Диссертация (Повышение коррозионной стойкости конструкционных сталей комбинированными методами хто, включающими цинкование и азотирование), страница 13

участку конца пассивационной области,­ ΔЕ = ЕПП - ЕПАСС– ширину пассивационной области.Чем шире область потенциалов, в которой металл находится в пассивномсостоянии, чем более отрицателен потенциал полной пассивации, и чем болееположительным является потенциал перепассивации, тем выше стойкость металлапротив коррозии в данной среде. Кроме того, о высокой коррозионной стойкостиговорят низкие значения критического тока пассивации и тока в пассивной области.В случае, если кривые не имели ярко выраженных областей пассивации иперепассивации, измеряли потенциал свободной коррозии, т.е.

стационарный76потенциал, при котором начинается анодное растворение металла; он фиксируетсяпри выключенной электрохимической ячейке, когда ток равен нулю [39].2.4.2 Испытания на равномерную коррозию методом поляризационногосопротивленияМетод поляризационного сопротивления позволяет определить скоростьпротекания коррозионных процессов и исследовать кинетику коррозионногопроцесса. По чувствительности и по диапазону измеряемых скоростей коррозииметод поляризационного сопротивления превосходит многие методы, в то времякак аппаратурное оформление и методика проведения достаточны просты.Лабораторная установка состояла (рис.

2.13) из коррозиметра «Эксперт-004»сдвухэлектроднымдатчиком,электрохимическойячейки,персональногокомпьютера.ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКАКАКОРРОЗИМЕТР«ЭКСПЕРТ 004»НОУТБУКРисунок 2.13 – Схема компьютеризированной экспериментальной установки дляпроведения электрохимических измерений равномерной коррозии.77Универсальный коррозиметр «Эксперт-004» (рис. 2.14) позволяет определитьпоказатели сплошной равномерной коррозии на исследуемых образцах вагрессивной жидкой электропроводной среде в непрерывном автоматическом режиме.Технические показатели коррозиметра:­диапазон измерений скорости коррозии 0,001 мкм/год ÷ 20мм/год;­ чувствительность до 10-3 мкм/год;­ пределы относительной погрешности измерительного преобразователя ±5%;­ площадь образца 0,0001 – 2х105 см2;­ температура окружающего воздуха 5 - 400С;­ время установления рабочего режима15 мин;­ питание автономное (от аккумулятора или гальванических элементов) и отсети переменного тока;­ возможность непрерывной работы с персональным компьютером.Рисунок 2.14 – Внешний вид коррозиметра «Эксперт-004» с измерительнымдвухэлектродным датчиком.Электрохимическая ячейка состоит из рабочего и вспомогательногоэлектродов, помещенных в электролит.

Рабочий и вспомогательный электродобразуют электрическую цепь, через которую проходит ток поляризации.Значение потенциала рабочего электрода определяется стабильностью усилителякоррозиметра и коэффициентом его усиления. Значение потенциала рабочегоэлектрода может изменяться ступенчатого и по линейному закону.78Образцы для экспериментального исследования коррозионной стойкостиимеют вид стержней длиной 50 мм и диаметром 5 мм.Поверхность образцов подвергается чистовой обработке: точению,шлифованию, полированию с последующим обезжириванием.

Нерабочие стороныцилиндрических образцов покрывали эпоксидными смолами для созданиягерметичной заглушки.Цилиндрические образцы помещали в термостатированную стекляннуюёмкость, содержащие электролит объёмом 250 мл при температуре 20±10С (рис. 2.15).Рисунок 2.15 – Термостатированная стеклянная ячейка с двухэлектроднымдатчиком.Испытательной средой являлся водный раствор NaCl, содержащий 16,5 г/лхлористогонатриядистиллированной(рН=6,0),воды.которыйРастворготовилиразмещалсясвиспользованиемдвухэлектроднойэлектрохимической ячейке и в ходе испытания он находился в свободномконтакте с воздухом лабораторного помещения.

Температура раствора (22-25) 0С.Методика проведения коррозионных испытаний заключается в следующем.1. Специально изготовленные цилиндрические образцы, являющиесярабочим и вспомогательным электродами, дополнительно полировали тонкойнаждачной бумагой № 0-1 и обезжиривали этиловым спиртом.792. Цилиндрические образцы-электроды навинчивали на штифты с резьбойизмерительного двухэлектродного датчика (рис.

2.15), помещали в коррозионноактивную среду, находящуюся в стеклянном термостатированном резервуаре, ивыдерживали определенное время для получения стабильных показаний (не менее6÷12 ч).3. Перед измерением скорости сплошной (равномерной) коррозии вводилипараметры измерения:а) площадь электрода 8 см2,б)материалэлектрода–железоплотностьFe(II),ρ = 7,87 г/см3, электрохимический эквивалент q=1,042 г/(Aч), отношениеq=0,1324 и коэффициент материала электрода – 1;в) диапазон компенсации начальной разности потенциалов электродов,обусловленнойналичием дефектов, небольшимиразличиямив качествеповерхности образцов, устанавливали до 100 мВ;г) продолжительность поляризующего импульса, обусловленная свойствамикоррозионной среды;4.

Включали коррозиметр и осуществляли проведение измерений скоростикоррозии через 15 мин (время установления рабочего режима коррозиметра); дляповторного определения показаний делали паузу от 5 до 10 мин во избежаниеполяризацииэлектродов,чтомоглоприводитькневоспроизводимымрезультатам.5. Производили измерение глубинных показателей скорости коррозии спомощью коррозиметра в периодическом режиме с автоматической записью накомпьютере.Метод поляризационного сопротивления, предложенный в 1957 г. ШтерномиГири,получилбольшоераспространениесредиприборныхметодовкоррозионного контроля в жидких проводящих средах.В предположении о том, что анодная и катодная реакции находятся подактивационным контролем (концентрационная поляризация незначительна),80показано, что при небольшом сдвиге потенциала металлического электрода (ΔE)от потенциала коррозии (EКОРР) измеряемая плотность внешнего тока в цепирабочего и вспомогательного электродов (iИЗМ) связана с плотностью токакоррозии (iКОРР ) уравнением (2.1) [1, 42]:iКОРРiИЗМ 112,303E bA1bК1iИЗМ bAbК12,303E bA bК(2.1)илиEiИЗМbAbK2.303 (bA bK ) iКОРРВiКОРРRП ,(2.2)где bА и bК – тафелевские наклоны анодного и катодного процессов, RП –поляризационное сопротивление.Посколькутафелевскиекоэффициентыявляютсяотносительнопостоянными величинами для данного металла и среды, измеряемая плотностьтока (iИЗМ) согласно уравнению (2.1) пропорциональна (iКОРР) которая, в своюочередь, пропорциональна скорости коррозии металла:iКОРР Такимобразом,скоростьВ.RПкоррозии(2.3)измеряетсяповеличинеполяризационного сопротивления RП, т.е.

по наклону поляризационной кривой,полученной в той области потенциала Е, где зависимость между поляризациейэлектрода и плотностью тока линейна, а именно: вблизи потенциала Екорркорродирующего металла.Средиэлектрохимическихспособовизмерениялинейногополяризационного сопротивления (ЛПС) потенциостатический метод обладаетнаиболее широким диапазоном измеряемых значений скорости коррозии(110-3-2104мкм/год)[109-113].Достоверностьопределенияскоростикоррозионного процесса этим методом определяется следующим:1) при малых отклонениях значений потенциала электрода от потенциалакоррозии (до 10 мВ) выполняется условие (2.1) для начального линейного участкаполяризационной кривой;812) анодные и катодные процессы протекают под активационным контролем;3) зонды с двумя электродами обеспечивают измерение скорости коррозии вбольшинстве технологических жидкостей (сопротивление раствора значительнониже поляризационного сопротивления);4) величина результирующего тока после подачи поляризующего импульса(от 10 с до 8 мин) c учетом площади электродов, плотности металла, тафелевскихкоэффициентов пересчитывается в значение глубинного показателя коррозии.Результаты,полученныеспомощьюуниверсальногокоррозиметра«Эксперт-004» для определения показателей общей, питтинговой коррозии ипотенциалов коррозии металлов в различных водных средах с использованиемусовершенствованного метода линейного поляризационного сопротивлениякоррелируют с данными гравиметрии [114-115].Учитывая, что глубинный показатель скорости коррозии равен:dlКгл=d ,(2.4)где l – глубина коррозионного поражения; можно, интегрируя по времени τвыражение (2.4), получить зависимость l от τ:l = Кглτ .(2.5)Выражение (2.5) позволяет сделать прогноз о коррозионной стойкостиметалла, задаваясь толщиной изделия l и используя значения глубинногопоказателя Кгл скорости сплошной (равномерной) коррозии.2.4.3 Испытания на коррозионную стойкость в соляном туманеИспытания на воздействие соляного тумана являются общепринятым исамым распространенным типом испытаний на коррозионную стойкость.

Какправило, условия, создаваемые при испытании на воздействие соляного тумана,отличаются от естественных условий эксплуатаций, поэтому по результатамиспытаний нельзя точно прогнозировать жизненный цикл изделий в реальных82условиях, но возможно получить относительные данные о коррозионнойстойкости изделия.Коррозионные испытания образцов проводили в камере соляного туманаAscott S120iP (производство Великобритания) в соответствии с международнымстандартом ASTMB117.Испытания проводились по условиям ГОСТ9.308-85 [116].При помощи сжатого воздуха 5% раствор NaCl распылялся внутри камеры сиспытуемыми образцами в виде тумана (рис. 2.16).

Образцы располагались вкамеренижеуровняраспылениясоляноготумана,чтоисключилонепосредственное воздействие соляного тумана на образцы. В ходе испытанийсоляной туман выпадал конденсатом на образцы со скоростью от 1,0 до 2,0мл/80см² в час. Величина pH раствора составляла от 6,5 до 7,2.Испытанияпроводились при температуре +35°С и влажности 95-100%. Время испытаний от24 до 240 часов.Рисунок 2.16 – Схема камеры соляного тумана Ascott S120iP.Оценка стойкости против коррозии проводиласьстатистически поколичеству коррозионных питтингов (каверн), визуализируемых на участкахповерхности образцов площадью 1 см2 в месте надреза [117].Степень поражения поверхности металла коррозией питтингами (KS) впроцентах вычисляют по формуле:KS SкоррS100%, .(2.6)где Sкорр – площадь поверхности с питтинговой коррозией, м2; S – площадьповерхности образца, м2.83При одинаковой площади поверхности образцов оценка коррозионнойстойкости образцов в определенном приближении может проводиться поколичеству образовавшихся питтингов.Метод позволяет также осуществлять экспресс-оценку стойкости стали всоляном тумане визуально с определением параметра времени до появлениявидимых признаков коррозии.2.5 Испытания механических свойств образцов с покрытиямиДля определения влияния азотирования на механические свойства стали сцинковыми покрытиями проводили испытания на износ, для оценки прочностисцепления получаемых слоев с подложкой – адгезионные испытания.2.5.1 Трибологические испытанияОпределение коэффициента трения проводилось на трибометре CSMTRBфирмы CSM Instruments TRB (производство Швейцария) [118].