Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Структура и свойства сплавов алюминия с магнием и редкоземельными металлами 7
1.1. Структура и свойства алюминиево-магниевых сплавов 7
1.2. Коррозионно-электрохимическое поведение и окисление алюминиево-магниевых сплавов 10
1.3. Структура и свойства сплавов систем алюминий - редкоземельный металл 16
1.4. Электрохимическая коррозия двойных алюминиевых сплавов с редкоземельными металлами 20
1.5. Проводниковые алюминиевые сплавы с участием магния 23
1.6. Выводы по обзору литературы. Постановка задачи 29
ГЛАВА II. Коррозионно-электрохимическое поведение сплавов алюминия с магнием и редкоземельными металлами 31
2.1. Методика исследования коррозионно-электрохимических свойств сплавов 31
2.2. Потенциодинамическое исследование коррозионно-электрохимического поведения сплава Al+0.2% Mg, легированного скандием, в среде электролита NaCl 37
2.3. Влияние иттрия на коррозионно-электрохимические характеристики сплава Al+0.2% Mg 41
2.4. Электрохимическое исследование сплавов А1+ 0.2% Mg, легированного лантаном, в среде электролита NaCl 46
2.5. Анодное поведение сплава Al+0.2 % Mg, легированного Празеодимом, в среде электролита NaCl 51
2.6. Анодное поведение сплава Al + 0.2% Mg, легированного неодимом, в среде электролита NaCl 55
2.7. Разработка состава низколегированных электротехнических сплавов с участием скандия и циркония 62
ГЛАВА III. Исследование влияния редкоземельных металлов на кинетику окисления алюминиево- магниевых сплавов 73
3.1. Получение сплавов и методика исследования кинетики их окисления 73
3.2. Влияние скандия на кинетику окисления сплавов Al+0.2%Mg и АМгб 78
3.3. Влияние иттрия на кинетику окисления сплава Al+0.2%Mg 83
3.4. Влияние лантана на кинетику окисления сплава Al+0.2%Mg 87
3.5. Влияние празеодима на кинетику окисления сплава Al+0.2%Mg 91
3.6. Влияние неодима на кинетику окисления сплава Al+0.2%Mg 94
Выводы 100
Литература 101
Приложение 108
- Коррозионно-электрохимическое поведение и окисление алюминиево-магниевых сплавов
- Проводниковые алюминиевые сплавы с участием магния
- Электрохимическое исследование сплавов А1+ 0.2% Mg, легированного лантаном, в среде электролита NaCl
- Разработка состава низколегированных электротехнических сплавов с участием скандия и циркония
Введение к работе
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 P3M-Sc, Y, La, Pr, Nd, легированных цирконием и кальцием.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
5 -исследовано влияние добавок кальция и скандия на коррозионно-электрохимические свойства и электропроводимость малолегированных электротехнических сплавов; -исследовано коррозионно-электрохимическое поведение сплавов, Al+0.2%Mg, содержащих РЗМ, и влияние малых добавок циркония на электрохимическое поведение алюминия в средах 3%, 0.3% - NaCl и 0.01 н NaOH; -методом термогравиметрии исследованы механизм и кинетика окисления сплавов Al+0.2%Mg, содержащих РЗМ.
Научная новизна выполненных исследований состоит в: -установлении электрохимических характеристик процессов коррозии сплавов Al+0.2%Mg, содержащих РЗМ, кальций и цирконий; -выявлении механизма действия РЗМ, как эффективной анодной добавки, улучшающей коррозионную стойкость сплавов алюминия с магнием в среде электролита NaCl; -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 NaCl; -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.
Коррозионно-электрохимическое поведение и окисление алюминиево-магниевых сплавов
К сплавам системы Al-Mg относится большая группа широко используемых в промышленности сплавов: AMrl, АМг2, АМг4, АМгб. Они отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Магний образует с алюминием ф-твёрдый раствор, концентрация которого при повышении температуры увеличивается от 1.4 до 17.4% в результате растворения фазы М АІз. Но сплавы, содержащие до 7% Mg, дают незначительное упрочнение при термообработке. Авторами [22] подробно изучалась стойкость АМг2 к питтингу. Проведённое исследование склонности АМг2 к питтингу под действием различных ионов объясняет достаточно высокую стойкость АМг2 в обратной охлаждающей воде. Характерное для воды соотношение качеств гидрокарбонатов и хлоридов (360:120) является благоприятным, так как адсорбция гидрокарбонатов подавляет активирующее действие хлоридов. Содержащиеся в воде сульфиды (49 мг/л Na2S) также тормозят питтинг. Вышесказанное объясняет высокую анодную поляризуемость АМг2 и более положительный потенциал питтингообразования в охлаждающей воде среднего состава по сравнению с растворами хлоридов без гидрокарбонатов и сульфидов. Для повышения максимальной коррозионной стойкости сплавы приготавливают из повышенных сортов алюминия 99.7% и выше, то есть примесей (Fe и Si) в них меньше, чем в других алюминиевых сплавах. Известно, что промышленным сплавам также присуща склонность к межкристаллической коррозии (МКК) ( 5% Mg) и коррозии под напряжением, зависящей от типа структуры. При содержании Mg 1.4%, сплавы могут быть чувствительны к МКК, но практика показывает, что при концентрации до 3.5% сплавы АМг1, АМг2, АМгЗ не проявляют чувствительности к МКК, что можно объяснить дискретным распределением частиц р фазы по границам зёрен в связи с малым пресыщением твёрдого раствора. Как известно, сплавы системы Al-Mg коррозионностойки и в нагартованном состоянии, так как нагартовка ускоряет распад твёрдого раствора, но не меняет характер распределения выделений на границах зёрен. При содержание Mg 3.5%, (АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб) в определённом структурном состоянии при учёте условий внешней среды они могут подвергаться МКК и коррозионному растрескиванию (КР).
Для сплавов алюминиево-магниевой системы электрохимические факторы в коррозионном растрескивании играют большую роль, чем для сплавов других систем. Поэтому предотвращение образования плёнки (3-фазы по границам зёрен целесообразно и для повышения сопротивления коррозионному растрескиванию. Если попытаться расположить промышленные сплавы по глубине питтинга в морской воде, то получится ряд: сплав обладает максимальной глубиной питтинга. В данных условиях наблюдается корреляция между чувствительностью к структурной коррозии и обычным питтингом. По мере роста степени легированности возрастает насыщенность твёрдого раствора и соответственно чувствительность к структурной коррозии. Поэтому для сплавов АМг5, АМгб возрастает роль технологических факторов, обеспечивающих равномерное распределение (3- фазы в сплаве. Исследовалась МКК деформируемого алюминиево-магниевого сплава, содержащего 9.56% магния [23]. Сплав AlMg-9.56 выплавляли из алюминия марки А999 и магния 99.98% чистоты. Авторам не удалось получить сплав, представляющий собой чистую р-фазу, но был получен гетерогенный сплав, содержащий 45% (3-фазы и 55% пересыщенных смешанных а-кристаллов с 14% Mg. В дальнейшем этот сплав обозначается как сплав D. Для электрохимических исследований образцы изолировали так, что рабочей оставалась поверхность, равная 0.25 см . Эта поверхность шлифовалась, полировалась алмазной пастой и перед опытом обезжиривалась ацетоном. Снимались как гальваностатические, так и потенциостатические поляризационные кривые. При снятии гальваностатических кривых при каждом значении плотности тока образец выдерживался до достижения стационарного значения потенциала. При снятии потенциостатических кривых при каждом значении потенциала образец выдерживался 24 ч. Каждое измерение проводилось на новом образце и в свежем электролите. В потенциодинамических опытах со сплавом D, в отличие от деформируемого сплава, во всех случаях достигались стационарные значения плотностей тока. На кривой сплава D отмечается область независимости плотности тока от потенциала протяжённостью более чем 100 мВ. В дополнительных опытах с перемешиванием электролита авторами [23] измерялись очень низкие плотности тока. В этой области потенциалов образцы покрываются толстой, не очень прочной светло-серой плёнкой.
После удаления плёнки видна слегка протравленная поверхность. Исследовано влияние ионов охлаждающих вод на питтинговую коррозию сплава AlMg. Лабораторные исследования проводились в воде, имитирующей средний состав аэрируемой массы, содержащей (мг/л): NaCl -1.16, Na2S - 49, Na2SO410H2O - 2740. Склонность АМг2 к питтингу оценивалась величинами критического потенциала питтингообразования Е„. Кривые снимались в аэрированных растворах без катодного активирования. Поверхность АМг2 в исследованных растворах при потенциалах начала анодной поляризации находится в неустойчивом пассивном состоянии. Поэтому поведение электрода во всех растворах было нестабильным -коррозионный ток периодически менял знак [24]. В исследованиях коррозионной стойкости алюминиевых сплавов, применяемых в установках для обессоливания морской воды, показано, что наиболее стойкими к питтинговой коррозии оказались сплавы системы AlMg [25]. При рН морской воды, равном 6-7, сплавы не подвергаются заметной питтинговой коррозии до температуры 125С, но при рН 5 температура 75С уже способствует значительной питтинговой коррозии. Критический потенциал питтингообразования Еп0. при низких температурах и рН морской воды, равном 5-8, остаётся отрицательнее потенциала защиты Ерп,
Проводниковые алюминиевые сплавы с участием магния
Алюминий и ряд его сплавов широко применяют в электротехнике благодаря высокой электропроводности, коррозионной стойкости, небольшой плотности, хорошей обрабатываемости давлением и декоративному виду, а также меньшей стоимости по сравнению с более дефицитной медью и её проводниковыми сплавами. Электротехническая промышленность - крупнейший потребитель алюминия в странах СНГ. Доля её потребления в различных странах колеблется от 10 до 30%. Наиболее широко алюминий используют в кабельной промышленности, на которую в настоящее время приходится около 90% всего алюминия, потребляемого в электротехнике. В зависимости от величины удельного электросопротивления алюминиевые электротехнические сплавы подразделяются на проводниковые сплавы и сплавы с повышенным электротехническим сопротивлением. Удельная электрическая проводимость электрохимического алюминия (А7Е, А5Е) составляет 60-62% от проводимости отожжённой меди по международному стандарту. Технический алюминий (АДО) и электротехнический алюминий (преимущественно А5Е) широко применяют для изготовления проводов, кабелей, шнуров, шин, профилей и труб различного электротехнического назначения. Наибольшее применение в электротехнике получили малолегированные сплавы систем Al-Mg-Si: АД31, АД31Е и их аналоги (ABE, 01327, АЕ1, АЕ2 и др.) (табл. 1.3). Известны также сплавы на основе алюминия, опробованные в промышленных и полупромышленных условиях.
В основном это сплавы систем Al-Fe-B(Ni), А1-РЗМ, Al-Mg(Cu), Al-Zr, Al-Si (01017, 014417, 01527, 01117 и др.). При более низкой удельной проводимости (56-59% от отожжённой меди) алюминиевые проводниковые сплавы имеют преимущественно то же назначение, что и электротехнический алюминий, и их используют при необходимости обеспечения более высокой прочности, теплопрочности, сопротивления ползучести и других специальных требований. Из сплавов АД31, АД31Е изготавливают шины, профили и трубы, применяемые для различных электротехнических изделий: сплав АД31Е обеспечивает более высокую проводимость, чем сплав АД31 примерно на том же уровне механических свойств. Кроме того, сплав АД31Е, как унифицированный для близких по составу сплавов ABE, 01327, АЕ2, служит для производства проводов линий электропередач, в том числе биметаллических сталей и медноалюминиевых гибких проводов с изоляцией различного типа. Сплавы более ограниченного применения предназначены для бортовых проводов, кабелей связи, микропроводов интегральных схем и других специальных электротехнических целей. В основном это малолегированные сплавы систем, указанных выше, а также Al-Mg-Zn, А1-Cu и др. с небольшими добавками одного или нескольких компонентов из группы, содержащей РЗМ, Be, Со, Ni, Fe, Si, Zn, В и др. Содержание цинка в сплавах АД31Е (ABE, 01327, АЕ2) может быть увеличено до 1.5%, а также возможны добавки меди, циркония, РЗМ, никеля при требованиях повышения прочности, теплопрочности, усталостных характеристик, сопротивления ползучести шин и проводов. Содержание железа в сплавах 01017, АД31Е может достигать 0.6-0.7% при необходимости повышения литейных свойств при изготовлении проволочной заготовки. Однако при содержании железа более 0.5-0.6% уменьшается усталостная прочность проволоки.
Аналогичные сплавы алюминия и системы Al-Mg-Si с малыми добавками бора, цинка, меди, циркония, бериллия и других элементов применяют в электротехнике США (ЕС2, 6101, 6201), Англии (Е91Е), Франции (алмелек), Германии (алдрей), Швеции (SM6506, SM7506), ЧССР (ВУК30иВУКЗЗ,яреал),Италии (Al-Si 0.5 Mg) и других стран [58]. Все легирующие элементы и примеси, входящие в алюминиевые проводниковые сплавы, по степени снижения электропроводности отожжённого алюминия могут быть разделены на две группы: 1) элементы, незначительно снижающие проводимость при содержании 0.1-0.2% (атомн.): Zn, Ni, Si, Си, Mo, Са, Fe, Mg, W (у 35 МСм.м"1); 2) элементы, значительно уменьшающие проводимость: Cr, Li, Mn, Ті, Be, Zr (у 34МСм.м ). Микролегирование проводниковых сплавов поверхностно-активными добавками типа бора способствует понижению удельного электросопротивления алюминиевых сплавов в определённых температурных интервалах и повышению пластичности. Считают, что небольшие по размеру атомы бора (0.09 нм) образуют нерастворимые бориды хрома, циркония и, выводя их из твёрдого раствора и из сплава, подавляют вредное действие титана, марганца и ванадия, повышают проводимость изготавливаемых из них электротехнических изделий. Кроме того, атомы бора образуют устойчивые сегрегации в приграничных областях на различных дефектах кристаллической решётки, влияют на кинетику старения и способность сплава к практической деформации. В последние годы алюминиевые проводниковые сплавы начали более широко применять для воздушных проводов и кабелей связи (главным образом сплавы АД31Е, ABE). Высокая прочность проводов из алюминиевых сплавов позволяет увеличить размеры пролётов линии электропередач, способности к уменьшению количества повреждений при монтаже. По величине сопротивления действия дуги, возникающей при коротком замыкании, провода из алюминиевых сплавов занимают второе место после медных и значительно устойчивее проводов из алюминия. Более низкая, чем у меди, проводимость алюминия и алюминиевых сплавов приводит к необходимости увеличения сечения проводов, а это уменьшает потери на корону и скин-эффект. Стоимость алюминиевого провода в линиях электропередач составляет от 1/2 до 1/3 стоимости медного провода равной проводимости. Сталеалюминевые провода для напряжений до 750 кВ, предназначенные для передачи электрической энергии в воздушных электрических линиях и на линиях электрифицированного транспорта; силовые кабели высокого (1-35 кВ) и сверхвысокого напряжения (до 500 кВ) с алюминиевыми жилами и оболочками; кабели связи всевозможных видов и назначений;
Электрохимическое исследование сплавов А1+ 0.2% Mg, легированного лантаном, в среде электролита NaCl
Результаты исследования электрохимического поведения сплава Al+0.2%Mg, легированного лантаном, представлены в таблицах 2.5-2.6 и на рис. 2.6-2.8. Исследование потенциала свободной коррозии сплава в среде 3%- ного электролита NaCl во времени и от концентрации легирующего компонента показывает, что с течением времени потенциал свободной коррозии смещается в положительную область. При этом сплавы, легированные лантаном, подвергаются пассивации значительно быстрее, чем исходный сплав. Эту закономерность можно наблюдать по крутизне кривых зависимости изменения потенциала свободной коррозии во времени (рис.2.6). Динамика изменения потенциала свободной коррозии в более разбавленной среде (0.3%-ньтй электролит NaCl) показывает, что указанные тенденции имеют место и здесь (рис. 2.6). В табл.2.5-2.6 и на рис.2.6-2.8 представлены результаты потенциодина-мического исследования сплавов в средах с различной концентрацией NaCl. Как видно, с ростом концентрации легирующего компонента потенциалы коррозии, питтингообразования и репассивации смещаются в более положительную область. Рассчитанная из катодных ветвей потенциодинамических кривых скорость коррозии показывает, что добавки лантана до 0.05 мас.% уменьшают скорость коррозии в 1.5 раза. Дальнейшее увеличение концентрации легирующего элемента нецелесообразно, так как это способствует росту скорости коррозии, что согласуется с характером расположения анодных кривых сплавов в исследованных средах. Потенциалы и репассивации по мере разбавления электролита смещаются в положительную область, что свидетельствуют о устойчивости данных сплавов к питтинговой коррозии. На рис. 2.8 показана зависимость скорости коррозии сплава Al+0.2% Mg, легированного лантаном. Ход кривых указывает на возможность повышения коррозионной стойкости сплавов данной системы лишь при условии микролегировании их лантаном (менее 0.1%), поскольку при концентрациях более 0.10 мас.% лантана наблюдается рост скорости коррозии.
Таким образом, наиболее оптимальным составом в коррозионном отношении являются добавки до 0.05мас.% La к алюминиево-магниевому сплаву. Приведённые в табл. 2.7-2.9 и на рис. 2.9 основные электрохимические характеристики сплава Al+0.2% Mg, легированного празеодимом, при скорости развёртки 2 мВ/с показывают характер и направление изменения ; основных показателей коррозии. : Как известно, о коррозионном поведении металлов и сплавов можно судить по различным электрохимическим характеристикам. Установившееся значение потенциала свободной коррозии и характер зависимости от времени испытаний могут дать ряд важных сведений о поведении металла в v ч коррозионной среде. В табл.2.7 приведена зависимость потенциала свободной коррозии во времени для алюминиево-магниевого сплава, легированного празеодимом. С ростом концентрации празеодима и с увеличением времени сплавы характеризуются равномерным смещением потенциала свободной коррозии в положительную область. Независимо от состава, потенциалы свободной коррозии у всех сплавов к 40-60 минутам приобретают постоянное значение. Так, после 1ч выдержки в 3%-ном растворе NaCl потенциал свободной коррозии нелегированного сплава равняется -0.940 В, а у сплава, содержащего 0.5% Рг, она составляет -0.730 В. Подобная тенденция имеет место во всех исследованных средах. Как видно, при легировании алюминиево-магниевого сплава празеодимом до 0.05мас.% наблюдается смещение потенциала коррозии в положительную область. Потенциалы питтингообразования и репассивации при этом остаются неизменными. Тенденция смещения в положительную область при легировании празеодимом характерна и для потенциала свободной коррозии.
Оптимальный состав коррозионностойких сплавов соответствует сплаву алюминия с магнием, легированному 0.05 мас.% празеодима. Коррозионно-электрохимическое поведение сплавов исследовалось и в зависимости от концентрации NaCl. Как видно из таблицы 2.9, по мере уменьшения концентрации хлор-ионов в электролите потенциалы коррозии и питтингообразования смещаются в положительную область, что свидетельствует об увеличении стойкости сплавов к питтинговой коррозии. На рис. 2.9 представлены анодные потенциодинамические кривые сплава Al+0.2% Mg легированные празеодимом. Динамика изменения потенциалов коррозии, питтингообразования и репассивации сплава с добавками празеодима характеризуются плавным смещением в положительную область. Результаты электрохимического исследования сплава Al+0.2% Mg, легированного неодимом, представлены в табл. 2.10-2.11 и на рис. 2.11.
Разработка состава низколегированных электротехнических сплавов с участием скандия и циркония
Элементы подгруппы титана широко применяются в качестве модификаторов алюминиевых сплавов. Они входят также в состав большинства комплексных лигатур, которые содержат большое количество дисперсных интерметаллических частиц, являющихся потенциальными подложками для кристаллизации обрабатываемых ими сплавов. Согласно диаграммы состояния алюминия с цирконием, со стороны алюминия имеет место кристаллизация интерметаллического соединения состава ZrAl3. Цирконий, являясь эффективным модификатором, обладает также редким универсальным свойством: резко повышает температуру рекристаллизации алюминия и алюминиевых сплавов как после горячей, так и после холодной деформации, значительно повышает коррозионную стойкость и устойчивость твёрдого раствора в алюминиевых сплавах. В системе Al-Zr, в области богатой алюминием, происходит перитектическая реакция, при которой жидкость, содержащая 0.11% Zr, взаимодействует с соединением ZrAl3 и образует алюминиевый твёрдый раствор. Максимальная растворимость циркония в твёрдом алюминии при температуре нонвариантного превращения (660С) составляет 0.28 мас.%. С учётом этого, состав сплавов был выбран так, чтобы охватить область твёрдого раствора, циркония в алюминии и за его пределами, то есть от 0.01 до 0.5% по массе. В литературе имеются ограниченные сведения о влиянии циркония на электрохимические свойства алюминия [73]. Известные данные большей частью относятся к исследованиям в различных средах.
Исследования зависимости потенциала свободной коррозии алюминиево-циркониевых сплавов от времени показали, что добавки циркония смещают потенциал алюминия в более отрицательную область (табл.2.15). При погружении образцов сплавов в исследуемый 3%-ный раствор NaCl потенциал свободной коррозии имеет высокое отрицательное значение, но в течение первых 5-20 мин смещается в положительную сторону. Дальнейшая выдержка в течение 1 часа приводит к установлению практически стационарного потенциала, что связано с образованием оксидных плёнок на исследуемых поверхностях сплавов. В табл. 2.16 приведены электрохимические характеристики сплавов системы Al-Zr. Как видно, с увеличением концентрации циркония в сплавах потенциалы полной пассивации и питтингообразования смещаются в положительную область. При этом ширина пассивной области расширяется на 40-100 мВ. Введение циркония в алюминий в пределах до 0.3 мас.% несколько снижает величину плотностей критического тока пассивации, тока полной пассивации и тока растворения пассивного состояния. Таким образом, малые добавки циркония могут быть использованы для улучшения электрохимических характеристик алюминия высокой чистоты, хотя при этом наблюдается сокращение ширины пассивной области на потенциодинамических кривых, что является нежелательным.
Согласно диаграмме состояния системы AI-Mg при температуре эвтектики в алюминии растворяется 17.4% Mg. При понижении температуры растворимость магния резко снижается и в области комнатных температур составляет около 1.4%. Отрицательная роль повышенного содержания магния проявляется при изготовлении прессованных изделий. В связи с этим изучали сплавы, содержащие магний в интервале 0.01-1% при постоянном содержании циркония, а также кальция и скандия. Такие низколегированные сплавы, представляющие собой твердый раствор алюминия, являются однофазными, легко поддаются обработке давлением и могут использоваться в электротехнике как проводники и в качестве защитной оболочки силовых кабелей. Исследования сплавов проводили потенциодинамическим методом со скоростью развёртки потенциала 10 и 2 мВ/с"1 в среде 3% NaCl и 0.01н NaOH с помощью потенциостата ПИ-50-1.1. Электрохимические характеристики исследуемых сплавов приведены в табл. 2.17-2.18. Из данных табл.2.17 видно, что легирование алюминия магнием и скандием смещает потенциалы свободной коррозии Есв.к-0р., полной пассивации Еп.п. и питтингообразования Еп-0. в область более отрицательных значений. Плотности токов полной пассивации іпп и растворения из пассивного состояния ірпс несколько уменьшаются. Это подтверждается гравиметрическими исследованиями скорости коррозии сплавов в среде 3% NaCl+0.1%H2O2 (табл. 2.18). При легировании алюминия увеличивается его электрохимическая неоднородность. Однако коррозионная стойкость определяется природой и содержанием легирующих элементов. Наиболее эффективно влияет на кинетику электродных процессов концентрация легирующего элемента до 1.0%. Следует отметить, что в сплаве, представляющем собой твердый раствор, коррозионные процессы равномерно распределяются по поверхности. Однако это предположение является условным упрощением, так как в действительности поверхность сплава на атомарном уровне является электрохимически гетерогенной и коррозионный процесс определяется отдельными атомами компонентов сплава. В работе [75] указывается, что коррозия металлов начинается в местах кристаллических и структурных несовершенств, то есть протекает на специфических кристаллических участках, которые обладают повышенной энергией и поэтому, растворяются более легко. Кристаллические несовершенства могут порождаться наличием инородных атомов, имеющих диаметр, отличающий от диаметра атомов основы, при их замещении или внедрении. Кроме того, границы зёрен твердых растворов представляют собой область стыка двух кристаллических решеток различной ориентации, более того, это области скопления неметаллических включений, которые способны сделать границы зерен областью, благоприятствующей коррозии [76]. Именно на этих участках происходит в основном локальное активирование пассивных поверхностей, приводящее к развитию
