Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната натрия | Статья в журнале «Техника. Технологии. Инженерия»

Библиографическое описание:

Харина Г. В., Алешина Л. В., Ведерников А. С. Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната натрия // Техника. Технологии. Инженерия. — 2017. — №2. — С. 61-65. — URL https://moluch.ru/th/8/archive/57/2096/ (дата обращения: 17.08.2018).



Работа посвящена изучению кинетики и механизма коррозионного поведения латуни марки ЛС59–1 в растворе Na2CO3 разной концентрации. Актуальность исследования вызвана необходимостью повышения коррозионной стойкости сплава в реальных условиях. Показано защитное действие цистеина по отношению к сплаву ЛС59–1 в щелочной среде. Приведены результаты инверсионно-вольтамперометрического анализа продуктов коррозии сплава в индивидуальных растворах карбоната натрия и в присутствии цистеина. Особое внимание уделяется рассмотрению селективного механизма коррозионного поведения сплава.

Ключевые слова: латунь, цистеин, селективное растворение, скорость коррозии, коррозионная стойкость, продукты коррозии

Литейный сплав ЛС59–1 представляет собой многокомпонентную систему, содержащую кроме меди (57–60 мас. %) и цинка (37,05–42,2 мас. %) свинец (0,8–1,9 мас. %). Введение свинца в медно-цинковый сплав способствует улучшению некоторых физических и химических свойств последнего. Известно [1], что свинцовые латуни относятся к числу довольно хороших конструкционных материалов в связи с присущими им такими свойствами, как низкая ударная вязкость, пластичность, высокая твердость и стойкость к истиранию, низкая прочность на изгиб, хорошая обработка резанием и др. Установлено [2], что латунь ЛС59–1 обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью в различных средах: морская и пресная вода, атмосфера сухих газов-окислителей, органические растворители. Вместе с тем анализ литературных данных показал, что влияние щелочной среды на характер коррозионного разрушения латуни изучен недостаточно полно. В этой связи цель настоящей работы заключалась в изучении кинетики и механизма коррозии сплава ЛС59–1 в растворе карбоната натрия и определение ингибирующего эффекта цистеина в указанном растворе.

Реактивы, материалы, оборудование. Образцы латуни ЛС59–1 были получены литьем под давлением в индукционной тигельной печи с графитовой футеровкой. После тщательной шлифовки и полировки образцы сплава были взвешены на аналитических весах CY-124C и погружены в растворы объемом 100 см3 следующего состава: 1) Na2CO3 5 мас. %, 2) Na2CO3 10 мас. %, 3) 5 %-ный раствор Na2CO3, содержащий 0,2 мас. % цистеина.

По рассчитанным значениям массового показателя коррозии К (, г/см2*ч), были построены кинетические зависимости коррозионного процесса К = f(). Для анализа продуктов коррозии сплава ЛС59–1 был выбран инверсионно-вольтамперометрический метод, основанный на предварительном концентрировании ионов металла из раствора с последующей регистрацией тока анодного растворения на анализаторе ИВА-5 (по ТУ 4215–001–05828695–95). При этом величина тока растворения находится в прямо пропорциональной зависимости от содержания ионов металла в анализируемом растворе. При работе на анализаторе ИВА-5 процедуры обработки вольтамперограмм и вычисления результатов анализа предусмотрены программным обеспечением и проводятся автоматически.

Результаты иобсуждение. Сплав ЛС59–1 содержит, как было сказано выше, от 37,05 до 42,2 мас. % цинка, что соответствует образованию в системе двух фаз: -фазы — твердого раствора замещения цинка в меди, и -фазы — твердого раствора на основе электронного соединения Cu-Zn [3, с.303]. Присутствие в системе такого электроотрицательного элемента, как цинк (Е0Zn(2+)/Zn(0) = — 0,76В), обусловливает его избирательное растворение в агрессивной среде:

Zn — 2e Zn2+ (1)

При этом медь, как электроположительный компонент сплава, накапливается на поверхности, образуя стабильную, обогащенную этим элементом зону. Согласно [4, с. 34] одним из механизмов селективного растворения сплавов, обогащенных электроположительным компонентом, является нестационарная объемная диффузия обоих элементов в твердой фазе: электроотрицательного — из объема к поверхности сплава; электроположительного — от поверхности вглубь сплава. В связи с ионизацией активного компонента — цинка — в соответствии со схемой (1) поверхностный слой представляет собой мелкопористую фазу, обогащенную труднорастворимым компонентом — медью.

Поскольку раствор карбоната натрия вследствие гидролиза приобретает щелочную среду, функцию деполяризатора в коррозионном процессе выполняет растворенный в такой среде кислород, который будет восстанавливаться на катодных участках сплава:

О2 + 2Н2О + 4е  4ОН(2)

Продуктом избирательной коррозии будет гидроксид цинка:

2Zn2+ + О2 + 2Н2О  2Zn(OH)2(3)

В сильно щелочной среде образующийся Zn(OH)2 вследствие амфотерного характера переходит в комплексное соединение:

Zn(OH)2 + 2ОН  [Zn(OH)4]2–(4)

Кинетические зависимости коррозионного процесса сплава ЛС59–1 в растворе Na2CO3 представлены на рис. 1.

Рис. 1. Скорость коррозии сплава ЛС59–1 в растворах Na2CO3 (5, 10 мас. %) и в 5 %-ном растворе Na2CO3 в присутствии цистеина (0,2 мас. %)

Как видно из рис. 1, скорость коррозии латуни в начальный период времени резко возрастает, что обусловлено преимущественно ионизацией электроактивного компонента; после 120 часов выдержки образцов коррозионный процесс замедляется, и скорость коррозии приобретает постоянные значения. Авторами [5, с. 258] установлено, что в начальный период в поверхностном слое сплава благодаря высокой скорости селективного растворения цинка возникает значительный избыток вакансий по сравнению с объемом сплава. Однако со временем этот избыток уменьшается вследствие диффузии вакансий вглубь сплава, а поверхностных атомов меди — к поверхности сплава.

Молекулярный кислород — довольно сильный окислитель, способный ионизировать некоторый электроположительные металлы, в частности, медь (Е0О2/2Н2О = +1,23  Е0Cu(2+)/Cu(0) = +0,34 В):

Cu0 –2e  Cu2+(5)

Кроме того, переход в раствор меди возможен также и в результате равномерной коррозии сплава, следующей за селективным выщелачиванием более активного компонента при наличии обогащенной электроположительным компонентом зоны на поверхности сплава. В этом случае имеет место процесс послойного стравливания сплава, лимитирующей стадией которого является скорость выхода атомов электроотрицательного компонента на поверхность сплава [4. c. 38]

Из рис. 1 также видно, что с увеличением концентрации Na2CO3 скорость коррозии латуни в области активного растворения возрастает, однако в области пассивации значения массового показателя коррозии не зависят от концентрации ОН-ионов в коррозионной среде.

С целью повышения коррозионной стойкости сплава ЛС59–1 нами было исследовано ингибирующего действие цистеина, относящегося к группе серосодержащих аминокислот и образующего по аналогии с сульфидами с ионами тяжелых металлов труднорастворимые соединения — цистеинаты:

2R-SH + Zn2+  R-S–Zn–S-R + 2H+(6)

Введение в раствор карбоната натрия цистеина (0,2 мас. %) способствует понижению скорости коррозии как в области активного растворения, более того значения массового показателя коррозии приобретают отрицательные значения. Последнее обусловлено, как было сказано выше, образованием цистеинатов цинка и меди, выполняющих функцию экранирования поверхности образца от агрессивного воздействия коррозионной среды:

2R-SH + Cu2+  R-S–Cu–S-R + 2H+(7)

Для определения содержания ионов цинка и меди в продуктах коррозии был использован инверсионно-вольтамперометрический метод. Массовую концентрацию меди и цинка в растворе определяли методом добавки аттестованного раствора соответствующего металла.

Параметры определения цинка: потенциал предварительного концентрирования –1,4 В; время накопления 60 с. Аналитический сигнал, соответствующий току электрорастворения на анодной вольтамперограмме, регистрировали при потенциале (–1,0)  (0,1) B. Параметры определения меди: потенциал предварительного концентрирования –0,8 В; время накопления 180 с; аналитический сигнал регистрировали при — 0,2  (0,1) B [6, с. 40].

Рис. 2. АИВА цинка: 1 — фон объемом 9,0 мл: 0.1 моль/дм3 СH3COONa + 0.35 моль/дм3 NaCl; 2 — исследуемая проба объемом 1,0 мл (продукты коррозии сплава ЛС59–1 в 5 %-ном растворе Na2CO3); 3 — стандартная добавка ионов цинка 50 мкг/л.

На рис. 2 представлены дифференциальные анодные инверсионные вольтамперограммы (АИВА) цинка. Как видно из рис. 2, на АИВА введение аликвоты пробы в раствор фонового электролита (кривая 1) приводит к росту аналитического сигнала при потенциале –1,03 В (кривая 2). В присутствии добавки стандартного раствора ионов цинка отмечается дальнейший прирост АС (кривая 3), что свидетельствует о наличии в растворе ионов цинка.

Оценка степени селективности коррозионного разрушения сплава была проведена по коэффициенту селективного растворения [4, с.28]:

(8)

Ci — концентрация i-компонента; Cj — концентрация j-компонента.

Результаты инверсионно-вольтамперометрического анализа продуктов коррозии латуни, а также коэффициенты селективного растворения сплава приведены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание цинка имеди впродуктах коррозии сплава ЛС59–1 икоэффициенты селективного растворения компонентов сплава

Коррозионная среда

Содержание, мг/л

Отношение содержания компонентов всплаве

Коэффициент селективности растворения цинка

Коэффициент селективности растворения меди

Zn2+

Cu2+

Zn/Cu

Cu/Zn

ZZn

ZCu

5 %-ный раствор Na2CO3

10,28

3,69

0.69

1.44

4,01

0,25

10 %-ный раствор Na2CO3

17,81

5,36

4,78

0,21

5 %-ный раствор Na2CO3 + цистеин 0,2мас. %

6,15

2,12

4,17

0,24

Из таблицы 1 следует, что значения коэффициента селективности цинка для всех использованных коррозионных сред многократно превышает таковой для меди, что свидетельствует о преимущественном растворении цинка. Несколько большее значение коэффициента селективности цинка найдено для сплава в 10 %-ном растворе Na2CO3, что обусловлено более активным его выщелачиванием из сплава.

Таким образом, литейный сплав ЛС59–1 в растворе карбоната натрия корродирует по селективному механизму с преимущественным выщелачиванием цинка, как более электроотрицательного металла. Обнаружено, что цистеин обладает достаточно высоким ингибирующим эффектом по отношению к латуни ЛС59–1 в щелочной среде за счет экранирования поверхности сплава образующимися труднорастворимыми цистеинатами цинка и меди. Результаты кинетических исследований коррозионных процессов латуни ЛС59–1 хорошо согласуются с полученными данными инверсионно-вольтамперометрического анализа.

Литература:

  1. Латунь ЛС59–1. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://cu-prum.ru/latun/ls59–1.html. (Дата обращения 24.02.2017).
  2. Латунь — обработка, свойства, коррозия. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://ls59.ru/publ/1–1-0–3. (Дата обращения 24.02.2017).
  3. Власов В. С. Металловедение. Учебное пособие. М.: Альфа-М. Инфра-М. 2015. 332 с.
  4. Маршаков И. К., Введенский А. В., Кондрашин В. Ю., Боков Г. А. Анодное растворение и селективная коррозия сплавов. В.: Воронежский университет, 1988. 208 с.
  5. Ситников А. Д., Пчельников А. П., Маршаков И. К., Лосев В. В. Закономерности обесцинкования  латуней при анодной поляризации в хлоридных растворах. Защита металлов, 1978. № 14. С. 258–262.
  6. Белышева Г. М., Малахова Н. А., Алешина Л. В., Стенина Л. Э. Инверсионный вольтамперометрический анализатор «ИВА-ЗАК». Аналитика и контроль.1996. № 3–4. С.40–45.
Основные термины (генерируются автоматически): щелочная среда, R-S, S-R, поверхность сплава, раствор карбоната натрия, раствор, аналитический сигнал, коррозионная среда, медь, цинк.

Ключевые слова

латунь, скорость коррозии, коррозионная стойкость, цистеин, селективное растворение, продукты коррозии

Похожие статьи

Исследование возможности использования солей нафтеновых...

щелочная среда, R-S, S-R, поверхность сплава, раствор карбоната натрия, раствор, аналитический сигнал... Защитные свойства консервационных масел и ингибиторов...

Получение и исследование свойств новых полупроводниковых...

Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната...

Основные термины (генерируются автоматически): щелочная среда, R-S, S-R, поверхность сплава, раствор карбоната натрия, раствор...

Ингибирование коррозии стали 20Л в хлоридсодержащих средах

Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната... Показано защитное действие цистеина по отношению к сплаву ЛС59–1 в щелочной среде. Ключевые слова: латунь, цистеин, селективное растворение, скорость коррозии, коррозионная стойкость, продукты коррозии.

Утилизация отхода производства каустической соды с получением...

Поскольку раствор карбоната натрия вследствие гидролиза приобретает щелочную среду, функцию деполяризатора в. Продуктом избирательной коррозии будет гидроксид цинка.

Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Согласно модифицированному варианту [10], к щелочному раствору гипохлорита натрия просто добавляли твердый нитрат железа(Ш), процесс проводили при 25–30°С с добавлением твердого гидроксида калия.

Научные основы определения рН консервов для разработки...

Важна также его презумпция о недопустимости количественной интерпретации измеренных значений рН, если только среда не является разбавленным водным раствором простых веществ [7, с. 42].

Коррозия углеродистой стали в 30-процентном растворе...

коррозионный процесс, скорость коррозии, продукт коррозии, металл, результат коррозии, поверхность металла, окружающая среда, коррозия, коррозионная среда, корродирующий металл. Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната...

Химия варки древних стекол на зольной шихте | Статья в журнале...

Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната... Введение в раствор карбоната натрия цистеина (0,2 мас. %) способствует понижению скорости коррозии как в области активного растворения...

Разновидности соды

Определение среды (рН) растворов карбоната, гидрокарбоната и гидроксида натрия. На универсальный индикатор наносим растворы карбоната, гидрокарбоната и гидроксида натрия.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Исследование возможности использования солей нафтеновых...

щелочная среда, R-S, S-R, поверхность сплава, раствор карбоната натрия, раствор, аналитический сигнал... Защитные свойства консервационных масел и ингибиторов...

Получение и исследование свойств новых полупроводниковых...

Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната...

Основные термины (генерируются автоматически): щелочная среда, R-S, S-R, поверхность сплава, раствор карбоната натрия, раствор...

Ингибирование коррозии стали 20Л в хлоридсодержащих средах

Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната... Показано защитное действие цистеина по отношению к сплаву ЛС59–1 в щелочной среде. Ключевые слова: латунь, цистеин, селективное растворение, скорость коррозии, коррозионная стойкость, продукты коррозии.

Утилизация отхода производства каустической соды с получением...

Поскольку раствор карбоната натрия вследствие гидролиза приобретает щелочную среду, функцию деполяризатора в. Продуктом избирательной коррозии будет гидроксид цинка.

Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Согласно модифицированному варианту [10], к щелочному раствору гипохлорита натрия просто добавляли твердый нитрат железа(Ш), процесс проводили при 25–30°С с добавлением твердого гидроксида калия.

Научные основы определения рН консервов для разработки...

Важна также его презумпция о недопустимости количественной интерпретации измеренных значений рН, если только среда не является разбавленным водным раствором простых веществ [7, с. 42].

Коррозия углеродистой стали в 30-процентном растворе...

коррозионный процесс, скорость коррозии, продукт коррозии, металл, результат коррозии, поверхность металла, окружающая среда, коррозия, коррозионная среда, корродирующий металл. Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната...

Химия варки древних стекол на зольной шихте | Статья в журнале...

Коррозионное поведение сплава ЛС59–1 в растворе карбоната... Введение в раствор карбоната натрия цистеина (0,2 мас. %) способствует понижению скорости коррозии как в области активного растворения...

Разновидности соды

Определение среды (рН) растворов карбоната, гидрокарбоната и гидроксида натрия. На универсальный индикатор наносим растворы карбоната, гидрокарбоната и гидроксида натрия.

Посетите сайты наших проектов

Задать вопрос