Закономерности процесса фосфатирования магний-литиевых сплавов 02. 00. 05 электрохимия
| Вид материала | Закон |
- Магний – это тот необходимый минерал, который организм не может сам вырабатывать. Магний, 23.43kb.
- Закономерности превращения, 589.18kb.
- «производство отливок из сплавов цветных металлов», 38.25kb.
- Тема: сварка алюминия и его сплавов, 56.75kb.
- Дисциплины, 15.02kb.
- Жаропрочность платины, палладия и их сплавов, 427.22kb.
- Литейные свойства металлов и сплавов, 213.86kb.
- Гост 1639-78: лом и отходы цветных металлов и сплавов общие технические условия, 1661.44kb.
- Вопросы вступительных экзаменов в докторантуру PhD по специальности «Материаловедение, 27.1kb.
- Кремний- магний, 561.2kb.
На правах рукописи
ИСАЙЧЕВА ЛЮДМИЛА АНАТОЛЬЕВНА
закономерности процесса
ФОСФАТИРОВАНИя МАГНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ
02.00.05 – электрохимия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Саратов - 2008
Работа выполнена на кафедре физической химии ГОУ ВПО
“Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского”
| Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация: | Заслуженный деятель науки РФ, доктор химических наук, профессор Львов Арлен Леонидович доктор химических наук, профессор Попова Светлана Степановна кандидат химических наук, доцент Горбачёва Надежда Фёдоровна Воронежский государственный университет |
Защита состоится « 9 » октября 2008 года в 14 часов на заседании
Диссертационного совета Д 212.243.07 по химическим наукам при Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу:
410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, I корп., химический факультет.
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.
Автореферат разослан «____»__________ 2008 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук | | В.В. Сорокин |
Общая характеристика работы
Актуальность темы. В последние годы расширяется ассортимент новых магний-литиевых сплавов с различными легирующими добавками, используемых в качестве конструкционных материалов для космической, авиационной и других видов техники. Такие сплавы обладают рядом ценных физико-механических свойств, среди которых – низкая плотность, высокая удельная прочность, легкая деформируемость, свариваемость, повышенная пластичность, способность поглощать энергию удара и вибрационные колебания и др. Из изученных 26 бинарных систем магния с легирующими элементами именно магний-литиевая система, имеющая достаточно высокий отрицательный электродный потенциал, является наименее коррозионностойкой в растворах электролитов и, особенно в условиях морской атмосферы. Это ограничивает области и масштабы применения магний-литиевых сплавов. В связи с этим все более актуальной становится проблема их коррозионной защиты.
Для защиты магний-литиевых сплавов от коррозии в жестких климатических условиях в качестве промежуточного слоя, повышающего адгезию и защитную способность лакокрасочных покрытий (ЛКП), может быть рекомендовано фосфатирование, причем фосфатные пленки должны быть тонкослойными и мелкокристаллическими. Применение фосфатных покрытий (ФП) улучшает сцепление ЛКП с поверхностью на порядок и увеличивает срок службы и защитные свойства комплексных покрытий.
Имеющиеся в литературе данные по фосфатированию магниевых сплавов предусматривают использование преимущественно растворов, в которых образование ФП происходит при повышенной температуре (90-100 °С), а число предлагаемых составов для холодного фосфатирования ограничено. Сведения, касающиеся фосфатирующих составов для новых магний-литиевых сплавов, в частности типа МА 21, ИМВ 12, практически отсутствуют.
Образование высококачественных ФП на магниевых сплавах осложняется их способностью покрываться на воздухе оксидной пленкой, которая препятствует активному взаимодействию с фосфатирующими растворами. Поэтому предварительная подготовка магниевых сплавов должна заключаться в удалении естественной оксидной пленки и предупреждении вторичного ее образования. Это может быть достигнуто включением специальных операций активации поверхности магниевых сплавов наряду с обычными операциями обезжиривания и травления.
Для создания обоснованной, оптимальной технологии фосфатирования, его контроля и дальнейшего совершенствования весьма важно установление закономерностей и выяснение механизма образования фосфатных пленок.
Наиболее подробно механизм формирования ФП изучен на стали и металлах группы железа, а также на некоторых цветных металлах (Zn, Cd). Исследование фосфатирования этих объектов привело к установлению электрохимической природы явлений, происходящих при фосфатировании. Именно электрохимические процессы анодного растворения сплава и катодного восстановления окислителей, присутствующих в растворе, подготавливают условия для образования и совершенствования структуры фосфатного слоя, т.е. для процесса кристаллизации. В отличие от вышеперечисленных объектов механизм образования и физико-химические свойства ФП, сформированных на новых магний-литиевых сплавах типа МА 21, ИМВ 12, не изучены.
Исследования по тематике диссертационной работы выполнены в соответствии с тематическим планом фундаментальных исследований СарГУ (№№ гос. регистрации 01.91005191, 01.200114306, 01.200306280).
Цель работы состояла в установлении закономерностей формирования фосфатных пленок на новых магний-литиевых сплавах типа МА 21 для выяснения путей совершенствования процесса получения ФП с заданными функциональными свойствами.
Достижение поставленной цели включает решение следующих задач:
- установление кинетических закономерностей образования ФП на магний-литиевых сплавах в различных по составу фосфатирующих растворах;
- выяснение влияния предварительной подготовки поверхности магний-литиевых сплавов на кинетику формирования ФП на них;
- оптимизация процесса фосфатирования магний-литиевых сплавов для ускоренного получения на них мелкокристаллических, тонкослойных, коррозионностойких ФП;
- исследование коррозионно-электрохимического поведения магния и магний-литиевых сплавов в фосфорнокислых средах;
- установление взаимосвязи электрохимического поведения исследуемых объектов с процессами, протекающими при их фосфатировании;
- нахождение закономерностей процесса кристаллизации ФП на различных стадиях их формирования.
На защиту выносятся:
- Кинетические закономерности фосфатирования магний-литиевых сплавов типа МА 21 в цинк-нитрат-фосфатных растворах.
- Данные о влиянии предварительной подготовки поверхности на процесс формирования фосфатных слоев на магний-литиевых сплавах.
- Оптимизация процесса получения ФП с заданными функциональными свойствами на новых магний-литиевых сплавах.
- Закономерности анодного растворения магния и магний-литиевых сплавов в фосфорнокислых средах.
- Экспериментальное обоснование взаимосвязи электрохимического поведения исследуемых объектов с процессами, протекающими при их фосфатировании.
- Результаты экспериментального и теоретического анализа влияния предварительной подготовки поверхности на кинетику кристаллизации ФП на магний-литиевых сплавах.
Научная новизна.
Установлены общие закономерности фосфатирования магний-литиевых сплавов и специфические особенности (интенсивное выделение водорода и контактное осаждение цинка) указанного процесса по сравнению с другими цветными металлами.
Выявлена определяющая роль предварительной дополнительной щелочно-активационной обработки поверхности в сочетании с модифицированием состава цинк-фосфатного раствора для ускоренного получения на магний-литиевых сплавах тонкослойных и коррозионностойких ФП с улучшенной структурой.
Впервые исследовано коррозионно-электрохимическое поведение, в частности при электрохимическом растворении, магния и магний-литиевых сплавов в растворах умеренно кислых фосфатов (рН 2,7) с различными добавками. Установлена специфика анодного растворения изучаемых объектов в нитрат-фосфатных растворах в присутствии фторид-ионов, обусловленная конкуренцией между процессами их активации и пассивации.
Практическая значимость.
Показана возможность ускоренного низкотемпературного получения на магний-литиевых сплавах ФП с заданными функциональными свойствами.
Определены оптимальные концентрации эффективных модифицирующих добавок в фосфатирующем растворе и компонентов составов для щелочно-активационной обработки поверхности, используемых для получения на магний-литиевых сплавах тонкослойных, коррозионностойких, мелкокристаллических ФП, а также оценена фосфатирующая способность цинк-фосфатного раствора.
На основе выявленных особенностей процесса холодного фосфатирования исследуемых объектов определены пути его усовершенствования для получения на новых магний-литиевых сплавах качественных ФП.
Такие ФП могут быть рекомендованы в качестве подслоя под ЛКП и другие виды покрытий для повышения надежности защиты изделий из легких магний-литиевых сплавов в жестких коррозионных условиях.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на зональной конференции «Теория и практика электроосаждений металлов и сплавов» (Пенза, 1988), на совещании «Совершенствование технологии гальванических покрытий» (Киров, 1989), на XII Пермской конференции «Коррозия и защита металлов» (Пермь, 1990), на втором Всесоюзном семинаре «Современные методы исследования и предупреждения коррозионных и эрозионных разрушений» (Севастополь, 1991), на совещании «Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике» (Пенза, 1994), на научно-технической конференции «Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике» (Пенза, 1996), на Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 1997), на III Международном конгрессе «Защита-98» (Москва, 1998), на IV Международной конференции «Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики» (Саратов, 1999), на Международной конференции «Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности» (Москва, 2001), на V Международной конференции «Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики» (Саратов, 2002), на IV Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2003), на VII Международной конференции «Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики» (Саратов, 2008).