РОЗДІЛ 2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Матеріали
Дослідження проводили на таких металах: алюміній технічної чистоти й чистий алюміній марки АДО, сплави алюмінію з магнієм АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, а також зварні з'єднання сплавів АМг2, АМг3. З них виготовляють всі види напівфабрикатів: листи й плити, пресовані вироби, кування, штампування, дріт заклепувальний й зварювальний. Сплави АМг2 й АМг3 застосовують для зварних слабко навантажених конструкцій, від яких вимагається висока технологічна пластичність і висока корозійна тривкість. Сплави АМг5 і АМг6 відносяться до найбільш міцних сплавів системи алюміній-магній. Вони характеризуються високою технологічною пластичністю, хоча й швидко загартовуються, а також відносно високою межею міцності й плинності [117]. Алюміній і його сплави, завдяки поєднанню доброї зварюваності й високої корозійної тривкості, все ширше знаходять застосування в багатьох галузях промисловості. Тому необхідно досліджувати поведінку цих металів у різних середовищах, а саме в нітратній кислоті й пероксиді водню.
Зварювання проводили ручним аргонодуговим способом із застосуванням електрода, що не плавиться, ВЛ-10 і зварювальним дротом АМг5 в лабораторії Сєвєродонецької філії НДІХІММАШ. Чистота поверхні кл. 6, шорсткість 2,5 мкм. Перед зважуванням зразки знежирювалися, сушилися фільтрувальним папером і витримувалися 24 години на повітрі.
Хімічний склад матеріалів, на яких проводили дослідження, наведено у таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
Хімічний склад матеріалів
Основні компоненти, %Домішки, %Mg MnTiSiCuZnFeSiAMг21,8-2,80,2-0,6-- 0,10,20,40,4АМг33,2-3,80,3-0,6-0,5-0,8 0,050,20,5-АМг54,8-5,80,5-0,80,02-0,1- 0,050,20,40,4АМг65,8-6,80,5-0,80,02-0,1- 0,10,20,40,4АД1‹ 0,05‹ 0,025‹ 0,1- 0,050,10‹ 0,3‹ 0,3АД07 * 10-21 * 10-20,05-1*10-23*10-21,8 .10-20,25АД000,030,030,03- 0,030,070,250,20А85-0,030,010,06 0,010,020,080,06А99-0,0010,0020,0030,0010,0010,002 -А995-0,00050,0010,00050,0010,0010,001-
2.2. Середовища і умови випробувань
Корозійну тривкість зразків визначали в 10 - 60, 98%-й нітратній кислоті і 33%-му розчині пероксиду водню за різних температур. За підвищеної температури випробування проводилися в умовах, що забезпечують сталість заданої температури. Скляні посудини, у яких проводилися випробування, були обладнані холодильниками для запобігання випарювання й зміни концентрації розчинів. Робочі розчини приготовлялись на дистильованій воді. Для приготування розчинів застосовувалися: нітратна кислота марки "ХЧ", d = 1,34 г/см3; пероксид водню - 33%-й розчин. Їдкий натр технічний марки "А", питома вага - 2,02 г/см3, розчинність у воді при 15-200С - 1088 г/л; хромовий ангідрид (CrО3), кристали вишнево-червоного кольору, розчинні у воді без підігріву до 625 г/л; натрію хлорид, марки "ХЧ"; ортофосфатна кислота марки "ХЧ", d = 1,74 г/см3; біхромат калію (K2Cr2O7), кристали жовтогарячих кольорів; хлоридна кислота марки "ХЧ", d = 1,19 г/см3.
Середовища й умови випробувань наведені в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2
Середовища й умови випробувань
№Водні середовищаМатеріалиТемпература, 0СПримітка15% HNO3АД0,
АМг2, АМг320, 40, 60-
210% HNO3АД0, АМг2, АМг3, АМг520, 40, 60зварні з'єднання
320% HNO3АД020, 40, 60-
440% HNO3АД020, 40-
560% HNO3АД020-
698% HNO3АД0, А85, А99, А995, АД00, АМг3, АМг5, АМг620, 30, 50зварні з'єднання
710% HNO3 + 6г/л NaFАД060, 80-
810% HNO3 + О3АД020-
997% СН3СООНАД00, АД0, АМг3, АМг5, АМг620, 50зварні з'єднання
1033% Н2О2АД0, АМг2, АМг3, АМг520, 25- 2.3. Методика проведення експериментів
Для визначення впливу пасивації на корозійно-електрохімічну поведінку алюмінію і його сплавів використовувалися наступні методи дослідження:
а) краплинний метод оцінки якості пасивування (експрес-метод);
б) масометричний - для визначення швидкості корозії за втратою
маси металу;
в) електрохімічний - для виявлення характеру пасивації на
електрохімічну поведінку алюмінію;
г) метод побудови істинної анодної кривої;
д) металографічний - для визначення характеру корозії й
глибини проникнення корозії;
е) Оже-спектроскопія й растрова електронна мікроскопія;
ж) метод випробування на схильність до міжкристалітної корозії;
з) методи аналітичної хімії (титрометричний) - визначення концентрації
HNO3 й H2O2, визначення вмісту CrО3 у пасивуючому розчині;
і) температурно-кінетичний - для розрахунку ефективної енергій
активації корозії.
2.3.1. Краплинний метод оцінки якості пасивування (експрес-метод)
Захисну здатність утворюваних плівок визначали краплинним методом, що полягає в тім, що на поверхню запасивованого алюмінію наносилася крапля розчину жовтогарячого кольору. Крапля складається з розчину: K2Cr2O7 - 3г, HCl (d = 1,19 г/см3) - 25мл, Н2О (дист.) - 75мл. Принцип цього методу полягає в тому, що під час контакту краплі з металевим алюмінієм у порах оксидної плівки розчиняється алюміній і відновлюються іони Cr2O7-2 до іонів Cr+3: 2Al + Cr2O7-2 + 14H+ > 2Al+3 + 2Cr+3 + 7H2O, внаслідок чого забарвлення краплі змінюється з жовтогарячого на зелений. Чим довшим був час до зміни кольорів краплі до зеленого, тим вищі захисні властивості мала одержана оксидна плівка. "Прокапування" через одну добу і чотири доби після пасивації робили з метою з'ясування збереження здатності плівки самоущільнюватися.
2.3.2. Масометричні дослідження
Дослідження були виконані на зразках прямокутної форми 60*30*5 мм з чистого алюмінію й сплавів, та зразках прямокутної форми 60*25*5,8 мм із зварними з'єднаннями. Зразки вирізали механічним способом, обробляли наждаковим папером і шліфували до чистоти поверхні Ra 0,05 і Ra 0,25, промивали водою, знежирювали етилов