Физико-химические свойства легированных редкоземельными металлами алюминиево-магниевых сплавов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Нарзиев, Бахтиер Шамсиевич

• Нарзиев, Бахтиер Шамсиевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нарзиев, Бахтиер Шамсиевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ С МАГНИЕМ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ (Обзор литературы).

1.1. Структура и свойства алюминиево-магниевых сплавов.

1.2. Коррозионно-электрохимическое поведение и окисление алюминиево-магниевых сплавов.

1.3. Структура и свойства сплавов систем алюминий — редкоземельный металл.

1.4. Электрохимическая коррозия двойных алюминиевых сплавов с редкоземельными металлами.

1.5. Проводниковые алюминиевые сплавы с участием магния.

1.6. Выводы по обзору литературы. Постановка задачи.

ГЛАВА II. КОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ

ПОВЕДЕНИЕ СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ С МАГНИЕМ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ.

2.1. Методика исследования коррозионно-электрохимических свойств сплавов.

2.2. Потенциодинамическое исследование коррозионно-электрохимического поведения сплава А1+0.2% Mg, легированного скандием, в среде электролита №С1.

2.3. Влияние иттрия на коррозионно-электрохимические характеристики сплава А1+0.2% Mg.

2.4. Электрохимическое исследование сплавов А1+ 0.2%

§, легированного лантаном, в среде электролита ИаС1.

2.5. Анодное поведение сплава А1+0.2 % Mg, легированного Празеодимом, в среде электролита ЫаС1.

2.6. Анодное поведение сплава А1 + 0.2% Mg, легированного неодимом, в среде электролита NaCl.

2.7. Разработка состава низколегированных электротехнических сплавов с участием скандия и циркония.

ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ НА КИНЕТИКУ ОКИСЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО- МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ.

3.1. Получение сплавов и методика исследования кинетики их окисления.

3.2. Влияние скандия на кинетику окисления сплавов

Al+0.2%Mg и АМгб.

3.3. Влияние иттрия на кинетику окисления сплава

Al+0.2% Mg.

3.4. Влияние лантана на кинетику окисления сплава

Al+0.2%Mg.

3.5. Влияние празеодима на кинетику окисления сплава Al+0.2%Mg.

3.6. Влияние неодима на кинетику окисления сплава

Al+0.2% Mg.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические свойства легированных редкоземельными металлами алюминиево-магниевых сплавов»

Актуальность темы. Целенаправленное исследование процессов коррозии и разработка эффективных средств защиты металлов, предусматривающих изыскание новых и рациональное использование имеющихся конструкционных материалов, входят в перечень наиболее важных задач. В этой связи, возрастает необходимость дальнейшего совершенствования и более широкого использования уже зарекомендовавших себя на лабораторных стадиях и опытно-промышленных испытаниях конкретных научно-технических решений по защите металлов от коррозии.

В промышленности и технике совершенствование методов и средств борьбы с коррозией имеет важное значение не только для снижения экономических потерь от коррозии, но и для обеспечения дальнейшего технического прогресса. По мере расширения сферы и ужесточения условий использования металлов становится всё более очевидным, что с помощью одних только эмпирических методов, даже существенно усовершенствованных, можно решить весьма ограниченный круг задач, и что основой дальнейшего прогресса в этой области должны стать фундаментальные исследования процессов коррозии.

Алюминий и его сплавы широко применяются в электротехнике в качестве проводникового материала. Как проводниковый материал алюминий характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, малой плотностью, удовлетворительной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. В последние годы для улучшения коррозионной устойчивости алюминиевые сплавы микролегируются редкоземельными металлами.

Цель работы заключается в разработке и оптимизации состава низколегированных электротехнических сплавов на основе систем алюминий-магний-редкоземельный металл, где РЗМ-8с, У, Ъа, Рг, N<1, легированных цирконием и кальцием.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

-исследовано влияние добавок кальция и скандия на коррозионно-электрохимические свойства и электропроводимость малолегированных электротехнических сплавов;

-исследовано коррозионно-электрохимическое поведение сплавов, А1+0.2%]У^, содержащих РЗМ, и влияние малых добавок циркония на электрохимическое поведение алюминия в средах 3%, 0.3% - ИаС1 и 0.01 н ЫаОН;

-методом термогравиметрии исследованы механизм и кинетика окисления сплавов А1+0.2%1У^, содержащих РЗМ.

Научная новизна выполненных исследований состоит в:

-установлении электрохимических характеристик процессов коррозии сплавов А1+0.2%М^, содержащих РЗМ, кальций и цирконий;

-выявлении механизма действия РЗМ, как эффективной анодной добавки, улучшающей коррозионную стойкость сплавов алюминия с магнием в среде электролита №С1;

-определении влияния концентрации хлор-ионов на скорость коррозии сплавов;

-установлении механизма и кинетических параметров окисления алюминиево-магниевых сплавов, легированных РЗМ.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке и оптимизации состава проводниковых алюминиево-магниевых сплавов, легированных РЗМ, для электротехнической отрасли.

Данная тема входит в государственную программу «Стратегия Республики Таджикистан в области науки и технологий на 2007-2015гг», «Программа использования научно-технических результатов в промышленности Республики Таджикистан на 2010-2015гг» и в программе переработке первичного алюминия в Республике Таджикистан Основные положения, выносимые на защиту; -коррозионно-электрохимическое поведение алюминиево-магниевых сплавов, легированных РЗМ при различных концентрациях хлорида натрия;

-механизм действия РЗМ, как эффективной анодной добавки, улучшающей коррозионную стойкость сплавов алюминия с магнием в среде электролита ЫаС1;

-механизм и кинетика окисления твердых алюминиево-магниевых сплавов, легированных РЗМ в атмосфере воздуха;

-разработка и оптимизация состава низколегированных электротехнических сплавов на основе систем алюминий-магний-редкоземельный металл.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции «Достижения химической науки и проблемы её преподавания» (Душанбе, 2008г.), на Республиканской научно-практической конференции «Инновация -эффективный фактор связи науки с производством», (Душанбе, 2008г.), Международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования в XXI веке», посвященной 50-летию ТТУ им. М.С. Осими, (Душанбе, 2007г.), VI- Нумановских чтениях (Душанбе, 2009г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и два положительных решения на выдачу малого патента Республики Таджикистан.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, двух глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 112 страницах компьютерного набора, иллюстрирована 30 таблицами, 20 рисунок. Список использованной литературы включает 85 библиографических ссылок.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Нарзиев, Бахтиер Шамсиевич

выводы

1 .Потенциодинамическим методом со скоростью развёртки потенциала 2 мВ/с в среде 0.3 и 3.0% электролита ЫаС1 определены основные электрохимические характеристики сплавов систем А1-1У^-РЗМ, где РЗМ - фс, У, Ьа, Рг, Ш).

2. Изучение коррозионно-электрохимического поведения алюминиево-магниевых сплавов, легированных редкоземельными металлами, показало, что добавки РЗМ до 0.05 мас.% независимо от состава электролита уменьшают скорость коррозии исходного сплава. Дальнейшее легирование исходного сплава редкоземельными металлами приводит к росту скорости коррозии.

3. Исследованием влияния хлор-ионов на электрохимические характеристики сплавов А1+0.2% М§, легированных редкоземельными металлами, установлено, что уменьшение концентрации хлор-ионов способствует снижению скорости коррозии сплавов и сдвигу электродных потенциалов в более положительную область.

4. Установлены закономерность и механизм влияния редкоземельных металлов на окисляемость алюминиево-магниевого сплава, содержащего 0.2 мас.% магния. Скорость окисления сплавов имеет порядок 10* и 10'4кг/м2 •сек. Малые добавки редкоземельных металлов (до 0.1 мас.%) значительно уменьшают окисляемость исходного сплава.

5. Разработан состав низколегированных проводниковых сплавов с добавками редкоземельных металлов, кальция и циркония для электротехнической отрасли. Разработанные сплавы отличаются повышенной коррозионной стойкостью и удовлетворительной электропроводностью. Сплавы защищены малыми патентами Республики Таджикистан. Ожидаемый экономический эффект при использовании разработанного сплава в качестве оболочки силового кабеля составляет 533,3$ США на 1000м.

101

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нарзиев, Бахтиер Шамсиевич, 2010 год

1. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Д44 справочник: В Зт.-T.l /Под общ.ред. Н.П. Лякишева.- М.: Машиностроение. 1996.-С. 992.

2. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. — М.:

3. Металлургия. -1979. -С. 48.

4. Эллиот Р.П. Структура двойных сплавов. М.: Металлургия, 1970. -Т1. -.456с. -Т.2. 472с.

5. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. М.: Металлургиздат, 1962.-Т.1. -С.1188.

6. Шанк Ф.А. Структуры двойных сплавов.М.: Металлургия. 1973. С.760.

7. Massalski Т.В. Binary alloy phase diagrams. American society for metals.

8. Metals park. Ohio. 1986. 1987.-V.1, 2. 2224 p.

9. Pearson W.B. A handbook of little spacings and structures of metals and alloys.-Oxford. Pergamon pressД967.-1446 p.

10. Одинаев X.O., Ганиев И.Н., Кинжибало B.B., Тыванчук А.Т. Диаграмма фазовых равновесий системы Al-Mg-La при 400° С. // Известия

11. ВУЗов. Цветная металлургия.-1988.-№ 2,-С. 81-85.

12. Ганиев И.Н., Махмудов М., Вахобов А.В., Джураев Т.Д. Диаграмма состояния системы Mg-Al-Sr // Диаграммы состояния металлических систем: Тез. докл. IV Всесоюз. совещания М.: Наука, 1982.

13. Ганиев И.Н., Семёнова О.Н., Вахобов А.В. Влияние состава и микролегирования стронцием на структуру и свойства сплавов системы А1- Si-Mg // Металловедение и термическая обработка металлов.1983.-№ 3.- С. 52-53.

14. Махмудов М., Вахобов А.В., Ганиев И.Н. Влияние добавок магния истронция на свойства алюминия // Докл. АН Тадж.ССР.1984,- Т.27.- № 10.- С. 587-589.

15. Ганиев И.Н., Махмудов М., Вахобов A.B. Совместное влияние магния и стронция на свойства сплава AJ12. //Передовой опыт (ДСП). 1984.- № 7.-С.8

16. Одинаев Х.О., Ганиев И.Н., Кинжибало В.В., Тыванчук А.Т. Диаграмма фазовых равновесий системы Al-Mg-Nd при 673 К. // Известия.

17. ВУЗов. Цветная металлургия. 1988.-№ 4.-С. 94-97.

18. Ганиев И.Н., Одинаев Х.О., Кинжибало В.В., Тыванчук А.Т. Диаграмма фазовых равновесий системы Al-Mg-Ce при 673 К. // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 1988.- № 2.- С. 75-78.

19. Ганиев И.Н., Одинаев Х.О. Диаграммы состояния систем Al-Mg-Sc (Y, La, Ce, Pr, Nd). // Тез. V Всесоюз. совещания. Диаграммы состояния металлических систем М.1989. -С. 134.

20. Энциклопедия неорганических материалов .В 2-х томах. Под ред. Федорченко И.М. и др. Гл. редак. -Киев .Укр. Совет. Энциклопедии.: 1977.-С.1652.

21. Филиппов С. и др. Физико-химические исследования металлургических процессов. М.: Металлургия. 1969.-С. 166.

22. Любмлинский Е. Я. Электрохимическая защита от коррозии.- М.: Металлургия, 1986.-С.110.

23. Sanad S.H., Ismil A.A., Corrosion of Al-Mg alloys in sodium chloride solution.// Corros. Prev. And contr. 1982. -№ 6. -C.29,

24. Rohlfs V., Kaiser H., Kaesche H. Metallkundliche und electronnische Untersuchungen Uber die interkristalline Koraosion on einer AlMg 9.56 Knetlegierung// Werkst, und Korros., 1979. -T.30.- № 8, -P. 529-535 (нем.).

25. Черепахова Г.Л., Шрейдер А.В. Исследование влияния ионовохлаждающих вод на питтинговую коррозию сплава Al-Mg.// ЖПХ. 1972. -Т. 45. Вып. 9. С. 1958 1963.

26. Ahmed Zaki. Corrosion and corrosion prevention of Al-alloys in desalination plants: a review solution.// Anti-Corros. Menh. and Mater. 1981. -T.28.- № 6.P. 4-7.

27. Muller I.I., Galvele J.R. Pitting Potential of High putity binary Aluminum alloys. // Corros. Sci, 1977.-T.17.- № 12.P. 995 1007.

28. Колотыркин Я.М. Успехи химии. -Т. 31.- № З.-С. 922.

29. Galvele J.R. Corrosion: aqueous process and passive films Academic Press. // Treatise on Material Science and Technology. V. 23. 1983. H. 1-57.

30. Синявский B.C., Вальков B.A. Коррозия и защита алюминиевых сплавов. М. // Металлургия. 1979. -С. 124.

31. Синявский B.C. и др. Электрохимическое и фактографическое исследование зарождения питтинговой коррозии в алюминиевых сплавах. // Защита металлов. 1986.Т. 22.- № 6.- С. 903 912.

32. Маколин И.А. Окисление магния и его сплавов при повышенных температурах. //Прикладная химия. 1951 .-Т.234.-С. 460

33. Кеше Г. Коррозия металлов. М : Металлургия. 1984.-С. 400.

34. Новиков И.И., Золоторевский B.C. Дентридная ликвация в сплавах. -М.: Наука. 1966.-156с.

35. Физика и химия редкоземельных металлов: Справочник. -М: Металлургия. 1982. -336с.

36. Дриц М.Е. Фазовые равновесия в металлических сплавах. М.: Наука,1981.-С.И-22.

37. Савицкий Е.Н., Терехова В.А. Металловедение редкоземельных металлов.- М.: Наука. 1975.- С.272.

38. Buschow K.J. Lantanym Aluminium System // Philips. Res. Repts - 1965. -v. 20. -№ 3. -H. 337-348.

39. Яценко П., Фёдорова Е.Г. Редкоземельные металлы. Взаимодействие с Р- металлами. М: Наука. 1990.-С. 280.

40. Синельникова B.C., Подергин В.А., Речкин В.Н. Алюминиды. -Киев.: Наука думка. 1965.-С.240.

41. Ямщиков Л.Ф., Лебедев В.А. и др. Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 1980. -№ 5. -С. 50 - 54.

42. Дубнин В.А., Кобер В.И. и др. Термодинамические свойства насыщенных растворов европия с алюминием //Журнал физической химии, 1985.Т. 59.- № 4.-С.1041 1042.

43. Борзяк Л.Н., Дриц М.Е., Михайлов И.Б., Поддёжнева Е.М. Физико -химические и тепло физические свойства металлов.- М.: Наука.1976. -С.37- 41.

44. Дриц М.Е., Каданер Э.С., Шоа Н.Д. Растворимость редкоземельных металлов в алюминии в твёрдом состоянии. // Известия АН СССР. Металлы. 1969.- № 1.-С. 219 223.

45. Дубнин В.А., Ковер Б.И., Печников А.Р. Фазовый состав и термодинамические свойства соединений системы La-Cu // Известия.

46. ВУЗов. Цветная металлургия. 1984.-М 4. -№ 1. -С. 123 125.

47. Елагин В.Н., Захаров В.В., Ростова Г.Д. //Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. № 7. -С. 57 60.

48. Розенфельд И.Л., Персманцева В.В., Зорина В.Б. // Защита металлов. 1979. -№ 1. -С.89 94.

49. Умарова Т.М., Ганиев И.Н. Коррозия алюминиевых сплавов в нейтральных средах. -Душанбе. Дониш, 2007.- С. 258.

50. Ганиев И.Н., Шукроев М.Ш. Влияние pH среды на анодные поляризационные характеристики сплавов системы Al-Sr // Известия. АН Тадж. ССР. Отд-ние физ.-мат., хим. и геолог. наук.-1986.- № 1. -С. 79-81.

51. Альтовский P.M. и др. Коррозионные свойства иттрия. -М.: Атомиздат.1969. -С. 432.

52. Ганиев И.Н., Юнусов И., Красноярский В.В. Исследование анодногоповедения сплавов систем А1-8с (У, Рг, N(1) в нейтральной среде. // Журнал прикладной химии. 1987. № 9. -С. 119 - 2123.

53. Ганиев И.Н. и др. Влияние добавок лантана на анодное поведение алюминия в нейтральной среде // Журнал прикладной химии. 1985.- № 10.- С. 2366-2368.

54. Умарова Т.М. и др. Коррозионное и электрохимическое поведение алюминия различной степени чистоты в нейтральной среде.//Доклады

55. АНРТ.2003. -Т.ХЬ. VI. №1-2.-С.53.

56. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. -М.: Металлургия, 1981. -С.216.

57. Юнусов И. Автореф. дис. канд. хим. наук. Душанбе, 1994. - С.24.

58. Ганиев И.Н., Юнусов И., Красноярский В.В. Исследование анодного поведения сплавов системы алюминий-скандий (иттрий, празеодим, неодим) в нейтральной среде // Журнал прикладной химии.- 1987.- Т. 60, -№ 9 .-С. 2119-2123.

59. Ганиев И.Н., Баротов Р.О., Иноятов М.Б. Влияние циркония, кальция и бария на коррозионно-электрохимическое поведение алюминия // Журнал прикладной химии.- 2004.-Т.77. -№ 6. -С. 1815-1818.

60. Барон В.В. и др. // Неорганическая химия. 1961. -№ 6. -С. 90

61. ГОСТ 11069 74. Алюминий первичный. -М.: Издательство стандартов, 1974.

62. ГОСТ 4784 74. Сплавы алюминиевые деформируемые. -М.: Издательство стандартов, 1974.

63. ГОСТ 20967 75. Катанка из алюминиевого сплава. -М.: Издательство стандартов, 1975.

64. А.С. № 387019 (СССР)./ Гольбухт Г.Е., Фридляндер И.Н., Ананьин С.Н., Жаров А.Н.- Опубл. в Б.Н. 1973. -№ 27. -С. 78.

65. Воронцова Л.А., Маслов В.В., Пешков Н.Б. Алюминий и алюминиевые сплавы в электротехнических изделиях. -М.: Энергия, 1971. -С. 224.

66. Ганиев И.Н., Умарова Т.М. Потенциодинамическое исследованиесплавов систем алюминий-ванадий и алюминий-ниобий. //Журнал прикладной химии.- 1990.- Т.63. № 2. -С. 434-436.

67. Кеше Г. Коррозия. Под ред. Колотыркина Я.И., Лосева В.В.-М.: Металлургия, 1985.-С.420.

68. Фрумина Н.С., Горонова Н. И., Муштокова С.Г Аналитическая химия щелочноземельных металлов,- М.: Наука, 1974. -С.252.

69. Фрумина Н.С., Горонова Н. И., Еременко С. И. Аналитическая химия кальция.- М.: Наука, 1975. -С.152.

70. Полуэктов Н.С., Мищенко В.Г., Кононенко Л.И., Бельтюкова C.B. Аналитическая химия.- М.: Наука, 1978. -С.224.

71. Шарло Г. Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений. Ч.П.-М.: Химия, 1969. -С.952-955.

72. Лепинских В.М., Киселев В.И. Об окислении жидких металлов и сплавов из газовой фазы // Известия АН СССР. Металлы. 1974.-№ 5. С.51-54.

73. Рэмзден Э.Н.Начала современной химии: Справоч. Изд. Пер с нем.-Л.: Химия .1989. -С. 874.

74. Бодак О.И., Гладышевский Е.И. Тройные системы, содержащиередкоземельные металлы. Справоч. Львов.: Вища школа. 1985. -С.325.

75. Герасимов В.В. Коррозия алюминия и его сплавов. М.: Металлургия . 1967.-С.114.

76. Дриц М.Е., Каданер Э.С. Физикохимия редких металлов. -М.:1. Наука. 1972. -С. 162-164.

77. Ганиев И.Н., Нарзиев Б.Ш., Сафаров А. М. Влияние малых добавок циркония и его аналогов на электрохимическое поведение алюминия. //Доклады АНРТ 2007.-Т.50. №3. -С.255-260.

78. Ганиев И.Н., Умарова Т.М. Влияние редкоземельных металлов(8с, Y, La, Ce, Sm и Yb) на коррозионно-электрохимическое поведение алюминиево-марганцевых сплавов.//Известия АН РТ, 2007. -№4 -С.34-44.

79. Лепинских Б.М., Киселев В. Кинетика окисления жидкого алюминия. //

80. Рукопись деп. в ВИНИТИ. 1976.-С.342-544.

81. Нарзиев Б.Ш., Баротов P.O., Ганиев И.Н. Потенциодинамическое исследование низколегированных электротехнических сплавов.// Докл.

82. АН РТ 2008. -Т.51. -№10. -С.750-754.

83. Лепинских Б.М., Белоусов А.Н. Исследование кинетики окисления сплавов Al-Mg в жидком состоянии // Рукопись деп. в ВИНИТИ. №554

84. Лепинских Б.М., Киташев А., Белоусов А. Окисление жидких металлов и сплавов -М.: Наука. 1973. -С.106.

85. Наумкин О.П., Игнатов Д.Ю. //Известия АН СССР. Металлургия и Горное дело. 1963.- №5. -С. 141.

86. Ганиев И.Н. Высокотемпературная и электрохимическая коррозия алюминиево-скандиевых сплавов. //Защита металлов, 1995. Т.31.- № 6. -С.597-600.

87. Нарзиев Б.Ш., Ганиев И.Н., Бердиев А.Э. Кинетика окисления сплава Al+0.2 Mg, легированного скандием. Инновация эффективный фактор связи науки с производством: /Материалы респ. научно-практ. конф.-Душанбе: Деваштич,. 2008.-С.194-196.

88. Инкин С.В., Белов В.Д., Логунов В.А., Курдюмов А.В. Исследование процессов плавки и литья цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1984.-С.31-36.

89. Нарзиев Б.Ш., Ганиев И.Н., Эшов Б.Б. Окисление твердого алюминиево- магниевого сплава AI + 0.2% Mg, легированного лантаном. / Материалы VI Нумановском чтений Душанбе: Дониш. 2009 -С.162-164.

90. Самсонов Г.В., Борисова А. Л., Жидкова Т.Г., Знатокова Т.Н., Калошина Ю.П. Физико-химические свойства окислов. Справочник. Издательство «Металлургия». 1978.-С. 472.