Коррозия алюминиево-литиевых сплавов, легированных щелочноземельными металлами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА I. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВО

ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ.

1.1. Диаграмма состояния систем Al-Li(Ca, Sr, Ва).

1.2. Коррозионное поведение алюминия и его сплавов в различных средах.

1.3. Особенности окисления алюминия лития и щелочноземельных металлов.

1.4. Кинетика окисления алюминиевых сплавов.

1.5. Выводы по литературному обзору.

ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИ-ЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ В НЕЙТРАЛЬНОЙ СРЕДЕ.

2.1. Методика исследования коррозионно-электрохимических свойств сплавов.

2.2. Коррозионно- электрохимическое исследование системы алюминий -литий в среде электролита NaCl.

2.3. Потенциодинамическое исследование коррозионно-электрохимического поведения легированного кальцием сплава Al+6%Li в среде электролита NaCl.

2.4. Влияние добавок стронция на коррозионно -электрохимическое поведение сплава Al+6%Li в среде электролита NaCl.

2.5. Электрохимическое исследование сплава Al+6%Li легированного барием в среде электролита NaCl.

2.6. Обсуждение результатов.

ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСОКОТЕМПЕРА -ТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫ

МИ МЕТАЛЛАМИ.

3.1. Методика исследования кинетики окисления твердых металлов и сплавов.

3.2. Высокотемпературные окисления жидких алюминиеволитиевых сплавов.

3.3. Кинетика окисления твердых сплавов системы Al-Li-Ca.

3.4. Окисления твердых сплавов системы Al-Li-Sr.

3.5. Кинетика окисления твердых сплавов системы Al-Li-Ba.

3.6. Обсуждение результатов

ВЫВОДЫ.

Последние десятилетия характеризуются стремительным расширением ассортимента новых, главным образом, полимерных материалов, однако металлы и сплавы были и остаются основными конструкционными материалами в производстве машин, оборудования, приборов, строительных сооружений, средств транспорта и связи. В связи с этим совершенствование методов и средств борьбы с коррозией имеет важное значение не только для возможности снижения экономических потерь от коррозии, но и для обеспечения дальнейшего технического прогресса.

Современные методы защиты и разумное конструирование состава сплавов являются основными путями, позволяющими значительно повысить сроки эксплуатации металлических конструкционных материалов. Однако, улучшение физико-химических свойств непосредственно самого металлического сплава, по-прежнему остается важнейшим фактором для достижения новых возможностей современной техники.

Поставленная цель часто достигается путем легирования или модифицирования сплава различными металлами являющимися как анодными, так и катодными добавками.

Для подтверждения научной концепции о повышении коррозионной стойкости пассивирующихся сплавов путем их легирования анодными добавками, в качестве последнего нами были выбраны щелочноземельные металлы (ЩЗМ). Данные металлы отличаются более низкой электроотрицательностью, стандартным электродным потенциалом и высоким сродством к кислороду в сравнении с алюминием и его сплавом с литием.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Цель работы заключается в разработке способа повышения коррозионной стойкости алюминиево-литиевых сплавов путем микролегирования их малыми добавками ЩЗМ, где ЩЗМ-Са, Sr, Ва.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- исследовано коррозионно - электрохимическое поведение двойных алюминиево-литиевых сплавов и сплава Al+6% Li, легированного ЩЗМ в нейтральной среде NaCl;

- исследовано влияния концентрации хлор-ионов на электрохимическое поведение сплава Al+6%Li легированного ЩЗМ;

- методом термогравиметрии исследованы механизм и кинетика окисления сплава Al+6%Li, легированного ЩЗМ;

- с привлечением основных методов физико-химического анализа расшифрован фазовый состав продуктов окисления сплавов и показана их роль в процессе окисления.

Научная новизна выполненных исследований состоит в следующем:

- установлены электрохимические характеристики процесса коррозии сплавов систем Al-Li и Al+6%Li, легированных ЩЗМ;

- выявлен механизм действия ЩЗМ, как эффективной анодной добавки улучшающей коррозионную стойкость сплава алюминия с литием в среде электролита NaCl;

- показано, что с увеличением концентрации хлор-ионов в электролите скорость коррозии сплава независимо от состава увеличивается;

- установлен механизм окисления алюминиево-литиевых сплавов и влияния ЩЗМ на процесс окисления, а также расшифрован фазовый состав продуктов окисления.

Практическая ценность работы заключается в разработке и оптимизации состава алюминиево-литиевых сплавов, легированных ЩЗМ для авиакосмической техники.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: Республиканской конференции молодых ученых "Вклад молодых ученых в развитие науки" (Душанбе, 1999 г), научной конференции "Проблемы профессиональной подготовки учащихся в процессе обучения технологии "(Душанбе, 1999г), научно-практической конференции "Технический прогресс и производство" (Душанбе, 1999г), юбилейной научно-практической конференции "Проблемы современной химической науки и образования" (Душанбе, 1999 г), Международной научно-практической конференции «16 сессия Шурой Оли Республики Таджикистан (12-го созыва) и ее историческая значимость в развитии науки и образования». Душанбе 2002г.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 5 статьей и 4 тезисов докладов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, включая 37 таблиц, 34 рисунка и 87 библиографических ссылок.

выводы

1 .Потенциостатическим методом исследовано коррозионно-электрохимическое поведение сплавов системы Al-Li в среде электролита 3% NaCl и показано, что легирование литием увеличивает скорость коррозии сплавов .Так при концентрации лития от 1 до 8 мас.% в сплаве скорость коррозии составляет 5,87 10"3 и 6,89 10"2 г/м2.час .

2. Потенциодинамическим методом исследовано влияния хлор-ионов на электрохимические характеристики алюминиево-литиевых сплавов, легированных ЩЗМ и установлено, что снижение концентрации хлор-ионов в 10 , 100 раз способствует уменьшению скорости коррозии сплавов и сдвигу электродных потенциалов в более положительную область.

3.Изучено коррозионно-электрохимическое поведение алюминиево-литиевых сплавов, легированных ЩЗМ и показано, что ЩЗМ по характеру влияния на скорость коррозии алюминиево-литиевых сплавов располагаются следующим образом: Са, Sr, Ва, т.е. по мере увеличения заряда ядра ЩЗМ, соответственно, увеличивается скорость коррозии сплавов. Характер влияния ЩЗМ на потенциал коррозии сплавов Al+6% Li показывает, что при переходе от Са к Sr и Ва наблюдается смещение потенциала коррозии в положительную область.

4. Исследование анодного поведения алюминиево-литиевых сплавов, легированного ЩЗМ показало, что с увеличением концентрации ЩЗМ питтингоустойчивость сплавов увеличивается, о чем свидетельствует смещение потенциала питтингообразования в более положительную область для сплавов с 0,1% ЩЗМ .Сплавы, содержащие кальций и стронций отличаются более высокой питтингоустойчивостью, чем сплавы легированные барием. Наибольшей устойчивостью к питтинговой коррозии обладают сплавы в среде с концентрацией NaCL 0,03% и 0,3% .

5.Метод ом термогравиметрии исследована кинетика окисления алюминиево-литиевых сплавов, легированных ЩЗМ. Установлено, что процесс окисления протекает по параболическому закону.

Методами РФА и ИК-спектроскопии идентифицированы продукты окисления исследованных образцов сплавов и показано, что основными продуктами окисления являются для двойных сплавов Al-Li: у-А12Оз, Li20, 1л2ОА12Оз:для тройных сплавов Al-Li-Ca(Sr,Ba)-Y-Al203, ЩЗМ А1204 и LiA102.

105

1. Шамрай Ф.И. Литий и его сплавы.- М.: Изд. АН СССРД 952.248с.

2. Дриц М.Е., Падежнова Е.М., Рохлин Л.Л. Легкие сплавы, содержащие литий.-М.: Наука, 1982. 141с.

3. Massalski N. Binary alloy phase diagrams // American Society for Metals, Park. Ohio. 1988. V.1,2. 2223 p.

4. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. -М.: Металлургия, 1979. 639с.

5. Wen С. J., Weppner W., Bouhamp В. A. Higgins R.A. Memaftyrgical Trans. В, 1980. V. 11. №1 P. 131-137.

6. Диаграммы состояния металлических систем //Под. ред. Агеева Н.В.- М.: Изд. ВИНИТИ, 1962-1983гх.

7. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. М.: ПНТИЛ по черной и цветной металлургии, 1962. Т. 1. 608с.

8. Металловедение алюминия и его сплавов. Справочник //Под. ред. Фридляндера И.Н.-М.: Металлургия, 1983.

9. Jones N. Das. //J Jnsf. Metals; 1960. V.88.N 6. P.435-440.

10. Дриц M.E. Свидерская З.А. Кузьмина В.И.//Изв. АН СССР. ОТН. Металлургия и топливо. 1962. №4 С. 150-153.

11. П.Цой В.Д., Ганиев И.Н., Назаров Х.М., Азимов И.С. Изотермические сечения систем Al-Li-Ca и Al-Li-Sr при 423К. //Док. Академии наук Республики Таджикистан 1997.Т.40 № 1-2 С.62-65.

12. Азимов И.С. Ганиев И.Н. Назаров Х.М., Курбонова М., Фазовые равновесия в системе Al-Li-Sr при 423 К // Док. АН РТ. 1996. Т. 39. № 12. С. 54-56.

13. Рачев X., Стефанов С. Справочник коррозии М.:Мир,1982.54.с.

14. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защита металлов, М.: АН СССР, 1959. 592с.

15. Улиг Г.Г. Коррозия металлов. Пер. с англ. М.:Наука, 1966.306с.

16. FontanaM.G. Greene R.D.-Corrosion Engineering г. у: 1967.319 р.

17. Коррозия: Пер. с англ. //под ред. Шрайера JI.JI.-M.: Металлургия, 1981. 631 с.

18. Коррозия металлов. Пер. с англ. /Под. ред. УлигаГ.Г.-Л.:РХИ,1952.1256 с.

19. Герасимов В.В. Коррозия алюминия и его сплавов. М.: Металлургия, 1977. 114 с.

20. Томашев Н.Д. Матвеева Г.В.-ЖФХ., 1950. T.24.N 11. 1281с.

21. Любмлинский Е.Я. Электрохимическая защита от коррозии. М. : Металлургия, 1987. С.97.

22. Стрижевский И.Б. Подземная коррозия и методы защиты. М.: Металлургия, 1986. 110 с.

23. Томашов Н.Д., Толина М.М. Золивалов Ф.П. Толстослойное амодирование алюминия и его сплавов,-М.: Машиностроение. 1978. 156 с.

24. Лепинских Б.М., Киташев А., Белоусов А.А. Окисление жидких металлов и сплавов. М.: Наука, 1973. 106 с.

25. Елютин В., Митин Б, Самотейкин В. // Изв. АН СССР. Металлы, 1971. № 9 С.227-231.

26. Лепинских Б.М., Киселев В. Кинетики окисления жидкого алюминия. Деп. ВНИТИ, N5. С. 42-47.

27. Кубашевский О., Гопинск Б. Окисление металлов и сплавов.- М.: Металлургия. 1965. 428с.

28. Петрова Д. А. Двойные и тройные системы. М.;Маталлургия,1986. 256 с.

29. Киселев В., Лепинских Б.,Захаров Р., Серебрякова А.- Труды/ Всесоюзн. Конф. по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов. Свердловск. 1974.С. 33-35

30. Кофстад П. Отклонение от стехиометрии, диффузия электропроводность в простых окислах металлов.- М.: Мир. 1975.С.39-42.

31. Радин А.Я. Исследование кинетики окисления алюминиевых сплавов в жидком состоянии.- М.: Московский авиационно-технический Институт, 1961. С.98-118.

32. Войтович Р.Ф. Головко Э. И. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов.-В. 2-М. Киев.: Наукова Думка. 1980. 295с.

33. Белоусов А.А. Лепинских Б.М. Изучение кинетики окисления жидких сплавов барий-алюминий // Рукопись деп. в ВИНИТИ. 1995. №55. С.76.

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

35. Колесов. В.Г. Применение ИКС для изучения поверхностей некоторых модификаций окиси алюминия // Изв. АН СССР, 1962. N 11 .С. 246-248.

36. Чистяков Ю.Д. Мальцев М.В. Электронографическое изучение процессов окисления алюминиевых сплавов //Кристаллография.-1967 Т.2. Вып.5. С. 628-633.

37. Свойства элементов /Под. ред. Самсонова Р.В. -М.: Металлургия, 1976.-Т.1. 600с.Т.2.383с.

38. Шамрай. Ф.М.//Изв. АН СССР, ОХН. 1947. N6.C. 605-616.

39. Томашов Н.Д. Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионостойкие конструкционные сплавы . М.; Металлургия, 1986.С.359.

40. Свидерская З.А. Барсукова Т.А. -и др. Исследование сплавов цветных металлов. М.: Изд-во АН СССР,1962. N3. С. 75-78.

41. Jones N., Das P. //J. Jnst. Metals.l960.V.88.№6 p.435-440.

42. Курдюмов А. В. Чикин C.B. Металлические примеси в алюминиевых сплавах. М.: Металлургия.1988.143. с.

43. Дриц М.Е. Каданер Э.С., Туркина И.М. и др. Сплавы цветных металлов. -М.: Наука, 1972. С. 187-191.

44. Чукин Т.Д. Строение поверхности окиси алюминия // Ж. структ. химии, 1976. Т. 17. Nol. С.122-128.

45. Радин А.Я. Свойства расплавления металлов М.: Наука, 1979. С. 116122.

46. Джураева JI.T. Ганиев И.Н. Окисление алюминиево-бариевых сплавов в железотермических условиях//Док. АН Тадж. ССР 1988. №11 С.728-730.

47. Миркин Л.М. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов. М.: Машиностроение, 1979.С.136.

48. Норова М.Т., Ганиев И.Н., Назаров Х.М., Шамсиддинов А.Д. Исследование кинетики окисления жидких сплавов системы алюминий-литий.//Известия АН РТ, 1999. N1. С.50.

49. Ганиев И.Н. Джураева JI.T. Окисление сплавов системы алюминий -кальций в неизотермических условиях//Док. АН Тадж. ССР. 1987.Т.30. N5. -С.308-311.

50. Джураева Л.Г., Ганиев И.Н., Вахобов А.В. Высокотемпературное окисление сплавов системы алюминий-стронций из твердого состояния.//Изв. АН Тадж. ССР. отдел, физ. матем. хим. и геол. наук, 1985. N4. С.76-78.

51. Вахобов А.В. Ганиев И.Н. Диаграммы состояния двойных и тройных систем с участием бария и стронция с 291. Деп. Тадж. НИИНТИ, 1990 N44 С.291.

52. Троков М., Берзаковский В., Лапин В., Курцева Н. Диаграммы состояния силикатных систем. Справоч. Изд.- Л.: Наука, 1970. С. 197-263.

53. Радин А.Я. Исследование кинетики окисления алюминиевых сплавов в жидком состоянии //Вопросы технологии литейного производства М.: Московский авиационно-технологический Институт, 1963. Вып.49. С. 100-120.

54. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы.-М.: Металлургия, 1979.208 с.5 5.Промышленные алюминиевые сплавы. Справочник. М.: Металлургия, 1984.528с.

55. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые спеченные и литейные алюминиевые сплавы. Справочное руководство. -М.: Металлургия, 1972 .С.552.

56. Фридляндер И.Н., Шамрай В.Ф., Ширяева Н.В.//Изв. АН СССР Металлы, 1965№2 ,С.153-158.

57. Vyazovikina N. V., Ponomarev S. S. // Miting Abstrakt. The 1997 Soint international meeting Pans. 1997V. 97 2. N350, P 428.

58. Ахмедов H.C. Общая и неорганическая химия. -М.; Высшая школа. 1988. 640.С.6 0. Ганиев И.Н., Красноярский В.В., Жукова Т.И.//ЖПХ,1995.Т.68.№7. С.1146- 149.61 .Вязовикина Н. В.//Защита металлов. 1997.Т.ЗЗ №4. С.372.

59. Vyarovikina N. V., Ponomarev S. S. // Meeting Abstracts. The 1997 Joint International Meeting. Paris 1997. V. 97 2. № 350. P. 428.

60. Полинг А. Общая химия. M.: Мир, 1974. 846.С.

61. Краткий справочник физико-химических величин /под ред. Равеля А.А., Пономаревой A.M. -Д.: Химия, 1983.232.С.

62. Кеше Г. Коррозия металлов. М.:Металлургия,1984.400.с.

63. Байнер А.С. и др.Справочник по защитно-декоративным покрытиям. -М.:Металлургия ,1951.300 с.

64. Кеше Г. /Под ред. Колотыркина Я.И., Лосева В.В.-М.: Металлургия, 1985. 420с.

65. Ганиев И.Н. Назаров Х.М. Ганиева Н. И. // Известия РАН. Металлы. 1999. №6 С. 123-125.

66. Sussek С. , Kesten M. Jur hochfras korrosion von Reinstam minimum in chlorih - und sulfathaJtigen Electrolyten // Metall. - 1980. - № 10. - S. 1031 -1039.

67. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов. М.: Машгиз,1962.856.с.

68. Синявский В. С., Вальков В. Д. Коррозия и защита алюминиевых сплавов. -М.: Металлургия, 1979. 224с.

69. Алиева С.Т., Альтман М.Б./Алюминиевые сплавы: Промышленные алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1984. 528с.

70. Коррозия. Пер. с англ. /Под. Ред. Шрайера JI.J1. -М.: Металлургия, 1981.631с.

71. Акимов Т.В. Теория и методы исследования коррозии металлов. —М.: АН СССР. 1985. 350с.

72. Скорчеллетти В.В. Теоретические основы коррозии металлов . -Л.: Химия, 980.263 с.

73. Haltom Н., Sigurdsson Н. Pitting polentials of aluminium alloys. // Werkst und Korrosion 1977. - v. 28, № 7. - P. -475 - 477.

74. Фрейман М.И. Питтинговая коррозия пассивных металлов.//Новые достижения в области теории и практики противокоррозионной защиты металлов : Доклады семинара по коррозии . -М.: Наука,1981,С. 51-54.

75. Лепинских Б.М. Киселёв В.И. Окисление жидких металлов и сплавов кислородом из газовой фазы // Изв. АН СССР. Металлы, 1974.№5 С.51 -54.

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

77. Kofstal P. Oxidation of Metals determination of activation energies // Acta Chem. Scand. 1958 -v 12. -№4-p. 239.

78. Вдовин O.C., Дворников JI.M. Термо и рентгенографические исследования процесса окисления редкоземельных металлов.//Исследование в области химии соединений редкоземельных элементов. Саратов: 1981. №6. С. 14-22.

79. Шевченко В. Акашев А.А. Влияние Sc, La, и Sm на окисление алюминия. //Известия АН СССР. Неорганические материалы.1986.Т.22.№2. С.241-244.

80. Абраме М.А., Колис Х.Э., Лепин А.К. Математическая обработка материалов.

81. Синявский В. С.,Семенов А. М.,Вальков В. Д. // Защита металлов. 1992. Т. 28 ,№2- с. 210-217.

82. Миркин Л. И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов. М.: Машиностроение, 1979 -136 с.

83. Радин А.Я. Свойства расплавленных металлов. -М.: Наука, 1975 с. 116122.

84. Колесов В. Г. Применение ИКС для изучения поверхностей некоторых модификаций оксида алюминия // Изв. АН СССР. 1962 № 11, с. 246-248.