УДК 620.193

АНОДНОЕ ПОВЕДЕНИЕ СПЛАВОВ СИСТЕМ

Zn5Al-Mg и Zn55Al-Mg, В НЕЙТРАЛЬНОЙ СРЕДЕ NaCI

З.Р. Обидов, И.Н. Ганиев, А.Н. Резо, Н.И. Ганиева

Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан, Душанбе

z.r.obidov@mail.ru

Приведены результаты исследования анодного поведения сплавов Zn5Al, Zn55Al, легированных магнием, в среде электролита NaCI. Проведённые потенциодинамические исследования цинк-алюминиевых сплавов, легированного магнием позволяют получить коррозионностойкие покрытия с оптимальной концентрацией магния 0.005–0.1 мас.%. Скорость коррозии данных сплавов в 2–2.5 раза ниже, чем исходных сплавов Zn5Al, Zn55Al и они могут использоваться в качестве антикоррозионного покрытия для защиты от коррозии стальных сооружений.

Ключевые слова: цинк-алюминиевый сплав – коррозионно-электрохимические свойства – потенциодинамический метод – анодное поведение – магний.

В связи с синтезом новых сплавов и внедрением их в технику, а также расширением масштаба применения цинка, алюминия и сплавов на их основе, особенно в агрессивных средах, вопросы улучшения коррозионной стойкости становятся актуальными [1].

Работа посвящена исследованию влияния добавок магния на анодное поведение сплавов Zn5Al (5 мас.% алюминия) и Zn55Al (55 мас.% алюминия), предназначенного для нанесения защитных покрытий горячим методом.

Методики эксперимента

В качестве исходного материала использовали алюминий марки А7, цинк марки ч.д.а., гранулированный и магний металлический – гранулированный марки х.ч. Из указанных металлов были получены сплавы в тиглях из оксида алюминия в шахтной печи сопротивления типа СШОЛ в интервале температур 750–850 °С. Сплавы отливали в графитовой изложнице, диаметром 8 и длиной 140 мм. Нерабочая часть образцов изолировалась смолой (смесь 50% канифоли и 50% парафина). Рабочую торцевую часть зачищали наждачной бумагой, полировали, обезжиривали, травили в 10%-ном растворе NaOH, тщательно промывали спиртом и затем погружали в раствор NaCI. Температура раствора в ячейке поддерживалась постоянная (20 ⁰С) с помощью термостата МLШ–8. Электродом сравнения служил насыщенный хлорсеребряный, вспомогательным – платиновый.

Исследование анодного поведения сплавов Zn5Al, Zn55Al, легированного магнием проводилось в электролитах NaCl с концентрациями 0.03; 0.3 и 3% на потенциостате ПИ–50.1.1 со скоростью развёртки потенциала 2 мВ/сек по методике, описанной в работе [2]. При электрохимических исследованиях образцы потенциодинамически анодно поляризовали от бестокового потенциала, установившегося при погружении, до резкого возрастания тока в результате питтингообразования. Затем образцы поляризовали в обратном направлении до потенциала – 1400 мВ, в результате чего происходило подщелачивание приэлектродного слоя. Наконец, образцы поляризовали вновь в положительном направлении. Экстраполяция катодных кривых проводилось до потенциала -1.600 ¸ -1.800 В. Плотности тока коррозии как основной электрохимической характеристики процесса коррозии, определяли по катодной кривой с учётом наклона тафелевской прямой, равной b_к = 0.124 В [3]. В качестве примера на рис. 1 представлена потенциодинамическая поляризационная кривая сплава Zn55Al, легированного 0.05 мас.% магнием. Расчёт плотности тока коррозии (i, А/м²) проводили по следующим уравнениям:

S = πr² ; i = I / S ,

где S – рабочая поверхность круглых образцов, м²; I – сила тока коррозии, А.

Скорость коррозии в свою очередь является функцией тока коррозии, находимой по формуле:

K = i_корр. ^. к ,

где: к – электрохимический эквивалент, численное значение, которого для цинка составляет 1.22 (для сплава Zn5Al) и 0.778 г/А∙ч как усреднённое для цинка (1.22) и алюминия (0.335) для сплава Zn55Al, которое на половине состоит из алюминия.

Экспериментальная часть

Приведенные на рис. 2 изменение потенциала коррозии сплава Zn5Al, легированного магнием во времени в среде электролита 3%-ного NaCl фиксировалось в течение часа, который показывает, что впервые минуты погружения сплава в раствор происходит резкое смещение потенциала в положительную область. Как видно, по мере увеличении концентрации хлор-ионов в электролите потенциал коррозии (-Е_кор) уменьшается, что свидетельствует о понижении коррозионной стойкости сплавов в среде NaCl.

Результаты исследования анодного поведения сплавов Zn5Al и Zn55Al, легированного магнием, представленные в табл. 1 и 2, свидетельствуют, что добавки магния в пределах 0.005–0.1 мас.% сдвигают потенциал коррозии исходных сплава сплавов Zn5Al и Zn55Al в положительную сторону. Однако дальнейший рост содержания магния в сплавах до 2.0 мас.% сдвигает Е_кор в отрицательную область и при этом наиболее заметен и сдвиг потенциала питтингообразования (Е_no) и репассивации (Е_рп) в отрицательном направлении. Вышеперечисленная особенность наблюдалось в трех исследованных средах.

Как видно из табл. 1 и 2, с увеличением концентрации хлор–ионов потенциалы коррозии, питтингообразования и скорость коррозии сплавов Zn5Al и Zn55Al, легированных магнием уменьшаются, что указывает на снижение коррозионной стойкости сплавов под воздействием хлор–ионов. Таким образом, сплавы легированные магнием характеризуются более низким значением скорости коррозии, чем исходных цинк-алюминиевых сплавов (табл. 1, 2).

В целом, проведённые электрохимические исследования цинк-алюминиевых сплавов Zn5Al и Zn55Al, легированного магнием позволяют получить коррозионностойкие покрытия с оптимальной концентрацией магния 0.005–0.1 мас.%. Скорость коррозии данных сплавов в 2–2.5 раза ниже, чем исходного сплава и они могут использоваться в качестве анодного покрытия для защиты от коррозии стальных сооружений.

Выводы

Установлены закономерности изменения электрохимических характеристик сплавов Zn5Al и Zn55Al, легированных магнием, в растворах NaCl с концентрациями 0.03, 0.3 и 3%. В частности показано, что увеличение концентрации хлор-ионов в электролите способствует уменьшению величины потенциала коррозии. Определено, что потенциалы питтингообразования и репассивации с ростом концентрации легирующего элемента в сплавах смещаются в положительную, а с увеличением концентрации хлор–ионов в растворе в отрицательную область. Скорость коррозии исходных сплавов Zn5Al и Zn55Al уменьшается в 2–2.5 раза при легировании их магнием до 0.1%.

Список литературы

1. Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыксин И.Е. Потенциостатические

методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите. Под ред. акад. Я.М. Колотыркина. Л.: Химия, 1972. 240 с.

2. Умарова Т.М., Ганиев И.Н. Коррозия двойных алюминиевых сплавов в

нейтральных средах. Душанбе: Дониш, 2007. 258 с.

3. Колотыркина Я.М. Металл и коррозия. М.: Металлургия, 1985. 88 с.

Рис. 1. Потенциодинамическая поляризационная кривая сплава Zn55Al,

содержащего 0.05 мас.% магния в 3%-ном растворе NaCl.

Е – потенциал (В), i - плотности тока (А∙м^-2).

Рис. 2. Изменение потенциала свободной коррозии Е_кор (В) во времени

τ (мин) сплавов Zn5Al (1), содержащих магний (2-8) в среде

электролита 3%-ного NaCl. С_Mg (мас.%): 2 – 0.005, 3 – 0.01,

4 – 0.05, 5 – 0.1, 6 – 0.5, 7–1.0, 8–2.0.

Таблица 1

Коррозионно-электрохимические характеристики сплава Zn5Al,

легированного магнием, в среде электролита NaCl

Среда	Содер-жание магния в сплаве, мас.%	Электрохимические свойства					Скорость коррозии
		-Есв.корр.		-Екорр.	-Епо.	-Ереп.	iкорр.∙10^-2	K∙10^-3
		В					А/м^2	г/м^2∙ ч
0.03% NaCI	-	1.050	1.060		0.915	0.930	0.102	1.24
	0.005	0.998	1.000		0.845	0.922	0.031	0.38
	0.01	0.969	0.972		0.825	0.958	0.026	0.32
	0.05	0.977	0.980		0.855	0.962	0.033	0.40
	0.1	0.985	0.987		0.870	0.970	0.034	0.41
	0.5	1.005	1.010		0.895	0.982	0.041	0.50
	1.0	1.020	1.025		0.910	0.988	0.059	0.72
	2.0	1.055	1.060		0.925	0.995	0.068	0.83
0.3% NaCI	-	1.070	1.080		0.935	0.950	0.105	1.28
	0.005	1.014	1.022		0.880	0.942	0.033	0.40
	0.01	0.976	0.983		0.905	0.963	0.029	0.35
	0.05	0.980	0.990		0.912	0.968	0.036	0.44
	0.1	0.997	1.000		0.924	0.974	0.037	0.45
	0.5	1.018	1.017		0.930	0.980	0.045	0.55
	1.0	1.040	1.045		0.935	0.985	0.064	0.78
	2.0	1.075	1.075		0.940	0.990	0.076	0.93
3% NaCI	-	1.100	1.115		0.965	0.980	0.109	1.33
	0.005	1.060	1.065		0.915	0.955	0.037	0.45
	0.01	1.025	1.030		0.908	0.945	0.032	0.39
	0.05	1.032	1.038		0.920	0.950	0.039	0.47
	0.1	1.042	1.045		0.933	0.962	0.040	0.48
	0.5	1.064	1.065		0.944	0.970	0.053	0.65
	1.0	1.095	1.100		0.975	0.985	0.071	0.86
	2.0	1.112	1.115		0.983	1.000	0.080	0.97

Таблица 2

Коррозионно-электрохимические характеристики сплава Zn55Al,

легированного магнием, в среде электролита NaCl

Среда	Содер-жание магния в сплаве, мас.%	Электрохимические свойства					Скорость коррозии
		-Есв.корр.		-Екорр.	-Епо.	-Ереп.	iкорр.∙10^-2	K∙10^-3
		В					А/м^2	г/м^2∙ ч
0.03% NaCI	-	0.970	0.990		0.850	0.870	0.030	0.233
	0.005	0.920	0.930		0.815	0.835	0.010	0.078
	0.01	0.950	0.960		0.822	0.866	0.007	0.054
	0.05	0.956	0.973		0.835	0.870	0.006	0.047
	0.1	0.972	0.980		0.848	0.880	0.012	0.093
	0.5	0.980	0.990		0.880	0.890	0.016	0.124
	1.0	1.005	1.012		0.895	0.902	0.021	0.163
	2.0	1.033	1.045		0.900	0.914	0.027	0.210
0.3% NaCI	-	1.000	1.020		0.880	0.890	0.033	0.257
	0.005	0.995	1.005		0.820	0.860	0.012	0.093
	0.01	1.018	1.023		0.843	0.880	0.008	0.062
	0.05	1.024	1.035		0.860	0.875	0.007	0.054
	0.1	1.040	1.055		0.875	0.885	0.014	0.109
	0.5	1.063	1.066		0.935	0.950	0.017	0.132
	1.0	1.075	1.081		0.952	0.965	0.024	0.187
	2.0	1.080	1.090		0.960	0.976	0.031	0.241
3% NaCI	-	1.020	1.040		0.900	0.920	0.037	0.288
	0.005	1.010	1.015		0.845	0.880	0.015	0.117
	0.01	1.022	1.032		0.866	0.930	0.009	0.070
	0.05	1.030	1.045		0.870	0.930	0.013	0.101
	0.1	1.048	1.064		0.883	0.951	0.015	0.117
	0.5	1.069	1.078		0.950	0.979	0.025	0.195
	1.0	1.120	1.133		0.967	0.992	0.030	0.233
	2.0	1.165	1.172		0.983	0.105	0.036	0.280

СВЕДЕНИЯ

об авторах

№	Ф.И.О.	Должность, уч. степень	Домашний адрес и тел.
1	Ганиев Изатулло Наврузович	Зав. лабораторией Института химии АН РТ, академик АН Республики Таджикистан, д.х.н., профессор	Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. А.Сино, 734043, дом 130/5-49
2	Обидов Зиёдулло Рахматович	К.т.н., старший научный сотрудник лаборатории «Коррозионностойкие материалы» Института химии АН РТ	Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. Борбад, 734061, дом 48/28-209 тел.: 934218210 E-mail: z.r.obidov@mail.ru
3	Амини Резо Наджафабади	Аспирант Института химии АН Республики Таджикистан	Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. Борбад, 734061, дом 46/31-99
4	Ганиева Наргис Изатуллоевна	К.т.н., доцент ТТУ им. акад. М.С. Осими	Республика Таджикистан. г.Душанбе, пр. А.Сино, 734043, дом 130/6-15