ПОВЫШЕНИЕ АНОДНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЦИНКОВЫЙ СПЛАВ ЦА15, ЛЕГИРОВАННОГО МАРГАНЦЕМ

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты исследования цинкового сплава ЦА15 с легированного марганцем в нейтральной среде электролита NaCl с концентрациями 3.0 %, 0.3 % и 0.03 %. Влияние марганца на анодное поведение этого сплава в различных средах имеет важное значение для повышения его долговечности и устойчивости к агрессивным условиям. Изучение анодной устойчивости таких сплавов позволяет оптимизировать их состав и условия эксплуатации для достижения максимальной эффективности в защите металлических конструкций и изделий от коррозии.

ABSTRACT

The paper presents the results of the study of the zinc alloy CA15 alloyed with manganese in a neutral NaCl electrolyte with concentrations of 3.0, 0.3, and 0.03%. The influence of manganese on the anodic behavior of this alloy in different environments is crucial for improving its durability and resistance to aggressive conditions. The study of anodic stability of such alloys allows for the optimization of their composition and operating conditions to achieve maximum effectiveness in protecting metal structures and products from corrosion

Ключевые слова: цинковый сплава ЦА15, марганец, нейтральная среда, электролит NaCl, потенциалы коррозии и питингооброзования, скорость коррозии.

Keywords: zinc alloy CA15, manganese, neutral medium, NaCl electrolyte, corrosion and pitting potentials, corrosion rate.

Введение

Цинковые покрытия заняли прочное место в промышленности, особенно в автомобильном производстве. На протяжении многих лет цинк и его сплавы были основными покрытиями, которые соответствуют требованиям многих отраслей для обеспечения необходимой степени защиты от коррозии.

В настоящее время металлические покрытия, наносимые на поверхность стальных и чугунных изделий различными методами, используются для защиты от коррозии. Влияние марганца на анодное поведение этого сплава в различных средах имеет важное значение для повышения его долговечности и устойчивости к агрессивным условиям [1; 3; 5–7].

Одним из важнейших аспектов при использовании указанных сплавов является повышение их анодной устойчивости, что напрямую связано с улучшением их коррозионной стойкости и долговечности в различных рабочих средах.

В научной литературе и в интернете не найдено информации, касающейся влияния марганца на анодное поведение эвтектоидного цинковые сплава ЦА15. На этом основании марганец был выбран в качестве легирующего компонента сплава ЦА15.

Методика исследования

Образцы сплавов для исследования были получены из цинка марки ЧХ (гранулированного), алюминия марки А7 и его легированной смеси с марганцем (2 % Mn) в тиглях из оксида алюминия в шахтной электрической печи сопротивления типа СШОЛ в температурном диапазоне 670–750 °C. Из полученных сплавов были отлиты стержни диаметром 8 мм и длиной 140 мм в графитовой литьевой форме, боковая часть которой была покрыта смесью 50 % канифоли и 50 % парафина, что позволило исследовать одинаковую подготовленную поверхность сплава во всех образцах. Перед погружением электрода в электролит его торцевая часть была очищена наждачной бумагой, отполирована, обезжирена, тщательно промыта спиртом и затем погружена в электролит NaCl.

Исследования цинкового сплава ЦА15 с легированного марганцем в нейтральной среде электролита NaCl с концентрациями 3.0; 0.3 и 0.03 %. NaCl со скоростью развёртки потенциала 2мВ/с на потенциостате ПИ-50.1.1 по методике, описанной в работах [2; 4; 8].

Результаты и обсуждение

Зависимость свободного потенциала коррозии от времени играет важную роль в установлении пассивности поверхности в различных средах. Этот параметр позволяет оценить, насколько эффективно материал формирует защитную оксидную пленку, которая предотвращает дальнейшее развитие коррозионных процессов. Важно учитывать, что эта зависимость обусловлена химическим составом материала, типом среды, температурой и другими факторами, которые могут влиять на стабильность и эффективность защиты от коррозии.

Изменения свободного потенциала коррозии цинкового сплава ЦА15, легированного марганцем, со временем в различных средах электролита NaCl, зафиксированные через один час, показывают, что для всех изученных групп сплавов наблюдается смещение потенциала в положительную область. Это смещение потенциала объясняет динамику образования защитной оксидной пленки, которая мало зависит от химического состава сплавов и завершается через 45–55 минут с начала процесса. Данный процесс указывает на улучшение пассивности сплава, что связано с образованием более прочной и устойчивой оксидной пленки на его поверхности.

В зависимости от концентрации NaCl в электролите, скорость роста потенциала может варьироваться, что также зависит от влияния марганца, который способствует улучшению антикоррозионных свойств сплава. В целом, изменение потенциала в положительную область подтверждает повышение устойчивости сплава к коррозии, особенно в агрессивных средах (таблица 1).

Таблица 1.

Временная зависимость потенциала  свободной коррозии (-Е,В) цинковый сплав ЦА15 от содержания марганцем в среде электролита NaCl

Добавки марганца (0,01–0,5 мас.%) сдвигают электрохимические потенциалы цинкового сплава ЦА15 в положительную сторону. При этом рост потенциалов коррозии, питтинга и репассивации в положительную сторону наиболее заметен. В качестве эталонного электрода использовался хлоросеребряный электрод, а в качестве вспомогательного – платиновый. Введение марганца в сплав приводит к повышению его анодной устойчивости, что может уменьшить скорость коррозии. Такой эффект обусловлен изменением структуры и свойств защитной оксидной пленки, что улучшает защиту материала от агрессивных факторов среды. Легирующий компонент в пределах исследуемой концентрации способствует некоторому снижению скорости коррозии исходного цинкового сплава ЦА15 (таблица 2).

Таблица 2.

Коррозионно-электрохимические характеристики цинковый сплав ЦА15 легированного марганцем, в среде электролита NaCl

Выводы. Исследования анодного поведения цинкового сплава ЦА15 с добавлением марганца в нейтральной среде показали возможность повышения коррозионной устойчивости анодных покрытий путем оптимизации их состава. Легирующий компонент в концентрации 0,01–0,05 мас. % значительно снижает скорость коррозии, которая оказывается в 1,5–2,5 раза ниже, чем у исходного сплава ЦА15. Добавление марганца в указанных концентрациях улучшает антикоррозионные свойства сплава, что способствует увеличению срока службы и долговечности материалов, подвергающихся воздействию агрессивных сред. Предложенные составы цинкового сплава ЦА15 (Zn15Al-Cr) могут быть использованы в качестве проводов и защитных элементов для защиты стали от коррозии в различных продуктах и конструкциях.

Список литературы:

1. Джайлоев Д.Х., Ганиев И.Н., Амонов И.Т., Азизов Р.О. Анодное поведение сплава Al+2.18%Fe, легированного барием // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. – 2012. – Т. 55. – № 9. – С. 747-750.
2. Джайлоев Д.Х., Ганиев И.Н., Амонов И.Т., Азимов Х.Х. Потенциодинамическое исследование сплава Al+2.18 % Fe, легированного барием // Известия высших учебных заведений. Серия Химия и химическая технология. – 2014. – Т. 57. – № 2. – С. 97-98.
3. Манирам С.Г., Сингх Г.М., Дехия С., Шарма Н.С. Влияние частиц летучей золы на механические свойства сплава Zn-22 % Al методом литья с перемешиванием // ИОСР Дж. Мех. Граж Анг. – 2013. – Т. 10. – N 2. – С. 39-42.
4. Рахимов Ф.А., Обидов З.Р., Амини Р.Н., Ганиев И.Н., Новоженов В.А., Стручева Н.Е. Потенциодинамическое исследование анодного поведения сплава Zn5Al, легированного марганцем // Известия Алтайского государственного университета. – 2020. – № 4 (114). – С. 53-58.
5. Семенова, И.В. Коррозия и защита от коррозии // И.В. Семенова, Г.М. Флорианович, А.В. Хорошилов.– М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.– 336 с.
6. Хакимов И.Б., Ганиев И.Н., Обидов З.Р., Рахимов Ф.А. Влияние добавок марганца на анодное поведение сплава Zn22Al, в нейтральной среде // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. – 2019. – № 4. – С. 132-135.
7. Tuck C.D.S., Whitehead M.E., & Smallman R.E. A fundamental study of the kinetics of zinc oxidation in the temperature range 320–415°C in atmospheres of pure oxygen and oxygen doped with gaseous impurities // Corrosion Science. – 1981. – Vol. 21(5). – Pp. 333–352. doi:10.1016/0010-938x(81)90071-8.
8. Vinokurov  E.G.,  Margolin  L.N.,  Farafonov  V.V.  Electrodeposition  of composite coatings // Russian Journal of Chemical & Chemical Technology. – 2020. – Vol. 63. – N 8. – P. 4–38. DOI:10.6060/ivkkt.20206308.6212.