Исследование коррозионной стойкости металлического СКМ Cu-Al | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 июня, печатный экземпляр отправим 3 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №23 (365) июнь 2021 г.

Дата публикации: 03.06.2021

Статья просмотрена: 88 раз

Библиографическое описание:

Богданова, А. И. Исследование коррозионной стойкости металлического СКМ Cu-Al / А. И. Богданова, В. Д. Гринцов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 23 (365). — С. 15-18. — URL: https://moluch.ru/archive/365/81981/ (дата обращения: 19.06.2024).



Композиционные материалы системы Cu-Al находят широкое применение в технике благодаря высоким тепло- и электропроводностью его компонентов. Он применяется при создании теплообменников и электротехнического оборудования, при этом в процессе эксплуатации подвергается ряду факторов — механических нагрузок, высоких температур и коррозионных сред. При этом вопросы коррозионной стойкости СКМ Cu-Al, полученного сваркой взрывом с последующим диффузионным отжигом, практически не изучен. В связи с этим, целью настоящей работы было изучение коррозионной стойкости слоистого КМ Cu-Al, полученного с помощью технологии, включающей в себя сварку взрывом и диффузионный отжиг, проведенный как в твердой фазе, так и с реализацией контактного плавления на границе слоев.

Образцы слоистого КМ были получены методом сварки взрывом. Сварку взрывом пакетов осуществляли при скоростях детонации заряда взрывчатого вещества и соударения плакирующей пластины с плакируемой, обеспечивающих качественное бездефектное соединение. Термическая обработка сваренных заготовок проводилась для получения между слоями из алюминиевого сплава и меди высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки.

Образцы трех типов:

1 тип — исходный композит, полученный методом сварки взрывом без последующей дополнительной термической обработки.

2 тип — полученный сваркой взрывом и подвергнутый диффузионному отжигу при температуре 530 °C в течении 30 часов.

3 тип — получен сваркой взрывом и обработан при температуре выше температуры контактного плавления — 580 °C с выдержкой 1час.

Коррозионные исследования проводились по ГОСТ 9.913–90 при переменном погружении в электролит, имитирующем воздействие влажной приморской атмосферы в течении 60 дней.

Макроструктуры образцов до испытаний на коррозию: а — 1-й тип; б — 2-й тип; в — 3-й тип.

Рис. 1. Макроструктуры образцов до испытаний на коррозию: а — 1-й тип; б — 2-й тип; в — 3-й тип.

Воздействие коррозионной среды, имитирующей морскую воду, на биметалл алюминий-медь вызывает явление контактной коррозии, имеющей электрохимическую природу. При помещении в электролит пары Cu-Al запускается анодный процесс, при котором разрушается алюминий, обладающий большей электроотрицательностью (-1,7В), чем медь (+0,339 В).

При взаимодействии композита системы медь-алюминий с агрессивной средой, имитирующей как морскую воду можно выделить следующие реагенты:

  1. Соль (NaCl)
  2. Вода (H 2 O)
  3. Алюминий (Al)
  4. Медь

Рассмотрим этапы прохождения химических реакций при взаимодействии композита с агрессивной средой.

При взаимодействии поваренной соли (NaCl) с водой происходит реакция диссоциации (распада на ионы) молекулы соли:

NaCl+H2O=H2O+Na+Cl,

Таким образом получаем среду, имитирующую морскую воду, являющуюся сильным электролитом.

Между хлором и алюминием, медью и хлором, также протекает следующие реакции:

2Al+3Cl=2AlCl 3 ,

Медь взаимодействует с галогенами. При этом образуются галогениды меди (II)

Cu+Cl 2 =CuCl 2

Любые границы раздела фаз энергетически неоднородны. В соответствии со статистикой Больцмана, на поверхности имеются активные (энергия больше средней) и пассивные участки (энергия меньше средней). Медь — химически малоактивный металл. При нагревании медь может реагировать с некоторыми неметаллами: кислородом, серой, галогенами. Естественно, что химическое взаимодействие начинается на активных участках.

На активных участках происходит окисление алюминия:

Al o → Al 3 + 3e,

КатионыAl 3+ переходят в раствор, электроны — на пассивные участки, где они ассимилируются полярными молекулами воды с восстановлением ионов водорода:

2e + 2H 2 O →H +2OH

Окислительный и восстановительный процессы пространственно разделены, но совершаются одновременно.

Медь взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

2Cu + O 2 → 2CuO

При взаимодействии с водным раствором поверхность алюминия покрывается гидрооксидной пленкой Al(OH) 3 в результате следующей реакции:

AlCl 3 + 3NaOH → Al(OH) 3 ↓ + 3NaCl

Выделяющийся газообразный водород разрывает гидроксидную плёнку, отслаивает её от алюминия, образуя участи коррозии. Это обеспечивает непрерывность процесса коррозии. Отслоившиеся чешуйки продуктов оседают на дне емкости.

При взаимодействии меди с водным раствором поверхность меди покрывается гидроксидом меди, получается следующая реакция:

Cu+NaOH=Cu(OH) 2

При длительном стоянии на воздухе, обогащённом кислородом, гидроксид меди(II) вступает в обратимую реакцию с кислородом, образуя грязно-красную смесь оксидов Cu(I) и Cu(II):

4Cu(OH) 2 +O 2 =2Cu 2 O 3 ↓+2H 2 O

Cu+HCl+O 2 =CuCl 2 +H 2 O

CuCl 2 +H 2 O= [Cu(NH 3 ) 4 ]Cl 2 +H 2 O

При электрохимической коррозии биметалла алюминий-медь за счет анодного процесса происходит разрушение алюминия, что должно вызывать потерю массы.

Зависимость потери массы (а) и скорости коррозионного поражения (б) в СКМ Cu-Al от времени воздействия коррозионной среды: 1 — 1-й тип; 2 — 2-й тип; 3 — 3-й тип

Рис. 3. Зависимость потери массы (а) и скорости коррозионного поражения (б) в СКМ Cu-Al от времени воздействия коррозионной среды: 1 — 1-й тип; 2 — 2-й тип; 3 — 3-й тип

Как видно (рис. 3, а), потеря массы зависит от времени воздействия коррозионной среды и условий термической обработки. Максимума она достигает на 60 день эксперимента, что связано с тем, что на алюминии оседает все больше продуктов коррозии при катодном процессе.

Скорость коррозии (рис. 3, б) достигает максимума на 45-й день эксперимента и может составлять до 0,1 (г/м 2 )*сут при термической обработке 580 °С при выдержке 1 час. К 60-му дню эксперимента скорость коррозии падает не зависимо от условий термообработки.

Микроструктура СКМ Cu-Al 60-й день эксперимента, х100: а — 1-й тип; б — 2-й тип; в — 3-й тип

Рис. 4. Микроструктура СКМ Cu-Al 60-й день эксперимента, х100: а — 1-й тип; б — 2-й тип; в — 3-й тип

Выводы:

Металлографическое исследование установило, что в зоне соединения двух металлов при воздействии коррозионной среды происходит выкрашивание частиц твердой интерметаллидной прослойки. Образцы третьего типа, полученные сваркой взрывом и обработанные при температуре выше температуры контактного плавления (580 °С с выдержкой 1 час) имеют наибольшую скорость коррозионного повреждения в присутствии жидкой фазы, что подтверждается данным о потери массы и скорости коррозионного повреждения. При этом слой меди практически не поврежден воздействием среды, благодаря протеканию катодного процесса в электролите.

Литература:

  1. Конструкционные материалы: Справочник / Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др., под общ. ред. Б. Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1990. — 668 с.
  2. Семенова И. В., Флорианович Г. М., Хорошилов А. В. «Коррозия и защита от коррозии», 2002–336с.
  3. ГОСТ 9.908–85. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.
  4. Слоистые композиты на основе алюминия и его сплавов. — М.: Металлургиздат, 2004. — 230с
Основные термины (генерируются автоматически): сварка взрывом, коррозионная среда, контактное плавление, медь, потеря массы, термическая обработка, агрессивная среда, анодный процесс, водный раствор, диффузионный отжиг.


Похожие статьи

Особенность коррозионной стойкости сварных соединений при...

В процессе сварки участки металла шва и околошовной зоны, которые наиболее длительное время находятся в температурном интервале 500–700оС, приобретают склонность к МКК, т. е. к коррозионному растворению границ и приграничных участков зёрен металла. Этот вид коррозии обусловлен структурными превращениями в металле, которые происходят при нагреве в интервале 500–700оС. Известно, что коррозионное растворение металла в средах нефтепереработки маловероятно, если металл содержит в своем твердом растворе не менее 13 % хрома. При меньшем содержании хрома в твердом растворе коррозия возможна.

Теория и технология диффузионной сварки через...

Путем диффузионной сварки, в сочетании с образованием интерметаллических соединений в зоне соединения невозможно получить достаточно прочную связь нельзя только из алюминия и его сплавов со сталью, остальные стали и сплавы в различных сочетаниях выдают отличные прочностные характеристики.

Для повышения прочностных свойств сварных соединений меди (и ее сплавов) с железом и стали используется никелированный гальванический промежуточный слой толщиной от 25 до 35 мкм. Этот слой образует сплошную серию твердых растворов на основе железа и меди (при T = 910 и 960 0С), что важно для сварки.

Диффузионная сварка замедляющих систем | Статья в сборнике...

Диффузионная сварка замедляющих систем. Авторы: Зоркин Александр Яковлевич, Масленникова Мария Владимировна, Филатов Григорий Григорьевич. Рубрика: 7. Машиностроение.

При диффузионной сварке керамических стержней с медным покрытием спирали под действием температуры и давления медь диффундирует в бериллиевую керамику, в зоне взаимодействия толщиной δ образуется новая фаза BeCuO2.

Проведен процесс диффузионной сварки спиралей из молибдена с медным покрытием и стержней из бериллиевой керамики. Металлографический анализ зоны взаимодействия показан на рис 3.

Влияние покрытий, содержащих функциональные компоненты, на...

Дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитных газов занимает одно из ведущих мест во всех отраслях промышленности. Одним из существенных недостатков дуговой сварки в среде защитных газов является повышенное разбрызгивание электродного металла и связанное с ним набрызгивание поверхности свариваемых деталей.[1, с. 3].

Поэтому актуальным становится вопрос о разработке функциональных покрытий, которые помимо всех своих преимуществ, будут еще положительно влиять на процесс сварки, свойства и структуру металла шва.

Особенность коррозионной стойкости сварных соединений при...

В данной работе произведен дальнейший анализ коррозионной стойкости сварных соединений и рассмотрены четвертая и пятая группы сварных соединений подверженных коррозионным разрушениям, которые

Сварные соединения четвертой группы сталей, обеспечивающие их стойкость против образования трещин в процессе изготовления нефтехимического оборудования и в процессе эксплуатации в агрессивной

Сложность технологии сварки делает рассматриваемые соединения весьма уязвимыми с точки зрения их работоспособности и соответственно, коррозионной стойкости. Сварные соединения пятой группы сталей.

Исследование влияния диффузионного отжига на величину...

Изменить градиент температурного поля в процессе термообработки, не всегда представляется возможным, в виду заложенной геометрии и материала изделия в конструкторской документации, а также безальтернативности закалочной среды в конкретных производственных условиях.

При этом диффузионный отжиг совместим с процессом газовой цементации, давая выдержку согласно расчетам при уменьшении подачи карбюризатора. Технология цементации, диффузионного отжига ипоследующей термической обработки. Вариант 1 для группы образцов 1: 005 Нагрев до 940°С по мощности печи.

Водородная хрупкость | Статья в журнале «Молодой ученый»

Одним из видов агрессивной среды является водородосодержащая среда. Причем она может действовать на конструкцию как при высоких температурах и давлениях, так и при нормальных, которые условно называют низкими температурами.

При воздействии водорода на медь происходит резкое снижение пластичности. Опасность охрупчивания меди необходимо учитывать при некоторых технологических операциях, например при светлом отжиге медных изделий, получившем широкое практическое применение. Рисунок 1. Схема растяжения стали.

Направления повышения экологической составляющей дуговой...

Одним из самых распространенных технологических процессов машиностроения и других отраслей производства является дуговая сварка. Это обусловлено тем, что на современном этапе экономического и технического развития ведущих отраслей производства основным конструкционным материалом остаются углеродистые стали. И хотя в последние десятилетия развиваются и другие методы сварки, такие как лазерная, электронно-пучковая, гибридные процессы, первенство принадлежит дуговой сварке, что обусловлено рядом объективных предпосылок.

Похожие статьи

Особенность коррозионной стойкости сварных соединений при...

В процессе сварки участки металла шва и околошовной зоны, которые наиболее длительное время находятся в температурном интервале 500–700оС, приобретают склонность к МКК, т. е. к коррозионному растворению границ и приграничных участков зёрен металла. Этот вид коррозии обусловлен структурными превращениями в металле, которые происходят при нагреве в интервале 500–700оС. Известно, что коррозионное растворение металла в средах нефтепереработки маловероятно, если металл содержит в своем твердом растворе не менее 13 % хрома. При меньшем содержании хрома в твердом растворе коррозия возможна.

Теория и технология диффузионной сварки через...

Путем диффузионной сварки, в сочетании с образованием интерметаллических соединений в зоне соединения невозможно получить достаточно прочную связь нельзя только из алюминия и его сплавов со сталью, остальные стали и сплавы в различных сочетаниях выдают отличные прочностные характеристики.

Для повышения прочностных свойств сварных соединений меди (и ее сплавов) с железом и стали используется никелированный гальванический промежуточный слой толщиной от 25 до 35 мкм. Этот слой образует сплошную серию твердых растворов на основе железа и меди (при T = 910 и 960 0С), что важно для сварки.

Диффузионная сварка замедляющих систем | Статья в сборнике...

Диффузионная сварка замедляющих систем. Авторы: Зоркин Александр Яковлевич, Масленникова Мария Владимировна, Филатов Григорий Григорьевич. Рубрика: 7. Машиностроение.

При диффузионной сварке керамических стержней с медным покрытием спирали под действием температуры и давления медь диффундирует в бериллиевую керамику, в зоне взаимодействия толщиной δ образуется новая фаза BeCuO2.

Проведен процесс диффузионной сварки спиралей из молибдена с медным покрытием и стержней из бериллиевой керамики. Металлографический анализ зоны взаимодействия показан на рис 3.

Влияние покрытий, содержащих функциональные компоненты, на...

Дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитных газов занимает одно из ведущих мест во всех отраслях промышленности. Одним из существенных недостатков дуговой сварки в среде защитных газов является повышенное разбрызгивание электродного металла и связанное с ним набрызгивание поверхности свариваемых деталей.[1, с. 3].

Поэтому актуальным становится вопрос о разработке функциональных покрытий, которые помимо всех своих преимуществ, будут еще положительно влиять на процесс сварки, свойства и структуру металла шва.

Особенность коррозионной стойкости сварных соединений при...

В данной работе произведен дальнейший анализ коррозионной стойкости сварных соединений и рассмотрены четвертая и пятая группы сварных соединений подверженных коррозионным разрушениям, которые

Сварные соединения четвертой группы сталей, обеспечивающие их стойкость против образования трещин в процессе изготовления нефтехимического оборудования и в процессе эксплуатации в агрессивной

Сложность технологии сварки делает рассматриваемые соединения весьма уязвимыми с точки зрения их работоспособности и соответственно, коррозионной стойкости. Сварные соединения пятой группы сталей.

Исследование влияния диффузионного отжига на величину...

Изменить градиент температурного поля в процессе термообработки, не всегда представляется возможным, в виду заложенной геометрии и материала изделия в конструкторской документации, а также безальтернативности закалочной среды в конкретных производственных условиях.

При этом диффузионный отжиг совместим с процессом газовой цементации, давая выдержку согласно расчетам при уменьшении подачи карбюризатора. Технология цементации, диффузионного отжига ипоследующей термической обработки. Вариант 1 для группы образцов 1: 005 Нагрев до 940°С по мощности печи.

Водородная хрупкость | Статья в журнале «Молодой ученый»

Одним из видов агрессивной среды является водородосодержащая среда. Причем она может действовать на конструкцию как при высоких температурах и давлениях, так и при нормальных, которые условно называют низкими температурами.

При воздействии водорода на медь происходит резкое снижение пластичности. Опасность охрупчивания меди необходимо учитывать при некоторых технологических операциях, например при светлом отжиге медных изделий, получившем широкое практическое применение. Рисунок 1. Схема растяжения стали.

Направления повышения экологической составляющей дуговой...

Одним из самых распространенных технологических процессов машиностроения и других отраслей производства является дуговая сварка. Это обусловлено тем, что на современном этапе экономического и технического развития ведущих отраслей производства основным конструкционным материалом остаются углеродистые стали. И хотя в последние десятилетия развиваются и другие методы сварки, такие как лазерная, электронно-пучковая, гибридные процессы, первенство принадлежит дуговой сварке, что обусловлено рядом объективных предпосылок.

Задать вопрос