Full Text

Введение Среди большого разнообразия металлических материалов, которые находят применение в различных областях, видное место занимают сплавы на основе легкого металла - магния. Интерес к магниевым сплавам непрерывно растет, что способствует расширению их производства и использования в промышленности [1]. Широкое применение магниевых сплавов обусловлено рядом факторов, важнейшими из которых являются удачное сочетание в них ряда ценных свойств и большие сырьевые ресурсы магния. Магний относится к числу наиболее распространенных элементов. Содержание его в земной коре составляет 2,4 %. При этом он образует удобные для разработки рудные месторождения и, кроме того, может извлекаться из морской воды. Магний является одним из наиболее легких металлов. Его плотность (1,74 г/см2) в 1,56 раза меньше плотности алюминия, в 2,5 раза меньше плотности титана и в 4,5 раза меньше плотности железа. При легировании магния удается добиться существенного повышения прочностных свойств при сохранении малой плотности. Вследствие этого для магниевых сплавов характерна высокая удельная прочность, которая предопределяет большой интерес к использованию магниевых сплавов в качестве конструкционных материалов [2, 3]. Применение магниевых сплавов позволяет снизить собственный вес изделий при сохранении ими прочности на том же уровне. В связи с этим магниевые сплавы оказываются ценным конструкционным материалом в таких областях техники, в которых снижение собственного веса конструкций имеет особенно большое значение (в авиации, ракетостроении, транспортных средствах и т.д.). Применение магниевых сплавов в этих областях позволяет улучшить технические характеристики машин, увеличить полезную нагрузку, уменьшить расход горючего [1, 4]. Были установлены существенные различия во влиянии на механические свойства магния отдельных редкоземельных металлов из подгруппы церия: лантана, церия, празеодима и неодима [5, 6]. В системе Mg-Ce образуются шесть соединений: MgCe, Mg2Ce, Mg3Ce, Mg41Ce5, Mg17Ce2 и Mg12Ce. Со стороны магния протекает эвтектическая реакция Ж↔ Mg12Ce + (Mg) при температуре 590 °С. Эвтектическая точка, по данным разных авторов, лежит в переделах 17,4-21,0 мас. % церия. Растворимость церия в твердом магнии, определенная с помощью метода электросопротивления при 590 °С, равняется 0,74 мас. %, при 500 °С - 0,26 мас. % и при 200 °С - 0,04 мас. % [7-9]. Целью настоящей работы является исследование влияния добавок церия на коррозионно-электрохимическое поведение магния в среде электролита NaCl. Экспериментальная часть Для исследования коррозионно-электрохимического поведения сплавов системы Mg-Ce образцы получали в шахтной печи сопротивления типа СШОЛ (сопротивление шахтное опытное лабораторное) в тиглях из оксида алюминия в интервале температур 750-800 °С из магния марки Мг96 (ГОСТ 804-93) и церия марки 99,87 (ЦеЭО ТУ 48-295-85). Плавка сплавов Mg-Ce проводилась под слоем флюса состава, мас. %: 40CaCl; 30NaCl; 20KCl и 10MgCl2. Химический анализ полученных сплавов проводился в Центральной заводской лаборатории ГУП «Таджикская алюминиевая компания». Состав сплавов также контролировался взвешиванием шихты и полученных образцов. При отклонении веса образцов более чем на 1-2 отн. % синтез сплавов проводился заново. Далее из поверхности расплава удалялся шлак и производилось литье образцов для коррозионно-электрохимических исследований в графитовую изложницу. Образцы цилиндрической формы имели диаметр 10 мм и длину 140 мм. Для электрохимических исследований образцы из сплавов Al-Mg поляризовали в положительном направлении от потенциала свободной коррозии (-Eсв.кор) или стационарного потенциала, установившегося при погружении в раствор электролита NaCl, до значения потенциала, при котором происходит резкое возрастание плотности тока (рис. 1, кривая I). Далее образцы поляризовали в обратном направлении (рис. 1, кривые II, III) до значения потенциала -1,4 В. В результате происходило растворение пленки оксида. Наконец, образцы повторно поляризовали в положительном направлении (рис. 1, кривая IV). При переходе от катодного к анодному ходу фиксируется потенциал питтингообразования (-Еп.о). На полученных таким образом поляризационных кривых определялись основные электрохимические потенциалы сплавов: · -Ест или -Есв. кор - стационарный потенциал или потенциал свободной коррозии; · -Ерп - потенциал репассивации; · -Еп.о - потенциал питтингообразования; · -Екор - потенциал коррозии; · iкор - ток коррозии. Расчет тока коррозии проводили с учетом тафеловской наклонной вк = 0,12 В по катодной кривой, так как процесс питтинговой коррозии магния и его сплавов в нейтральных средах зависит от катодной реакции ионизации кислорода. В свою очередь, скорость коррозии считается функцией тока коррозии и вычисляется по формуле где k = 0,45 г/А∙ч для магния. Рис. 1. Полная поляризационная (2 мВ/с) кривая металлического магния в среде электролита 3,0%-ного NaCl Воспроизводимость результатов измерения электрохимических потенциалов равнялась ±(5…10) мВ, а плотность тока коррозии составляла (0,001…0,005)·10-2 А/м2. Подробная методика снятия поляризационных кривых сплавов представлена в работах [10-20]. Обсуждение результатов Результаты коррозионно-электрохимических исследований сплавов системы Mg-Ce в среде электролита NaCl представлены в табл. 1, 2 и на рис. 2-5. На рис. 2 и в табл. 1 приведена зависимость потенциала свободной коррозии (-Есв.кор, В) от времени для образцов из сплавов системы Mg-Ce в среде электролита NaCl. Видно, что при погружении образцов в электролит NaCl происходит смещение потенциала -Есв.кор в положительную область. Добавки церия к магнию отодвигают потенциал свободной коррозии в отрицательном направлении оси ординат. При этом чем больше содержание церия, тем отрицательнее потенциал (см. табл. 1 и рис. 2). Рис. 2. Временная зависимость потенциала (х.с.э) свободной коррозии (-Есв.кор, В) магния (1), содержащего церий, мас. %: 0,1(2); 1,0(3); 5,0(4); 10,0(5), в среде электролита 0,03%- (а) и 3,0%-ного (б) NaCl Результаты исследований коррозионно-электрохимических свойств сплавов, представленные в табл. 2, свидетельствуют о том, что добавки церия от 0,1 до 10,0 мас. % к магнию в исследуемой среде электролита NaCl сдвигают в отрицательную область значений также потенциалы коррозии, репассивации и питтингообразования, что сопровождается повышением скорости коррозии сплавов. Зависимости скорости коррозии сплавов системы Mg-Ce от концентрации церия в среде электролита 0,03; 0,3 и 3,0%-ного NaCl представлены на рис. 3. Добавки церия к магнию увеличивают скорость его коррозии во всех исследованных средах электролита NaCl. При этом рост концентрации электролита NaCl (хлорид-иона) способствует увеличению скорости коррозии сплавов (см. рис. 4). Скорость коррозии и плотность тока коррозии магния имеют максимальное значение при концентрации 10,0 мас. % церия. Анодные ветви поляризационных кривых сплавов системы Mg-Ce приведены на рис. 5. Как видно из хода кривых, с повышением содержания второго компонента - церия - наблюдается смещение в область отрицательных значений всех электрохимических потенциалов в среде электролита NaCl, что свидетельствует о росте скорости анодного растворения сплавов системы Mg-Ce. Таблица 1 Временная зависимость потенциала свободной коррозии (-Есв.кор, В) магния от содержания церия в среде 0,3%-ного NaCl Время выдержки, мин Содержание церия в магнии, мас. % 0,0 0,1 1,0 5 10 0 1,300 1,365 1,381 1,397 1,406 0,15 1,288 1,354 1,370 1,386 1,394 0,2 1,277 1,343 1,361 1,375 1,382 0,3 1,265 1,333 1,350 1,364 1,371 0,4 1,255 1,324 1,340 1,353 1,360 0,5 1,244 1,316 1,332 1,343 1,349 0,6 1,235 1,308 1,324 1,334 1,340 2 1,226 1,300 1,317 1,326 1,332 3 1,217 1,293 1,310 1,318 1,325 4 1,208 1,287 1,303 1,311 1,319 5 1,200 1,281 1,297 1,304 1,313 10 1,193 1,276 1,291 1,298 1,308 20 1,187 1,271 1,285 1,292 1,303 30 1,182 1,267 1,279 1,287 1,299 40 1,179 1,263 1,275 1,284 1,296 50 1,177 1,260 1,272 1,282 1,294 60 1,176 1,260 1,270 1,282 1,294 Таблица 2 Коррозионно-электрохимические характеристики сплавов системы Mg-Ce в среде электролита NaCl Среда NaCl, мас. % Содержание церия в магнии, мас. % Электрохимические потенциалы, В (х.с.э) Скорость коррозии -Есв.кор -Екор -Еп.о -Ерп iкор∙ 102, А/м2 K ·103, г/(м2·ч) 0,03 - 1,120 1,200 0,660 0,700 0,012 5,37 0,1 1,240 1,285 0,750 0,835 0,014 6,27 1,0 1,252 1,296 0,761 0,845 0,016 7,16 5,0 1,263 1,307 0,771 0,856 0,018 8,06 10,0 1,272 1,318 0,780 0,867 0,020 8,96 0,3 - 1,176 1,230 0,700 0,780 0,023 10,30 0,1 1,260 1,329 0,790 0,865 0,026 11,64 1,0 1,270 1,342 0,802 0,873 0,028 12,54 5,0 1,282 1,354 0,813 0,884 0,030 13,44 10,0 1,294 1,366 0,823 0,895 0,032 14,33 3,0 - 1,204 1,342 0,816 0,870 0,034 15,23 0,1 1,288 1,400 0,880 0,944 0,036 16,12 1,0 1,300 1,415 0,893 0,956 0,038 17,02 5,0 1,310 1,431 0,904 0,968 0,040 17,92 10,0 1,321 1,443 0,917 0,980 0,043 19,26 Рис. 3. Зависимость скорости коррозии сплавов системы Mg-Ce от концентрации церия в среде электролита 0,03(1); 0,3(2) и 3,0(3)%-ного NaCl Рис. 4. Зависимость плотности тока коррозии сплавов системы Mg-Ce от концентрации NaCl Рис. 5. Анодные поляризационные (2 мВ/с) кривые магния (1), содержащего церий, мас. %: 0,1(2), 1,0(3), 5,0(4), 10,0(5) в среде электролита 0,03%- (а) и 3,0%-ного (б) NaCl Выводы Потенциостатическим методом при скорости развертки потенциала 2 мВ/с исследовано анодное поведение сплавов системы Mg-Ce в среде электролита NaCl. Показано, что добавки церия до 10,0 мас. % повышают скорость коррозии магния. При этом снижается питтингоустойчивость сплавов, о чем свидетельствует сдвиг потенциалов питтингообразования и коррозии в отрицательную область значений. Установлено, что с увеличением концентрации хлорид-иона в электролите NaCl в 3 раза увеличивается скорость коррозии сплавов системы Mg-Ce. Добавки церия увеличивают скорость коррозии магния на 50-75 % во всех изученных средах электролита NaCl.

About the authors

I. N Ganiev

Institute of Chemistry named after V.I. Nikitin of the NAS of Tajikistan

E. S Dodkhoev

Technical College Tajik Technical University named after M.S. Osimi

A. G Safarov

Physico-Technical Institute named after S.U. Umarov of the NAS of Tajikistan

U. Sh Yakubov

Institute of Chemistry named after V.I. Nikitin of the NAS of Tajikistan

References

Statistics

Views

Abstract - 76

PDF (Russian) - 32

Refbacks

• There are currently no refbacks.