Коррозионно-электрохимическое поведение силицидов металлов триады железа в щелочных электролитах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат химических наук Ракитянская, Ирина Леонидовна

• Ракитянская, Ирина Леонидовна
• кандидат химических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат химических наук Ракитянская, Ирина Леонидовна

ВВЕДЕНИЕ.з

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Некоторые физико-химические характеристики силицидов металлов триады железа.

1.2. Катодные процессы на металлах триады железа в щелочных средах.

1.2.1. Железо.

1.2.2. Кобальт.

1.2.3. Никель.

1.3. Анодное поведение металлов триады железа.

1.3.1. Железо.

1.3.2. Кобальт.

1.3.3. Никель.

1.4 Влияние ионов Cl~ на электрохимическое поведение железа.

1.5 Электрохимическое поведение кремния в щелочных средах.

1.6 Коррозионно-электрохимическое поведение силицидов металлов триады железа и сплавов этих металлов с кремнием.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 3. АНОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ НА СИЛИЦИДАХ МЕТАЛЛОВ ПОДГРУППЫ ЖЕЛЕЗА В ЩЕЛОЧНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ.

3.1 Анодное поведение кремния.

3.2 Силициды кобальта.

3.3 Силициды железа.

3.4. Влияние ионов Cl" на анодное поведение силицидов железа.

3.5. Силициды никеля.

3.6 Исследование состава поверхности образцов силицидов кобальта и железа после анодной пассивации.

ГЛАВА 4. КАТОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ НА СИЛИЦИДАХ МЕТАЛЛОВ ПОДГРУППЫ ЖЕЛЕЗА.

4.1 Силициды кобальта.

4.2 Силициды железа.

4.3 Силициды никеля.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Коррозионно-электрохимическое поведение силицидов металлов триады железа в щелочных электролитах»

Задача оптимизации коррозионных потерь материалов, эксплуатируемых в различных агрессивных средах до сих пор остается чрезвычайно актуальной. Современные исследователи подходят к решению этой проблемы с разных сторон: поиск высокоэффективных ингибиторов коррозии, создание различных покрытий для защиты поверхности от действия среды и т.д. Одним из достаточно перспективных направлений коррозиологии является поиск новых материалов, обладающих уникальными функциональными характеристиками. Весьма интересными в этом плане оказываются металлоподобные соединения типа металл — неметалл, например, силициды переходных металлов, интерес к которым среди исследователей неуклонно повышается.

Силициды являются важнейшими продуктами ферросплавных производств (ферросилиций, силикамарганец и т.д.), широко используются при раскислении и легировании сталей, для изготовления кислотоупорных изделий и т.д. В последнее время предпринимаются многочисленные попытки использования силицидов при конструировании термогенераторов, при совершенствовании термоэмиссионных элементов, создании сверхпроводящих материалов с высокими параметрами.

Известно, что легирование металлов кремнием существенно повышает их химическое сопротивление. Вместе с тем, в ряде исследований было обнаружено, что коррозионная стойкость систем Ме-81 в значительной мере зависит как от количественного содержания 81, так и от состава агрессивной среды.

Ранее достаточно подробно было изучено электрохимическое поведение силицидов металлов подгруппы железа в кислых средах. Было показано, что высокая стойкость этих материалов к коррозии объясняется, в частности, образованием на поверхности электрода защитной пленки оксида кремния БЮг, препятствующей выходу атомов металла из подрешетки и дальнейшему растворению соединения.

Предполагалось, что в щелочных средах закономерности возникновения высокой коррозионной стойкости будут несколько другими, так как кремний в этих условиях способен достаточно активно растворяться с образованием силикатов, а металл наоборот, образует защитную оксидную пленку.

Отсутствие в настоящее время какие-либо систематических данных об электрохимическом поведении силицидов металлов подгруппы железа в щелочных средах определило область наших исследований.

Целью настоящей работы является определение основных закономерностей анодного и катодного поведения силицидов железа, кобальта и никеля с различным количественным соотношением компонентов в чистом щелочном электролите и в электролите, содержащем ионы СГ.

Задачи работы:

1. Выполнить систематическое исследование коррозионно-электрохимического поведения силицидов железа, кобальта и никеля различного состава и составляющих их компонентов в растворе гидроксида натрия с помощью поляризационных (потенциостатических, потенциодинамических) методов.

2. Выявить влияние состава, структуры соединений, концентрации щелочного электролита на анодное и катодное поведение силицидов металлов подгруппы железа.

3. Оценить влияние хлорид-ионов на анодную стойкость силицидов в щелочной среде на примере силицидов железа.

Заключение диссертации по теме «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», Ракитянская, Ирина Леонидовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования последних лет [95] позволяют представить достаточно подробную картину анодного растворения сплавов типа А-В, где оба компонента являются металлами, хотя и могут сильно различаться по своим термодинамическим и кинетическим характеристикам. Нами было предпринято исследование соединений несколько иного рода, где одним из компонентов является переходный металл, а другим - неметалл, а именно, кремний.

В результате электрохимических и рентгеновских измерений было установлено, что, несмотря на высокую коррозионную активность чистого кремния в щелочном электролите, силициды металлов триады железа оказываются весьма стойкими в аналогичной среде.

Ранее в литературе [100] указывалось несколько причин высокой анодной стойкости силицидов в кислых средах: более высокая прочность связей металл-кремний по сравнению со связями металл-металл и кремний-кремний и формирование на поверхности материала пассивной пленки БЮг вследствие селективной коррозии силицидов. Можно предполагать, что первая причина оказывается значимой при эксплуатации силицидов в любых средах, тогда как состав пассивной пленки при переходе от кислой к щелочной среде заметно изменяется. Результаты рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии показали, что одной из причин анодной стойкости в растворах МаОН является формирование на поверхности материала устойчивой пленки смешанных оксидов металла и кремния, причем для всех образцов силицидов после пассивирования доля оксидов металлов примерно в 1,8 раз выше, чем доля оксида кремния. По данным исследования поверхности до и после пассивации материала можно предполагать следующие механизмы пассивации: происходит одновременное окисление обоих компонентов соединения до образования защитной оксидной пленки.

Результаты вольтамперометрических измерений показывают, что электрохимическое поведение силицидов металлов любого состава имеет существенные отличия от такового для индивидуальных компонентов. Об этом свидетельствуют и величины тафелевых наклонов анодных и катодных поляризационных кривых, и форма ЦВА-кривых, и значения плотностей токов. Следовательно, в электрохимическом плане данные материалы представляют собой самостоятельные соединения, где, несмотря на большие различия в поведении индивидуальных компонентов, достигается эффект возрастания коррозионной устойчивости. При этом свойства силицидов определяются не тем компонентом, содержание которого в данном соединении больше, или который имеет большую коррозионную активность в данной среде, как, например, кремний в щелочах, а, скорее, структурой материала. Это подтверждается тем фактом, что соединения с наибольшим содержанием кремния - дисилициды и эвтектические сплавы дисилицидов с кремнием - показывают наибольшее сопротивление коррозии.

Практически для всех исследованных материалов катодный процесс оказывается затрудненным по сравнению с соответствующим металлом, что приводит к уменьшению плотностей катодного тока и увеличению величин тафелевых наклонов. Следовательно, электрохимическое поведение силицидов и кремния имеет ряд особенностей, обусловленных, в частности, их полупроводниковой проводимостью, что приводит к существенным отличиям катодного поведения силицидов и чистых металлов.

Таким образом, результаты настоящей работы могут лечь в основу научного прогнозирования химического сопротивления металлоподобных соединений в зависимости от совокупности внешних и внутренних факторов коррозионного процесса.