Коррозионно-электрохимическое поведение Cu, Al-, Cu, Sn-сплавов и определение их склонности к селективной коррозии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.14, кандидат технических наук Муравьева, Ирина Валентиновна

• Муравьева, Ирина Валентиновна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Муравьева, Ирина Валентиновна

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Основные вопросы теории селективного растворения сплавов

1.2. Методы изучения селективной коррозии сплавов

1.2.1. Методы анализа раствора

1.2.2. Методы определения состава и структуры поверхностных слоев

1.2.3. Нестационарные электрохимические методы анализа

1.3. Коррозионная стойкость и свойства меди и ее сплавов

1.3.1. Физико-химические и коррозионные свойства меди

1.3.2. Медные сплавы

1.4. Постановка задачи

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Электролиты для проведения исследования

2.3. Электрохимические методы

2.3.1. Измерение потенциалов коррозии

2.3.2. Потенциодинамический метод

2.3.3. Метод поляризационного сопротивления

2.3.4. Потенциостатический метод

2.3.5. Гальваностатический метод

2.4. Физические методы

2.4.1. Рентгеновские методы анализа

2.4.2. Метод атомно-абсорбционного анализа

3. АНОДНОЕ СЕЛЕКТИВНОЕ РАСТВОРЕНИЕ Си,А1- И Си,8п-СПЛАВОВ

3.1. Выбор электролита для изучения селективного растворения бронз

3.2. Изучение селективного растворения Си,А1- и Си^п-сплавов в режиме развертки потенциала

3.2.1. Вольтамперные кривые с малой скоростью развертки потенциала

3.2.2. Расчет коэффициентов диффузии по результатам вольтамперометрии

3.3. Хронопотенциометрия сплавов систем CuAl и CuSn

3.4. Хроноамперометрия сплавов систем CuAl и CuSn 78 4. ИЗУЧЕНИЕ КОРРОЗИИ АЛЮМИНИЕВЫХ И ОЛОВЯНИСТЫХ БРОНЗ

4.1 Визуальные наблюдения коррозионного состояния

4.2. Потенциалы коррозии сплавов систем CuAl и CuSn

4.3. Токи коррозии рассчитанные методом Стерна-Гири

4.4. Атомно-абсорбционная спектроскопия продуктов коррозии

4.5. Рентгенофазовый анализ продуктов коррозии 92 ВЫВОДЫ 96 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 98 ПРИЛОЖЕНИЕ Атомно-абсорбционный анализ сплавов

Заключение диссертации по теме «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии», Муравьева, Ирина Валентиновна

ВЫВОДЫ

1. Исследована селективная коррозия алюминиевых и оловянистых бронз как функция содержания в них алюминия и олова в специально выбранных электролитах. Для этого использовались нестационарные электрохимические методы: хронопотенциометрия, хроноамперометрия, потенциодинамика. Токи коррозии определяли методом поляризационного сопротивления. В исследованиях скоростей коррозии использовался метод атомно-абсорбционной спектроскопии анализа продуктов коррозии. Фазовый состав сплавов и продуктов коррозии определяли рентгенофазовым анализом.

2. В качестве оптимального для изучения селективной коррозии был выбран хлоридно-щелочной электролит, в котором происходит активное анодное селективное растворение алюминия и олова из сплавов.

3. Установлено, что первой стадией процесса растворения компонентов бронз является твердофазная диффузия алюминия и олова в поверхностных слоях сплавов, а последующая связана с образованием пассивных слоев, которые лимитируют процесс растворения сплавов.

4. Коррозия алюминиевых и оловянистых бронз в хлоридно-щелочном электролите происходит по электрохимическому механизму, где основной катодной реакцией является восстановление растворенного кислорода с диффузионным контролем (транспортировка к поверхности электрода).

5. На основании данных хронопотенциометри, хроноамперометрии и потенциодинамики сделан вывод, что с увеличением содержания алюминия (или олова) в сплаве увеличивается скорость селективной коррозии сплава.

6. Экспериментально определенные токи коррозии для меднооловянных сплавов Си-1.848п, Си-2.098п и Си-3.038п составляют 1.37-10"5 А/см2, 2-Ю"5 А/см2 и 2.28-10"5 А/см2 соответственно.

7. Экспериментально определенные токи коррозии для медноалюминиевых сплавов Си-1.94А1, Си-12.66А1 и Си-16.17А1 составляют 2.5-10"6 А/см2, 8.2-10"6 А/см2 и 15.5-10"6 А/см2 соответственно.

8. На основании электрохимических и коррозионных исследований установлено, что начальная скорость селективного растворения оловянистой бронзы выше скорости селективного растворения алюминиевой бронзы.

9. Установлено, что на поверхности меди и ее сплавов при коррозии в растворе 0.4 М №С1+ 0.6 М ЫаОН формируются пассивные слои, в состав которых по результатам рентгенофазового анализа входят оксиды меди СиО и Си20 и продукты растворения алюминия и олова (в случае сплавов). Пассивные слои оловянистых бронз обладает лучшими защитными свойствами, чем алюминиевых бронз.

10. На основании выполненных электрохимических и коррозионных исследований определены границы применимости алюминиевых и оловянистых бронз в коррозионно-агрессивных средах: солей (хлоридов, сульфатов), а также в щелочах и кислотах. Не следует использовать данные сплавы в хлоридно-щелочных электролитах при рН=12.4 и [СГ]=0.4. а если такое использование вызывается конструктивными соображениями, то предпочтительно использовать оловянистую бронзу. При эксплуатации алюминиевых и оловянистых бронз в хлоридно-щелочных электролитах при рН=12.4 и [С1"]=0.4 следует обращать внимание на потенциал сплавов в данной среде, т.к. наиболее опасным для них является минус 260 мВ и выше при которых процессы коррозии наиболее эффективны.

11. На основании проведенной работы следует рекомендовать электролит состава 0.4 М ЫаС1 + 0.6 М ИаОН в качестве коррозионной среды для ускоренных исследований селективной коррозии медных сплавов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Муравьева, Ирина Валентиновна, 2000 год

1. Pickering H.W., Wagner С. // J. Electrochem. Soc. 1967. -V.114. -№7. -P. 698705

2. Флорианович Г.М. // Защита металлов. -1991. -T.27. -№4. -C.581-590

3. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы.-М.: Металлургия, 1993

4. Маршаков И.К., Введенский А.В., Кондрашин В.Ю., Боков Г.А. Анодное растворение и селективная коррозия сплавов. Воронеж. ВГУ. 1988.

5. Чемоданов А.И., Колотыркин Я.М. В кн. Итоги науки и техники. Серия: Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ 1981, -Т.8. -С. 102

6. Томашов Н.Д., Чернова Г.П., Чукаловская Т.В. // Защита металлов. -1970. -Т.6.-№1.-С.З-9

7. Томашов Н.Д., Чукаловская Т.В., Чернова Г.П. // Защита металлов. -1971. -Т.7. -№3. -С.279-285

8. Сорокин В.Г., Журин А.И. // Журн. Прикладной химии. -1971. -Т.44. -№5. -С.1175-1180

9. Симанова С.А., Мильгунова Л.Г., Кукушкин Ю.Н., Орлов А.М. // Журн. Прикладной химии. -1981. -Т.54. -№3. -С.590-595

10. Кукушкин Ю.Н., Симанова С.А., Маслов Е.Н. и др. // Журн. Прикладной химии. -1974. -Т.47. -№>6. -С.1273-1278

11. Маршаков И.К. В кн. Итоги науки и техники. Сер. Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1971. -Т.1. -С.138-144

12. Маршаков И.К., Угай Я.А., Алейкин С.М. и др. // Электрохимия. -1970. -Т.6. -№12.-С.1865-1971

13. Mazurkiewier В. // Corros. Sci. -1983. -V.23. -№7. -Р.687

14. Червяков В.Н., Харькова Л.В., Пчельников А.Г., Лосев В.В. // Защита металлов. -1990. -Т.26. -№6. -С.913-920

15. Яменко А.Б., Гречанюк В.Г., Осокин В.А., Руденко И.Ф. // Защита металлов. -1989. -Т.25. -№5. -С.751-755

16. Pryor M.J., Fister J.C. // J. Electrochem. Soc.: Electrochemical Science and Technology.-1984.-V.131.-№6.-P.1230-1235

17. Keir D.S., Pryor M.J. // J. Electrochem. Soc.: Electrochemical Science and Technology. -1980. -V.127. -№10. -P.2138-2144

18. Elsayed A. Asholer, Badr G. Ateya // Electrochemica Acta. -1997. -V.42. -№2. -P .243-250

19. Fritz J.D., Pickering H.W. // J. Electrochim. Soc. -1991. -V.138. -№11. -P.3209-3218

20. Jin-Yun Zon, Di-Hua Wang, Wan-Chuan Qin // Electrochemica Acta. -1997. -V.42. -№11. -P. 1733-1737

21. Вязовикина H.B. // Электрохимия. -1991. -T.27. -№4. -C.484-488

22. Вязовикина H.B. // Электрохимия. -1992. -T.28. -№6. -C.917-921

23. Маршаков А.И., Пчельников А.П., Лосев В.В. // Электрохимия. -1983. -Т.19. -№3. -С.356-360

24. Chen S.J., Sanz F., Ogletree D.F. and et. // Congress, Barcelona. -1993. -V.2. -1664-1672

25. Тутукина И.М., Кондрашин В.Ю., Маршаков И.К. // Защита металлов. -1988. -Т.24. -№.6. -С.920-924

26. Зарцын И.Д., Кондрашин В.Ю., Маршаков И.К. // Защита металлов. -1989. -Т.25. -№1. -С.7-11

27. Пчельников А.П., Маршаков А.И., Лосев В.В. // Электрохимия. -1985. -Т.21. -№7. -С.949-952

28. Маршаков И.К., Богданов В.П. // Журн. Физ. Химии. -1963. -№37. -С.2767

29. Маршаков И.К., Богданов В.П., Алейкина С.М. // Журн. физической химии.-1964.-№38.-С. 1764-1770

30. Андреев Ю.Я. Физико-химия металлов и неметаллических материалов. М.: МИСиС. 1993.

31. Новые проблемы современной электрохимиии. Под. ред. Дж.Бокриса. М.: Иностранная литература. 1962

32. Акимов Г.В. Сб. Исследования по нержавеющим сталям. М.: АН СССР. 1956

33. Y.G.Chun, S.I. Pyun, C.H.Kim // Materials Letters. -1994. -V.20. -P.265-270

34. El Wakkad, Shams El Din, Kotb // J. Electrochem. Soc. -1958. -V.47. -P.105

35. Попов Ю.А. Теория взаимодействия металлов и сплавов с коррозионно-активной средой. М.: Наука. 1995.

36. Алексеев Ю.В., Колотыркин Я.М., Попов Ю.А. // Докл. АН СССР. -1989. -Т.306.-№>.3.-С.639

37. Попов Ю.А., Алексеев Ю.В. // Защита металлов. -1991. -Т.27. -№.4. -С.575-579

38. Введенский A.B., Стороженко В.Н., Маршаков И.К. // Защита металлов1993.-Т29.-№5.-С.693-703

39. Зарцын И.Д., Введенский, A.B., Маршаков И.К. // Электрохимия. -1994. -Т.30. -№.4. -С.544-565

40. Вязовикина Н.В., Маршаков И.К. // Защита металлов. -1979. -Т.15. -№ 3. -С.656-670

41. Laurent J., Landolt D. // Electrochem. Acta. -1991. -V.36. -№1. -P.49-58

42. Андреев Ю.Я. // Журн. физической химии. -1998. -Т.72. -№3. -С.529-534

43. Andreev Yu.Ya // Electrochim. Acta. -1998. -V.43. -№18. -P.2627-2631

44. Введенский A.B., Стороженко В.И., Маршаков И.К. // Защита металлов.1994. -Т.30. -№ 1. -С.20-27

45. Holliday J.E., Pickering H.W. // J. Electrochem. Soc. -1973. -V.120. -№4. -P .470-475

46. СкуратникЯ.Б. // Электрохимия. -1977. -T.13. -№ . -C.l 122

47. Андреев Ю.Я. //Докл. АН СССР. -1984. -Т.278. -№5. -С.1153-1155

48. Андреев Ю.Я. // ФММ. -1985. -Т.60. -№6. -C.l 116-1121

49. Андреев Ю.Я., Назоров И.В., Самаричев C.B. // Защита металлов. -1990. -Т.26. -№2. -С.285-288

50. Рубинштейн Л.И. Проблема Стефана. Рига.: Звайгзне. -1967

51. Андреев Ю.Я. // Электрохимия. -1986. -Т.22. -№8. -С.1039-1043

52. Лосев B.B., Пчельников А.П., Маршаков И.К. // Итоги науки и техники. Сер. Электрохимия. -1984. -Т.21. -С.77-125

53. Darken L.S. Trans. AIME. -1948. -V.175. -Р.184

54. Андреев Ю.Я., Самаричев C.B. // Защита металлов. -1990. -Т.26. -№2. -С.236-240

55. Pickering Н., Wu Y., Gregory D. // J. Vac. Sei and Technol. :B. -1991. -V.9. -№2. -Pt2. -P.976-1673

56. Gniewek J., Riry J., Baker B.G. // J. Electrochem. Soc. -1978. -V.125. -№ 1. -P.17-21

57. Chen S.J., Sanz F., Ogletree at et. Pragr. Understand and prev Corros. lOth Eur. Corros. Congr., Barcelona, July, 1993, -Vol.2. -London. -P.1664-1673

58. Chen J.S., Devine T.M. // 43 rd Meet., Cordoba, Sept. 20-25. -1992. Abstr. / Int. Soc. Electrochem. (ISE). -Cordoba. -1992. -C.341

59. Balakvishank, Venkatesanvk Werkstoffe und Corrosion. -1978. -V.29. -№2. -P.113

60. Грацианский H.H., Каплан H.JI. //Журн. физической химии. -1956. -T.30. -№3. -С.650

61. Грацианский H.H., Калюжная П.Ф. // Журн. физической химии. -1956. -Т.30. -№6. -С. 1267

62. Грацианский H.H., Богачева H.A. // Журн. физической химии. -1956. -Т.ЗЗ. -№3. -С.677

63. Al-Saffar A.N., Ashworth V., Bairamow А.К., Chives D.Y. et at // Corros. Sei. -1980.-V.20.-№l.-P. 127

64. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый электрод. М.: Наука. 1972. 344 с

65. Вязовикина Н.В., Маршаков И.К., Тутукина Н.М. // Электрохимия. -1981. -Т. 17. -№6. -С.838

66. Лосев В.В., Пчельников А.П. // Итоги науки и техники. Сер. Электрохимия. -М.: ВИНИТИ, 1979. -Т.15. -С.62

67. Андреев Ю.Я. // Электрохимия. -1979. -Т.15. -№1 -С.49-53

68. Скорчелетти B.B. Теоретическая электрохимия. Л.: Химия 1974.

69. Годулян Л.В., Зацепин В.М. // Электрохимия. -1983. -Т.19. -№ . -С.1021-1025

70. Делахей П. Новые приборы и методы в электрохимии. М.: Издательство иностранной литературы. 1957.

71. Захаров М.С., Баканов Б.И., Пнев В.В. Хронопотенциометрия. М.: Химия. 1978.

72. Галюс 3. Теоретические основы электрохимического анализа. М.: Мир. 1974.

73. Маршаков И.К. Термодинамика и коррозия сплавов. Воронеж. ВГУ. 1983.

74. Пчельников А.П. // Зашита металлов. -1991. -Т.27. -№4. -С.592-602

75. Tromans D., Sun R. // J. Electrochem. Soc. -1991. -V.138. -№11 -P.3235-3244

76. Пчельников А.П., Ситников А.Д., Полунин A.B. и др. Анодное растворение бинарных сплавов в стационарных условиях // Электрохимия.1980. -Т. 16. -№4. -С.477

77. Молодов А.И., Гамбург И.Д., Маркосьян Г.Н., Лосев В.В. // Электрохимия. -1985. -Т.21. -№9. -С.1155-1159

78. Коррозия. Справочник. Под. ред. Л.Л.Шрайера. М.: Металлургия1981.

79. Pourbaix M. //J/Electrochim. Soc. -1976. -V.123. -№2. -P.25

80. Lucey V.F. // Werkstoffe und Korrosion. -1975. -B.26. -№3. -S.185

81. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов. М.: Академия наук СССР. 1960.

82. Казакевич A.B. Металлические коррозионно-стойкие конструкционные материалы. М.: МИСиС. 1990.

83. Структура и коррозия металлов и сплавов. Справочник. Под ред. Е.А. Ульянина. М.: Металлургия 1989.

84. Смирягин А.П., Смирягина H.A., Белова A.B. Промышленные цветные металлы и сплавы. М.: Металлургия. 1974.

85. Карелов C.B., Мамяченков C.B., Набойченко С.С. // Изв. вузов. Цветная металлургия. -1993. -№1. -С.22-26

86. Бюлов К. Сб. Коррозия металлов, кн.1. М., Госхимиздат, 1952

87. Britton. //Engineering. -1941. -V. 152. -Р.78

88. Hadson J.C. // J. Inst. Metals. -1930. -V.44. -P.409

89. Z.Tanabe. // Corrosion Sci. -1964. -N4. -P.413

90. P. Sury and H.R.Oswald // Corrosion Sci. -1972. -N12. -P.77

91. R.N.Singh. N. Veerma and W.R. Singh // Corrosion. -1989. -V.45. -P.222

92. RJ.Tzou and H.C.Shih // Corrosion. -1989. -V.45. -C.328

93. Кондрашин В.Ю., Маршаков И.В. // Защита металлов. -1990. -Т.26. -№3. -С.355-359

94. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди. Справочник. Под. ред. Н.Х. Абрикосова. М.: Наука. 1979

95. Н.П. Жук Курс теории и защиты металлов. М. Металлургия 1976

96. Аналитический контроль металлургического производства / Ю.А.Карпов, Ф.А.Гимельфарб, А.П.Савостин, В.Д.Сальников/ М.: Металлургия. 1995

97. Улиг Реви. Коррозия и методы борьбы с ней. М.: Мир. 1989

98. Мансфелд Ф. Достижения науки о коррозии и технологии защиты от нее. М.: Металлургия. 1980

99. Бокий Г.Б., Порай-Кошиц М.А. Рентгеноструктурный анализ. Tl. М.: Московский университет. 1964

100. ГОСТ 1953.3-79. Бронзы оловянистые. Методы определения олова. М.: Изд-во стандартов, 1983

101. ГОСТ 15027.2-77. Бронзы безоловянные. Методы определения алюминия. М.: Изд-во стандартов, 1991

102. Benedetti A.V., Sumodjo Р.Т.А., Nobe К. et al. // Electrochimica Acta. -1995. -V.40. -P.2657-2668

103. Гальдикенс О., Ошкенас Р., Москус 3 // Электрохимия. -1996. -Т.32. -№10. -С.1247-1251104

104. Маршаков А.И., Пчельников А.П., Лосев В.В., Колотыркин Я.М. // электрохимия -1981. -Т. 17. -№5. -С.725-732

105. Лосев В.В., Пчельников А.П., Маршаков А.И. //Электрохимия -1979. -Т.15. -№6. -С.837-842

106. Спектроскопические методы определения следов элементов. Под. ред. Дж. Вайнфорднера. М.: Мир. 1979

107. Н.Е. Curr-Hyde, DJ. Yong, M.S. Wainwright // J. Electrochem. Soc. -1988. -V.135. -№8. -P.1902-1906

108. Горелик C.C., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.H. Рентгенографический и электроннооптический анализ. М.: МИСиС. 1994