Вісник львів. Ун-ту visnyk LVIV univ. Серія хім. 2003. Вип. 43. С. 205-208 Ser. Khim. 2003. No 43. P. 205-208

Вид материала

Документы

Содержание Ключові слова Особливості електрохімічного розчинення ...

Подобный материал:

• Вісник львів. Ун-ту visnyk LVIV univ. Серія хім. 2004. Вип. 44. С. 107-114 Ser. Khim., 149.48kb.
• Вісник львів. Ун-ту серія філол. 2003. Вип. 31. С. 75-92 visnyk LVIV univ. Ser. Philologi., 1743.21kb.
• Вісник львів. Ун-ту серія філол. 2003. Вип. 31. С. 192-201 visnyk LVIV univ. Ser. Philologi., 877.55kb.
• Вісник львів. Ун-ту серія філол. 2003. Вип. 31. С. 165-177 visnyk LVIV univ. Ser. Philologi., 537.9kb.
• Вісник львів. Ун-ту visnyk LVIV univ серія географічна. 2004. Вип. 31. С. 96-100 Ser., 93.97kb.
• К львів. Ун-ту серія філол. 2003. Вип. 31. С. 3-22 visnyk LVIV univ. Ser. Philologi., 937.67kb.
• Вісник львів. Ун-ту vysnyk LVIV univ. Серія філологічна. 2003. Вип. 32. С. 118-129, 1466.91kb.
• Вісник львів. Ун-ту vysnyk LVIV univ. Серія філологічна. 2003. Вип. 32. С. 3-14 Ser., 2065.96kb.
• Львів. Ун-ту visnyk LVIV univ. Серія хімічна. 200 Вип. 4 С. 197 201 Ser. Khim. 2004., 102.82kb.
• Вісник львів. Ун-ту vysnyk LVIV univ. Серія філологічна. 2003. Вип. 32. С. 194-198, 754.83kb.

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ	VISNYK LVIV UNIV.
Серія хім. 2003. Вип.43. С.205-208	Ser. Khim. 2003. No 43. P.205-208

УДК 669.15.018.583


ОСОБЛИВОСТІ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО РОЗЧИНЕННЯ АМОРФНОГО СПЛАВУ Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4

О. Герцик, М. Ковбуз, Л. Беднарська, Н. Кавчак¹

Львівський національний університет імені Івана Франка,

вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна, e-mail: o_hertsyk@yahoo.com


Методами потенціометрії та циклічної вольтамперометрії оцінено корозійну стійкість аморфних сплавів на базі заліза. Показано, що додатки Cu і Nb підвищують корозійну стійкість аморфних металевих сплавів Fe-Si-B.


Ключові слова: аморфний металевий сплав, сплави леговані, корозія, залізо, мідь, ніобій.


Мідь як високоефективний провідник електронів часто додають до багатьох промислових сплавів. Однак існує багато проблем, пов’язаних з їхньою корозією. Відомо, що корозійна тривкість міді та її сплавів забезпечується високою термодина­мічною стійкістю таких матеріалів і утворенням у присутності кисню захисного по­верхневого шару [1-3], при підвищених температурах (90^оС) у водних середовищах наявність кисню зумовлює інтенсивну корозію міді [2]. Отже, підвищення вмісту кисню, з одного боку, стабілізує пасивацію мідної поверхні, з другого – стимулює катодний процес деполяризації. Крім того, причиною активної корозії міді може бути наявність у водному середовищі хлоридів, що активно сприяють розчиненню захис­них плівок. Ці висновки стосуються кристалічних матеріалів з міддю, але, очевидно, вони деякою мірою переносяться на аморфні сплави (АМС) заліза з додатками міді. Як відомо [4], леговані аморфні сплави помітно корозійно стійкіші від відповідних кристалічних аналогів. Не завжди їхній компонентний склад, який зумовлює високу намагнічуваність чи провідність, достатньо забезпечує відповідний рівень хімічного опору.

Додаткове введення в сплави заліза ніобію, потенціал іонізації якого дорівнює 6,88 еВ, який найлегше піддається окисненню, підсилює формування поверхневих пасивуючих плівок [5]. Додатки Nb також мають властивість запобігати кристалізації АМС [6, 7].

Отже, порівняння електрохімічних параметрів розчинення аморфних сплавів на базі Fe з металевими компонентами Cu, Nb (Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4) та без них (Fe₈₀Si₆B₁₄) дає змогу виявити відмінності механізмів їх корозії.

Оцінювання корозійної стійкості сплавів проводили потенціометрично та вольтамперометрично за відомими методиками [8] в 0,5 М водному розчині NaCl, що моделює реакції металів з вологою атмосферою та мінералізованими водами.

Механізм розчинення АМС визначається кількістю та енергетичним рівнем активних атомів на поверхні. Оскільки досліджувані сплави багатокомпонентні систе­ми, то реакції окиснення конкурують між собою і роблять загальний внесок у потен­ціаловизначальний процес. Під час контакту АМС з агресивним середовищем почат-

206	О. Герцик, М. Ковбуз, Л. Беднарська та ін.

Параметри потенціометричного дослідження взаємодії аморфних сплавів

з 0,5 М водним розчином NaCl

Сплав	Ео, В	Ес, В	Е, В	t, с	v·104, В/с
Fe80Si6B14	-0,280	-0,500	0,220	600	3,6
Fe73,7Cu1,0Nb2,4Si15,5B7,4	-0,128	-0,209	0,081	480	1,7

ковий потенціал (Е_о) змінюється в часі і поступово досягає значення стаціонарного потенціалу (Е_с) (див. табл.).

Порівнюючи кінетичні параметри взаємодії поверхні сплавів з іонами Cl^– у воді, бачимо що значення початкового потенціалу АМС – електрода Fe₈₀Si₆B₁₄ поміт­но від’ємніше, ніж Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4. Це означає, що поверхня сплаву з додатком Cu та Nb окиснюється вже в атмосфері повітря досить активно і в початковий момент часу захищена досить інертною оксидною плівкою [1]. Енергії іонізації цих металів нижчі ніж Fe.

Результати вольтамперометричних досліджень (рис. 1, 2) свідчать про різний механізм корозії аморфних сплавів Fe₈₀Si₆B₁₄ та Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4. Аналіз форми вольтамперограм підтверджує загалом вищу корозійну стійкість у хлоридному середовищі при 293 К сплаву Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4. Анодні струми розчинення цього сплаву значно нижчі від струмів нелегованого (рис. 1). Початковій активній ділянці поляризаційної кривої відповідають, ймовірно, такі процеси:

Cu + H₂O  (CuOH)_адс + H⁺ + e (1)

(CuOH)_адс  (CuOH⁺)_адс + е (2)

(CuOH⁺)_адс + Н⁺  (Cu²⁺)_адс + Н₂О (3)

(Cu²⁺)_адс + хН₂О  [(Cu²⁺)_водн]_o (4)

[(Cu²⁺)_водн]_o  Cu²⁺_водн (5)



Рис. 1. Циклічні вольтамперограми аморфного сплаву Fe₈₀Si₆B₁₄ (1) та Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4 (2) у 0,5 М водному розчині NaCl

ОСОБЛИВОСТІ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО РОЗЧИНЕННЯ ...

207

а б

Рис. 2. Зміна потенціалу (а) та струму (б) корозії аморфного сплаву Fe₈₀Si₆B₁₄ (1) і Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4 (2) у 0,5 М водному розчині NaCl

Реакції 1 та 2 електродні та їхня швидкість залежить експоненціально від елек­тродного потенціалу. Послідовні реакції 3 і 4 є поверхневими, оскільки <<1 ( – ступінь заповнення поверхні), то вони суттєво не впливають на анодні струми. Швидкість анодного процесу практично визначається дифузією молекул води в зону реакції і виходом Cu²⁺ в розчин. Ніобій адсорбує кисень, утворюючи тверді розчини впровадження

Nb + O₂  Nb-O_{(твердий розчин)}  Nb₆O  Nb₂O.

Оксиди Nb₆O та Nb₂O володіють металевою провідністю і не відрізняються від поверхні металу. При достатній кількості кисню можуть утворюватися вищі оксиди (наприклад, Nb₂O₅), які є ковалентними непровідними сполуками і створюють ізолюючий шар на поверхні АМС - електрода.

З порівняння подібного окиснювального механізму розчинення заліза [9] видно, що початкові електродні реакції аналогічні і для Сu. Однак у випадку Fe тільки (FeOH)_адс залишається на поверхні, а наступні окислені часточки Fe²⁺ та Fe³⁺ відразу виходять у розчин, тоді як інтермедіати процесу окиснення Сu залишаються на поверхні.

Отже, поверхня Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4 виявляє помітний хімічний опір і в хло­ридному середовищі. Потенціал корозії цього сплаву протягом 35 хв у агресивному середовищі повністю не стабілізується (рис. 2). Можна припустити, що при анодній активації на поверхні сплаву відбувається одночасне виділення кисню та розчинення металу (очевидно, Nb). В цьому випадку базовий метал може транспасивно розчиня­тися через поверхневий оксидний шар. Варто зауважити, що в часі потенціал корозії АМС Fe₈₀Si₆B₁₄ (рис. 2) досягнувши максимального значення, практично не зміню­ється, що свідчить про високу стійкість захисної плівки [4]. У АМС на основі Fe най­імовірніший процес переходу Fe^oFe⁺_адс з виходом у розчин Fe²⁺ та Fe³⁺ іонів.

Порівнюючи електрохімічні параметри анодного розчинення АМС Fe₈₀Si₆B₁₄ та Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4 можна стверджувати, що додатки Cu і Nb в цілому сприяють підвищенню корозійної стійкості сплаву.

Потенціали корозії Fe₈₀Si₆B₁₄ - електродів у контакті з 0,5М водним розчином натрій хлориду швидко стабілізуються і досягають –0,97 В. У випадку анодної поля-

208	О. Герцик, М. Ковбуз, Л. Беднарська та ін.

ризації Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4 - електродів досить низьке значення початкового потенціалу корозії (-0,45 В) свідчить про швидке утворення захисної оксидної плівки Nb₂О та CuО, а поступовий зсув його значення в катодний бік при тривалому контакті з агресивним середовищем пов’язаний із транспасивним розчиненням Fe через поверхневий оксидний шар.

__________________________

1. Fontinha R., Salta M. Atmospheric corrosion of copper and copper alloys // Solution of Corrosion Problems in Advansed Technologies, European corrosion Congress, Germany,1999. P.136-142.
   
2. Efthimiadis K.G., Polychromiadis E.R, Chadjivasiliou S.C., Tsoukalas I.A Influence of Cu admixtures on the crystallization of amorphous Fe₇₅Si₉B₁₆ // Materials Research Bulletin. 2000. Vol.35. P.937-944.
   
3. Балицький О., Завербний Д, Крохмальний О., Ріпей І. Вплив параметрів охоло­джуючого середовища на корозійну тривкість мідних обмоток турбогенераторів серії ТЗВ // Фіз.-хім. мех. матер. Спец.вип. 2002. №3. С.113-118.
   
4. Герцик О., Ковбуз М., Беднарська Л. Аморфізація та елементний склад металевих сплавів як антикорозійні чинники // Фіз.-хім. мех. матер. Спец.вип. 2001. №2. С.178-182.
   
5. Akihisa Inoue Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys
   // Acta mater. 2000. Vol.48. P.279-306.
   
6. Gupta A., Bhadat N., Principi G. and al. Nanocrystallisation of amorphous alloys: comparison between furnace and current annealing // Intermetallics. 2000. Vol.8. P.287-291.
   
7. Mariano N.A., Souza C.A.C., May J.E., Kuri S.E. Influence of Nb content on the corrosion resistance and saturation magnetic density of FeCuNbSiB alloys // Materials Science and Engineering. 2002. Vol.A00. P.1-6.
   
8. Kovbuz M.O., Hertsyk O.M., Bednarska L.M. The peculiarity of adsorption of inorganic and organic nitrogen containing compounds on amorphous metal surfaces // Adsorption Science and Technology. 1999. Vol.17. No 7. P.565-574.
   
9. Киш Л. Кинетика электрохимического растворения металлов. М., 1990.
   

PECULIARITY OF ELECTROCHEMICAL DISSOLUTION OF AMORPHOUS ALLOY Fe_73,7Cu_1,0Nb_2,4Si_15,5B_7,4


M. Kovbuz, O. Hertsyk, L. Bednarska, N. Kavchak

Ivan Franko National University of L’viv,

Kyryla & Mefodiya Str. 6, UA-79005 L’viv, Ukraine, e-mail: o_hertsyk@yahoo.com

The corrosion durability of amorphous metal alloys on the base of iron was estimated by methods of potentiometry and cyclic voltammetry. It was shown that the addition of Cu and Nb increases the corrosion resistance of amorphous metal alloys of Fe-Si-B.


Key words: amorphous alloys, alloys alloyed, corrosion, iron, copper, niobium.


Стаття надійшла до редколегії 19.11.2002

Прийнята до друку 30.01.2003