Модификация поверхности хромоникелевых сталей в условиях гальваностатической поляризации

ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

УДК 620.193

И. О. Исхакова, С. С. Виноградова, Р. А. Кайдриков,

Б. Л. Журавлев

МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ГАЛЬВАНОСТАТИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

Ключевые слова: хромоникелевые стали, модификация поверхности, флуктуации потенциала.

Рассмотрена модификация поверхности хромоникелевых сталей в условиях гальваностатической поляризации при автоколебательном режиме локального растворения. Приведены результаты статистического анализа хронопотенциограмм, отражающих процесс модификации. Показано влияние на процесс модификации поверхности стали в хлоридном растворе плотности тока, продолжительности поляризации, введения окислителя.

Keywords: stainless steels, surface modification, potential’ fluctuations.

A surface modification of chromium-nickel steel at galvanostatic polarization with self-oscillating mode of local dissolution is considered. The results of the statistical analysis of chronopotentiogramm reflecting the process of surface modification are given. The effect on the process of surface modification ’ steel in chloride solution of current density, the duration of the polarization and the introduction of an oxidant are shown.

При поиске способов улучшения коррозионной устойчивости хромоникелевых сталей особое внимание уделяется модифицированию свойств поверхности, вследствие того, что в большинстве случаев именно характеристики поверхности определяют коррозионную стойкость изделия в целом.

Одним из способов повышения устойчивости пассивного состояния хромоникелевых сталей является электрохимическая модификация. Установлено [1,2], что модификация стали-304 в потен-циостатических, циклических потенциодинамиче-ских и импульсных режимах поляризации в щелочном растворе изменяет свойства оксидного слоя. Показано, что наиболее эффективна модификация в потенциостатических условиях, снижающая ток пассивного состояния на три порядка.

Имеются данные [3] о том, что к существенному росту потенциала питтингообразования приводит модификация хромоникелевых сталей в условиях гальваностатической и гальванодинамиче-ской поляризации в хлоридных растворах. Модификацию состояния поверхности в этом случае связывают как с изменением свойств пассивирующего слоя, так и с вытравливанием слабых мест поверхности в каждом цикле поляризации. Относительно небольшое количество работ, посвященных электрохимической модификации поверхности хромоникелевых сталей вызывает необходимость продолжения исследований в этой области.

Цель данной работы заключалась в получении информации о влиянии плотности тока, продолжительности поляризации и введения окислителя на модификацию поверхности хромоникелевых сталей в хлоридном растворе.

В качестве объекта исследования была выбрана широко распространенная конструкционная хромоникелевая сталь 12Х18Н10Т. Исследования проводили в стандартной электрохимической ячейке ЯСЭ-2 в растворе 0,1 моль/л ЫаО! при комнатной температуре. В качестве электрода сравнения ис-

пользовали хлоридсеребряный электрод марки ЭВЛ - ГМЗ, вспомогательным электродом служил платиновый электрод. Исследования проводили в диапазоне плотностей тока от 0,25 до 1,5 мкА/см2.

Экспериментальная установка состояла из потенциостата - гальваностата «IPC - Pro» и персонального компьютера.

О модификации поверхности стали судили по виду хронопотенциограмм и значениям потенциалов образования питтингов. Типичная хронопо-тенциограмма, показывающая изменение во времени флуктуаций потенциала, обусловленных зарождением - пассивацией питтингов, представлена на рис. 1.

в растворе 0,1 моль/л N80! при плотности тока 0,5 мкА/см2

Влияние плотности тока на значения потенциалов образования питтингов (максимальные значения на хронопотенциограммах) представлено в табл. 1.

Анализ полученных результатов показывает, что наблюдается экстремальная зависимость между потенциалами образования питтингов и плотностью поляризующего тока. Максимальные значения потенциалов в рассматриваемых условиях получены при плотности тока 0,7 мкА/см2.

Для исследования совместного влияния на процесс модификации поверхности гальваностати-

ческой поляризации и наличия окислителя в растворе экспериментально подобрали концентрацию К3Рв(ОМ)6, обеспечивающую растворение стали в активно-пассивном состоянии.

Таблица 1 - Средние и максимальные значения потенциалов, достигаемые в процессе модификации поверхности стали 12Х18Н10Т

ния потенциалов образования питтингов (табл. 2), которые были близки к максимально достигаемым при оптимальном режиме модификации (0,7 мкА/см2) в растворе без окислителя.

Влияние наличия окислителя на увеличение частоты флуктуаций потенциала можно оценить по значениям корреляционной функции (рис. 3).

Плотность тока, мкА/см2 Статистические характеристики флуктуаций потенциала

Среднее Максимум

0,25 85,7 197,7

0,5 119,2 269,5

0,7 152,4 393,3

1 167,1 350,2

1,5 163,1 340,2

Введение окислителя в хлоридный раствор изменяет динамику процесса зарождения - пассивации питтингов, ускоряя процесс модификации поверхности, и приводя к увеличению частоты и амплитуды флуктуаций потенциала (рис. 2).

6QQ т Е, мВ 5QQ 4QQ 3QQ

1QQQ 2QQQ 3QQQ 4QQQ 5QQQ 6QQQ

Рис. 2 - Хронопотенциограмма стали 12Х18Н10Т в 0,1 моль/л N80! и 0,06 г/л К3Ре(0^б при плотности тока 0,5 мкА/см2

Таблица 2 - Средние и максимальные значения потенциалов, достигаемые в процессе модификации поверхности стали 12Х18Н10Т в присутствии окислителя

Плотность тока, мкА/см2 Статистические характеристики флуктуаций потенциала

Среднее Максимум

0,35 430,8 515,6

0,5 440,3 510,6

0,65 400,9 453,5

1 409,1 547,2

Эти данные согласуются с результатами исследований [4,5], свидетельствующими о том, что повышение концентрации окислителя в растворе увеличивает число возникающих питтингов. В присутствии окислителя изменение плотности тока в рассматриваемом диапазоне практически не влияло на значе-

Рис. 3 - Значения корреляционной функции хро-нопотенциограммы стали 12Х18Н10Т в 0,1 М NaCl при плотности тока 0,5 мкА/см2: a - без окислителя, b - с окислителем

Выводы

1. Определена плотность тока, обеспечивающая оптимальные условия модификации поверхности стали 12Х18Н10Т в условиях гальваностатической поляризации.

2. Показано, что введение окислителя в хлоридный раствор изменяет условия модификации и увеличивает максимальные значения потенциала образования питтингов.

Литература

1. Marijan D., Vukovic M., Pervan P., Milun M. (1999). Surface Modification of Stainless Steel-304 Electrode.1. Voltammetric, Rotating Ring-Disc Electrode and XPS Studies. Croatica Chemica Acta, 72 (4), 737-750.

2. Marijan D., Slavkovic R., Vukovic M. (1999). Surface Modification of Stainless Steel-304 Electrode. 2. An Experimental Comparative Study of Electrochemically, Hydrothermally and Chemically Modified Oxide Films. Croatica Chemica Acta, 72 (4), 751-761.

3. Розенфельд, И. Л. Коррозия и защита металлов / И. Л. Розенфельд. - М.: «Металлургия», 1969. - 448 с.

4. Кайдриков, Р.А. Питтинговая коррозия металлов и многослойных систем (исследование, моделирование, прогнозирование, мониторинг) / Р. А. Кайдриков, С.С. Виноградова // Вестн. Казан. технол. ун.-та. - 2010. -№4. - С. 212-227.

5. Исхакова, И.О. Влияние плотности тока и продолжительности гальваностатической поляризации на потенциал зарождения питтингов / И. О. Исхакова, С.С. Виноградова, Р. А. Кайдриков // Вестн. Казан. технол. ун.-та. - 2012. - Т.15. - №15. - С. 157-158.

Q

Q

© И. О. Исхакова - асп. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, inna-ego@mail.ru; С. С. Виноградова -канд. техн. наук, доц.той же кафедры, vsvet@kstu.ru; Р. А. Кайдриков - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, krust@kstu.ru; Б. Л. Журавлев - д-р хим. наук, проф.той же кафедры, bgur@kstu.ru.