Тезисы
апрель 2017

Влияние диффузионных покрытий с барьерными слоями нитридов и карбидов металлов на коррозию углеродистой стали в растворах кислот


Погребова И. С. , Лоскутова Т. В. , Кучирка Е. П. , Романенко М. С.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Нанесение диффузионных покрытий приводит к изменению химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев сталей, обеспечивает их коррозионную стойкость [1]. Наличие в диффузионных слоях нитридов и карбидов переходных металлов, которые выполняют роль барьерного слоя, может препятствовать нежелательному диффузионному перераспределению элементов покрытия и основы, способствовать увеличению концентрации насыщающих элементов на поверхности сталей. В данной работе исследовалось влияние хромоалитированных, хромотитаноалитированных покрытий с барьерным слоем карбида хрома (Cr(CrAl), Cr(TiAl)), и хромотитаноалитированных покрытий (CrTiAl) с барьерным слоем нитрида титана (TiN[CrTiAl]) на коррозию стали 80 в растворах различных кислот. Фазовый, химический состав и структура покрытий были исследованы сотрудниками кафедры КПИ им. И. Сикорского [2,3].

Таблица 1 – результаты коррозионных испытаний стали 80 с диффузионными покрытиями при температуре 20°C

Параметры коррозионных испытаний Покрытие, среда
10% H2SO4
CrTiAl TiN[CrTiAl] Cr(TiAl) Cr(CrAl)
Km, г/(м2·час) 50,0777 61,9021 48,4766 6,7917
γ 0,18 0,16 0,2 1,8
τ, час 144 144 48 144
10% CH3COOH
Km, г/(м2·час) 0,7656 2,7599 0,115  
γ 0,77 0,21 5,14  
τ, час 192 192 192  
1,5% C6H10O4
Km, г/(м2·час) 0,1383 0,6641 0,0566 0,0233
γ 3,49 0,73 9,02 21,96
τ, час 336 144 336 336
 15% HNO3
Km, г/(м2·час) 422,3598 390,9356 0,3865 0,0452
γ 6,65 7,18 7909 67561
τ, час 24 24 336 336

Примечание: /, где ,  - массометрический показатель коррозии стали 80 и стали 80 с покрытиями.

Результаты испытаний показали, что коррозионная стойкость стали с покрытиями, зависит от природы кислоты и состава диффузионного слоя. Скорость коррозии стали и стали с покрытиями типа CrTiAl и TiN[CrTiAl] увеличивается при переходе от растворов адипиновой и уксусной кислот к растворам сульфатной и, особенно, нитратной кислоты. Однако, диффузионные покрытия с подслоем карбида хрома Cr(TiAl) и Cr(CrAl) оказываются значительно более стойкими в 15% растворе нитратной кислоты. Такое влияние природы кислоты обусловлено разными видами деполяризации коррозионных процессов (водородной, кислородно-водородной, окислительной) и различной природой анионов кислот, которые могут стимулировать (ионы SO42–) и пассивировать (C6H9O4, CH3COO, NO3) растворение металлов. Все исследуемые покрытия практически не влияют либо стимулируют коррозию стали в 10% H2SO4, несколько ингибируют или ускоряют ее в растворах органических кислот, однако, проявляют высокое защитное действие в 15% HNO3. Наибольшей эффективностью в растворах органических кислот обладают покрытия с барьерным слоем карбида хрома. Барьерный слой нитрида титана практически не влияет либо даже ухудшает антикоррозионные свойства покрытий, что объясняется более высоким содержанием в их поверхностных слоях железа (до 9%мас).

Данные микрорентгеноспектрального анализа показывают, что на поверхности стальных образцов с покрытием Cr(TiAl) выдержанных в течение 96 часов в 10% CH3COOH фиксируется уменьшение, по сравнению с исходным состоянием, процентного содержания хрома (с 27,22 до 1,29%мас) и железа (с 9,0 до 0,87%мас), повышения содержания алюминия (с 11,35 до 21,29%мас) и титана (с 42,38 до 49,05%мас). Это показывает, что антикоррозионные свойства такого покрытия обусловлены содержанием в его поверхностных слоях титана и алюминия, способных образовывать в условиях протекания коррозионного процесса защитные пленки оксидов. Наличие барьерного слоя карбида хрома способствует повышению содержания в поверхностных слоях легирующих элементов, что приводит к повышению коррозионной стойкости.

References
  1. Ворошнин Л.Г., Менделеева О.Л., Сметкин В.А. Теория и технология химико-термической обработки. – М.: Новое знание, 2010.- 304 с.
  2. Лоскутова Т.В. //Будова і захист властивості комплексних хромотитаноалітованих дифузійних покриттів на сталі У8А//Наукові вісті «НТУУ«КПИ», №6,2015, с. 38-46
  3. Лоскутова Т.В. Дифузійне хромоалітування попередньо хромованної сталі У8А. //, Левашов С.С., Погребова І.С., Хижняк В.Г., Чигиринець О.Е. Фізико хімічна механіка матеріалів «Проблеми корозії та проти-корозійного захисту матеріалів», Львів 2012, с. 250-255