Електрохімічна активність аморфних сплавів Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ у розчинах основ
Досліджено електрохімічну активність аморфних металевих сплавів (АМС) на основі алюмінію Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈. Сплави готували методом швидкого гартування (10⁵–10⁷ К/с) з розплаву у вигляді стрічки шириною ~2 см і товщиною ~20 мкм. Внаслідок способу охолодження розплаву розрізняли контак...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Праці наукового товариства ім. Шевченка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Західний науковий центр НАН України і МОН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75002 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Електрохімічна активність аморфних сплавів Al87Gd5Ni8 і Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8 у розчинах основ / О. Герцик, М. Ковбуз, Л. Бойчишин, Б. Котур, Т. Переверзєва // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2011. — Т. XXVIII: Хемія і біохемія. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75002 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Герцик, О. Ковбуз, М. Бойчишин, Л. Котур, Б. Переверзєва, Т. 2015-01-25T09:15:55Z 2015-01-25T09:15:55Z 2011 Електрохімічна активність аморфних сплавів Al87Gd5Ni8 і Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8 у розчинах основ / О. Герцик, М. Ковбуз, Л. Бойчишин, Б. Котур, Т. Переверзєва // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2011. — Т. XXVIII: Хемія і біохемія. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 1563-3569 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75002 544.6 Досліджено електрохімічну активність аморфних металевих сплавів (АМС) на основі алюмінію Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈. Сплави готували методом швидкого гартування (10⁵–10⁷ К/с) з розплаву у вигляді стрічки шириною ~2 см і товщиною ~20 мкм. Внаслідок способу охолодження розплаву розрізняли контактний бік (к), який безпосередньо стикається з охолоджуючим елементом, і зовнішній (з). Методи дослідження: хронопотенціометрія, циклічна вольтаметрія та скануюча електронна мікроскопія з аналізатором елементного складу. У лужних водних розчинах NaOH на поверхні АМС Al87Y4Gd1Ni8, а особливо легованих Fe, формуються захисні оксидно-гідроксидні шари, що суттєво підвищує антикорозійний опір поверхні. Якщо атоми Al контактують з електропровіднішими металами, то протони розряджаються на катодних ділянках і не руйнують захисних покрить на матриці сплаву. У водних розчинах NH₄OH корозія сплавів прискорюється. Струми корозії АМС Al₈₇Gd₅Ni₈ зростають у 20–25 разів, а Al₈₇Gd₅Ni₄Fe₄ – тільки у 5 разів, причому потенціал корозії та опір практично залишаються незмінними. Це пояснюється здатністю іонів NH4⁺ до комплексоутворення з Al³⁺ і активізації виходу комплексних іонів у розчин, a також зміною величини активної площі. Electrochemical activity of the amorphous metal alloys Al₈₇Gd₅Ni₈ and Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ has been investigated. Alloys were prepared by rapid quenching (10⁵ –10⁷ К/s) of the melt in the form of tape of ~ 2cm and of ~ 20mm thick. The difference between contact side (k), which directly faces to the cooling surface, and external side (з) was determined owing to the way of melt cooling procedure. The following experimental methods were used chronopotentiommetry, cyclic voltammetry and a scanning electron microscopy with elemental composition analyzer. Protective oxide-hydroxide layers are formed in the alkaline aqueous solutions of NaOH on the surface of Al87Y4Gd1Ni8, and especially of Fe-dopped alloys. They increase the corrosion resistance of the surface. If the Al atoms are in contact with more electroconductive metals, the protons discharge on the cathodic areas and do not damage the protecting coating of the alloy matrix. Corrosion of alloys increases in the NH₄OH aqueous solutions. Corrosion currents of Al₈₇Gd₅Ni₈ alloy increase in 20–25 times, and for Al₈₇Gd₅Ni₄Fe₄ alloy – only in 5 times, whereby the corrosion potential and resistance practically remain unchanged. This is explained by the ability of NH4⁺ to form complexes Al³⁺ and by activation of complexes ions transition into solution and also by the change of active surface size. Исследована электрохимическая активность аморфных металлических сплавов (АМС) на основе алюминия Al₈₇Gd₅Ni₈ и Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈. Сплавы изготовлены методом быстрой закалки (10⁵–10⁷ К/с) расплава в форме ленты шириной ~ 2 см и толщиной ~ 20 мкм. В следствие способа охлаждения расплава различаются две поверхности ленты: контактная, непосредственно прилегающая к охлаждающему элементу, и внешняя. Использованы такие методы исследования: хронопотенциометрия, циклическая вольтамперометрия, сканирующая электронная микроскопия с анализатором элементного состава. В щелочных водных растворах NaOH на поверхности АМС Al₈₇Gd₅Ni₈, особенно легированных Fe, формируются защитные оксидно-гидроксидные слои существенно увеличивающие антикоррозионное сопротивление поверхности. Атомы Al, контактируя с более электропроводящими металлами, провоцируют разрядку протонов на катодных участках. В этом случае защитное покрытие металлической матрицы не разрушается. В водных растворах NH₄OH коррозия АМС ускоряется. В случае Al₈₇Gd₅Ni₈ ток коррозии возрастает в 20–25 раз, а Al₈₇Gd₅Ni₄Fe₄ – только в 5 раз, причем потенциал коррозии и сопротивление практически остаются неизменными. Это явление связано с способностью ионов NH4⁺ к комплексообразованию с Al³⁺ и активизации выхода комплексных ионов в раствор, а также изменением величины активной площади электрода. uk Західний науковий центр НАН України і МОН України Праці наукового товариства ім. Шевченка Хемія Електрохімічна активність аморфних сплавів Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ у розчинах основ An electrochemical activity of amorphous alloys Al₈₇Gd₅Ni₈ and Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ in alkaline solutions Электрохимическая активность аморфных сплавов Al₈₇Gd₅Ni₈ и Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ в растворах щелочей Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Електрохімічна активність аморфних сплавів Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ у розчинах основ |
| spellingShingle |
Електрохімічна активність аморфних сплавів Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ у розчинах основ Герцик, О. Ковбуз, М. Бойчишин, Л. Котур, Б. Переверзєва, Т. Хемія |
| title_short |
Електрохімічна активність аморфних сплавів Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ у розчинах основ |
| title_full |
Електрохімічна активність аморфних сплавів Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ у розчинах основ |
| title_fullStr |
Електрохімічна активність аморфних сплавів Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ у розчинах основ |
| title_full_unstemmed |
Електрохімічна активність аморфних сплавів Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ у розчинах основ |
| title_sort |
електрохімічна активність аморфних сплавів al₈₇gd₅ni₈ і al₈₇(gd,y)₅(ni,fe)₈ у розчинах основ |
| author |
Герцик, О. Ковбуз, М. Бойчишин, Л. Котур, Б. Переверзєва, Т. |
| author_facet |
Герцик, О. Ковбуз, М. Бойчишин, Л. Котур, Б. Переверзєва, Т. |
| topic |
Хемія |
| topic_facet |
Хемія |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| publisher |
Західний науковий центр НАН України і МОН України |
| format |
Article |
| title_alt |
An electrochemical activity of amorphous alloys Al₈₇Gd₅Ni₈ and Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ in alkaline solutions Электрохимическая активность аморфных сплавов Al₈₇Gd₅Ni₈ и Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ в растворах щелочей |
| description |
Досліджено електрохімічну активність аморфних металевих сплавів (АМС) на основі алюмінію Al₈₇Gd₅Ni₈ і Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈. Сплави готували методом швидкого гартування (10⁵–10⁷ К/с) з розплаву у вигляді стрічки шириною ~2 см і товщиною ~20 мкм. Внаслідок способу охолодження розплаву розрізняли контактний бік (к),
який безпосередньо стикається з охолоджуючим елементом, і зовнішній (з). Методи дослідження: хронопотенціометрія, циклічна вольтаметрія та скануюча електронна мікроскопія з аналізатором елементного складу. У лужних водних розчинах
NaOH на поверхні АМС Al87Y4Gd1Ni8, а особливо легованих Fe, формуються захисні
оксидно-гідроксидні шари, що суттєво підвищує антикорозійний опір поверхні.
Якщо атоми Al контактують з електропровіднішими металами, то протони
розряджаються на катодних ділянках і не руйнують захисних покрить на матриці
сплаву. У водних розчинах NH₄OH корозія сплавів прискорюється. Струми корозії АМС Al₈₇Gd₅Ni₈ зростають у 20–25 разів, а Al₈₇Gd₅Ni₄Fe₄ – тільки у 5 разів, причому
потенціал корозії та опір практично залишаються незмінними. Це пояснюється здатністю іонів NH4⁺ до комплексоутворення з Al³⁺ і активізації виходу комплексних іонів у розчин, a також зміною величини активної площі.
Electrochemical activity of the amorphous metal alloys Al₈₇Gd₅Ni₈ and Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈ has been investigated. Alloys were prepared by rapid quenching (10⁵ –10⁷ К/s) of the melt in the form of tape of ~ 2cm and of ~ 20mm thick. The difference between contact side (k), which directly faces to the cooling surface, and
external side (з) was determined owing to the way of melt cooling procedure. The following experimental
methods were used chronopotentiommetry, cyclic voltammetry and a scanning electron microscopy with elemental composition analyzer. Protective oxide-hydroxide layers are formed in the alkaline aqueous
solutions of NaOH on the surface of Al87Y4Gd1Ni8, and especially of Fe-dopped alloys. They increase the
corrosion resistance of the surface. If the Al atoms are in contact with more electroconductive metals, the
protons discharge on the cathodic areas and do not damage the protecting coating of the alloy matrix. Corrosion
of alloys increases in the NH₄OH aqueous solutions. Corrosion currents of Al₈₇Gd₅Ni₈ alloy increase in 20–25 times, and for Al₈₇Gd₅Ni₄Fe₄ alloy – only in 5 times, whereby the corrosion potential and resistance practically remain unchanged. This is explained by the ability of NH4⁺ to form complexes Al³⁺ and by activation of complexes ions transition into solution and also by the change of active surface size.
Исследована электрохимическая активность аморфных металлических сплавов (АМС) на основе алюминия Al₈₇Gd₅Ni₈ и Al₈₇(Gd,Y)₅(Ni,Fe)₈. Сплавы изготовлены методом быстрой закалки (10⁵–10⁷ К/с) расплава в форме ленты шириной ~ 2 см и толщиной ~ 20 мкм. В следствие способа охлаждения расплава различаются две поверхности ленты: контактная, непосредственно прилегающая к охлаждающему элементу, и внешняя. Использованы такие методы исследования: хронопотенциометрия, циклическая вольтамперометрия, сканирующая электронная микроскопия с анализатором элементного состава.
В щелочных водных растворах NaOH на поверхности АМС Al₈₇Gd₅Ni₈, особенно легированных Fe,
формируются защитные оксидно-гидроксидные слои существенно увеличивающие антикоррозионное
сопротивление поверхности. Атомы Al, контактируя с более электропроводящими металлами,
провоцируют разрядку протонов на катодных участках. В этом случае защитное покрытие металлической матрицы не разрушается. В водных растворах NH₄OH коррозия АМС ускоряется. В случае Al₈₇Gd₅Ni₈ ток коррозии возрастает в 20–25 раз, а Al₈₇Gd₅Ni₄Fe₄ – только в 5 раз, причем потенциал коррозии и сопротивление практически остаются неизменными. Это явление связано с способностью ионов NH4⁺ к комплексообразованию с Al³⁺ и активизации выхода комплексных ионов в раствор, а
также изменением величины активной площади электрода.
|
| issn |
1563-3569 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75002 |
| citation_txt |
Електрохімічна активність аморфних сплавів Al87Gd5Ni8 і Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8 у розчинах основ / О. Герцик, М. Ковбуз, Л. Бойчишин, Б. Котур, Т. Переверзєва // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2011. — Т. XXVIII: Хемія і біохемія. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT gerciko elektrohímíčnaaktivnístʹamorfnihsplavíval87gd5ni8íal87gdy5nife8urozčinahosnov AT kovbuzm elektrohímíčnaaktivnístʹamorfnihsplavíval87gd5ni8íal87gdy5nife8urozčinahosnov AT boičišinl elektrohímíčnaaktivnístʹamorfnihsplavíval87gd5ni8íal87gdy5nife8urozčinahosnov AT koturb elektrohímíčnaaktivnístʹamorfnihsplavíval87gd5ni8íal87gdy5nife8urozčinahosnov AT pereverzêvat elektrohímíčnaaktivnístʹamorfnihsplavíval87gd5ni8íal87gdy5nife8urozčinahosnov AT gerciko anelectrochemicalactivityofamorphousalloysal87gd5ni8andal87gdy5nife8inalkalinesolutions AT kovbuzm anelectrochemicalactivityofamorphousalloysal87gd5ni8andal87gdy5nife8inalkalinesolutions AT boičišinl anelectrochemicalactivityofamorphousalloysal87gd5ni8andal87gdy5nife8inalkalinesolutions AT koturb anelectrochemicalactivityofamorphousalloysal87gd5ni8andal87gdy5nife8inalkalinesolutions AT pereverzêvat anelectrochemicalactivityofamorphousalloysal87gd5ni8andal87gdy5nife8inalkalinesolutions AT gerciko élektrohimičeskaâaktivnostʹamorfnyhsplavoval87gd5ni8ial87gdy5nife8vrastvorahŝeločei AT kovbuzm élektrohimičeskaâaktivnostʹamorfnyhsplavoval87gd5ni8ial87gdy5nife8vrastvorahŝeločei AT boičišinl élektrohimičeskaâaktivnostʹamorfnyhsplavoval87gd5ni8ial87gdy5nife8vrastvorahŝeločei AT koturb élektrohimičeskaâaktivnostʹamorfnyhsplavoval87gd5ni8ial87gdy5nife8vrastvorahŝeločei AT pereverzêvat élektrohimičeskaâaktivnostʹamorfnyhsplavoval87gd5ni8ial87gdy5nife8vrastvorahŝeločei |
| first_indexed |
2025-11-27T06:43:41Z |
| last_indexed |
2025-11-27T06:43:41Z |
| _version_ |
1850805537161084928 |
| fulltext |
Праці НТШ
Хем. Біохем. 2011. Т. 28. C. 62–69
Proc. Shevchenko Sci. Soc.
Chem. Biochem. 2011. Vol. 28. P. 62–69
УДК 544.6
Оксана ГЕРЦИК, Мирослава КОВБУЗ, Лідія БОЙЧИШИН,
Богдан КОТУР, Тетяна ПЕРЕВЕРЗЄВА
ЕЛЕКТРОХІМІЧНА АКТИВНІСТЬ АМОРФНИХ СПЛАВІВ
Al87Gd5Ni8 І Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8 У РОЗЧИНАХ ОСНОВ
Львівський національний університет імені Івана Франка, хімічний факультет,
вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна,
e-mail: o_hertsyk@yahoo.com
Досліджено електрохімічну активність аморфних металевих сплавів (АМС) на
основі алюмінію Al87Gd5Ni8 і Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8. Сплави готували методом швидкого
гартування (105–107 К/с) з розплаву у вигляді стрічки шириною ∼2 см і товщиною
∼20 мкм. Внаслідок способу охолодження розплаву розрізняли контактний бік (к),
який безпосередньо стикається з охолоджуючим елементом, і зовнішній (з). Мето-
ди дослідження: хронопотенціометрія, циклічна вольтаметрія та скануюча елек-
тронна мікроскопія з аналізатором елементного складу. У лужних водних розчинах
NaOH на поверхні АМС Al87Y4Gd1Ni8, а особливо легованих Fe, формуються захисні
оксидно-гідроксидні шари, що суттєво підвищує антикорозійний опір поверхні.
Якщо атоми Al контактують з електропровіднішими металами, то протони
розряджаються на катодних ділянках і не руйнують захисних покрить на матриці
сплаву. У водних розчинах NH4OH корозія сплавів прискорюється. Струми корозії
АМС Al87Gd5Ni8 зростають у 20–25 разів, а Al87Gd5Ni4Fe4 – тільки у 5 разів, причому
потенціал корозії та опір практично залишаються незмінними. Це пояснюється
здатністю іонів NH4
+ до комплексоутворення з Al3+ і активізації виходу комп-
лексних іонів у розчин, a також зміною величини активної площі.
Ключові слова: аморфні металеві сплави, алюміній, рідкісноземельні елементи,
корозія.
Розвиток енергетики, космічної, авіаційної та інших галузей техніки вимагає
нових, високоміцних і, особливо, легких сплавів, які володіють теплостійкістю, ви-
соким опором корозії, міцністю і достатньою пластичністю при низьких та висо-
ких температурах. До такого класу матеріалів належать сплави на основі алюмі-
нію, у тім числі аморфні [1–4].
В наш час активно досліджують способи створення аморфних і нанокристаліч-
них структур цих сплавів, які володіють унікальним хімічним опором та підвище-
ною міцністю (GB вище 1000 МПа) (табл. 1) [5, 6]. Однак, температурний інтервал
їхнього використання обмежений з огляду на нестабільність їхнього структурного
аморфного стану при високих температурах, коли відбувається перехід у термоди-
намічно рівноважний кристалічний стан.
mailto:o_hertsyk@yahoo.com
ЕЛЕКТРОХІМІЧНА АКТИВНІСТЬ АМОРФНИХ СПЛАВІВ Al87Gd5Ni8 і Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8... 63
Окрім різного ступеня структурування аморфних металевих сплавів (АМС)
шляхом термообробки, що зумовлює зміну їхніх фізико-хімічних характеристик,
не менш ефективним є легування. В алюмінієвих АМС, легованих Ni, Fe та La,
внаслідок відпалювання формується рентгеноаморфний стан з невеликою часткою
неоднорідно розподілених в об’ємі інтерметалічних фаз [7–9].
Таблиця 1
Механічні характеристики сплавів на основі Al
Сплав,
ат. %
Руйнуюча напруга,
σf, GPa
Модуль Юнга,
Е, GPa
Твердість,
H, GPa
Пластичність,
εt f = σf/E, %
Al87Y8Ni5 1,14 71,2 0,30 1,6
Al87La8Ni5 1,08 88,9 0,26 1,2
Al84La6Ni10 1,01 83,6 0,28 1,2
Al85Ce5Ni10 0,94 59,4 0,32 1,6
Al85Y8Ni5Co2 1,25 74,0 0,35 1,7
Al85Y7Ni5Co3 1,14 71,2 0,34 1,6
Леговані ферумом і РЗМ, алюмінієві аморфні сплави зберігають аморфний стан
до 600 К, а в інтервалі (600–650) К утворюють наночастинки інтерметалічних
сполук Al3Ni, що підвищує їхню міцність та хімічний опір.
Ми застосували комплекс електрохімічних методик для оцінки антикорозійної
стійкості АМС Al87Y5Ni8 на основі Al, легованих Fe та рідкісноземельним елемен-
том − гадолінієм: Al87Gd5Ni8, Al87Gd5Ni4Fe4, Al87Y4Gd1Ni8, Al87Y4Gd1Ni4Fe4. Вихід-
ні аморфні сплави виготовляли в Інституті металофізики НАН України, м. Київ
методом швидкого гартування (105–107 К/с) з розплаву на обертовому мідному ба-
рабані у вигляді стрічки шириною ≈2 см і товщиною близько 20 мкм. Унаслідок спо-
собу отримання аморфних металевих стрічок з розплавів розрізняють контактний (к)
бік, що безпосередньо стикається з охолоджуючим елементом, і зовнішній (з).
Оцінку взаємодії поверхні сплавів з водними розчинами проводили хроно-
потенціометрично, тобто визначали часову залежність вільного потенціалу. Для
контролю швидкості усталення і кінцевої величини потенціалу (Ес) порівняно з ро-
бочим електродом − пластинкою сплаву (S = 1 см2) використовували срібно-хло-
ридний електрод. Тривалість спостережень упродовж 30 хв досягнення Ес у випад-
ку всіх сплавів була достатньою. Хронопотенціометрію проводили за відсутності
зовнішнього потенціалу.
Вольтамперометрично в потенціодинамічному режимі з циклічним скануван-
ням потенціалу досліджено процеси, які відбуваються на поверхні АМС-електро-
да, тобто робочого електрода, електрод-порівняння − срібно-хлоридний, допоміж-
ний − платинова пластинка (S = 2 см2).
Мікрофотографії АМС-електродів, на яких вибрали точки для кількісного еле-
ментного аналізу поверхні до і після електрохімічної реакції, виконували за допо-
могою скануючого електронного мікроскопу JSM-6480 фірми JEOL.
Для алюмінію та його сплавів характерна корозія в лужних розчинах. В інтер-
валі рН між 4–9 алюміній покривається оксидно-гідроксидною плівкою. Процес
розчинення металу супроводжується емісією катіонів Al3+ у розчин, що полегшує
гідратацію оксидної плівки і збільшує ємність. Це зумовлює його досить високу
64 ОКСАНА ГЕРЦИК, МИРОСЛАВА КОВБУЗ, ЛІДІЯ БОЙЧИШИН, БОГДАН КОТУР...
початкову антикорозійну стійкість. В основних розчинах початкове та стаціонарне
значення вільного потенціалу, практично, визначається тільки природою самого
сплаву: елементним складом і структурним рівнем.
У 0,01 М водному розчині NaOH для трикомпонентного сплаву Al87Gd5Ni8 зна-
чення початкових потенціалів зовнішнього та контактного боків однакові (Ео ≈
-0,68 В) (рис. 1, а). На залежностях E = f(t) контактного боку через 400 с спостері-
гається максимум при -0,59 В, після чого вільний потенціал, практично, стабілі-
зується. На зовнішньому боці максимум простежується в додатнішій області (Ев =
-0,56 В) через 800 с і поверхня помітно продовжує пасивуватися (рис. 1, а). Заміна
частини Ni на Fe мало впливає на характер часових залежностей (рис. 1, б).
Часткове введення у сплав Y замість Gd, тобто наявність двох РЗМ диференціює
оксидно-відновні процеси на зовнішньому та контактному боках АМС-електрода.
Вже початкові значення вільного потенціалу Ео контактного та зовнішнього боків
відрізняються на ∼0,5 В, а кінцеві Ес − на (0,35–0,55) В, що свідчить про різний хі-
мічний склад контактного та зовнішнього боків стрічки АМС (табл. 2, рис. 1, в, г).
В усіх досліджуваних сплавів зовнішній бік АМС-електрода пасивується швид-
ше від контактного. Для початкової стадії взаємодії поверхні зі слаболужним сере-
довищем характерні реакції виділення гідрогену:
Al + H2O → Al n
+ + OH–+ ½ H2
Al n
+ + 2 H2O → Al3+ + H2↑ + 2OH–.
Отже, у процесі взаємодії Al з водою виділяються аніони OH–, і отже, при-
поверхневий шар самочинно підлужнюється, а процес набуває автокаталітичного
характеру. Можливо, з цим пов’язаний різкий зсув вільного потенціалу на контакт-
ному боці АМС – електрода після 20 хв взаємодії з агресивним середовищем.
Мікрофотографії поверхні АМС Al87Gd5Ni8 після 30 хв та 12 год взаємодії сплаву з
0,01 М розчином NaOH і результати кількісного визначення вмісту Al, Gd, Ni у
трьох вибраних точках різної інтенсивності забарвлення (рис. 2) свідчать, що
склад поверхні АМС у різних точках, визначений за допомогою скануючого
електронного мікроскопа з мікроаналізатором JEOL ISM 6510 A, відрізняється від
вихідного об’ємного складу. Отже, на поверхні концентрується Al. Усереднений за
трьома точками склад поверхні: Al90,6Gd3,57Ni5,73. Проте алюміній легко розчи-
няється у 0,01 М водному розчині NaOH і вже через 30 хв вміст його на поверхні
зменшується від 90–92% приблизно на 15–20% (табл. 3).
Деяке підвищення концентрації Ni у поверхневих шарах унаслідок контакту з
лужним середовищем зумовлене розчиненням Al, що екранує нікель на поверхні.
У присутності катіонів NH4
+ (водний розчин 1,5 М NH4OH, pH = 11,8) процеси
розчинення металу з поверхні АМС дещо прискорюються (табл. 4). Форма
хронопотенціограм контактного боку АМС електродів у присутності у сплаві Fe
відрізняється помітним плавним максимумом при ~-1,2 В у діапазоні 200–400 с від
початку реакції (рис. 3).
Після 600с вільний потенціал стабілізується близько ~-0,7В. Важливо те, що в
лужному середовищі (0,01 М NaOH, рН = 11,61) згідно з реакцією:
Fe + H2O = Fe(OH)2 + H2↑ при E = 0,47 – 0,059pH = -0,215B
і 2Fe(OH)2 = Fe3O4 + 2H2O + H2↑ при Е = -0,0197 – 0,059рН = -0,705В
виділяється газоподібний водень, що спостерігалось візуально.
ЕЛЕКТРОХІМІЧНА АКТИВНІСТЬ АМОРФНИХ СПЛАВІВ Al87Gd5Ni8 і Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8... 65
Рис. 1. Хронопотенціометричні залежності вільного потенціалу (Е) контактного (1) та
зовнішнього (2) боків стрічок АМС: Al87Gd5Ni8 (а), Al87Gd5Ni4Fe4 (б), Al87Y4Gd1Ni8 (в) та
Al87Y4Gd1Ni4Fe4 (г) та у 0,01 М водному розчині NaOH.
Таблиця 2
Результати хронопотенціометричного дослідження хімічної активності АМС у 0,01 М
водному розчині NaОН (рН = 11,61)
Сплав Бік Ео, В Ес, В |ΔЕ|∗, В τ, с υ·10-4, В/с
к -0,68 -0,58 0,10 1800 9,53 Al87Gd5Ni8 з -0,67 -0,50 0,17 1500 9,83
к -0,67 -0,59 0,08 1800 3,67 Al87Gd5Ni4Fe4 з -0,69 -0,54 0,15 1800 11,17
к -0,23 -0,12 0,11 800 3,33 Al87Y4Gd1Ni8 з -0,87 -0,47 0,40 1200 17,83
к -0,24 -0,10 0,14 1300 0,5 Al87Y4Gd1Ni4Fe4 з -0,72 -0,64 0,08 1800 1,16
|ΔЕ|∗=|Еc|-|Еo|
66 ОКСАНА ГЕРЦИК, МИРОСЛАВА КОВБУЗ, ЛІДІЯ БОЙЧИШИН, БОГДАН КОТУР...
Таблиця 3
Атомний вміст (%) елементів на поверхні АМС Al87Gd5Ni8 у різних точках (1-темна, 2-світла, 3-
сіра) після 30 хв витримування у 0,01 М водному розчині NaOH та 1,5 М NH4OH
Al Ni Gd O 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Вихідний 90,22 90,87 91,20 6,01 5,61 5,64 3,78 3,54 3,47 - - -
30 хв у NaOH 78,52 73,99 76,39 7,26 6,87 6,46 0,08 0,07 0,007 14,1 19,1 16,9
30 хв у NH4OH 71,40 39,0 71,96 6,77 2,04 6,26 4,02 1,13 3,99 17,8 57,8 17,8
1 2
3 4
Рис. 2. Мікрофотографії поверхні вихідного (1), витриманого 30 хв у 0,01 М водному
розчині NaOH (2), у 1,5 М NH4OH (3) АМС Al87Gd5Ni8 та вихідного Al87Gd5Ni4Fe4 (4).
Відомо, що під час взаємодії Al з водними розчинами основ на межі оксид-
метал виділяється газоподібний гідроген, що руйнує оксидні покриття [10]:
Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2H2↑.
ЕЛЕКТРОХІМІЧНА АКТИВНІСТЬ АМОРФНИХ СПЛАВІВ Al87Gd5Ni8 і Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8... 67
Легування алюмінію нікелем і ферумом помітно знижує розчинення АМС.
Якщо Al контактує з більш електровід'ємним металом, то йони Н+ розряджаються
на катодних ділянках, а не на Al і оксидна плівка не руйнується. Підтвердженням
цього висновку є результати вольтамперометричного дослідження АМС у 0,01 М
водному розчині NaOH, наведені у табл. 4.
Додатковий електрон стійкої конфігурації 4f7 у Gd перебуває в 5d-стані. Gd
виявляє високу подібність з d-елементами ІІІ групи, наприклад, ітрієм, атомні і
йонні радіуси яких близькі. Незважаючи на те, що радіуси елементів близькі, на
відміну від d-елементів, координаційні числа f-елементів можуть змінюватись від
9 до 14. Тобто вони мають високу здатність до комплексоутворення. В цьому ви-
падку можливі амонійні комплекси, які сприяють виходу йонів у розчин і підви-
щенню струмів корозії.
Рис. 3. Хронопотенціометричні залежності вільного потенціалу (E) контактного (1) та
зовнішнього (2) боків стрічок АМС: Al87Y4Gd1Ni8 (а) та Al87Y4Gd1Ni4Fe4 (б) та у 1,5 М
водному розчині NH4OH.
Таблиця 4
Електрохімічні характеристики АМС у 0,01 М водному розчині NaOH та 1,5 М NH4OH (*)
Сплав Iкор.·107, A/cм2 -Eкор., В R·102, Oм
Al87Gd5Ni8 7,60 0,94 3,6
Al87Gd5Ni8
* 176,0 0,84 2,6
Al87Gd1Y4Ni8 8,60 0,82 55,0
Al87Gd1Y4Ni4Fe4 1,70 0,57 100,0
Al87Gd5Ni4Fe4 5,60 0,88 5,1
Al87Gd5Ni4Fe4
* 29,0 0,89 5,9
Висновки
У 0,01 М водних розчинах NaOH на поверхні аморфних сплавів Al87Gd5Ni8, ле-
гованих Y і особливо Fe, формуються захисні оксидно-гідроксидні шари, що сут-
тєво підвищує опір поверхні до корозії.
Наявність оксидів феруму згладжує рельєф поверхні й ущільнює захисні по-
верхневі шари. В середовищі 1,5 М водного розчину NH4OH корозійні процеси
прискорюються, тобто струми корозії АМС Al87Gd5Ni8 підвищуються в 20–25
68 ОКСАНА ГЕРЦИК, МИРОСЛАВА КОВБУЗ, ЛІДІЯ БОЙЧИШИН, БОГДАН КОТУР...
разів, а у випадку АМС Al87Gd5Ni4Fe4 – у 5 разів, причому потенціал корозії та
опір, практично, залишаються незмінними.
ЛІТЕРАТУРА
1. Шпак А.П., Маслов В.В., Носенко В.К. Ресурсозберігаючі технології виробництва
нанокристалічних прецизійних магнітних матеріалів як складова інноваційного роз-
витку енергетичної та електротехнічної галузей промисловості України // Наука та
інновації. – 2005. – Т. 1, № 3. – С. 92–111.
2. Inoue A. New aluminium base alloys // In: Advances in Physical Metallurgy, Gordon &
Breach Publichers, Amsterdam, 1996. – P. 127–134.
3. Greer A.L. Changes in structure and properties associated with the transition from the
amorphous to the nanocrystalline state // Nanostr. Mat.: Science and Technology. – St.
Peterburg, Russia, 1997.
4. Sweitzer J.E., Shiflet G.J., Scully J.R. Localized corrosion of Al90Fe5Gd5 and Al87Ni8,7Y4,3
alloys in the amorphous, nanocrystalline and crystalline states: resistance to micrometer-
scale pit formation // Electrochim. Acta. – 2003. – Vol. 48. – P. 1223–1234.
5. Mudry S., Bednarska L., Kulyk Yu., Kotur B., Kovbuz M., Hertsyk O. Temperatures changes
of structure in Al87Ni8Y5 amorphous alloy // Arch. Mater. Sci. – 2004. – Vol. 25, № 4. –
P. 373–374.
6. Zhong Z.C., Jiang X.Y., Greer A.L. Microstructure and hardening of Al-based nanophase
composites. // Mater. Sci. Eng. – 1997. – A226–228. – P. 531–535.
7. Беднарська Л., Ковбуз М., Герцик О. та ін. Електрохімічні ефекти аморфного сплаву
Al87,0Gd5,0Ni8,0, викликані нанокристалізацією // Фіз-хім. механ. матер. – 2010. – Спец.
вип. № 8. – С.163–167.
8. Bednarska L., Kubisztal J., Budniok A., Kovbuz M., Hertsyk O., Kotur B. Influence of Gd,
Dy and Fe doping on electrochemical properties of the Al87Y5Ni8 amorphous metallic alloy //
Proc. XV th Internat. Seminar on Physics and Chemistry of Solids, Szklarska Poreba, Polska,
7–10 czerwca 2009. – P.48.
9. Zhang B., Ying L., Fuhui W. Elektrochemical corrosion behavior of microcrystalline
aluminium in acidic solutions // Corrosion Sci. – 2007. – Vol. 49. – P. 2071–2082.
10. Draley J., Ruther W. Corrosion of Al alloys // Corrosion. – 1956. – Vol. 12. – P. 441–480.
SUMMARY
Oksana HERTSYK, Myroslava KOVBUZ, Lidia BOJCHYSHYN,
Bogdan KOTUR, Tetiana PEREVERZIEVA
AN ELECTROCHEMICAL ACTIVITY OF AMORPHOUS ALLOYS Al87Gd5Ni8 AND
Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8 IN ALKALINE SOLUTIONS
Faculty of Chemistry, Ivan Franko National University of Lviv,
Kyryla & Mefodiya Str. 6, 79005 Lviv, Ukraine
Electrochemical activity of the amorphous metal alloys Al87Gd5Ni8 and Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8 has been
investigated. Alloys were prepared by rapid quenching (105–107 К/s) of the melt in the form of tape of ∼ 2cm
and of ∼ 20µm thick. The difference between contact side (k), which directly faces to the cooling surface, and
external side (з) was determined owing to the way of melt cooling procedure. The following experimental
methods were used chronopotentiommetry, cyclic voltammetry and a scanning electron microscopy with
ЕЛЕКТРОХІМІЧНА АКТИВНІСТЬ АМОРФНИХ СПЛАВІВ Al87Gd5Ni8 і Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8... 69
elemental composition analyzer. Protective oxide-hydroxide layers are formed in the alkaline aqueous
solutions of NaOH on the surface of Al87Y4Gd1Ni8, and especially of Fe-dopped alloys. They increase the
corrosion resistance of the surface. If the Al atoms are in contact with more electroconductive metals, the
protons discharge on the cathodic areas and do not damage the protecting coating of the alloy matrix. Corro-
sion of alloys increases in the NH4OH aqueous solutions. Corrosion currents of Al87Gd5Ni8 alloy increase in
20–25 times, and for Al87Gd5Ni4Fe4 alloy – only in 5 times, whereby the corrosion potential and resistance
practically remain unchanged. This is explained by the ability of NH4
+ to form complexes Al3+ and by
activation of complexes ions transition into solution and also by the change of active surface size.
Keywords: amorphous metallic alloys, aluminium, rare earth elements, corrosion.
РЕЗЮМЕ
Оксана ГЕРЦЫК, Мирослава КОВБУЗ, Лидия БОЙЧИШИН,
Богдан КОТУР, Татьяна ПЕРЕВЕРЗЕВА
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ Al87Gd5Ni8
И Al87(Gd,Y)5(Ni, Fe)8 В РАСТВОРАХ ЩЕЛОЧЕЙ
Львовский национальный университет имени Ивана Франка,
ул. Кирилла и Мефодия, 6, 79005 Львов, Украина
Исследована электрохимическая активность аморфных металлических сплавов (АМС) на основе
алюминия Al87Gd5Ni8 и Al87(Gd,Y)5(Ni,Fe)8. Сплавы изготовлены методом быстрой закалки (105–107 К/с)
расплава в форме ленты шириной ∼ 2 см и толщиной ∼ 20 мкм. В следствие способа охлаждения рас-
плава различаются две поверхности ленты: контактная, непосредственно прилегающая к охлаждающе-
му элементу, и внешняя. Использованы такие методы исследования: хронопотенциометрия, цикличес-
кая вольтамперометрия, сканирующая электронная микроскопия с анализатором элементного состава.
В щелочных водных растворах NaOH на поверхности АМС Al87Gd5Ni8, особенно легированных Fe,
формируются защитные оксидно-гидроксидные слои существенно увеличивающие антикоррозионное
сопротивление поверхности. Атомы Al, контактируя с более электропроводящими металлами,
провоцируют разрядку протонов на катодных участках. В этом случае защитное покрытие металличес-
кой матрицы не разрушается. В водных растворах NH4OH коррозия АМС ускоряется. В случае
Al87Gd5Ni8 ток коррозии возрастает в 20–25 раз, а Al87Gd5Ni4Fe4 – только в 5 раз, причем потенциал кор-
розии и сопротивление практически остаются неизменными. Это явление связано с способностью
ионов NH4
+ к комплексообразованию с Al3+ и активизации выхода комплексных ионов в раствор, а
также изменением величины активной площади электрода.
Ключевые слова: аморфные металлические сплавы, алюминий, редкоземельные элементы, коррозия.
Стаття надійшла 30.05.2011.
Після доопрацювання 06.06.2011.
Прийнята до друку 07.07.2011.
|