Введение к работе
Актуальность проблемы.
При поиске способов улучшения коррозионной стойкости хромоникелевых сталей особое внимание уделяется модифицированию свойств поверхности и приповерхностных слоев, обеспечивающее существенное увеличение коррозионной стойкости.
Одним из способов повышения устойчивости пассивного состояния хромоникелевых сталей является электрохимическая модификация поверхности, которую связывают как с изменением свойств пассивирующего слоя, так и с вытравливанием слабых мест поверхности.
Модификация поверхности проводится в потенциостатических, циклических потенциодинамических и импульсных режимах поляризации. Одним из направлений электрохимической модификации является повышение стойкости поверхности к питтинговой коррозии. Выдержка хромоникелевых сталей в хлоридных растворах в пассивной области потенциалов в условиях потенциостатической поляризации приводит к существенному росту потенциала питтингообразования. К такому же эффекту приводит модификация хромоникелевых сталей в условиях гальваностатической и гальванодинамической поляризации в хлоридных растворах, поддерживающая их поверхность в условиях динамического равновесия процессов зарождения и пассивации питтингов.
Относительно небольшое количество работ, посвященных методам электрохимической модификации поверхности хромоникелевых сталей, вызывает необходимость продолжения исследований в этой области.
Цель работы: заключалась в развитии теоретической основы электрохимических методов модификации поверхности хромоникелевых сталей в условиях стационарной и нестационарной поляризации в хлоридсодержащих средах.
Основные задачи исследования:
1. Анализ литературных данных о процессах питтинговой коррозии и локального растворения хромоникелевых сталей и существующих методах электрохимической модификации поверхности, обеспечивающих повышение стойкости к питтинговой коррозии;
2. Исследование процессов совершенствования и деградации поверхности хромоникелевых сталей в условиях гальваностатической и гальванодинамической поляризации в хлоридных растворах;
3. Выявление влияния параметров режима модификации на динамику процессов зарождения и пассивации питтингов в условиях стационарной и нестационарной поляризации;
4. Изучение закономерностей перехода поверхности хромоникелевых сталей из локально-активного состояния, соответствующего процессу деградации поверхности, в активно-пассивное состояние, соответствующее процессу ее совершенствования;
5. Определение характеристик процессов совершенствования и деградации поверхности хромоникелевых сталей в гальваностатических условиях;
6. Изучение граничных частот перехода поверхности хромоникелевых сталей в условиях гальванодинамической модификации поверхности;
7. Оценка состояния модифицированной в условиях нестационарной поляризации поверхности хромоникелевых сталей.
Научная новизна
Показано влияние параметров режима поляризации (плотность тока, наличие окислителя, продолжительность поляризации, частота переменной составляющей тока) на процессы совершенствования и деградации поверхности хромоникелевых сталей в хлоридсодержащих растворах.
Предложен алгоритм определения характеристик динамики процесса модификации поверхности хромоникелевых сталей в условиях гальваностатической поляризации.
Установлены закономерности перехода поверхности из локально-активного состояния, соответствующего процессу деградации поверхности, в активно-пассивное, соответствующее процессу ее совершенствования. Изучены граничные частоты перехода.
Установлено влияние режима нестационарной поляризации (форма поляризующего тока, частота переменной составляющей тока) на характеристики состояния модифицированной поверхности исследуемых сталей.
Практическая значимость работы состоит в том, что установлена общая закономерность процесса модификации поверхности хромоникелевых сталей, заключающаяся в смене процессов совершенствования поверхности процессами ее деградации в условиях стационарной и нестационарной поляризации. Показано, что изменяя частоту переменной составляющей тока, можно управлять процессом модификации, обеспечивая переход поверхности из локально-активного состояния в активно-пассивное и из активно-пассивного состояния в локально-активное.
Полученные результаты работы могут быть использованы для развития теоретической базы методов модификации поверхности, методов электрохимической защиты, методов мониторинга и методов ускоренных коррозионных испытаний хромоникелевых сталей.
На защиту выносятся:
- обоснование методов электрохимической модификации поверхности хромоникелевых сталей, основанных на нестационарных режимах поляризации, определяющих динамику процессов зарождения и пассивации питтингов;
- результаты исследования процесса модификации поверхности хромоникелевых сталей в стационарных и нестационарных условиях поляризации;
- алгоритм определения характеристик процессов совершенствования и деградации поверхности хромоникелевых сталей в гальваностатических условиях;
- определение граничных частот перехода поверхности хромоникелевых сталей из локально-активного состояния в активно-пассивное и из активно-пассивного состояния в локально-активное в условиях гальванодинамической модификации поверхности;
- оценка состояния модифицированной в условиях нестационарной поляризации поверхности хромоникелевых сталей.
Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов базируется на использовании современных электрохимических методов исследования и привлечении для трактовки результатов последних достижений в области теории коррозионных процессов и способов мониторинга коррозионного состояния металлов.
Личный вклад автора. Автором лично получены, обработаны и систематизированы экспериментальные данные, приведенные в данной работе. Постановка задач исследования осуществлялась совместно с научным руководителем, обсуждение экспериментальных данных проводилось совместно с руководителем и соавторами публикаций (проф. Б.Л. Журавлев, доц. С.С. Виноградова).
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ISE Satellite Student Regional Symposium on Electrochemistry (Kazan, 2011), на международной заочной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные проблемы науки и образования в 21 веке» (Тамбов, 2012), на 9-ой Международной конференции «Покрытия и Обработка Поверхности. Последние достижения в технологиях, экологии и оборудовании» (Москва, 2012), на Всероссийской научной конференции с международным участием «Байкальский материаловедческий форум» (Улан-Удэ, 2012), на Всероссийской молодежной конференции «Химия под знаком Сигма: исследования, инновации, технологии» (Казань, 2012), на международной научно-практической конференции «Современные достижения науки – 2013» (Прага, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 16 печатных работ, в том числе 7 статей, из которых 7 в журнале, рекомендуемом ВАК для публикации материалов диссертации [1-7], 6 тезисов докладов, 2 учебных пособия и монография.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, трех глав экспериментальной части, списка литературы, включающего 114 наименований. Работа изложена на 120 страницах, содержит 12 таблиц и 81 рисунок.
