Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 8, стр. 924-928

ВВЕДЕНИЕ

Алюминий и его сплавы являются основным сырьем в авиационной и авиакосмической промышленностях и применяются в последнее время как композитные материалы [1–4].

Добавление незначительного количества титана к алюминию существенно улучшает механические свойства последнего: возрастает сопротивление разрыву и увеличивается предел упругости. Наилучшими механическими свойствами обладает алюминиевый сплав, содержащий 2% титана: сопротивление разрыву увеличивается в три раза по сравнению с сопротивлением алюминия, а эластичность приближается к эластичности пружинной бронзы. Но этот сплав очень неустойчив к кислороду воздуха. Введение более 2% титана повышает химическую стойкость алюминия, в частности, уменьшается его коррозия под напряжением. Электропроводность алюминия при легировании его титаном уменьшается. Титан улучшает также свариваемость алюминия [5–9].

Использование алюминиевых сплавов, легированных бериллием, магнием и титаном, относится к числу наиболее перспективных направлений.

Качество материала определяется его химическим составом и структурой [10–12].

Для оценки коррозионной стойкости металлов и сплавов может быть использована зависимость скорости растворения от потенциала. Измерить электродный потенциал металла (сплава) при пассивации и в пассивном состоянии можно потенциодинамическим методом [13–15].

Цель работы заключалась в исследовании влияния добавок титана на коррозионно-электрохимическое поведение алюминиевого сплава АБ1 (Al + 1 мас. % Be) в среде электролита NaCl.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для исследования был получен алюминиевый сплав АБ1 с содержанием титана 0.05, 0.1, 0.5 и 1.0 мас. %.

Из полученных сплавов в графитовой изложнице отливали стержни диаметром 8 и длиной 140 мм. Нерабочая часть образцов изолировалась смолой (смесь 50% канифоли и 50% парафина). Рабочей поверхностью служил торец электрода. Перед погружением образца в раствор электролита NaCl его торцевую часть зачищали наждачной бумагой, полировали, обезжиривали, тщательно промывали спиртом. Температура раствора в ячейке поддерживалась постоянной (20°С) с помощью термостата МЛШ-8.

Электрохимические исследования сплава АБ1 с титаном проводились на импульсном потенциостате ПИ-50-1.1 в потенциодинамическом режиме со скоростью развертки потенциала 2 мВ/с, с использованием программатора ПР-8 и самописца ЛКД-4 по методикам, описанным в работах [16, 17]. В работе использовалась трехэлектродная электрохимическая ячейка, которая позволяет изучать зависимость скорости процесса растворения (величины тока) от потенциала только на одном из электродов, который называется рабочим. Электродом сравнения служил хлорсеребряный электрод, вспомогательным – платиновый.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Полная поляризационная (2 мВ/с) кривая алюминиевого сплава АБ1 с 1.0 мас. % Ti в среде электролита (3.0%-ный NaCl) представлена на рис. 1 . Сначала образцы поляризовали в положительном направлении от потенциала, установившегося при погружении, до резкого возрастания тока в результате питтингообразования (рис. 1 , кривая І). По пересечению кривых І и ІІ определяли величину потенциала репассивации, для чего образцы поляризовали в обратном направлении. Для удаления оксидных пленок с поверхности электрода (рис. 1 , кривая ІІІ), образовавшихся в результате подщелачивания, переходили в катодную область до значения потенциала –1.200 В. Из анодных кривых определяли основные электрохимические параметры процесса коррозии образцов в результате их поляризации в положительном направлении (рис. 1 , кривая ІV).

Путем сопоставления значений потенциала свободной коррозии (Е_св.кор) и потенциала питтингообразования (Е_п) в одних и тех же условиях может быть осуществлена оценка стойкости сплавов к питтинговой коррозии [18–20].

Расчет тока коррозии как основной электрохимической характеристики процесса коррозии проводили по катодной кривой с учетом углового коэффициента b_k = 0.12 В, поскольку в нейтральных средах процесс питтинговой коррозии алюминия и его сплавов контролируется катодной реакцией ионизации кислорода. Скорость коррозии (K) определялась по формуле:

где k – электрохимический эквивалент, численное значение которого для алюминия составляет 0.335 г/А ч.

Влияние концентрации коррозионно-активного хлорид-иона в электролите NaCl на коррозионную стойкость сплавов изучено при 10-кратном (0.3%) и 100-кратном (0.03%) ее уменьшении. Образцы выдерживали до достижения постоянного потенциала в электролите перед началом электрохимических измерений. На основании зависимости потенциала от времени устанавливали значения потенциала свободной коррозии. Временны́е зависимости потенциала свободной коррозии алюминиевого сплава АБ1, легированного титаном, в различных средах электролита NaCl приведены на рис. 2 . Видно, что в течение первого часа выдержки в электролите электродные потенциалы исследуемых сплавов становятся постоянными. Значения электродных потенциалов не меняются и при более длительной выдержке (1–3 сут). Как для исходного сплава АБ1, так и для сплавов, легированных титаном, характерно смещение потенциала свободной коррозии во времени. Сплавы подвергались поляризации после установления стационарного потенциала.

Таким образом, коррозионную стойкость сплавов оценивали по полным потенциодинамическим кривым, рассчитывая потенциалы коррозии (–Е_кор), питтингообразования (–Е_п) и репассивации (–Е_реп) (табл. 1).

Потенциодинамические анодные поляризационные (2 мВ/с) кривые сплава АБ1, содержащего титан, в среде 0.03, 0.3 и 3.0%-ного NaCl приведены на рис. 3 . Видно, что добавки титана способствуют увеличению потенциала питтингообразования сплавов во всех исследованных средах. Наибольший рост электрохимических потенциалов наблюдается при добавках 0.05–1.0 мас. % титана, что способствует снижению скорости анодной коррозии.

По мере увеличения концентрации хлорид-иона в электролите скорость коррозии сплавов увеличивается (табл. 1). Для исходного сплава АБ1 при переходе от электролита с концентрацией 0.03% к 0.3%- и 3.0%-ному NaCl Е_п увеличивается соответственно от –0.490 до –0.560 и –0.670 В. Аналогичным образом изменяются потенциалы свободной коррозии (стационарный потенциал) и коррозии. Увеличение концентрации хлорид-иона способствует росту питтинговой коррозии сплавов, о чем свидетельствует скорость анодной коррозии сплавов. Из табл. 1 видно, что скорость коррозии исходного сплава в среде 0.03%-ного NaCl составляет 0.031 × 10^–2 А/м² и изменяется до 0.020 × 10^–2 А/м² при легировании 1.0 мас. % Ti, а в среде 0.3%-ного NaCl – от 0.036 × 10^–2 до 0.026 × × 10^–2 А/м², в среде 3.0%-ного NaCl – от 0.042 × × 10^–2 до 0.031 × 10^–2 А/м².

Скорость коррозии сплавов, содержащих 0.05–1.0% титана, почти на 30% меньше, чем у исходного сплава (табл. 1). Добавки титана к сплаву АБ1 способствуют снижению скорости анодной коррозии, при этом по мере увеличения концентрации электролита NaCl скорость коррозии сплавов увеличивается независимо от содержания легирующего компонента. Минимальными значениями плотности тока коррозии и скорости коррозии характеризуется сплав АБ1, содержащий 1.0 мас. % титана (рис. 4 и 5 ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлено, что легирование титаном до 1.0 мас. % алюминиевого сплава АБ1 повышает на 30% его анодную устойчивость в среде электролита NaCl. При этом с ростом концентрации титана отмечается рост потенциалов свободной коррозии, питтингообразования и репассивации сплавов. С увеличением концентрации хлорид-иона в электролите потенциалы свободной коррозии, питтингообразования и репасcивации сплавов уменьшаются, а скорость коррозии увеличивается.