Гибридный способ локального электрохимического анализа в исследовании анодных и коррозионных свойств сплавов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат химических наук Рублинецкая, Юлия Вячеславовна

• Рублинецкая, Юлия Вячеславовна
• кандидат химических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат химических наук Рублинецкая, Юлия Вячеславовна

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6 1 .МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АНОДНЫХ И КОРРОЗИОННЫХ

СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1.1 Традиционные методы исследования

1.2 Электрохимические методы

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Образцы сплавов и реактивы

2.2. Методика коррозионных исследований

2.3. Методика вольтамперометрических исследований и расчетов

3. ИССЛЕДОВАНИЕ АНОДНЫХ И КОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВОВ КАДМИЙ-ОЛОВО-ВИСМУТ

3.1. Исследование анодных и коррозионных свойств сплавов кадмий-олово

3.2. Исследование анодных и коррозионных свойств сплавов кадмий-висмут

3.3. Исследование анодных и коррозионных свойств сплавов олово-висмут

3.4. Исследование анодных и коррозионных свойств сплавов кадмий-олово-висмут

4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ

ОЦЕНКИ КОРРОЗИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СПЛАВОВ

ВЫВОДЫ ИЗ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гибридный способ локального электрохимического анализа в исследовании анодных и коррозионных свойств сплавов»

Актуальность работы. Известно, что коррозия наносит значительный ущерб металлам и металлическим конструкциям. Бурно развивающаяся техника постоянно требует новых материалов с повышенной прочностью, пластичностью и коррозионной устойчивостью.

Из всех видов коррозии самой распространенной является электрохимическая коррозия, поэтому исследованиям анодного поведения сплавов в различных агрессивных средах принадлежит первостепенная роль при оценке их коррозионной устойчивости. Изучение механизма коррозионного разрушения сплава подразумевает не только прямые коррозионные исследования по потере массы образца. Необходимы сведения об изменении поверхностного состава сплава в процессе коррозии, а также данные о том, в каком соотношении компоненты сплава переходят в раствор. Обычно для этих целей используют различные физические и физико-химические методы. Поэтому привлечение новых методов к решению данной проблемы всегда было актуальной задачей.

Данная работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой № 01980005133 «Физико-химический анализ многокомпонентных солевых, оксидно - солевых, органических и других типов систем», а также при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант N 95-0-9.5-282 «Разработка теоретических основ гибридного способа локального электрохимического анализа с целью создания измерительного комплекса аппаратуры для контроля тонкопленочных структур»).

Цель работы. Расширение области практического использования гибридного способа локального электрохимического анализа, в частности, для исследования анодных и коррозионных свойств сплавов.

Научная новизна работы. Впервые гибридным способом локального электрохимического анализа исследованы анодные и коррозионные свойства сплавов. Для характеристики анодных свойств сплавов введено понятие условного коэффициента активности компонентов. Предложен новый способ расчета поверхностного состава сплава.

Предложена схема прогноза коррозионного поведения сплавов и способ сравнительной оценки коррозионной устойчивости сплавов металлической системы.

Практическая значимость работы. Предложенные методики гибридного способа, объединяющего локальный электрохимический анализ (ЛЭА) и инверсионную вольтамперометрию (ИВ), могут быть использованы для исследования не только эвтектических сплавов, рассмотренных в работе, но и более сложных металлических систем, гальванических покрытий; позволят более корректно описать механизм их коррозионного разрушения. Разработанный способ сравнительной оценки коррозионной устойчивости сплавов существенно сократит время коррозионных испытаний.

На защиту выносятся:

- практическое использование гибридного способа локального электрохимического анализа для исследования анодных и коррозионных свойств сплавов;

- экспериментальные данные по исследованию анодных и коррозионных свойств сплавов на основе кадмия, олова и висмута;

- способ расчета поверхностного состава сплава по поляризационной кривой первой стадии гибридного способа ЛЭА;

- схема прогноза коррозионного поведения сплавов;

- способ сравнительной оценки коррозионной устойчивости сплавов металлической системы.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте » (Самара, 1999 г.), на Республиканской научно-технической конференции молодых ученых «Химические науки, химические 5 технологии» (Самара, 1999 г.), на XI Всероссийском совещании «Совершенствование технологии гальванических покрытий» (Киров, 2000 г.).

Публикации. По содержанию диссертационной работы опубликовано 6 работ, в том числе труды международной конференции, две статьи и тезисы докладов.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста, включая 51 таблицу, 19 рисунков и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 91 наименования.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Рублинецкая, Юлия Вячеславовна

выводы

1. Гибридный способ локального электрохимического анализа использован для исследования анодных и коррозионных свойств сплавов.

2. Разработаны условия применения гибридного способа (фоновый электролит, режим поляризации; поправочные коэффициенты к площади пика в третьей стадии гибридного способа).

3. Предложен новый способ расчета поверхностного состава сплава по поляризационной кривой первой стадии гибридного способа.

4. Для характеристики анодных свойств сплавов введено понятие условного коэффициента активности компонентов, который расчитывается как отношение молярной доли компонента в растворе к молярной доле компонента в сплаве. Найденные значения коэффициентов активности позволяют более корректно описать механизм анодного растворения сплава ибо дают колличественную оценку процесса, кроме того их значения коррелируют с результатами коррозионных испытаний. Так при коррозии сплавов кадмий-висмут в растворе хлороводородной кислоты коррозия происходит за счет растворения кадмиевой фазы, в результате чего поверхность сплава обогащается висмутом. Коэффициенты активности кадмия во всем диапазоне составов существенно больше или близки к единице.

5. Изучены коррозионные свойства двухкомпонентных и трехкомпонентных сплавов на основе кадмия, олова и висмута. Результаты вольтамперометрических исследований подтверждены традиционными методами коррозионных испытаний (по потере массы образца, измерением стационарных потенциалов).

6. Предложена схема прогноза коррозионного поведения сплавов. Прогноз подтвержден результатами прямых коррозионных измерений. Так,

114 относительные максимумы суммарного анодного тока на диаграммах «состав-ток» для сплавов кадмий-олово, кадмий-висмут и олово-висмут, построенных по результатам вольтамперометрических измерений (первая стадия гибридного способа), соответствует по составу относительным максимумам скорости коррозии.

7. Предложен способ сравнительной оценки коррозионной устойчивости сплавов металлической системы, основанный на снятии анодных поляризационных кривых поверхности исследуемого образца сплава в прижимной электролитической ячеке и последующем построении зависимости «состав-суммарный ток растворения сплава). Сплав, которому соответствует наибольшее значение сумммарного анодного тока на поляризационной кривой, имеет наименьшую коррозионную стойкость в данной системе сплавов, как, например, сплав эвтектического состава в системе олово-висмут.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Рублинецкая, Юлия Вячеславовна, 2000 год

1. Скорчеллетти В.В. Теоретические основы коррозии металлов. Л. : Химия. -1973. 553 с.

2. Романов В.В. Методы исследования коррозии металлов. М. : Металлургия. -1965.248 с.

3. Розенфелъд Л.И., Жигалова К.А. Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов. М. : Металлургия. -1966. 146 с.

4. Колотыркин Я.М. Современное состояние электрохимической теории коррозии металлов. // Журн. Всесоюзного хим. общества им. Д.И. Менделеева. 1975. Т. 1. N 4. С. 59-65.

5. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник: Т.1. /Под ред. A.A. Герасименко. -М. : Машиностроение. -1987. 688 с.

6. Коврига Ю.П. О взаимосвязи между диаграммами состояния двойных металлических эвтектических систем и коррозионными свойствами их сплавов. -Диссертация канд.хим.наук., Уфа, 1973. 130 с.

7. Дембровский М.А. О некоторых тенденциях развития и возможностях новой ядерно-физической аппаратуры и приборов применительно к коррозионно-электрохимическим исследованиям. // Защита металлов. 1986. Т. 22. N4. С. 642-645.

8. Колотыркин Я.М., Княжева В.М. К вопросу о селективном растворении компонентов коррозионностойких сплавов. // Изв. Северо-Кавказ. научного центра высшей школы. 1974. Т.2. N2. С. 11-21.

9. Эверсбах У. Кинетика анодной пассивации. // Защита металлов. 1971. Т.7. N4. С.375-386.

10. Маршаков И.К. Электрохимическое поведение и характер разрушения твердых растворов и интерметаллических соединений. // В сб.: «Коррозия и защита от коррозии. Итоги науки и техники.» М.: ВИНИТИ АН СССР. 1971. Т.1. С. 138-155.

11. И.Пчельников А.П., Красинская Л.И., Ситников А.Д., Лосев В.В. Избирательная ионизация отрицательных компонентов при анодном растворении сплавов. Сплав индий-цинк. // Электрохимия. 1975. Т.11. N1. С. 34-42.

12. Пчельников А.П., Ситников А.Д., Лосев В.В. Избирательная ионизация отрицательного компонента при растворении бинарного сплава олово-цинк. // Защита металлов. 1977. Т.13. N3. С. 288-296.

13. Ситников А.Д., Пчельников А.П., Маршаков И.К., Лосев В.В. Закономерности обесцинкования а-латуней при анодной поляризации в хлоридных растворах. //Защита металлов. 1978. T.14.N3. С. 258-265.

14. Полунин A.B., Поздняков И.А., Пчельников А.П., Лосев В.В., Маршаков И.К. Механизм селективного растворения ß-латуней. // Электрохимия. 1982. Т.18. N6. С. 792-800.

15. Muller W.A. Derivation of anodic dissolution curve of allous from those of metallic components. // Corrosion. 1962. V.l8. N2. P. 33-39.21 .Steigerwald R.F., Greene N.D. The Anodic Dissolution of Binary allous. // J.

16. Ъ2.Маршаков А.И., Пчельников А.П., Лосев В.В. К вопросу об использовании хронопотенциометрического метода для изучения селективного растворения сплавовю. // Электрохимия. 1982. Т. 18. N4. С. 537-540.

17. Vidal С, Triche H. Etude des courbes de polarisation potentiodynamigues et des courbes chronoamperometrigues a potentiel controle desalliages bismuth-etain en milieu nitrigue. // Mem. Sei. Rev. Met. 1968. V.65. N12. P. 897-906.

18. Маршаков A.M., Сердюк T.M., Пчельников A.П., Лосев B.B. Применение хроноаперометрического метода к изучению анодного поведения бинарных сплавов. // Электрохимия. 1982. Т. 18. N9. С. 1285-1288.

19. Вязовкина И.В., Горкина И.К, Маршаков И.К. Изучение кинетики анодного растворения ß-латуней в хлоридных растворах на вращающемся дисковом электроде с кольцом. // Электрохимия. 1982. Т.18. N10. С. 1391-1395.

20. ЗбЖданов В.В., Филановский Б.К. Использование метода вращающегося дискового электрода с кольцом в сочетании с инверсионной вольтамперометрией для изучения коррозии сплавов. // Электрохимия. 1984. Т.20. N2. С. 225-228.

21. Маршаков И.К., Тутукина Н.М., Слепушкина И.Н. Использование пастовых электродов при изучении анодного поведения металлов и сплавов. // Заводская лаборатория. 1977. Т.43. N8. С. 974-976.

22. Достижения науки о коррозии и технологии защиты от нее. Т.6. / Под ред. М.Фонтана, Р.Стэйл. Пер. с анг., под ред. В.С.Синявского. -М: Металлургия. -1980. 271с.

23. Сорокин В.И., Борискин A.B. Применение индикатора поляризационного сопротивления Р5126 в промышленных условиях. //Защита металлов. 1997. T.33.N1. С. 102-105.

24. Сорокин В.К, Цекот О.В. Влияние перемешивания на связь поляризационного сопротивления со скоростью коррозии стали 20 в водопроводной воде в присутствии ингибитора корсол-1. // Защита металлов. 1997. T.33.N3. С. 333- 336.

25. Гимелъфарб Ф.А. Методы локального анализа и анализа поверхности. // Журн. аналит. химии. 1988. Т.43. N9. С. 1541-1546.

26. Томашов Н.Д., Чернова Г.П., Радецкая Г.К., Наседкина Е.А., Осокина М.Т., Ермолина О.Г. Определение склонности к межкристаллитной коррозии стали 14Х17Н2 ускоренным электрохимическим методом. // Защита металлов. 1992. T.28.N2. С. 223-226.

27. Слепушкин В.В., Ганина С.М., Кузьмина H.H., Ярцев М.Г. Некоторые закономерности анодного растворения гетерогенных сплавов в условиях вольтамперометрии с прижимной двухэлектродной ячейкой. // Журн. аналит. химии. 1978. Т.ЗЗ. N8. С. 1502-1509.

28. Слепушкин В.В., Расщепкина H.A., Коврига Ю.П. О связи анодных свойств двухкомпонентных сплавов с диаграммой состояния. // Журн. физ. химии. 1979. T.53.N9. С. 2350-2352.

29. Слепушкин В.В., Расщепкина H.A. Прогнозирование анодных свойств сплавов на основе их диаграмм состояния. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1984. Т.27. N3. С. 325-328.

30. Слепушкин В.В., Расщепкина H.A., Коврига Ю.П. Подтверждение прогноза анодных свойств некоторых двухкомпонентных сплавов. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1984. Т.27. N5. С. 559-562.

31. Слепушкин В.В., Мармусевич H.A., Брайнина Х.З. Особенности морфологии диаграмм состав-ток гомогенных сплавов при селективном растворении компонентов. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1987. Т.30. N7. С. 6871.

32. Слепушкин В.В., Мармусевич H.A., Брайнина Х.З. Анализ гомогенных сплавов методом вольтамперометрии с прижимной ячейкой. // Журн. аналит. химии. 1985. T.40.N3. С. 414-419.

33. Слепушкин В.В., Кузьмина H.H., Ярцев М.Г., Ганина С.М., Коврига Ю.П. Исследование поверхностного состава металлических образцов в процессе коррозии. // В сб. Строение и свойства молекул. Куйбышев: Изд-во КГУ. 1977. Вып.2. С. 111-114.

34. Слепушкин В.В., Коврига Ю.П. Исследование коррозии сплава кадмий-индий с помощью анодной полярографии. / Ред. журн. « Изв. вузов. Химия и хим. технология». Иваново. 1977. -Деп. в ВИНИТИ 03.03.77. N 1356-77.

35. Степаненко В.Т., Виткин А.И., Федякина B.C. Поляризационный метод определения сплошности некоторых катодных покрытий. // Защита металлов. 1974.T.10.N4. С. 465-466.

36. Кацер И.М., Палкин Д.П., Розенфельд И.Л., Фролова Л.В. Электрохимический способ оценки пористости электролуженой жести. // Защита металлов. 1975. Т.П. N1. С. 109-111.

37. Кадыров М.Х., Голубев А.И. Электрохимический метод определения пористости металлических покрытий. // Электрохимия. 1973. Т.9. N3. С. 323324.

38. Райчевский Г.Н., Милушева Т.В., Пангаров H.H. Количественный электрохимический метод определения пористости гальванических покрытий. // Защита металлов. 1976. Т. 12. N2. С. 154-160.

39. Гусев С.Н., Шулъпин Г.П., Флеров В.Н. Количественный химический критерий защитных свойств серебряных покрытий. // Защита металлов. 1976. Т. 12. N2. С. 209-211.

40. Слепушкин В.В., Кольцов Л. В., Кузьмина H.H., Ярцев М.Г. Электрохимический способ оценки защитных свойств серебряного гальвпанопокрытия. // Защита металлов. 1979. Т. 15. N2. С. 243-244.

41. А. с. 1002941 СССР, МКИ G01N 27/48. Способ определения качества покрытий. / Е.А. Кордит, В.В. Слепушкин, Б.Л. Таубкин, Б. Ф. Трахтенберг. N 3271010/18; Заявл. 13.04.81; Опубл. 07.03.83, Бюл. N9.

42. Slepushkin V. V., Stifatov В.М., Stifatov S.B., Tikhonova J.B. Quality control of coatings with the help of local electrochemical analysis. // J. Solid State Electrochem. 1999. V.3. N4. P. 234-238.

43. A. c. 1684651 СССР, МКИ GO IN 27/42. Способ определения качества покрытий и устройство для его осуществления. / ВВ. Слепушкин, Б.М. Стифатов, В.И. Рунтов, E.H. Черкасов. N 4679925/31-25; Заявл. 18.04.89; Опубл. 15.10.91, Бюл. N38.

44. Слепушкин В.В., Стифатов Б.М., Расщепкина НА. Гибридный способ локального электрохимического анализа сплавов индий-олово. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1994. Т.37. N1. С. 32-37.

45. Слепушкин ВВ., Стифатов Б.М. Гибридный способ локального электрохимического анализа покрытий и тонкопленочных структур. // Журн. аналитической химии. 1996. Т.51. N5. С. 553-556.

46. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургиздат. -1962. 671с.

47. Вол А.Е., Каган И.К Строение и свойства двойных металлических систем. М.: Физматгиз. 1976. 725с.

48. Brau H.J., Bell F.D., Herris S.J. The constitution of bismuth-cadmium-tin alloys. // J. Institut Metalls. 1961. V.90. N1. P. 24-27.

49. Годжелло А.Г., Кубасов В. JI., Зазовский Д.Г., Гребеник Г.З. Применение сплавов для электрических контактов с медными шинами. // Хим. промышленность. 1971. Т.12. N5. С. 373-375.

50. Мухина З.С., Никитина Е.И., Бунасова Л.М., Володарская P.C., Поляк Л.Я., Тихонов А.И. Методы анализа металлов и сплавов. М.: Оборонгиз. 1959. 463с.

51. Расщепкина Н.А., Слепушкин В.В., Коврига Ю.П. Вольтамперометрическое определение состава сплава свинец-сурьма. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1980. Т.23. N3. С. 303-305.

52. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. М.: Мир. 1967. 182с.

53. Таран Ю.Н., Мазур В.И. Структуры эвтектических сплавов. М.: Металлургия. 1978. 311с.

54. Филоненко В.А. Классификация двойных эвтектик. // Изв. АН СССР. Металлы. 1971. N 6. С. 154-160.

55. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.: Изд-во АН СССР. -1959.248с.124

56. Лебедев Т.А. О развитии диаграмм состояния двойных сплавов в связи с взаимодействием между частицами сплавляемых элементов. // Журн. общей химии. 1955. Т.25. N5. С. 898-902.

57. Лебедев Т.А. Некоторые вопросы общей теории сплавов. JL: Лениздат. -1951. 136с.

58. Громаков С.Д. О некоторых закономерностях равновесных систем. Казань: Изд-во КГУ. 1961. 602с.