Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію
Досліджено корозійні властивості композиційного матеріалу на основі карбіду вольфраму в нікелевій зв’язці, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію. Показано, що за введення графіту до складу композита ВН20 його тривкість до корозії в 3%-му розчині NaCl знижується: за додавання 2 і 4% графіту...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2014
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135849 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію / В.А. Винар // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 5. — С. 87-90. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859482829949239296 |
|---|---|
| author | Винар, В.А. |
| author_facet | Винар, В.А. |
| citation_txt | Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію / В.А. Винар // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 5. — С. 87-90. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| description | Досліджено корозійні властивості композиційного матеріалу на основі карбіду вольфраму в нікелевій зв’язці, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію. Показано, що за введення графіту до складу композита ВН20 його тривкість до корозії в 3%-му розчині NaCl знижується: за додавання 2 і 4% графіту збільшується густина струму корозії відповідно у 2 і 2,5 рази. Легування вихідного композита карбідом ванадію у кількості 0,15 та 1% підвищує струми корозії, а введенням карбіду хрому в кількості 1% вдається знизити їх практично на порядок.
Исследованы коррозионные свойства композиционного материала на основе карбида вольфрама в никелевой связке, легированного графитом, карбидами хрома и ванадия. Показано, что введение графита в состав композита ВН20 снижает его устойчивость к коррозии в 3%-ом растворе NaCl: добавление 2 и 4% графита увеличивает плотность тока коррозии соответственно в 2 и 2,5 раза. Легирование исходного композита карбидом ванадия в количестве 0,15 и 1% повышает токи коррозии, а введением карбида хрома в количестве 1% удается снизить их практически на порядок.
The corrosion properties of composite material based on tungsten carbide on a nickel base, alloyed with graphite, carbides of chromium and vanadium are investigated. It is shown that the introduction of the graphite in the BH20 composite reduces its corrosion resistance in 3% NaCl solution: addition of 2 and 4% graphite increases the corrosion current density respectively in 2 and 2.5 times. Composite alloying with vanadium carbide in an amount of 0.15 and 1% increases the corrosion currents, and the introduction of chromium carbide in an amount of 1% can be reduced to almost an order of magnitude.
|
| first_indexed | 2025-11-24T15:03:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
87
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2014. – ¹ 5. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 539.621
КОРОЗІЙНА ПОВЕДІНКА СПЛАВУ ВН20, ЛЕГОВАНОГО
ГРАФІТОМ, КАРБІДАМИ ХРОМУ І ВАНАДІЮ
В. А. ВИНАР
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Досліджено корозійні властивості композиційного матеріалу на основі карбіду воль-
фраму в нікелевій зв’язці, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію. Показа-
но, що за введення графіту до складу композита ВН20 його тривкість до корозії в
3%-му розчині NaCl знижується: за додавання 2 і 4% графіту збільшується густина
струму корозії відповідно у 2 і 2,5 рази. Легування вихідного композита карбідом
ванадію у кількості 0,15 та 1% підвищує струми корозії, а введенням карбіду хрому
в кількості 1% вдається знизити їх практично на порядок.
Ключові слова: нікель, карбід вольфраму, графіт, карбід ванадію, карбід хрому,
електродний потенціал, струм корозії, розчинення.
Для порошкових композиційних матеріалів на основі карбіду вольфраму ха-
рактерна висока твердість і зносотривкість, завдяки чому їх використовують у
багатьох галузях промисловості для виготовлення різних елементів інструменту
та конструкцій, а саме: сопел, кілець ущільнювачів, підшипників ковзання та ін-
ших деталей пар тертя [1–3]. Вважають, що корозійна тривкість твердих сплавів
на основі карбіду вольфраму в кислих і нейтральних електролітах залежить від
корозійної тривкості зв’язуючого металу, оскільки окислювальний потенціал WC
є додатнішим, ніж зв’язки [4, 5]. У результаті в електроліті виникає гальванопара,
у якій анодна реакція відбувається на поверхні зв’язки. Її розчинення посилюєть-
ся через несприятливе співвідношення площі поверхні анодних ділянок порівня-
но з катодними. Карбід вольфраму в таких середовищах практично нерозчинний,
оскільки розчинення зв’язуючого складника композита забезпечує для нього катод-
ний протекторний захист. Тому більшість досліджень спрямовано на підвищення
корозійної тривкості зв’язки [6, 7]. Додавання графіту до сплавів ВН20 суттєво
знижує коефіцієнт тертя і забезпечує тривалий ресурс роботи антифрикційної па-
ри [8]. Але його дія на корозійну тривкість сплаву ВН20 не вивчена.
Нижче досліджено вплив легування графітом, карбідами ванадію і хрому на коро-
зійну тривкість порошкового композиційного матеріалу на основі карбіду вольфраму.
Матеріали та методи досліджень. Вивчали зразки зі сплаву ВН20 та ком-
позити, отримані внаслідок додавання до базового сплаву ВН20 2 і 4% графіту
(ВН20Гр2 та ВН20Гр4), а також 0,15 і 1% карбіду хрому та ванадію. Хімічний
склад та властивості вказаних матеріалів наведені у таблиці. Матеріали отриму-
вали спіканням за оптимальних режимів для кожного сплаву та за температур
1380…1420С у водневому середовищі [2]. Для сплаву ВН20 у вихідному стані та
легованому карбідами хрому та ванадію допускаються не більше 0,4% пор розмі-
ром до 50 m. В композитах ВН20Гр2 і ВН20Гр4 пористість не нормується. Після
спікання поверхню зразків шліфували та полірували до шорсткості rz = 2,5 m.
Електрохімічні дослідження виконували в потенціодинамічному режимі на
потенціостаті ПИ50-1-1 за триелектродною схемою з хлоридсрібним електродом
порівняння та допоміжним платиновим. Cередовище – 3%-ий розчин NaCl.
Контактна особа: В. А. ВИНАР, e-mail: vynar@ipm.lviv.ua
88
Хімічний склад та властивості композитів на основі карбіду вольфраму
W Ni Графіт
Матеріал
%
Густина,
g/cm3
Твердість,
HРA
Міцність,
МPа
ВН20 80 20 – 13,60 79,0 1600
ВН20Гр2 78 20 2 12,50 70,0 1100
ВН20Гр4 76 20 4 11,8 50,0 550
ВН20 + 0,15% Cr3C2 79 19 – 12,07 84,3 185,0
ВН20 + 1,0% Cr3C2 79 19 – 12,91 84,1 209,0
ВН20 + 0,15% VC 79 19 – 13,53 83,7 155,0
ВН20 + 1,0% VC 79 19 – 13,25 84,0 146,0
Мікроструктуру поверхонь вивчали металографічним методом на оптично-
му мікроскопі “Neophot-2“, сканівному електронному мікроскопі EVO-40XVP зі
системою мікрорентгеноспектрального аналізу з використанням енергодиспер-
сійного спектрометра INCA ENERGY 350.
Результати досліджень та їх обговорення. В результаті металографічних
досліджень встановлено, що розмір частинок WC, які знаходяться у нікелевій зв’яз-
ці, для усіх досліджуваних матеріалів становив 1…5 m (рис. 1a). Включення
фази η1 (подвійного карбіду вольфраму і нікелю) та скупчення зерен карбіду воль-
фраму мали розмір понад 100 m, включення графіту – 40 m (рис. 1b). Графіт у
композиційних матеріалах ВНГр розташований у спеченому каркасі з матеріалу
ВН. Скупчення порошку графіту становили 4…6 зерен, що дало змогу максималь-
но зберегти міцність сплаву і підвищити його антифрикційні характеристики.
Element mass.% at.%
C K 12,35 59,54
O K 2,04 7,39
Ni K 9,11 8,98
W M 76,49 24,09
Total 100,00 100,00
Рис. 1. Розміщення структурних складників у композитному матеріалі без графіту (a)
та з додатками графітового порошку (b).
Fig. 1. Placement of the structural components in composite material without graphite (a)
and with addition of graphite powder (b).
Рис. 2. Зміна потенціалу (a) та поляризаційні криві (b) композиційних матеріалів типу ВН
у 3%-му розчині NaCl: 1 – ВН20; 2 – ВН20Гр2; 3 – ВН20Гр4.
Fig. 2. Change of potential (a) and polarization curves (b) of composite materials such as BH
in 3% NaCl solution: 1 – ВН20; 2 – ВН20Гр2; 3 – ВН20Гр4.
Електрохімічні дослідження композитів у 3%-му розчині NaCl показали
(рис. 2а), що за введення 2% порошку графіту до сплаву ВН20 значення стаціо-
нарного електродного потенціалу зсуваються в позитивний бік із –0,202 до –0,185 V.
89
Підвищення вмісту графіту до 4% зумовлює облагородження потенціалу до
–0,170 V та зростання катодних струмів на поляризаційних кривих (рис. 2b), що
пов’язане зі збільшенням ефективності катодних процесів. Водночас зростає гус-
тина струмів корозії. Так, за введення у ВН20 2% графіту спостерігаємо зростан-
ня значень струмів корозії з 1,110–3 до 2,310–3 mA/сm2, а за його концентрації 4%
– до 2,710–3 mA/сm2.
Як показали металографічні дослідження (рис. 3a), за протікання анодної по-
ляризації до +1,0 V для матеріалу ВН20 характерне повне розчинення нікелевої
зв’язки на всій поверхні, оскільки порівняно з карбідом вольфраму нікель є ано-
дом [6]. У зоні взаємодії середовища з поверхнею матеріалу після анодної поля-
ризації залишаються тільки частинки карбіду вольфраму, які за механічної дії
видаляються у вигляді порошку. У легованого графітом сплаві ВН20 спостеріга-
ли інтенсивне розчинення зв’язки, подібно до нелегованого матеріалу (рис. 3b),
однак на поверхні є ділянки графіту, які не розчинилися та дещо інтенсифікують
локальні корозійні процеси, служачи додатковими катодними ділянками (світлі
ділянки на рис. 3с).
Рис. 3. Поверхня карбід-вольфрамових твердих сплавів після анодної поляризації до 1,0 V
у 3%-му розчині NaCl: а – ВН20; b – ВН20Гр2; c – ВН20Гр4.
Fig. 3. Surface of carbide-tungsten hard alloys after polarization to 1.0 V
in 3% NaCl solution: a – ВН20; b – BH20Гр2; с – BH20Гр4.
Таким чином, показано, що за введення твердої змазки у вигляді графіту в
композит ВН20 його корозійна тривкість у 3%-му розчині NaCl знижується. Для
поліпшення корозійної поведінки матеріалу його легували 0,15 і 1% VC та Cr3C2.
В результаті дослідження зміни потенціалів сплаву ВН 20, легованого карбі-
дом ванадію, встановлено (рис. 4a), що за вмісту цього карбіду 0,15% електрод-
ний потенціал матеріалу зміщується у від’ємний бік на 15 mV порівняно з вихід-
ним станом (–116 mV). Збільшення вмісту VC до 1% зміщує потенціал на 22 mV.
Легування вихідного сплаву карбідом хрому в кількості 0,15% призводить
до облагородження потенціалу на початковому етапі і несуттєво знижує його зна-
чення на 30 хвилині дослідження. Збільшення вмісту Cr3C2 до 1% спричиняє сут-
тєве облагородження потенціалу (на 50 mV) упродовж всього часу досліджень.
Показано (рис. 4b), що легування карбідами ванадію та вольфраму сплаву
ВН20 змінює його корозійну тривкість: для всіх легованих матеріалів характерне
несуттєве зростання ефективності катодних процесів, оскільки катодні вітки поля-
ризаційних кривих перемістились у бік збільшення катодних струмів.
Легування сплаву ВН20 карбідом ванадію призводить до зростання струмів
корозії від 1,310–3 до 3,7610–3 mА/сm2 для вмісту карбіду ванадію 0,15% і до
2,210–3 mА/сm2 для 1% VC. Зростання струму пов’язане із введенням у матрицю
структурного складника, який має електродний потенціал +435 mV і є сильним
анодом, який пришвидшує руйнування матеріалу основи. Більше значення стру-
мів корозії для низького вмісту карбіду ванадію пов’язане із присутністю у мате-
ріалі великої кількості пор внаслідок технологічних причин.
Введення у сплав ВН20 0,15% карбіду хрому підвищує його корозійну трив-
кість у 3%-му розчині NaCl в 2 рази, а 1% Cr3C2 у 3,5 рази, оскільки густини стру-
90
мів корозії матеріалу знижуються з 1,310–3 до 5,5710–4 mА/сm2 і 4,710–4 mА/сm2
для вмісту 0,15 і 1%, відповідно.
Рис. 4. Зміна в часі електродного потенціалу (а) та поляризаційні криві (b) композиційних
матеріалів у 3%-му розчині NaCl: 1 – ВН20; 2 – ВН20 + 0,15% VC; 3 – ВН20 + 1% VC;
4 – ВН20 + 0,15% Cr3C2; 5 – ВН20 + 1% Cr3C2.
Fig. 4. Electrode potential change with time (а) and polarization curves (b) of composite
materials in 3% NaCl solution: 1 – ВН20; 2 – ВН20 + 0.15% VC; 3 – ВН20 + 1% VC;
4 – ВН20 + 0.15% Cr3C2; 5 – ВН20 + 1% Cr3C2.
Таким чином, встановлено, що корозійну тривкість порошкових композитів
на основі карбіду вольфраму визначають властивості зв’язки. Показано, що за
введення графіту до складу композита ВН20 знижується його тривкість до корозії
в 3%-му розчині NaCl: за додавання 2 і 4% графіту збільшується густина струму
корозії відповідно у 2 і 2,5 рази. Легування вихідного композита карбідом вана-
дію у кількості 0,15 та 1% підвищує струми корозії, а введенням карбіду хрому в
кількості 1% вдається знизити їх практично на порядок.
РЕЗЮМЕ. Исследованы коррозионные свойства композиционного материала на ос-
нове карбида вольфрама в никелевой связке, легированного графитом, карбидами хрома и
ванадия. Показано, что введение графита в состав композита ВН20 снижает его устойчи-
вость к коррозии в 3%-ом растворе NaCl: добавление 2 и 4% графита увеличивает плот-
ность тока коррозии соответственно в 2 и 2,5 раза. Легирование исходного композита
карбидом ванадия в количестве 0,15 и 1% повышает токи коррозии, а введением карбида
хрома в количестве 1% удается снизить их практически на порядок.
SUMMARY. The corrosion properties of composite material based on tungsten carbide on a
nickel base, alloyed with graphite, carbides of chromium and vanadium are investigated. It is
shown that the introduction of the graphite in the BH20 composite reduces its corrosion resis-
tance in 3% NaCl solution: addition of 2 and 4% graphite increases the corrosion current density
respectively in 2 and 2.5 times. Composite alloying with vanadium carbide in an amount of 0.15
and 1% increases the corrosion currents, and the introduction of chromium carbide in an amount
of 1% can be reduced to almost an order of magnitude.
1. Бондаренко В. П. Триботехнические композиты c высокомодульными наполнителями.
– К.: Наук. думка, 1987. – 232 с.
2. Барановский А. М., Безручко А. Г. Антифрикционные материалы на основе твердого
сплава типа ВН и опыт их применения в тяжелонагруженных парах трения скольже-
ния // Інструментальний світ. – 2013. – № 7. – С. 12–15.
3. Engqvist, U. Beste, and Axén N. Influence of pH on sliding wear of WC-based materials
// Int. J. of Refractory Metals and Hard Materials. – 2000. – 18, № 2. – Р. 103–109.
4. Жук Н. П. Курс коррозии и защиты металлов. – М.: Металлургия, 1968. – С. 104–114.
5. Corrosion behaviour of WC–VC–Co hardmetals in acidic media / D. S. Konadu, J. Van der
Merwe, J. H. Potgieter et al. // Corrosion Science. – Vol. 52(9). – Р. 3118–3125.
6. Corrosion of WC–VC–Co Hardmetal in neutral chloride containing media / C. Machio,
D. Konadu, J. Potgieter еt al. // Hindami Publishing corp. ISRN Corrosion. – 2013. – 10 p.
http://dx.doi.org/10.1155/2013/506759
7. Bozzini B. Corrosion behaviour of WC–Co based hardmetal in neutral chloride and acid
sulphate media // Materials and Corrosion. – 2002. – 53(5). – Р. 328–334.
Одержано 04.08.2014
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135849 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0430-6252 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-24T15:03:11Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Винар, В.А. 2018-06-15T15:44:38Z 2018-06-15T15:44:38Z 2014 Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію / В.А. Винар // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 5. — С. 87-90. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135849 539.621 Досліджено корозійні властивості композиційного матеріалу на основі карбіду вольфраму в нікелевій зв’язці, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію. Показано, що за введення графіту до складу композита ВН20 його тривкість до корозії в 3%-му розчині NaCl знижується: за додавання 2 і 4% графіту збільшується густина струму корозії відповідно у 2 і 2,5 рази. Легування вихідного композита карбідом ванадію у кількості 0,15 та 1% підвищує струми корозії, а введенням карбіду хрому в кількості 1% вдається знизити їх практично на порядок. Исследованы коррозионные свойства композиционного материала на основе карбида вольфрама в никелевой связке, легированного графитом, карбидами хрома и ванадия. Показано, что введение графита в состав композита ВН20 снижает его устойчивость к коррозии в 3%-ом растворе NaCl: добавление 2 и 4% графита увеличивает плотность тока коррозии соответственно в 2 и 2,5 раза. Легирование исходного композита карбидом ванадия в количестве 0,15 и 1% повышает токи коррозии, а введением карбида хрома в количестве 1% удается снизить их практически на порядок. The corrosion properties of composite material based on tungsten carbide on a nickel base, alloyed with graphite, carbides of chromium and vanadium are investigated. It is shown that the introduction of the graphite in the BH20 composite reduces its corrosion resistance in 3% NaCl solution: addition of 2 and 4% graphite increases the corrosion current density respectively in 2 and 2.5 times. Composite alloying with vanadium carbide in an amount of 0.15 and 1% increases the corrosion currents, and the introduction of chromium carbide in an amount of 1% can be reduced to almost an order of magnitude. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію Коррозионное поведение сплава ВН20, легированного графитом, карбидами хрома и ванадия Corrosion behavior of ВН20 alloy alloyed with graphite, chromium and vanadium carbides Article published earlier |
| spellingShingle | Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію Винар, В.А. |
| title | Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію |
| title_alt | Коррозионное поведение сплава ВН20, легированного графитом, карбидами хрома и ванадия Corrosion behavior of ВН20 alloy alloyed with graphite, chromium and vanadium carbides |
| title_full | Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію |
| title_fullStr | Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію |
| title_full_unstemmed | Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію |
| title_short | Корозійна поведінка сплаву ВН20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію |
| title_sort | корозійна поведінка сплаву вн20, легованого графітом, карбідами хрому і ванадію |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135849 |
| work_keys_str_mv | AT vinarva korozíinapovedínkasplavuvn20legovanogografítomkarbídamihromuívanadíû AT vinarva korrozionnoepovedeniesplavavn20legirovannogografitomkarbidamihromaivanadiâ AT vinarva corrosionbehaviorofvn20alloyalloyedwithgraphitechromiumandvanadiumcarbides |