Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС
Изучены коррозионная стойкость, структура и физико-механические свойства горячепрессованных композитов В₄С–VC. Получены материалы, перспективные для использования в качестве торцевых уплотнений на химических производствах. Вивчено корозійну стійкість, структуру і фізико-механічні властивості гарячеп...
Saved in:
| Published in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Date: | 2018 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166995 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС / О.Н. Кайдаш, В.З. Туркевич, М.А. Маринич, И.П. Фесенко, В.С. Беловол, В.Н. Ткач // Сверхтвердые материалы. — 2018. — № 3. — С. 87-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859993992722120704 |
|---|---|
| author | Кайдаш, О.Н. Туркевич, В.З. Маринич, М.А. Фесенко, И.П. Беловол, В.С. Ткач, В.Н. |
| author_facet | Кайдаш, О.Н. Туркевич, В.З. Маринич, М.А. Фесенко, И.П. Беловол, В.С. Ткач, В.Н. |
| citation_txt | Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС / О.Н. Кайдаш, В.З. Туркевич, М.А. Маринич, И.П. Фесенко, В.С. Беловол, В.Н. Ткач // Сверхтвердые материалы. — 2018. — № 3. — С. 87-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| description | Изучены коррозионная стойкость, структура и физико-механические свойства горячепрессованных композитов В₄С–VC. Получены материалы, перспективные для использования в качестве торцевых уплотнений на химических производствах.
Вивчено корозійну стійкість, структуру і фізико-механічні властивості гарячепресованих композитів В₄С–VC. Отримано матеріали, перспективні для використання в якості торцевих ущільнень на хімічних виробництвах.
The corrosion resistence, structure and physico-mechanical properties of B₄C–VC hot-pressed composites are studied. Materials perspective for the use as the end seals at chemical productions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:33:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2018, № 3 87
Письма в редакцию
УДК 621.762:666.3–13
О. Н. Кайдаш*, В. З. Туркевич, М. А. Маринич,
И. П. Фесенко, В. С. Беловол, В. Н. Ткач
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля
НАН Украины, г. Киев, Украина
*ivv@ism.kiev.ua
Коррозионная стойкость
горячепрессованной керамической
системы В4С–VС
Изучены коррозионная стойкость, структура и физико-механи-
ческие свойства горячепрессованных композитов В4С–VC. Получены материалы,
перспективные для использования в качестве торцевых уплотнений на химиче-
ских производствах.
Ключевые слова: композиционный материал, В4С, VC, анодная
потенциодинамическая кривая, коррозионная стойкость.
В химической, нефтегазовой и нефтеперерабатывающей про-
мышленностях широко используется ряд агрессивных химических реагентов,
таких как соляная, серная, азотная кислоты, щелочи, транспортировка кото-
рых создает значительные трудности. Керамические материалы на основе
карбида бора обладают высокой твердостью, низким удельным весом, повы-
шенной коррозионной стойкостью и химической инертностью [1, 2]. Эти
свойства позволяют успешно применять их для пар трения, торцевых уплот-
нений в насосах, перекачивающих различные жидкости и работающих в ус-
ловиях абразивных и агрессивных сред.
Широкое применение В4С-керамики ограничивает ее хрупкость и высокая
температура спекания, необходимая для получения плотных изделий. Ис-
пользование боридов, добавленных непосредственно или образующихся в
процессе спекания, улучшает свойства материалов. Достаточно хорошо изу-
ченной является система В4С–TiВ2 [2, 3], по остальным материалам встреча-
ются единичные публикации [4].
Целью работы было изучение влияния добавок карбида ванадия в В4С-
керамику на коррозионную стойкость в агрессивной среде, формирование
структуры и уровень физико-механических свойств CMC-композитов.
Для исследования были выбраны промышленные порошки В4С двух ви-
© О. Н. КАЙДАШ, В. З. ТУРКЕВИЧ, М. А. МАРИНИЧ, И. П. ФЕСЕНКО, В. С. БЕЛОВОЛ, В. Н. ТКАЧ, 2018
stmj.org.ua 88
дов: производства Запорожского абразивного комбината (ЗАК) и Донецкого
завода химреактивов (ДЗХР). Первый порошок состоял из крупных частиц
размером 10–30 мкм, второй – из более мелких (1–5 мкм) и содержал меньше
примесей. В качестве активатора спекания использовали карбид ванадия в
количестве 2,5–15 %1. Горячее прессование плиток размером 60×60×8 мм
проводили при температуре 2200 °С под давлением 30 МПа в течение 0,5 ч.
Технологические особенности горячего прессования и измерения свойств
материалов подробно описаны в [5]. Для коррозионных испытаний изготав-
ливали образцы размером 5×5×15 мм. В качестве одной из наиболее агрес-
сивных сред для испытаний применяли 5 %-ный раствор соляной кислоты.
Для экспресс-оценки коррозионной стойкости материала применяли уско-
ренный электрохимический метод с использованием потенциостата П-5848,
позволяющий оценить коррозионную стойкость материала [6]. Анодные
потенциодинамические кривые снимали со скоростью наложения потенциала
0,5 мВ/с. Опыты проводили в трехэлектродной электрохимической ячейке,
электродом сравнения являлся хлорсеребряный электрод. Изучение корро-
зионной стойкости было дополнено исследованиями структуры полученных
материалов.
После горячего прессования смесей В4С–VC получают плотные компози-
ты (пористостью до 2 %), состоящие из зерен карбида бора, на границах ко-
торых присутствует соединение диборида ванадия с гексагональной решет-
кой типа AlB2 и небольшое количество свободного углерода (рис. 1). Присут-
ствие карбида ванадия рентгеновским фазовым анализом не выявлено.
а
б
Рис. 1. Поверхности изломов горячепрессованных материалов: В4С–5VС (а), В4С–15VС (б).
Из сопоставления анодных потенциодинамических кривых материалов,
изготовленных из порошка карбида бора производства ЗАК с различным
содержанием карбида ванадия, следует, что коррозионная стойкость B4C-
материалов снижается при увеличении количества добавки VC. Наиболее
высокой коррозионной стойкостью обладают композиты, содержащие мини-
мальное (2,5–5,0 %) количество карбида ванадия (рис. 2, кривые 1 и 2 ).
Кроме того, из рисунка следует, что стационарный потенциал композита
В4С–2,5VС сдвинут в область отрицательных (от –0,2 до –0,4 В) потенциалов,
что также свидетельствует о пассивации поверхности, а значит и о повыше-
нии коррозионной стойкости данного материала. Для композита В4С–15VС в
области потенциала, равного 1,0 В, наблюдается изгиб кривой, что связано с
переходом процесса растворения с фазы более активного растворения образ-
1 Здесь и далее содержание добавок приведено в % (по массе).
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2018, № 3 89
ца в пассивную область. Это по-
зволяет предположить, что при
потенциале 1,0 В на образце В4С–
15VС появляется существенная
пассивная пленка.
Полученные материалы обла-
дают оптимальным сочетанием по-
вышенной прочности и трещино-
стойкости при небольшом сниже-
нии твердости. Присутствие дибо-
рида ванадия также обеспечивает
повышение прочности композитов,
для В4С–5VC она достигает
460 МПа, что сравнимо с прочно-
стью 500 МПа, полученной в [4].
На рис. 3 приведены значения
плотности тока растворения мате-
риалов, изготовленных из различ-
ных порошков В4С, полученные
при одинаковом (–0,6 В) потенциа-
ле электрода.
Из рис. 3 следует, что мини-
мальное значение плотности тока
растворения i, А/см2, и следова-
тельно самую высокую коррозион-
ную стойкость, имеют композиты
В4С–2,5VС и В4С–5VС, причем она практически не зависит от вида исполь-
зованного карбида бора, а это значит, что для производства уплотнений мож-
но использовать более дешевый порошок В4С производства ЗАК.
0 2,5 5,0 7,5 10,0
Содержание добавки VC в B
4
C–VC�керамике, % (по массе)
2
4
6 5,65,8
0,3
0,9
1,3
0,8
0,4
i, мА/см
2
0
Рис. 3. Плотность тока растворения i в зависимости от состава и вида порошка карбида
бора производства ЗАК (■) и ДЗХР (■).
Результаты исследований показали, что с увеличением содержания карби-
да ванадия уплотнение в горячепрессованных материалах системы В4С–VC
активируется, а твердость по Кнупу снижается с 24,6 до 20,4 ГПа (рис. 4). Как
6 5 4 3 2 1
1,2
0,8
0,4
0
–0,4
4
ϕ, B
3
1
2
lg i
Рис. 2. Потенциодинамические кривые анод-
ного растворения горячепрессованных кера-
мических материалов В4С–2,5VC (1), В4С–
5VC (2), В4С–10VC (3) В4С–15VC (4) в 5 %-
ной соляной кислоте; потенциалы приведены
относительно хлорсеребряного электрода; В4С
производства ЗАК.
stmj.org.ua 90
и другие хрупкие материалы, полученная керамика на основе карбида бора
имеет антибатный характер зависимости между твердостью и вязкостью раз-
рушения. Наиболее твердым является поликристаллический В4С, однако ему
присуща и высокая хрупкость. Снижение твердости композитов, по всей ве-
роятности, связано с осаждением прослоек свободного углерода на границах
раздела фаз при спекании. Напротив, присутствие в микроструктуре карбида
бора частиц VВ2 в межзеренных границах и междуузлиях препятствует рас-
пространению трещин, вследствие этого вязкость разрушения возрастает на
50 % – с 3,2 до 4,8 МПа·м1/2.
0 5 10 15
5
10
15
Содержание добавки VC в B
4
C–VC�керамике, % (по массе)
HKN, ГПа
K
Ic
,
МПа⋅м1/2
10
20
30
40
50
100
200
300
400
500
20,4
24,524,6
4,8
4,1
3,8
420
406
458
3,2
20,8
00
R
bm
, МПа
0
368
Рис. 4. Зависимость предела прочности при изгибе Rbm (■), твердости по Кнупу НKN (■) и
трещиностойкости KIc (■) керамики В4С–VC от содержания добавки VC.
ВЫВОДЫ
Наиболее высокую коррозионную стойкость имеют композиты В4С–(2,5–5,0)VС,
при этом они характеризуются высокой прочностью Rbm = 460 МПа, твердо-
стью HKN = 20,8 ГПа и трещиностойкостью KIс = 3,8 МПа·м1/2. Такие мате-
риалы наиболее перспективны для использования в качестве уплотнений при
транспортировке агрессивных химических реагентов.
Вивчено корозійну стійкість, структуру і фізико-механічні власти-
вості гарячепресованих композитів В4С–VC. Отримано матеріали, перспективні для
використання в якості торцевих ущільнень на хімічних виробництвах.
Ключові слова: композиційний матеріал, В4С, VC, анодна потенціо-
динамічна крива, корозійна стійкість.
The corrosion resistence, structure and physico-mechanical properties of
B4C–VC hot-pressed composites are studied. Materials perspective for the use as the end seals at
chemical productions.
Keywords: composite material, B4C, VC, anode potentsiodynamic curve,
corrosion resistence.
1. Кислый П. С., Кузенкова М. А., Боднарук Н. И., Грабчук Б. Л. Карбид бора. – К.: Наук.
думка, 1988. – 216 с.
2. Thevenot F. Boron carbide – a comprehensive review // J. Eur. Ceram. Soc. – 1990. – N 6. –
P. 205–225.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2018, № 3 91
3. Yamada S., Hirao K., Yamauchi Y., Kanzaki S. High strength B4C–TiB2 composites fabricated
by reaction hot-pressing // J. Eur. Ceramic Soc. – 2003. – 23, N 7. – P. 1123–1130.
4. Григорьев О. Н., Ковальчук В. В., Запорожец О. И., Бега Н. Д., Галанов Б. А., Прилуц-
кий Э. В., Котенко В. А., Кутрань Т. М., Дордиенко Н. А. Получение и физико-меха-
нические свойства композитов В4С–VВ2 // Порошк. металлургия. – 2006. – № 1/2. –
С. 59–72.
5. Ивженко В. В., Кайдаш О. Н., Сарнавская Г. Ф., Дуб С. Н., Попов В. А., Бологова Л. М.,
Лисовенко С. А. Особенности формирования структуры и свойств в системе В4С–ТiН2
при реакционном спекании под давлением // Сверхтв. материалы – 2011. – № 1. – С. 46–
58.
6. Антропов Л. И. Теоретическая электрохимия. – М.: Высш. шк., 1984. – 509 с.
Поступила 12.02.18
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-166995 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:33:21Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кайдаш, О.Н. Туркевич, В.З. Маринич, М.А. Фесенко, И.П. Беловол, В.С. Ткач, В.Н. 2020-03-11T21:27:37Z 2020-03-11T21:27:37Z 2018 Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС / О.Н. Кайдаш, В.З. Туркевич, М.А. Маринич, И.П. Фесенко, В.С. Беловол, В.Н. Ткач // Сверхтвердые материалы. — 2018. — № 3. — С. 87-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166995 621.762:666.3–13 Изучены коррозионная стойкость, структура и физико-механические свойства горячепрессованных композитов В₄С–VC. Получены материалы, перспективные для использования в качестве торцевых уплотнений на химических производствах. Вивчено корозійну стійкість, структуру і фізико-механічні властивості гарячепресованих композитів В₄С–VC. Отримано матеріали, перспективні для використання в якості торцевих ущільнень на хімічних виробництвах. The corrosion resistence, structure and physico-mechanical properties of B₄C–VC hot-pressed composites are studied. Materials perspective for the use as the end seals at chemical productions. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Письма в редакцию Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС Article published earlier |
| spellingShingle | Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС Кайдаш, О.Н. Туркевич, В.З. Маринич, М.А. Фесенко, И.П. Беловол, В.С. Ткач, В.Н. Письма в редакцию |
| title | Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС |
| title_full | Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС |
| title_fullStr | Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС |
| title_full_unstemmed | Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС |
| title_short | Коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы В₄С–VС |
| title_sort | коррозионная стойкость горячепрессованной керамической системы в₄с–vс |
| topic | Письма в редакцию |
| topic_facet | Письма в редакцию |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166995 |
| work_keys_str_mv | AT kaidašon korrozionnaâstoikostʹgorâčepressovannoikeramičeskoisistemyv4svs AT turkevičvz korrozionnaâstoikostʹgorâčepressovannoikeramičeskoisistemyv4svs AT mariničma korrozionnaâstoikostʹgorâčepressovannoikeramičeskoisistemyv4svs AT fesenkoip korrozionnaâstoikostʹgorâčepressovannoikeramičeskoisistemyv4svs AT belovolvs korrozionnaâstoikostʹgorâčepressovannoikeramičeskoisistemyv4svs AT tkačvn korrozionnaâstoikostʹgorâčepressovannoikeramičeskoisistemyv4svs |