Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl
Особливості кінетики та механізму корозійних процесів, які відбуваються на різних етапах взаємодії алюмінієвого евтектичного сплаву (α–Al–Mg2Si) з 3%-м розчином NaCl, що імітує морську воду, вивчено за допомогою методів анодних потенціодинамічних поляризаційних кривих, пошарового аналізу складу твер...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37393 |
| 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 алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl / 620.193:546.621 // Доп. НАН України. — 2011. — № 4. — С. 95-99. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860242007254892544 |
|---|---|
| author | Лавренко, В.А. Красовский, М.А. Коржова, Н.П. |
| author_facet | Лавренко, В.А. Красовский, М.А. Коржова, Н.П. |
| citation_txt | Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl / 620.193:546.621 // Доп. НАН України. — 2011. — № 4. — С. 95-99. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Особливості кінетики та механізму корозійних процесів, які відбуваються на різних етапах взаємодії алюмінієвого евтектичного сплаву (α–Al–Mg2Si) з 3%-м розчином NaCl, що імітує морську воду, вивчено за допомогою методів анодних потенціодинамічних поляризаційних кривих, пошарового аналізу складу твердофазних продуктів взаємодії — з використанням методів Оже-електронної спектроскопії, енергодисперсійного рентгеноспектрального аналізу, петрографічного аналізу окиснених шарів, сканувальної електронної мікроскопії, розподілу елементів на поверхні зразків у вторинних електронах та атомно-абсорбційної спектроскопії електроліту після електролізу. Встановлено, що при анодній поляризації на різних етапах корозії на поверхні сплаву утворюються твердофазні продукти взаємодії — аморфний Al2O3, кремній та метакристобаліт SiO2, а Mg2Si переходить у розчин у вигляді Mg- й SiO3^2−-іонів.
Peculiarities of the kinetics and the mechanism of corrosion of (α–Al–Mg2Si) aluminum euthectic alloy in a 3% NaCl solution imitating the marine water have been studied using the methods of anodic potential-dynamic polarization curves and layer-by-layer analyses of solid-phase interaction products (the AES, EDX, petrographic analysis, SEM, SEI), as well as AAS-analysis of electrolyte after the electrolysis. It has been established that, at the anodic polarization during different corrosion stages, amorphous Al2O3, silicon, and SiO2 (cristobalite phase) are formed as sold-phase products, while Mg2Si is partially transported to the solution as Mg- and SiO3^2−-ions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:30:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 620.193:546.621
© 2011
В.А. Лавренко, М. А. Красовский, Н. П. Коржова
Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического
сплава (α-Al−Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины О.Н. Григорьевым)
Особливостi кiнетики та механiзму корозiйних процесiв, якi вiдбуваються на рiзних
етапах взаємодiї алюмiнiєвого евтектичного сплаву (α-Al−Mg2Si) з 3%-м розчином
NaCl, що iмiтує морську воду, вивчено за допомогою методiв анодних потенцiодина-
мiчних поляризацiйних кривих, пошарового аналiзу складу твердофазних продуктiв взає-
модiї — з використанням методiв Оже-електронної спектроскопiї, енергодисперсiйного
рентгеноспектрального аналiзу, петрографiчного аналiзу окиснених шарiв, сканувальної
електронної мiкроскопiї, розподiлу елементiв на поверхнi зразкiв у вторинних електро-
нах та атомно-абсорбцiйної спектроскопiї електролiту пiсля електролiзу. Встановлено,
що при аноднiй поляризацiї на рiзних етапах корозiї на поверхнi сплаву утворюються
твердофазнi продукти взаємодiї — аморфний Al2O3, кремнiй та метакристобалiт SiO2,
а Mg2Si переходить у розчин у виглядi Mg2+- й SiO2−
3 -iонiв.
В настоящем сообщении рассматриваются результаты изучения коррозионной стойкос-
ти в 3%-м растворе NaCl эвтектического сплава, расположенного на квазибинарном
(α-Al−Mg2Si) сечении тройной системы Al−Mg−Si и содержащего 11,57% по объему Mg2Si
при атомной концентрации, %: Al 88,17; Mg 8,53; Si 3,30 [1]. Сплав характеризуется высоким
значением твердости HV 821 МПа и находит широкое применение в промышленности.
Кинетика и механизм анодного окисления эвтектического сплава исследована нами
с применением следующих методов:
потенциодинамического метода поляризационных кривых при использовании трехэлект-
родной ячейки с исследуемым анодом, платиновым катодом и хлоросеребряным электродом
сравнения Ag/AgCl/KCl (потенциалы приведены по отношению к данному электроду); зна-
чения скорости коррозии (анодной плотности тока) при этом фиксировались при скорости
изменения потенциала анода 0,5 мВ/с;
послойного анализа состава твердофазных продуктов взаимодействия (с помощью мето-
да количественной Оже-электронной спектроскопии при бомбардировке поверхности оксид-
ной пленки ионами Ar+ в камере спектрометра (в сочетании с компьютерной программой
разграничения Alсвоб и Alокисл; Siсвоб и Siокисл);
энергодисперсионного рентгеноспектрального анализа (EDX) окисленных слоев;
сканирующей электронной микроскопии (SEM);
изображения распределения элементов на поверхности во вторичных электронах (SEI);
петрографического анализа окалины по коэффициентам преломления ее ингредиентов
с использованием минералогического микроскопа МИН-7 и стандартного набора иммер-
сионных жидкостей;
атомно-абсорбционной спектроскопии (AAS) электролита, в частности, определения ко-
личества перешедшего в раствор магния по оптической плотности его атомного пара на
одной из резонансных линий.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №4 95
Рис. 1. Поляризационная кривая анодного окисления эвтектического сплава (α-Al−Mg2Si) в 3%-м раство-
ре NaCl
Размеры образцов сплава 20×8×2 мм. На рис. 1 представлена анодная поляризационная
кривая указанного эвтектического сплава в 3%-м растворе NaCl, характеризующаяся пятью
различными участками окисления образца. С помощью указанных физических методов
установлено следующее.
В области потенциалов Ea = −1,27. . .−1,24 В с весьма малой скоростью (ia = 10−7–
10−6 A/cм2) происходит переход в раствор силицида магния в виде Mg2+- и SO2−
3
-ионов:
Mg2Si + H2O = 2Mg2+ + SiO2−
3
+ 6H+ + 8e. (1)
Эта реакция продолжается со значительно большей скоростью вплоть до Ea = −0,90 В.
Но, начиная с −1,24 В, параллельно с ней за счет находящихся на поверхности участков
алюминия, как показано в статьях [2, 3], формируется пленка аморфного Al2O3 (показатель
преломления nm = 1,65), что существенно замедляет общую скорость коррозии образца
до Ea = −0,71 В:
2Al + 3H2O = Al2O3 + 6H+ + 6e. (2)
В частности, как видно на Оже-спектре рис. 2, при E = −0,8 В на поверхности образца
содержатся только две фазы: Al2O3 и неокисленный алюминий.
При потенциалах анода от −0,90 до −0,75 В на поверхности участков Mg2Si имеют место
две конкурирующие реакции. Сначала с большей скоростью протекает реакция
Mg2Si + 3H2O = 4Mg2+ + Si + SiO2−
3
+ 6H+ + 12e (3)
с выделением на аноде элементарного кремния (рис. 3), а затем — с еще большей скорос-
тью — реакция образования SiO2 в виде метакристобалита (nm = 1,486–1,492):
2Mg2Si + 5H2O = 4Mg2+ + SiO2 + SiO2−
3
+ 10H+ + 16e. (4)
Здесь об образовании на поверхности образца не только Al2O3, но и SiO2 убедитель-
но свидетельствуют данные рис. 4, где с помощью метода SEI показано распределение на
окисленной поверхности Аl Kα (а), Si Kα (б ) и О Kα (в), причем места дислокации Аl и Si
96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №4
Рис. 2. Оже-спектр поверхности образца, формирующейся при потенциале Ea = −0,9 В (содержание Al2O3
и Al)
Рис. 3. Данные EDX, подтверждающие образование в оксидной пленке на образце при Ea = −0,8 В наряду
с Al2O3 также элементарного Si
практически совпадают с таковыми для O, а также электронное изображение (SEM) образ-
ца, окисленного при Ea = −0,71 В (г): расположение Al2O3 — спектры 1. . . 3; расположение
SiO2 — спектры 4. . . 6.
Что касается поляризационной кривой рис. 1, предельный ток при E = −0,70 В еще
не устанавливается из-за перехода в раствор ионов SiO2−
3
. Однако в интервале потенциа-
лов Ea = −0,75. . .−0,70 В поляризационная кривая все же переходит в область предельного
тока вследствие образования на образце устойчивой защитной пленки метакристаболита:
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №4 97
Рис. 4. Данные SEI, подтверждающие образование в оксидной пленке на образце при Ea = −0,71 В оксидов
Al2O3 и SiO2
Mg2Si + 2H2O = SiO2 + 2Mg2+ + 4H+ + 8e. (5)
На основании полученных результатов исследования можно прийти к заключению, что
в реальных условиях коррозии, в частности, в морской воде, вплоть до потенциала −0,70 В,
образец сплава (α-Al−Mg2Si) эвтектического состава оказался весьма коррозионно-стой-
ким: скорости перехода ионов Mg2+ и SiO2−
3
в раствор не превышают ia ∼10−4,5 A/cм2.
Однако при пороговой поляризации (∼E = −0,66 В) наблюдается весьма существенное
уменьшение коррозионной стойкости этого сплава, главным образом, за счет резкого уско-
рения реакции (1); согласно данным AAS, содержание ионов магния в электролите после
электролиза составляет 36 мкг/мл раствора.
1. Barabash O.M., Milman Yu.V., Korzhova N.P. et al. Design of new cast aluminum materials using
properties of monovariant eutectic transformations L – α-Al + Mg2Si // Mater. Sci. Forum. – 2002. –
396–402. – P. 729–734.
2. Sconeczny W. Model of structure of Al2O3 layer obtained via hard anodizing method // Surface Eng. –
2001. – 17. – P. 389–392.
3. Ravel A., Tsameret Z.K., Grossman E. Surface characterization of thin layers of aluminum oxide // Surface
and Coat. Technol. – 1996. – 88. – P. 103–111.
Поступило в редакцию 10.08.2010Институт проблем материаловедения
им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №4
V.A. Lavrenko, M. A. Krasovskyi, N.P. Korzhova
Corrosion resistance of (α-Al−Mg2Si) aluminum eutectic alloy in a 3%
NaCl solution
Peculiarities of the kinetics and the mechanism of corrosion of (α-Al−Mg2Si) aluminum euthectic
alloy in a 3% NaCl solution imitating the marine water have been studied using the methods of
anodic potential-dynamic polarization curves and layer-by-layer analyses of solid-phase interaction
products (the AES, EDX, petrographic analysis, SEM, SEI), as well as AAS-analysis of electrolyte
after the electrolysis. It has been established that, at the anodic polarization during different corro-
sion stages, amorphous Al2O3, silicon, and SiO2 (cristobalite phase) are formed as sold-phase
products, while MgSi2 is partially transported to the solution as Mg2+- and SiO2−
3 -ions.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №4 99
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-37393 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:30:51Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лавренко, В.А. Красовский, М.А. Коржова, Н.П. 2012-10-09T18:12:17Z 2012-10-09T18:12:17Z 2011 Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl / 620.193:546.621 // Доп. НАН України. — 2011. — № 4. — С. 95-99. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37393 620.193:546.621 Особливості кінетики та механізму корозійних процесів, які відбуваються на різних етапах взаємодії алюмінієвого евтектичного сплаву (α–Al–Mg2Si) з 3%-м розчином NaCl, що імітує морську воду, вивчено за допомогою методів анодних потенціодинамічних поляризаційних кривих, пошарового аналізу складу твердофазних продуктів взаємодії — з використанням методів Оже-електронної спектроскопії, енергодисперсійного рентгеноспектрального аналізу, петрографічного аналізу окиснених шарів, сканувальної електронної мікроскопії, розподілу елементів на поверхні зразків у вторинних електронах та атомно-абсорбційної спектроскопії електроліту після електролізу. Встановлено, що при анодній поляризації на різних етапах корозії на поверхні сплаву утворюються твердофазні продукти взаємодії — аморфний Al2O3, кремній та метакристобаліт SiO2, а Mg2Si переходить у розчин у вигляді Mg- й SiO3^2−-іонів. Peculiarities of the kinetics and the mechanism of corrosion of (α–Al–Mg2Si) aluminum euthectic alloy in a 3% NaCl solution imitating the marine water have been studied using the methods of anodic potential-dynamic polarization curves and layer-by-layer analyses of solid-phase interaction products (the AES, EDX, petrographic analysis, SEM, SEI), as well as AAS-analysis of electrolyte after the electrolysis. It has been established that, at the anodic polarization during different corrosion stages, amorphous Al2O3, silicon, and SiO2 (cristobalite phase) are formed as sold-phase products, while Mg2Si is partially transported to the solution as Mg- and SiO3^2−-ions. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl Corrosion resistance of (α–Al–Mg2Si) aluminum eutectic alloy in a 3% NaCl solutio Article published earlier |
| spellingShingle | Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl Лавренко, В.А. Красовский, М.А. Коржова, Н.П. Матеріалознавство |
| title | Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl |
| title_alt | Corrosion resistance of (α–Al–Mg2Si) aluminum eutectic alloy in a 3% NaCl solutio |
| title_full | Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl |
| title_fullStr | Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl |
| title_full_unstemmed | Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl |
| title_short | Коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–Al–Mg2Si) в 3%-м растворе NaCl |
| title_sort | коррозионная стойкость алюминиевого эвтектического сплава (α–al–mg2si) в 3%-м растворе nacl |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37393 |
| work_keys_str_mv | AT lavrenkova korrozionnaâstoikostʹalûminievogoévtektičeskogosplavaαalmg2siv3mrastvorenacl AT krasovskiima korrozionnaâstoikostʹalûminievogoévtektičeskogosplavaαalmg2siv3mrastvorenacl AT koržovanp korrozionnaâstoikostʹalûminievogoévtektičeskogosplavaαalmg2siv3mrastvorenacl AT lavrenkova corrosionresistanceofαalmg2sialuminumeutecticalloyina3naclsolutio AT krasovskiima corrosionresistanceofαalmg2sialuminumeutecticalloyina3naclsolutio AT koržovanp corrosionresistanceofαalmg2sialuminumeutecticalloyina3naclsolutio |