CC BY
63
УДК 620.193.462.21
ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СТАЛИ ПОСЛЕ НАНЕСЕНИЯ ФОСФАТНОГО ПОКРЫТИЯ МЕТАС
1 9
© О.В. Немыкина1, М.В. Давыдкин2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты экспериментальных потенциодинамических исследований коррозионной стойкости стали марки Ст 3 с фосфатным покрытием МЕТАС в сравнении с покрытием холодного фосфатирования и без покрытия. Установлено, что применение фосфатно-минеральной композиции МЕТАС в качестве защиты металлоконструкций от коррозии не только не имеет смысла, но может нанести вред и ускорить коррозионные разрушения под действием агрессивных сред. Ил. 5. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: коррозионная стойкость; поляризационные кривые; стационарный потенциал.
RESEARCHING CORROSION RESISTANCE OF STEEL WITH METAC PHOSPHATE COATING O.V. Nemykina, M.V. Davydkin
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The paper presents the results of experimental potentiodynamic studies of the corrosion resistance of steel of Ст 3 mark treated with a phosphate coating of METAC in comparison with cold phosphate coating and without coating. It is established that the application of phosphate mineral composition of METAC as a corrosion resistance means for steelworks is useless, and moreover it can be harmful and accelerate corrosion destructions under the effect of hostile environments. 5 figures. 5 sources.
Key words: corrosion resistance; polarization curves; steady state potential.
Введение. В настоящее время выпускается большой ассортимент фосфатирующих концентратов, каждый из которых предназначен для нанесения фосфатных покрытий с определённой целью. Некоторые из концентратов предназначены для фосфатирования перед нанесением лакокрасочных покрытий, другие - перед операциями холодной деформации (штамповки, волочения проволоки и различного профиля, холодной прокатки, глубокой вытяжки), для повышения коррозионной стойкости, для фосфатирова-ния перед промасливанием, для предотвращения за-диров трущихся деталей и улучшения приработки и т.д. В зависимости от назначения фосфатные покрытия имеют различную структуру, толщину, пористость.
Назначение фосфатного покрытия зависит и от следующих факторов: марка обрабатываемого металла, его толщина, условия эксплуатации, наличие механических нагрузок в процессе эксплуатации, характеристика и габаритные размеры фосфатируемых изделий, наличие жировых и оксидных загрязнений.
При фосфатировании в растворе и на поверхности изделия протекают реакции [1]:
а) диссоциация дигидроортофосфатов и железа с образованием ионов Fe2+, НРО42-, РО43-, Н+;
б) катодное восстановление ионов гидроксония до водорода;
в) анодное растворение железа: Fe = Fe2+ + 2е;
г) взаимодействие катионов Fе2+ и Мп2+ с аниона-
о о
ми НР04 и РО4 с образованием нерастворимых соединений FeHPО4 , Ре3(Р04)2 .
МЕТАС - прозрачная жидкость довольно вязкой консистенции, без запаха, с рН = 2, что связано с содержащейся в составе покрытия концентрированной фосфорной кислотой. Это универсальная фосфатно-минеральная композиция, имеющая широкий спектр применения.
По мнению разработчиков МЕТАС - это эффективная защита от коррозии, не имеющая мировых аналогов: при нанесении на поверхность образует прочный защитный поверхностный слой из оксидов алюминия и титана, стойкий в воздушной и жидкой среде.
Цель проводимых исследований - проверка эффективности коррозионной защиты покрытия МЕТАС. Производители МЕТАС позиционировали данный продукт как наиболее эффективное средство при борьбе с коррозией и рекомендовали использовать его непосредственно на химическом производстве. Однако эти рекомендации не обеспечивали достаточной достоверности применимости данного материала. Для уточнения свойств МЕТАС и были проведены исследования.
Методика исследований. Для проверки коррозионной стойкости МЕТАС применялась методика элек-
1Немыкина Ольга Владимировна, кандидат химических наук, зав. кафедрой химической технологии неорганических веществ и материалов, тел.: 89501343562, e-mail: [email protected]
Nemykina Olga, Candidate of Chemistry, Head of the Department of Chemical Technology of Inorganic Substances and Materials, tel.: 89501343562, e-mail: [email protected]
2Давыдкин Максим Валерьевич, аспирант, тел.: 89016541007, e-mail: [email protected] Davydkin Maxim, Postgraduate, tel.: 89016541007, e-mail: [email protected]
трохимических испытаний согласно ГОСТу 30662-99 «Преобразователи ржавчины. Методы испытаний защитных свойств лакокрасочных покрытий» [3] с учетом рекомендации к испытанию и интерпретации результатов при электрохимических испытаниях материалов с покрытием.
Поляризационные кривые снимались на потен-циостате IPC-Pro MF при скорости развертки потенциала 10 мВ/с, в растворе хлорида натрия концентрацией 3% масс. В качестве электрода сравнения использовался хлорсеребряный электрод, в качестве вспомогательного - платиновый. Потенциалы приведены по шкале нормального водородного электрода. В качестве рабочего электрода использовались образцы стали марки Ст 3 с нанесенным покрытием МЕТАС. Для сравнения эффективности покрытия МЕТАС дополнительно изготовлялись образцы Ст 3, на которых проводилось нанесение покрытия холодного фосфа-тирования в течении 30 мин. составом: фосфорная кислота Н3РО4 - 90 г/л, окись цинка ZnО - 18 г/л, азотнокислый натрий NaNO2 - 2 г/л, каустическая сода NaOH - 10 г/л. Данный способ широко применяется при холодном фосфатировании достаточно давно.
Образцы изготовлялись из листовой стали толщиной 1,5 мм, нарезались в форме флага (размеры хвостика 40х0,1 см; размер площадки флага 0,5 см х 0,5 см). Площадь электрода замерялась после снятия
кривых по границе активного растворения. Рабочий электрод шлифовали наждачной бумагой, скругляли торцы, промывали дистиллированной водой, обезжиривали ацетоном и протирали фильтровальной бумагой. Перед нанесением покрытия МЕТАС и фосфати-рованием образцы высушивали в эксикаторе в течение 5 сут. После нанесения покрытия сушили еще 2 сут. После высыхания покрытия МЕТАС на поверхности оставался белый налет (остаток солей), который легко смывался водой. Для каждого типа испытания было подготовлено по 3 образца.
Согласно ГОСТу 30662-99, защитную способность покрытий с преобразователями ржавчины оценивают по характеру зависимости потенциал - время, а также по конечному значению потенциала. Чем медленнее происходит изменение потенциала во времени при выдержке образцов в растворе, и чем положительнее потенциал электрода (коррозионный потенциал) устанавливается за время испытаний, тем более эффективно покрытие.
Результаты исследований и их обсуждение. Снятие поляризационных кривых проводилось сразу после высыхания покрытия (рис. 1), после выдержки в течении 16 ч в растворе NaCl концентрацией 3% масс (рис. 2) и после выдержки в течении 40 ч в том же растворе (рис. 3).
Рис. 1. Поляризационные кривые Ст 3 без покрытия, с покрытием МЕТАС и с фосфатным покрытием в растворе ЫаО! концентрацией 3% масс
Рис. 2. Поляризационные кривые Ст 3 без покрытия, с покрытием МЕТАС и с фосфатным покрытием в растворе ЫаО! концентрацией 3% масс (предварительная выдержка 16 ч)
Рис. 3. Поляризационные кривые Ст 3 без покрытия, с покрытием МЕТАС и с фосфатным покрытием в растворе ЫаО! концентрацией 3% масс (предварительная выдержка 40 ч)
На рис. 4 представлена зависимость изменения потенциала от времени при выдержке образцов в растворе NaCl концентрацией 3% масс. Точки соответствуют стационарным потенциалам стали Ст 3 с покрытием и без него, значения которых получены при снятии поляризационных кривых (рис. 1-3).
С течением времени происходит изменение стационарного потенциала. Небольшое изменение потенциала стали Ст 3 связано, по-видимому, с незначительным изменением состава поверхности металла (образование оксидной или солевой пленок). В среднем равновесный потенциал стали Ст 3 составляет -400 мВ. Потенциал стали Ст 3, подвергнутой холодному фосфатированию, изначально составил -340 мВ, что говорит о возрастании коррозионной стойкости фосфатированной стали относительно стали без покрытия. С течением времени, т.е. через 16 и 40 ч, равновесный потенциал фосфатированой стали стал почти таким же, как и у стали Ст 3, что говорит о том, что покрытие практически растворилось или утратило свои защитные свойства. Фосфатные покрытия, получаемые холодным способом по сравнению с горячим фосфатированием, довольно плохо противостоят коррозионному воздействию (из-за незначительной толщины получаемых покрытий и др.).
Стационарный потенциал для стали с покрытием МЕТАС оказался значительно отрицательнее, чем у
стали без покрытия и составил -590 мВ, что говорит о худших показателях коррозионной стойкости стали с этим видом покрытия.
После выдержки 16 и 40 ч стационарный потенциал начал расти и приблизился к стационарному потенциалу стали Ст 3. Но это не значит, что со временем стойкость к коррозии покрытия МЕТАС улучшается. Такое поведение потенциала, по-видимому, связанно с пористостью наносимого покрытия. Покрытия, получаемые после фосфатирования, часто имеют высокую пористость поверхности. Известно, что при наличии пор на поверхности металла с покрытием, поры (соответственно, незащищенный металл) будут представлять собой анодные участки по отношению к покрытым участкам и более активно растворяться под воздействием агрессивных сред. При снятии поляризационных кривых значение потенциала сдвигается в более отрицательную область, так как реальная площадь электрода уменьшается. При выдержке же в течении 16 и 40 ч происходит либо частичное растворение покрытия и увеличение реальной площади электродов (соответственно, приближение к потенциалу стали без покрытия) либо к углублению пор, образованию язв и также к увеличению реальной площади электродов. Однако не ясно, само ли покрытие является нестойким или наличие пор не позволяет судить о величине стационарного потенциала.
Рис. 4. Зависимость изменения потенциала от времени при выдержке образцов в растворе ЫаО! концентрацией 3% масс
Рис. 5. Поляризационные кривые стали Ст 3, покрытой МЕТАС и дополнительно машинным маслом в 3%-ом растворе ЫаС!
Благодаря большому количеству пор покрытие МЕТАС, возможно, может применяться в качестве грунтовки перед промасливанием или нанесением лакокрасочных покрытий для увеличения антикоррозионных свойств (хотя производители рекомендуют её как самостоятельное покрытие). Для проверки этого предположения образцы с покрытием МЕТАС окунались в нагретое до 80оС машинное масло. На рис. 5 видно, что нанесение на покрытие МЕТАС масла улучшает стойкость покрытия, однако такое же улучшение происходит и при нанесении масла на образцы стали Ст 3.
Таким образом, независимо от того, является ли
покрытие, получаемое при обработке МЕТАС пористым, или же покрытие само по себе обладает низкой коррозионной стойкостью, нанесение его на поверхность металла приводит к ухудшению его защитных свойств.
На основании потенциостатических исследований образцов из стали Ст 3 без покрытия с фосфатным покрытием и покрытием МЕТАС было установлено, что применение фосфатно-минеральной композиции МЕТАС в качестве защиты металлоконструкций от коррозии не только не имеет смысла, но может нанести вред и ускорить коррозионные разрушения под действием агрессивных сред.
Библиографический список
1. Лукомский Ю.Я., Гамбург Ю.Д. Физико-химические основы электрохимии: учебник. Долгопрудный: Интеллект, 2008. 424 с.
2. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И. МЕТАС. Антикоррозийные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия. М.: Химия, 1980. 200 с.
3. ГОСТ 30662-99. Преобразователи ржавчины. Методы
испытаний защитных свойств лакокрасочных покрытий. Введ. 01. 01. 03. Минск, 2003.
4. Климник А.Б., Гладышева И.В. Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии: учеб. пособие. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2008. 80 с.
5. ТУ 2499-001-99045232. Раствор фосфатно-минеральный метастабильный.
УДК 665.7032.56
ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ШИХТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА КРЕМНИЯ
© О.И. Рандин1, Л.М. Ознобихин2, О.В. Дударева3
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлены результаты исследования химической структуры углеродных материалов методом электронного парамагнитного резонанса с целью определения особенностей строения полисопряженной системы, оказывающих влияние на реакционную способность углеродных восстановителей. Приведены параметры спектров ЭПР
1Рандин Олег Иванович, кандидат химических наук, доцент кафедры информатики, тел.: 89500979575. Randin Oleg, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Information Science, tel.: 89500979575.
2Ознобихин Леонид Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизации производственных процессов, тел.: 89642286434.
Oznobikhin Leonid, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automation of Manufacturing Processes, tel.: 89642286434.
3Дударева Оксана Витальевна, кандидат геолого-минералогических наук, зав. кафедрой информатики, тел.: 89027673247, e-mail: odudareva@e-mail
Dudareva Oksana, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Head of the Department of Information Science, tel.: 89027673247, e-mail: odudareva@e-mail
