Диссертация (1173091), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Цифровой анализатор на базе микроскопа использовали66для проведения металлографических исследований материалов и количественногоанализа структурных элементов.2.3.2 Дюрометрический анализИзмерение твердости часто служит основным методом контроля качестваобработки металла.Для испытаний микротвердости использовался прибор ПМТ-3, работающийпо принципу вдавливания. В качестве наконечника (индентора) применяласьалмазная пирамидка с углом при вершине между противолежащими гранями1360–алмазный наконечник Виккерса. Величину нагрузкивыбирали взависимости от размера и твердости структурных составляющих, она изменяласьв диапазоне от 0,01Н (10г) до 0,01Н (100 г) [99, 100].Измерениедиагоналейотпечатковпроизводилисиспользованиемфотоэлектрического окулярного микрометра ФОМ-1-16 с автоматическойобработкой результатов или винтового окулярного микрометра МОВ-1-16х.Управление нагрузками осуществлялось в ручном режиме.
Просмотр образцов всветлом или темном поле производился через микроскоп микротвердомера.Ошибка измерения микротвердости на ПМТ-3 не превышала7%. Пополученным результатам измерения микротвердости оценивали эффективнуютолщину диффузионного слоя, т.е. толщину слоя, при которой выполнялосьусловие: НV> НV(сердцевины) в·1,25.2.3.3 Определение химического состава поверхностных слоев образцовметодом растровой электронной микроскопииИсследование структуры поверхности образцов, определение химическогосостава поверхностного слоя и фазовый анализ выполняли на сканирующем(растровом) электронном микроскопе (РЭМ) «JEOL JSM-6480LV» (производство«Япония») (рис.
2.4). Он работает в стандартном и в LV режимах, имеет67аналитические приставки для определения химического состава (спектрометры сэнергетической и волновой дисперсией).Сначала получали электронные изображения (разрешение до 3 нанометров)микрошлифов образцов стали либо в пучках отраженных электронов, либо впучках вторичных электронов.РЭМ спектроскопия позволяла проводить элементный анализ покрытий.Полученный химический состав покрытия и распределение элементов по глубинедиффузионного слоя при сопоставлении с диаграммами состояния исследуемыхсистем позволил сделать выводы о фазовом составе покрытия.Рисунок 2.4 – Сканирующий электронный микроскоп (РЭМ) JEOL JSM-6480LV.2.3.4 Определение химического состава поверхностных слоев образцов сталиметодом Оже-спектроскопииМетодэлектроннойОже-спектроскопиибазируетсянаанализеэнергетического распределения Оже-электронов, испускаемых поверхностьюобразца в вакууме при воздействии на этот образец электронного пучка.Экспериментально исследовали образцы на установке PHI-680 фирмы "PhysicalElectronics" (производство США) (рис.
2.5). Энергии электронных уровней атомов68элемента, участвующих в Оже-процессе, определяют положение каждого пикаОже-электронов [101-103]. Наличие элементов на поверхности исследуемогообразца и их приблизительная концентрация определяются положениямиэнергетических пиков. Определение положения пиков элементов на установкебыло выполнено с неопределенностью равной 0,03эВ в интервале измененияэнергий 0-2500 эВ.В ряде случаев при регистрации формы спектра и химических сдвиговположения пиков можно определить химическое состояние определяемогоэлемента (фазовый анализ).Метод электронной Оже-спектроскопии является полуколичественнымметодом анализа, его точность определяется как условиями эксперимента, так ихарактером исследуемых образцов.ИсследованиеодномерныхобъектовметодомэлектроннойОже-спектроскопии, как правило, сводится к исследованию поверхности этихобъектов,имеющихпродолжительныелинейныеразмерыводномизнаправлений.Таким образом, метод электронной Оже-спектроскопии позволяет: получать информацию о наличии химических элементов на поверхноститвердых образцов (кроме водорода и гелия); чувствительность метода –1-3 ат.
% элемента; проводить полуколичественный элементный анализ поверхностных слоев свысоким пространственным разрешением вплоть до 10 нм в латеральномнаправлении и от 5 до 50 Å в глубину; определять химическое состояние элементов (фазовый анализ);проводить послойный анализ распределения элементов по глубине с большимпространственным разрешением после очистки поверхности образцов отадсорбированных на воздухе примесей на глубину порядка 1 мкм с помощьюионной пушки, при скорости травления 3 нм/мин (по SiO2).69Рисунок 2.5 – Установка электронной Оже-спектроскопии PHI-680 фирмы"Physical Electronics".2.4 Методы коррозионных испытанийСреди количественных методов коррозионных испытаний металлов исплавовнаиболеечастоприменяютсягравиметрический,объемный,металлографический и электрохимический [104, 105].
В работе для исследованиякоррозионнойстойкостиприменялитриметода:электрохимические,сравнительные испытания в соляном тумане и испытания на скоростьравномерной коррозии.2.4.1 Электрохимический метод испытаний на коррозиюЭлектрохимическиеметодыисследованийкоррозионнойстойкостиметаллических материалов заключаются в определении тока коррозии (илиплотности тока коррозии), отвечающего скорости коррозионного процесса, поданным об изменении электродных потенциалов [39, 106-108].При погружении образца стали в электролит и подаче на него напряжения(потенциала E, мВ), в системе возникает электрический ток.
Ток обусловленрастворением исследуемого образца, то есть его коррозией. Соответственно,70величина силы тока I (мА) или плотности тока i(мА/см2), возникающего всистеме, обратно пропорциональна коррозионной стойкости образца.Испытания на коррозионную стойкость электрохимическим методомпроводили в соответствии с методикой ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»(стандарт СТО 00190242-001-2008).
Метод заключается в снятии классическойаноднойпотенциодинамическойкривойпрямогоиобратногоходасопределением параметров оценки стойкости покрытия против локальнойкоррозии.Лабораторная установка состояла (рис. 2.6) из потенциостата IPC (выходноенапряжениепотенциостата35В,выходнойтокнеменее0,5 А), токоизмерительного прибора (с чувствительностью не ниже 1х10-6 А ивозможностью измерения силы тока в пределах от 1мкА до 0,1А), совместимого систочникомполяризации(потенциостатом),иоткрытойстекляннойтрехэлектродной ячейки типа ЯСЭ-l, оснащенной платиновым электродом ихлорид-серебряным электродом сравнения (н.х.с.э.
– насыщенный хлоридсеребряный электрод) (рис. 2.7-2.9).Рисунок 2.6 – Схема компьютеризированной экспериментальной установки дляпроведения электрохимических измерений:1 – персональный компьютер;2 – цифровой малогабаритный потенциостат-гальваностат IPCPro;3 –экранированные кабели для подключения электрохимической ячейки; клемма W(Working) – рабочий электрод; R (Reference) – электрод сравнения; C(Сounter) –вспомогательный электрод); ЭЯ – электрохимическая ячейка(ЭСр – электрод сравнения; РЭ – рабочий электрод; ВЭ – вспомогательный электрод).71Рисунок 2.7 – Схематичное изображение электрохимической ячейки.Рисунок 2.8 – Фотография электрохимической ячейки.Е,мВI,мАВспомогательныйэлектрод (графит,платина)ПотенциостатПоддержаниезаданного значенияпотенциалаРабочий электрод(образец стали)Электрод сравнения(хлор-серебрянныйэлектрод)Рисунок 2.9 – Принцип работы электрохимической ячейки.72Вид образца определялся типом используемой электрохимической ячейки(рис.2.10).Рабочиеповерхностиобразцов(размером20х40х5мм)передисследованиями предварительно шлифовались с помощью наждачной бумаги споследовательно убывающим зерном абразива до уровня шероховатости Ra0,8 мкм(рис.
2.11). После шлифования образцы промывали, высушивали фильтровальнойбумагой и обезжиривали. Затем на нерабочую часть поверхности каждого образцананосилиизолирующеепокрытие(расплавленныйпарафин)икрепилитокопроводящее устройство. Неизолированная рабочая поверхность каждогообразца составляла порядка 1,0-1,5 см2.Таким образом, для подготовки образца к испытаниям использовались:шлифовальныйрасплавлениястанок;электрическаяпарафина;парафинплитаилигазоваяпромышленныйгорелка(ГОСТдля23683-89);штангенциркуль (ГОСТ 166-89).В качестве испытательных сред использовали: водныйраствор,содержащий16,5г/лхлористогонатрия(рН=6,0),приготовленный с использованием дистиллированной воды; имитат морской воды (рН=6,5), состав которой включал на 1000г H2O: 27,213гNaCl, 3,807г MgCl2, 1,658 г MgCl2, 1,260 г CaSO4 , 0,863 г K2SO4, 0,123 гCaCO3, 0,076 г MgBr2; 0.5М раствор H2SO4.Раствор размещался в трехэлектродной электрохимической ячейке, в ходеиспытания он находился в свободном контакте с воздухом лабораторногопомещения.
Температура раствора (22-25) 0С.Метод электрохимического исследования заключается в определениипараметров коррозии на основе снятия классических анодных кривых, анодныхпассивационных кривых и потенциодинамических кривых (ПДК).Для снятия анодной кривой (зависимости плотности тока от времени,протекающего на границе раздела образец стали – электролит) использовалиметод хроноамперометрии. При помощи потенциостата задавали постоянное73значениепотенциала,имеющееболееположительноезначение,чемстационарный потенциал исследуемых сталей (Е=-300мВ).Рисунок 2.10 – Геометрические размеры образца.а)б)Рисунок 2.11 – Вид образца стали: а – до испытаний; б – после испытаний.С течением времени анодное растворение рабочей поверхности образцаприводило к появлению анодного (положительного) тока.
В пересчете наизвестную площадь рабочей поверхности образца получали зависимостьплотности анодного тока от времени. Величина плотности анодного тока ихарактеризмененияэтогопараметраоднозначносвидетельствовалиинтенсивности коррозионных процессов, протекающих на поверхности стали.об74Снятие потенциодинамических кривых (ПДК – зависимости плотности токаот потенциала, изменяющегося в прямом и обратном направлении) проводили сиспользованием высокоомного вольтметра М265М и гальванометра М82 (длятоков не более 60 мА). Зависимости «потенциал – плотность тока» анализировалипри помощи компьютерной программы при следующих рабочих параметрахрежимов наблюдения:В режиме прямого хода: потенциал начала записи ПДК -650 мВ (н.х.с.э.);время выдержки при данном потенциале 60 с; конечный потенциал прямого ходаПДК -300 мВ (н.х.с.э.); скорость развертки 0,5 мВ/с или 1,8 В/ч.В режиме обратного хода: начало обратного хода от потенциала -300 мВ(н.х.с.э.); конечный потенциал обратного хода ПДК -700 мВ (н.х.с.э.); скоростьразвертки обратного хода 0,5 мВ/с или 1,8 В/ч.По классической анодной кривой и ПДК прямого хода определяликоррозионные параметры образцов сталей: значения потенциала активации ЕАКТ (при i=0), мВ; плотности тока i-300, мА/см2 при значении потенциала Е=-300мВ; максимальное значение плотности тока iMAX,мА/см2; значениепотенциалаЕiMAX,мВ,соответствующеемаксимальномутокуПоказателями высокой коррозионной стойкости металла являются большиеотрицательные значения потенциалов и малые значения плотности токов.На анодной поляризационной кривой (рис.
2.12), соответствующейпереходу металла в пассивное состояние, можно выделить ряд характерных точеки участков[3]:0 ЕА – равновесный потенциал анода, ЕОК– потенциал образования оксида металла, Е3– потенциал начала пассивации, Е4– потенциал полной пассивации, Е5 – потенциал перепассивации, (Е4 – Е5) - ширина пассивной области.75-ЕЕА012ЕОКЕ33Е4ПП45Е56lgiППlgiMAXlgiРисунок 2.12 – Анодная поляризационная кривая (зависимость потенциала анодаот логарифма плотности тока).Таким образом, экспериментальная обработка анодных поляризационныхкривых дает следующие параметры, характеризующие коррозионный процесс: ЕНП – потенциал начала пассивации, соответствующий значению критического(максимального) тока пассивации, ЕПАСС – потенциал полной пассивации, соответствующий значению тока впассивной области (минимальному), ЕПП – потенциал перепассивации, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
