Перевозников, С. С.

Позняк, С. К.

Цыбульская, Л. С.

Belarusian State Technological University

8   УДК 621.357.7 С.С. Перевозников, С.К. Позняк, канд. хим. наук,  Л.С. Цыбульская, канд. хим. наук, (НИИ ФХП БГУ, г. Минск) ЗАЩИТНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЬ–ФОСФОР НА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ  В ХЛОРИДСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЕ Для защиты изделий из углеродистых сталей широко используются никелевые покрытия благодаря их высокой коррозионной стойкости в щелочных, кислых и нейтральных средах. Более перспективными являются покрытия никель–фосфор, обладающие кроме высокой коррозионной стойкости в сернокислой [1] и нейтральной хлоридсодержащей среде [2] еще и повышенной твердостью и износостойкостью. Однако в литературе отсутствует информация о сравнении защитной способности стальных деталей покрытиями Ni и Ni–P, имеющими одинаковую толщину, но различное содержание фосфора.  Цель данного исследования – изучение зависимости коррозионной стойкости и защитной способности покрытий Ni и Ni–P на стали от содержания в них фосфора методом импедансной спектроскопии. Для осаждения покрытий использовали подложки из стали Ст3 (3×3 см2), предварительно отполированные, химически обезжиренные в ультразвуковой ванне и протравленные в кислотном травителе. Покрытия Ni и Ni–P толщиной 20 мкм наносили электрохимическим осаждением из электролита состава (г/л): NiSO4·7Н2О – 180, NiCl2·6Н2О – 10, H3PO4 – 10, KH2PO4 – 14, H3PO3 – 0 – 20 (pH = 2) при плотности тока 3 А/дм2 в термостатируемой ячейке (60±1 °С) с вертикальным колебанием катода с частотой 30 мин-1. Содержание фосфора в покрытиях определяли колориметрически по образованию фосфорнованадиевомолибденового комплекса с помощью фотоколориметра КФК–2. Спектры импеданса регистрировали с помощью потенциостата Autolab PGSTAT302N. В качестве электрода сравнения использовали насыщенный хлорсеребряный электрод, в качестве противоэлектрода – платиновую пластину площадью 4 см2. Исследование морфологии поверхности проводили с помощью сканирующего электронного микроскопа Leo-1410. Для исследования были выбраны покрытия Ni–P, которые, согласно данным рентгенофазового анализа, имеют разную структуру: кристаллическую (5,5 ат. % P), аморфно-кристаллическую (10,0 ат. % P) и аморфную (21,5 ат. % P). Импедансные спектры, полученные 9   после выдерживания образцов в 3,5 % растворе NaCl в течение 1 и 672 ч (28 суток), представлены на рис. 1.   Рисунок 1 – Импедансные диаграммы Боде (слева) и Найквиста (справа)  для покрытий Ni и Ni–P на стали после 1 и 672 ч их тестирования в 3,5 % растворе NaCl Импедансные диаграммы Найквиста имеют форму слабо искаженного полукруга, указывая на то, что перенос заряда является 10   лимитирующей стадией коррозионного процесса. Для интерпретации спектров, полученных на образцах с аморфно-кристаллическим и аморфным покрытиями и имеющих одну постоянную времени, была использована эквивалентная схема с сопротивлением раствора, включенным последовательно с параллельно соединенными сопротивлением переноса заряда (Rпз) и емкостью двойного электрического слоя. Для кристаллических покрытий Ni и Ni–P характерно наличие двух постоянных времени. В этом случае была использована более сложная эквивалентная схема с двумя дополнительными элементами для описания коррозионных процессов в питтингах. Рассчитанные из спектров импеданса параметры эквивалентной схемы для разных времен выдерживания образцов в 3,5 % NaCl представлены на рисунке 2, из которого видно, что поведение кристаллических покрытий Ni и Ni –P существенно отличается от поведения аморфно-кристаллических и аморфных покрытий. Rпз для кристаллических покрытий изменяется скачкообразно в интервале 10-40 кОм·см2 в первые 10 суток тестирования, а далее для образцов Ni Rпз стабилизируется на уровне 10-15 кОм·см2, для кристаллического Ni–P увеличивается в 1,5 раза после 750 ч тестирования. Такое поведение может быть связано с наличием в этих покрытиях микропор и/или микротрещин, через которые агрессивные хлорид-ионы проникают к стали, вызывая питтинговую коррозию. Для аморфно-кристаллических и аморфных покрытий в первые часы происходит рост сопротивления переноса заряда до 170-200 кОм·см2, что, по-видимому, связано с образованием тонкой пассивирующей пленки на поверхности покрытий. В дальнейшем рост Rпз замедляется, но после 700 ч вновь ускоряется, причем для аморфно-кристаллических покрытий Ni–P интенсивнее, чем для аморфных. Из фотографий поверхности покрытий после их коррозионных испытаний, приведенных на рис. 3 (вставки), видно, что образцы с кристаллическим покрытием Ni или Ni–P подвергаются выраженной питтинговой коррозии уже после 168 ч тестирования, в то время как на образцах Ni–P с аморфно-кристаллической и аморфной структурой даже после 1500 ч не замечено очагов питтинговой коррозии. Следует отметить, что на СЭМ микрофотографиях аморфных образцов после коррозионных испытаний не наблюдается заметных изменений морфологии поверхности, что говорит о малой толщине пассивирующей пленки. В то время как на аморфно-кристаллических покрытиях после 700 ч тестирования появляются темные пятна на поверхности, которые могут быть связаны с образованием слоя 11   продуктов коррозии, затрудняющих доступ хлорид-ионов к поверхности металла и тем самым повышающих защитную способность покрытий Ni–P.   Рисунок 2 – Зависимость сопротивления переноса заряда от времени тестирования образцов стали c кристаллическим покрытием Ni (1) и Ni–P (2), а также аморфно-кристаллическим (3) и аморфным  (4) Ni–P в 3,5 % растворе NaCl  Рисунок 3 – СЭМ изображения и фотографии (вставка) поверхности кристаллических покрытий   Ni   (а)   и Ni–P (б) после 168 ч тестирования, а также аморфно-кристаллических (в) и аморфных покрытий (г) Ni–P после 1500 ч тестирования в среде 3,5% NaCl Таким образом, основываясь на результатах выполненного исследования, можно заключить, что аморфно-кристаллические и аморфные покрытия никель–фосфор толщиной 20 мкм могут служить надежной защитой от коррозии углеродистой стали в хлоридсодержащей среде благодаря высокой коррозионной стойкости самого сплава Ni–P, связанной с образованием тонкой, плотной пассивирующей пленки, а также из-за отсутствия пор и микротрещин в формируемом покрытии.  ЛИТЕРАТУРА 1 Krolikowski A., Karbownicka B., Jaklewicz O. Anodic dissolution of amorphous Ni–P alloys // Electrochim. Acta. 2006. V. 51. P. 6120-6127. 2 Krolikowski A., Butkiewicz P. Anodic behaviour of Ni–P alloys studied by impedance spectroscopy // Electrochim. Acta. 1993. V. 38. P. 1979-1983.  

Защитная способность покрытий никель-фосфор на углеродистой стали в хлоридсодержащей среде

http://elib.belstu.by/bitstream/123456789/3644/1/perevoznikov_8-11.pdf

Защитная способность покрытий никель-фосфор на углеродистой стали в хлоридсодержащей среде

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Belarusian State Technological University