CC BY
56УДК 661.666.232
Т.Ф. Юдина*, И.В. Братков*, Т.В. Ершова*, Н.Н. Смирнов*, Н.Ю. Бейлина**
ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИРОДНОГО ГРАФИТА НА ЕГО СПОСОБНОСТЬ
К ОКИСЛЕНИЮ
(*Ивановский государственный химико-технологический университет,
**ОАО «НИИграфит») е-тай:уи&па@Д8ис1;.щ
Проведено исследование влияния кристаллических параметров, зольности и элементного состава природного графита 4-х различных месторождений на его способность к терморасширению и коррозионную активность.
Ключевые слова: природный графит, зольность, окисленный графит, терморасширенный графит
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время все больше в промышленности растет потребность в изделиях на основе окисленного (ОГ) и терморасширенного (ТРГ) графитов. Значительная часть ТРГ идет на изготовление гибкой фольги, которая используется в производстве различного ряда уплотнительного материала. Для того, чтобы фольга из ТРГ обладала высокой механической прочностью и низкой коррозионной активностью, терморасширенный графит должен иметь низкие значения насыпной плотности и содержания примесей. В связи с этим, в качестве сырья для производства ОГ и ТРГ, как правило, применяются малозольные марки крупнокристаллических графитов. Задачей исследования является изучение влияния структуры, элементного состава и зольности природного графита на насыпную плотность и коррозионную активность получаемого ТРГ.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе исследованы природные графиты четырех месторождений, одинаковой дисперсности, но имеющие разную степень очистки.
Окисление природных графитов проводили по методике, описанной в работе [1].
Зольность определяли согласно требованиям ГОСТ 17818.4-90.
Элементный анализ образцов проводили на анализаторе «Flash 1112 CHNS-O/MAS 200» в ИЦ «Качество» ИГХТУ.
Рентгеноструктурные исследования были выполнены на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М (CuKa излучение). Профили дифракционных максимумов записывали при скорости вращения гониометра 2 град/мин. Межслоевые расстояния определялись по центру тяжести дифракционных линий, а средние размеры областей когерентного рассеяния (ОКР) по соотношению Селякова-Шеррера:
L=(0,89-A)/(£-cos®),
где Ь - размер кристаллитов; в - полуширина рефлекса.
Степень графитации рассчитывается по формуле:
£=(3,44-^/(3,44-^), где dm - межплоскостное расстояние турбострат-ного графита, dc - межплоскостное расстояние совершенного природного графита, doo2 - межплоскостное расстояние исследуемого образца обогащенного графита.
Для терморасширения порошка окисленного графита в работе использовали метод термической обработки при статических условиях (муфель). Навеску окисленного графита засыпали в тигель, нагретый до 850 °С, и выдерживали в муфельной печи в течение 60 с. Затем образцы терморасширенного графита вынимали из печи, охлаждали и замеряли насыпную плотность по стандартной методике (ГОСТ 25699.8-90).
Коррозионную активность терморасширенных графитов оценивали путем построения модельных коррозионных диаграмм. Коррозионные диаграммы для коррозионной пары прессованный ТРГ - ламельное железо в нейтральном электролите 5%-ного раствора №С1 по методике, описанной в [2].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Наиболее важными характеристиками природного графита, определяющими в дальнейшем свойства ТРГ, являются его структура, элементный состав и зольность. В табл. 1 представлены данные рентгеноструктурного анализа образцов природных графитов.
Результаты рентгеноструктурного анализа показали, что образцы под номерами 2, 3 и 4 обладают высокой степенью графитации, существенные различия имеются в размерах кристаллитов по оси «с», а также в значении суммарной микродеформации кристаллитов вдоль кристаллографической оси «с». Стоит отметить, что образец
№1 обладает значительно меньшим межплоскостным расстоянием doo2, что указывает на высокую долю турбостратного графита.
Таблица 1
Данные РСА Table 1. The data of XRD
Образец Плоскость d, A Dok^ A Dd/d, % Степень графитации, %
Образец 1 (ГСМ-2) 002 3,41 174,92 0,802 33,7
Образец 2 (Китайский) 002 3,35 88,29 1,89 100,0
Образец 3 (Вьетнамский) 002 3,35 70,71 2,36 100,0
Образец 4 (Карельский) 002 3,35 114,10 1,47 99,6
Химические свойства терморасширенного графита определяются в основном элементным составом и зольностью исходного графита. В табл. 2 представлены значения зольности и элементного анализа образцов.
Таблица 2
Элементный состав графитов Table 2. The elemental composition of graphites
Марка графита Содержание элемента, % Золь-
С Н S N ность, %
Образец 1 (ГСМ-2) 99,4 0,0 0,1 0,0 0,5
Образец 2 (Китайский) 95,8 0,0 0,0 0,0 4,2
Образец 3 (Вьетнамский) 99,3 0,0 0,0 0,0 0,7
Образец 4 (Карельский) 93,6 0,0 0,0 0,0 6,4
Как видно из представленных данных, все проанализированные образцы близки по содержанию водорода, серы и азота. Образцы под номерами 2 и 4 обладают высокой зольностью, что указывает на недостаточную очистку сырья от минеральных примесей.
Элементный состав ОГ
Марка исходно- Содержание элемента, %
го графита С Н S N О
Образец 1 (ГСМ-2) 89,10 0,29 2,53 0,00 8,07
Образец 2 (Китайский) 90,41 0,52 2,21 0,03 6,83
Образец 3 (Вьетнамский) 88,58 0,51 3,24 0,03 7,65
Образец 4 (Карельский) 88,87 0,57 2,97 0,00 7,60
Способность к окислению природных графитов можно оценить по содержанию кислорода в образцах окисленного графита. В табл. 3 приведены результаты элементного анализа образцов окисленного графита, полученного из разных марок природного графита.
Полученные данные позволяют определить атомное соотношение С:О в образцах окисленного графита. Так для ОГ, полученного из образца графита №2, соотношение равно 19:1, а для остальных приблизительно одинаково и равно 15:1. Следовательно, природный графит под номером 2 показывает несколько меньшую способность к окислению, чем остальные графиты. Насыпная плотность ТРГ, полученного из этих образцов окисленного графита, также подтверждает более низкую способность к окислению китайского графита. Значения насыпной плотности образцов ТРГ представлены в табл. 4.
Таблица4
Насыпная плотность ТРГ
Марка графита йнас, г/дм
Образец 1 (ГСМ-2) 3,0
Образец 2 (Китайский) 3,8
Образец 3 (Вьетнамский) 2,5
Образец 4 (Карельский) 1,9
Таблица 3
Терморасширенный графит, полученный из природных графитов № 3 и 4, имеет меньшую насыпную плотность по сравнению с ТРГ из графитов № 1 и 2.
Применение уплотнительных и герметизирующих прокладок, изготовленных из фольги ТРГ, предусматривает контакт с металлическими конструкциями. В связи с этим, важную роль при выборе графитового сырья будет играть коррозионная активность изделий на основе ТРГ по отношению к железу. С целью оценки влияния марки графита на коррозионную активность ТРГ проведено моделирование процесса контактной коррозии в паре «ламельное железо - ТРГ», результаты представлены в табл. 5.
Таблица 5
Показатели электрохимической коррозии Table 5. Factors of electrochemical corrosion
Графитовое сырье, из которого получен ТРГ I, мА Км-, г/(м3-ч) П, мм/год
Образец 1 (ГСМ-1) 210 2,18 2,45
Образец 2 (Китайский) 256 2,67 2,97
Образец 3 (Вьетнамский) 181 1,89 2,10
Образец 4 (Карельский) 335 3,49 3,89
Из представленных данных видно, что наименьшей коррозионной активностью по отношению к железу обладает ТРГ, изготовленный из природного графита №3, а наибольшей коррозионной активностью - из природного графита №4. Полученные результаты связаны с различной зольностью природных графитов: при содержании в графите минеральных остатков более 1,0 масс% происходит резкое увеличение коррозионной активности фольги ТРГ.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что для получения терморасширенного графита с низкой насыпной плотностью и коррозионной активностью требуется природный графит с зольностью менее 1,0%, степенью графитации порядка 100% и высоким значением микродеформаций кристалла. Образец 4, по сравнению с образцами 1-3, имеет высокую способность к терморасширению, одна-
ко при содержании примесей более 6% обладает повышенной коррозионной активностью. Уменьшение зольности за счет дополнительной очистки, очевидно, позволит снизить коррозионную активность. Таким образом, по мнению авторов, после дополнительной очистки, образец 4 представляется наиболее перспективным сырьем для получения окисленного графита с высокими эксплуатационными параметрами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Юдина Т.Ф., Братков И.В., Ершова Т.В., Смирнов Н.Н., Маянов Е.П., Бейлина Н.Ю. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2014. Т. 57. Вып. 5. С. 11-13; Yudina T.F., Bratkov I.V., Yershova T.V., Smirnov N.N., Mayanov Ye.P., Beylina N.Yu. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2014. V. 57. N 5. P. 11-13 (in Russian).
2. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия. 1976. 472 с;
Zhuk N.P. Course of corrosion theory and metal prevention. M.: Metallurgiya. 1976. 472 p. (in Russian).
УДК 541.182; 621.357.7
В.Н. Целуйкин, А.А. Корешкова
ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ЦИНК - УГЛЕРОДНЫЕ
НАНОТРУБКИ
(Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина)
e-mail: tseluikin@mail. ru
Получены композиционные электрохимические покрытия (КЭП) цинк - углеродные нанотрубки из щелочного (цинкатного) электролита в реверсивном режиме. Исследованы структура и трибологические свойства данных КЭП по сравнению с цинковыми покрытиями без дисперсной фазы.
Ключевые слова: композиционные электрохимические покрытия, углеродные нанотрубки, коэффициент трения скольжения, уравнение регрессии
ВВЕДЕНИЕ
Композиционные электрохимические покрытия (КЭП) получают при совместном осаждении металлов с дисперсными частицами из электролитов - суспензий. КЭП на основе цинка применяют для защиты стальных поверхностей от коррозии с улучшением их физико-механических свойств [1-3]. Согласно данным [4], около половины мирового потребления цинка приходится на
долю электрохимических покрытий. В настоящее время активно исследуются КЭП, модифицированные наночастицами различной природы. Одним из наиболее перспективных наноматериалов являются углеродные нанотрубки (УНТ), которые представляют собой свернутые в цилиндры гра-феновые плоскости диаметром от одного до нескольких десятков нанометров. Они могут быть одно- и многослойными (состоять из нескольких соосных цилиндров). Внутренний диаметр нанот-
