамическом режиме со скоростью развёртки 2 мВ/с с выходом на программатор ПР-8 и самозаписью на ЛКД-4. Постоянство температуры раствора в ячейке (20°С) поддерживалось с помощью термостата МЛТТТ-8, электродом сравнения служил хлорсеребряный, вспомогательным - платиновый.

Исследования проводились в среде электролита 3%-ного NaCl, то есть в имитате морской воды с учётом влияния хлорид-ионов на коррозионно-электрохимическое поведение алюминиево-бериллиевых сплавов, легированных празеодимом и неодимом. На полученных таким образом поляризационных кривых определялись основные электрохимические характеристики сплавов: потенциал питтингообразования (-Eno), потенциал и ток коррозии (Екор. и 1кор.), потенциал репассивации (Ереп.), определяемый графически как первый изгиб на обратном ходе анодной кривой или как точка пересечения прямого и обратного хода. Расчёт тока коррозии как основной электрохимической характери-

Адрес для корреспонденции: Исмонов Рустам Довудович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. ак. Раджабовых, 10, Таджикский технический университет. E-mail: ird-78@mail.ru

стики процесса коррозии проводили по катодной кривой с учётом тафелевской наклонной вк=0.12 В, поскольку в нейтральных средах процесс питтинговой коррозии алюминия и его сплавов контролируется катодной реакцией ионизации кислорода [3]. Скорость коррозии в свою очередь является функцией тока коррозии, определяемой по формуле:

К = 1кор. ^

где к = 0.335 г/А-ч для алюминия.

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты представлены в табл. 1, 2 и на рис. 1-4. Основные электрохимические характеристики сплава А1+1% Ве, легированного празеодимом и неодимом при скорости развертки 2 мВ/с, показывают характер и направления изменения основных показателей коррозии.

Рис.1. Изменение потенциала свободной коррозии во времени сплава А1+1% Ве (1), содержащего празеодим, мас.%: 0.01 (2), 0.05 (3), 0.1 (4), 0.5 (5) в среде электролита 3%-ного №С1.

Как известно [4], о коррозионном поведении металлов и сплавов можно судить по различным электрохимическим характеристикам. Установившееся значение потенциала свободной коррозии сплавов и характер их зависимости от времени испытаний могут дать ряд важных сведений о поведении металла в коррозионной среде.

На рис.1 представлены изменения значения электродных потенциалов алюминиево-бериллиевых сплавов, легированных празеодимом. Видно, что наибольший сдвиг величины потенциала наблюдается в начальный момент времени сплава, то есть при погружении электрода в раствор происходит интенсивное формирование защитной оксидной пленки на рабочей поверхности в начальном этапе, скорость которого определяется временем. Независимо от состава, потенциалы свободной коррозии всех сплавов к 40-60 минутам приобретают постоянное значение. Так, после 1ч выдержки в 3%-ном растворе №С1 потенциал свободной коррозии нелегированного сплава равняется -0.926 В, а у сплава, содержащего 0.5% празеодима, он составляет -0.826 В.

Таблица 1

Коррозионно-электрохимические характеристики сплава А1 + 1% Ве, легированного празеодимом и

неодимом, в среде электролита 3%-го КаС1 при скорости развертки потенциала 2 мВ/с

Содержание Рг и Ш, мас.% Электрохимические потенциалы (х.с.э.) Скорость коррозии

-^св.кор. -Екор. Еп.о. Ереп. !кор. К10-3

В А/м2 г/м2час

- 0.926 1.242 0.700 0.750 0.020 6.70

0.01 Рг 0.828 1.170 0.720 0.780 0.017 5.69

0.05 Рг 0.722 1.040 0.690 0.710 0.011 3.68

0.1 Рг 0.812 1.050 0.730 0.740 0.012 4.02

0.5 Рг 0.826 1.086 0.740 0.750 0.014 4.69

0.01 № 0.718 1.100 0.700 0.740 0.016 5.19

0.05 № 0.638 1.010 0.670 0.700 0.010 3.35

0.1 № 0.755 1.026 0.690 0.710 0.012 3.85

0.5 № 0.785 1.058 0.700 0.720 0.013 4.35

Как видно из табл. 1, небольшие добавки празеодима и неодима к алюминиево-бериллиевым сплавам сдвигают его электродный потенциал в положительную область. Так, сплаву, содержащему 0.05 мас.% празеодима и неодима, соответствуют значения Есв.к - 0.722 В и -0.638 В, а с максимальным содержанием празеодима и неодима (0.5 мас.%) -0.826 В и -0.785 В соответственно.

Приведенные в табл. 1 результаты показывают, что при легировании празеодимом и неодимом до 0.05 мас.% алюминиево-бериллиевого сплава наблюдается смещение потенциала коррозии в положительную область. Динамика изменения потенциалов питтингообразования и репассивации у сплавов с празеодимом и неодимом характеризуется плавным смещением чего в положительную область до концентрации 0.05 мас.% и соответствуют значениям Еп.о = -0.690 В и -0.670 В.

Рассчитанная из катодных ветвей потенциодинамических кривых скорость коррозии показывает, что добавки празеодима до 0.05 мас.% уменьшают скорость коррозии в 1.5-2 раза. Дальнейшее увеличение концентрации легирующего элемента нецелесообразно, так как это способствует росту скорости коррозии, что согласуется с характером расположения анодных кривых сплавов в исследованных средах.

•ЕВ

1.3'

Рис.2. Потенциодинамические анодные поляризационные кривые (2 мВ/с) сплава А1+1% Ве (1), содержащего празеодим, мас.%: 0.01 (2), 0.05 (3), 0.1 (4), 0.5 (5) в среде электролита 3 %-ного №С1.

На рис.2 представлены анодные ветви потенциодинамических кривых сплава Al +1% Be, содержащего различные количества празеодима в среде электролита 3%-ного На рисунке показан повторный ход анодной кривой (после катодной поляризации поверхности образца), что позволяет исключить влияние оксидной пленки. Из рис. 2 видно, что сплав, содержащий до 0.01- 0.05 мас.% празеодима, характеризуется продлённой шириной области пассивации. Ширина пассивной области для сплавов с содержанием празеодима 0.01 мас.% составляет 0.45 B и для сплава, легированного 0.05 мас.% празеодима, составляет 0.35 B.

Таблица 2

Временная зависимость потенциала (-Есв.кор., В) свободной коррозии сплава Al+1% Be

от содержания неодима в среде 3% №0

Время выдержки, мин. Содержание неодима, мас.%

- 0.01 0.05 0.1 0.5

0 1.095 0.925 0.754 0.941 0.954

0.15 1.043 0.919 0.743 0.932 0.95

0.30 1.005 0.882 0.742 0.926 0.943

0.45 0.99 0.852 0.737 0.922 0.932

1 0.982 0.84 0.732 0.918 0.914

2 0.977 0.826 0.726 0.911 0.906

3 0.970 0.813 0.714 0.898 0.885

4 0.962 0.802 0.705 0.859 0.863

5 0.957 0.783 0.712 0.842 0.853

10 0.943 0.752 0.680 0.798 0.844

15 0.940 0.736 0.673 0.780 0.828

20 0.935 0.731 0.662 0.772 0.812

30 0.933 0.725 0.652 0.768 0.800

40 0.932 0.720 0.640 0.762 0.790

50 0.927 0.718 0.638 0.758 0.785

60 0.926 0.718 0.638 0.755 0.785

Анодные поляризационные кривые алюминиево-бериллиевых сплавов, легированных неодимом, представлены на рис. 3. Из рисунка видно, что присутствие неодима несколько смещает ход анодной кривой в сторону меньших значений плотности тока. Наибольшая разность потенциала наблюдается у сплава, легированного 0.05 мас.% неодима.

Рис. 3. Потенциодинамические анодные поляризационные кривые (2 мВ/с) сплава ЛМ%Ве (1), содержащего неодим, мас.%: 0.01 (2), 0.05 (3), 0.1 (4), 0.5 (5) в среде электролита 3 %-ного №0.

Потенциалы питтингообразования и репассивации также смещаются в положительную область только для сплавов, содержащих 0.05 и 0.1 мас.% неодима, что свидетельствует о коррозионной устойчивости данных сплавов. Для алюминиево-бериллиевого сплава с повышенным содержанием неодима характерно смещение данных показателей в отрицательную область.

Рис. 4. Зависимость скорости коррозии сплава А1+1мас.% Ве от содержания празеодима (1) и неодима (2) в

среде электролита 3%-ного №С1.

На рис. 4. показана зависимость скорости коррозии сплава А1+1%Ве, легированного празеодимом и неодимом, от концентрации легирующего элемента. Ход кривых показывает на возможность повышения коррозионной стойкости сплавов данных систем лишь при условии микролегировании празеодимом и неодимом до 0.05 мас.%, поскольку при введении редкоземельного металла от 0.05 до 0.5 мас.% наблюдается рост значений скорости коррозии исходного сплава.

Таким образом, наиболее оптимальным составом в коррозионном отношении являются добавки 0.05 мас.% празеодима и неодима к алюминиево-бериллиевому сплаву состава А1+1мас.% Ве.

Поступило 25.06.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кеше Г. Коррозия металлов. - М.: Металлургия, 1984, 400 с.

2. Умарова Т.М., Ганиев И.Н. - Коррозия двойных алюминиевых сплавов в нейтральных средах. -Душанбе: Дониш, 2007, с. 49-51.

3. Норова М.Т., Ганиев И.Н. Повышение коррозионной стойкости алюминиево-литиевых сплавов микролегированием кальцием. - ЖПХ, 2002, т.75, №4, с. 567-569.

4. Герасимов В.В. Коррозия алюминия и его сплавов. - М.: Металлургия, 1967, 114 с.

Р.Д.Исмонов, И.Н.Ганиев*, Х.О.Одинаев, А.М.Сафаров

РАФТОРИ АНОДИИ ХУЛАИ Al+1%Be БО ПРАЗЕОДИМ ВА НЕОДИМ ЛЕГИРОНИДАШУДА ДАР МА^ЛУЛИ ЭЛЕКТРОЛИТИИ 3%-И NaCl

Донишго^и техники Тоцикистон ба номи М.С.Осими, *Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илм^ои Цумхурии Тоцикистон

Рафтори анодии хулаи Al+1% Be, бо празеодим ва неодим легиронидашуда дар махлули электролитии 3%-и NaCl таджик шудааст. Аз тадкикотхо бармеояд, ки иловаи металлхои но-дирзамин то 2.0-2.5 маротиба коррозияи анодиро бо мукоиса аз хулаи аввала паст менамояд.

Калима^ои калиди: рафтори аноди, хулауои алюминий, празеодим, неодим, коррозия, электрохимия.

R.D.Ismonov, I.N.Ganiev*, H.O.Odinaev, A.M.Safarov ANODIC BEHAVIOR OF THE ALLOY Al +1%Be, DOPED WITH PRASEODYMIUM AND NEODYMIUM IN THE ENVIRONMENT

ELECTROLYTE 3% NaCl

M.S.Osimi Tajik Technical University, *V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

By potentiodynamic methods the anodic behavior of alloy Al +1% Be, doped with praseodymium and neodymium in the environment of the electrolyte NaCl is investigated. The basic electrochemical properties of alloys and shown that the addition of rare earth metals decrease in the 2.0-2.5 times the rate of anodic corrosion of the initial alloy.

Key words: anodic behavior, aluminum alloys, praseodymium, neodymium, corrosion, electrochemistry.