Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої сталі AISI 316 з покриттям нітридом титану у хлоридвмісних середовищах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціалу визначено період імунного стану складових електрохімічної системи. Встановлено, що
різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює утворення гальванопар, внаслідок чого відбувається селективне руйнування поверхневого шару в системі AISI 316 I Ti

Демирський, С. В.

Капустенко, Петро Олексійович

Перевертайленко, Олександр Юрійович

Сахненко, Микола Дмитрович

Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої сталі AISI 316 з покриттям нітридом титану у хлоридвмісних середовищах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціалу визначено період імунного стану складових електрохімічної системи. Встановлено, що різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює утворення гальванопар, внаслідок чого відбувається селективне руйнування поверхневого шару в системі AISI 316 I TiNCorrosion-electrochemical behavior of stainless steel AISI 316 coated with titanium nitride in chloride solutions was studied. The electrode potential’s chronograms represent the immune state of electrochemical system components. The difference between coating and substrate potentials causes the galvanic couple appearance following by selective destruction of the coating layer in AISI 316 I TiN system

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

12УДК 620.193М.Д. САХНЕНКО, докт. техн. наук,П.О. КАПУСТЕНКО, канд. техн. наук, О.Ю. ПЕРЕВЕРТАЙЛЕНКО,С.В. ДЕМИРСЬКИЙ, НТУ ”ХПІ”КОРОЗІЙНА СТІЙКІСТЬ МАТЕРІАЛІВ У СИСТЕМАХГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯДосліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої сталі AISI 316 з покриттям нітридомтитану у хлоридвмісних середовищах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціа-лу визначено період імунного стану складових електрохімічної системи. Встановлено, щорізниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює утворення гальванопар, внаслідок чоговідбувається селективне руйнування поверхневого шару в системі AISI 316|TiN.Corrosion-electrochemical behavior of stainless steel AISI 316 coated with titanium nitride inchloride solutions was studied. The electrode potential’s chronograms represent the immune stateof electrochemical system components. The difference between coating and substrate potentialscauses the galvanic couple appearance following by selective destruction of the coating layer inAISI 316|TiN system.Вступ. Серед пріоритетних завдань сьогодення, що вимагають нага-льного вирішення, безсумнівною домінантою є низка  енергетичних і еко-логічних проблем. Забезпечення енергетичної безпеки країни значнимчином пов’язано з високою надійністю та безвідмовністю роботи енерго-генеруючих та енергозабезпечуючих галузей промисловості, що зумов-лює увагу до таких підприємств, зокрема досить розгалуженої системитеплових мереж України. Вплив техногенних чинників, варіативність ви-хідного мінерального стану та сезонні коливання складу води, що вико-ристовують для  живлення стистем, а також ціла низка інших факторівскладають передумови до корозійного руйнування об’єктів.До ефективних засобів попередження корозійних пошкоджень  обла-днання систем гарячого водопостачання слід віднести заходи з раціона-льного конструювання, насамперед, застосування корозійностійких мате-ріалів [1, 2] для виготовлення насамперед теплообмінної апаратури. Станпроблеми ускладнюється тими обставинами, що найсучасніші теплообмінніапарати є пластинчастого типу, при виготовленні яких застосовують пласти-ни товщиною від 0.3 мм, а матеріалом здебільшого є легована корозійностій-ка сталь класу 18 – 8, титан або у найагресивніших умовах – вуглеплас-13тик [3]. Корозійностійкі сталі є найрозповсюдженішим матеріалом, оскількиінші з перелічених матеріалів або надто коштовні (Ті), або крихкі (вуглеплас-тики). Тому підвищення хімічного опору конструкційних матеріалів до впли-ву корозивних компонентів технологічних середовищ є актуальним.Розв’язання цього завдання зумовлює необхідність техніко-економіч-ного  обгрунтування заходів по впровадженню перспективних систем проти-корозійного захисту, головним чином – різноманітних покрить. До їх числаможна віднести і такі види перспективних матеріалів, як нітрид титанові, щознаходять застосування для підвищення зносостійкості ріжучого інструмен-ту [4, 5] та захисту від атмосферної корозії обєктів культового призначен-ня [6].  Визначення можливості застосування таких покриттів для захисту відкорозії обладнання в системах гарячого водопостачання і зумовило мету ро-боти.Методика проведення досліджень. Досліджували корозійну пове-дінку зразків корозійностійкої сталі, на поверхню яких було нанесено по-криття нітридом титану. Як підкладку застосовували пластини теплооб-мінника товщиною 0.5 мм, виготовлені зі сталі AISI 316 (мас. %: C  0.08,Si  1.00, Mn  2.00, Cr ≈ 16 – 18, Ni ≈ 10 – 14, Mo ≈ 2 – 3). Покриття ніт-ридом титану товщиною до 2 мкм наносили методом іонно-плазмового на-пилення у вакуумній камері “Булат” безпосередньо на робочі пластини. Ко-розійні випробування проводили в хлоридних розчинах, зокрема 15 %-муNaCl при температурі 30 ± 1С, для чого на поверхні пластин фіксували 4скляні ємності з розчином корозивного електроліту. В розчин занурювалихлоридсрібні електроди порівняння, відносно яких проводили вимірюванняелектродних потенціалів. Хронограми електродних потенціалів фіксували іззмінним часовим інтервалом: кожні 30 хв. на початку експозиції, за перебі-гом перших 3 діб – через 2 год, а в наступний період – один раз на добу. Ви-мірювання потенціалів здійснювали за допомогою високоомного вольтметратипу В7-35 за хлоридсрібним електродом ЕВЛ-1 М1 з наступним перерахун-ком на водневу шкалу потенціалів. Наявність Fe(II) та Fe(III) – іонів в складірозчину визначали за якісними колористичними реакціями з гексаціанофера-том (ІІ) та гексаціанофератом (ІІІ) калію [7]. Мікрофотографування поверхнізразків у вихідному стані та після експозиції в корозивному розчині здійсню-вали цифровою камерою НР-320 з використанням оптичного мікроскопаМБС-9.Результати експерименту та їх аналіз. Аналіз хронограм електродних14потенціалів зразків корозійностійкої сталі (КС) та сталевих зразків з покрит-тям нітридом титану (НТ) мають схожу, але відмінну геометрію (рисунок).а бРисунок – Хронограми електродного потенціалу і мікрофотографії поверхнівідповідних зразків після 150 діб експозиції сталі AISI 316 (а)та з шаром покриття нітридом титану (б).Так, загальний вигляд хронопотенціограм можна надати сукупністюдвох ділянок – лінійної на початку експозиції та наступної, майжеекспоненційної ділянки спаду потенціалу із зростаннім часу експозиції. По-чаткова лінійна ділянка (так званий інкубаційний період тривалістю t0)відбиває імунний щодо впливу корозивного середовища стан поверхні. Алехарактер таких ділянок для КС та НТ сутєєво різниться принаймі за такимиознаками:▪ амплітуда Е(t) для КС суттєво вища за відповідні значення для НТ,▪ залежності Е(t) в часовому інтервалі t t0 для НТ характеризуютьсязначним розсіюванням за амплітудою,▪ залежності Е(t) в часовому інтервалі t t0 для НТ відбивають суттєвувідмінність у тривалості інкубаційного періоду.15Таку поведінку електродів можна пояснити з огляду на стан вихідної по-верхні та характер наступного руйнування (див. рисунок). Дійсно, зразки КСявляють собою мікрогетерогенну субстанцію, поверхня яких збагаченаінтерметалідами, але майже еквіпотенціальну, внаслідок чого у контакті зхлоридвмісними розчинами вона буде руйнуватися за пітинговиммеханізмом при досягненні критичної температури пітингоутворення.Необхідно відзначити, що розподіл пітингових вогнищ по поверхні КС маєстохастичний характер. В той же час шар  покриття НТ незначної товщини,нанесеного на сталеву поверхню, є поруватим і містить деякі технологічнідефекти напилення, обумовлені складною геометрією поверхні пластинтеплообмінного апарату, що призводить до утворення макрогальванопар (надефектних ділянках) або ініціювання  пітингової корозії  в  порах покриття.Саме про такий характер руйнування свідчить мікрофотографія поверхнізразка НТ після 150 діб експозиції в хлоридвмісному розчині (рисунок, б), щовідбиває наявність корозійного виразку та незначної  кількості пітингів дов-коло нього. З огляду на означене можна прогнозувати високу корозійнустійкість конструкційних матеріалів з покриття нітридом титану, але привідсутності поруватості останнього. В поточний час такий метод поверхневоїобробки знайшов поширення для протикорозійного та декоративного оздоб-лення листового металопрокату, але для складнопрофільованих виробів йогозастосування вбачається не зовсім доцільним.Висновки. Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованоїсталі AISI 316 з покриттям нітридом титану у хлоридвмісних середови-щах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціалу визначеноінкубаційний період імунного стану складових електрохімічної системи.Встановлено, що різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлюєутворення гальванопар, які призводять до селективного руйнування пове-рхневого шару в системі AISI 316|TiN.Список літератури: 1. Нарівський О.Е. // ФХММ. – 2007. – № 2. – С. 100 – 106. 2. Сахненко Н.Д.,Капустенко П.А., Ведь М.В., Желавский С.Г. // Защита металлов. – 1998. – Т. 34, № 4. – С. 378 –383. 3. Зингер Н.М., Тарадай А.М, Бармина Л.С. Пластинчатые теплообменники в системах тепло-снабжения. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 256 с. 4. Верещака А.С. Работоспособность режущегоинструмента с износостойкими покрытиями. – М.: Машиностроение, 1993. – 336 с. 5. Табаков В.П.Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложныхнитридов и карбонитридов титана. – Ульяновск: УлГТУ, 1998. – 124 с. 6. Елисеев Ю.С., АбраимовН.В., Крымов В.В. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении.16– М.: Высшая Школа, 1999. – 525 с. 7. Отто М. Современные методы аналитической химии. – М.:Техносфера, 2006. – 416 с.УДК 620.195; 541.135М.Д. САХНЕНКО, докт. техн. наук, М.В. ВЕДЬ, канд. техн. наук,Т.П. ЯРОШОК, канд. техн. наук, О.В. БОГОЯВЛЕНСЬКА,М.В. БАНІНА, НТУ «ХПІ»АНОДНА ПОВЕДІНКА АЛЮМІНІЮ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХДИФОСФАТУДосліджено початкові стадії процесу формування мікродугових анодних покриттів на алюмінії зрозчинів дифосфату та з домішками кобальту сульфату. За сукупністю кінетичних параметрів, щоотримані з використанням потенціодинамічного методу, визначено стадії перебігу анодного про-цесу. Визначено вплив домішок на механізм та кінетику початкових стадій формування аноднихплівок, отримано оксидні покриття на алюмінії мікродуговим методом у гальваностатичномурежимі. Склад  анодних плівок визначено з використанням рентгеноструктурного аналізу.The incipient states of microarc shaping anode coatings process on aluminium from solutions ofdiphosphate and additives of a cobalt sulfas are investigated. On a population of kinetic parameters withpotentiodynamic method usage a stages of of anode process weep are studied. Influencing additives onthe gear and kinetics of incipient states of shaping of anode covers is defined. The oxide coatings on alu-minium by a microarc method in galvanostatic regime from diphosphate and additives of a cobalt sulfaselectrolytes are obtained obtained. The structure of anode covers is defined with usage of X-ray crystallo-graphic analysis.У поточний час в багатьох технологічних процесах різних галузейпромисловості застосовують метали, на поверхні яких сформовано оксиднепокриття. Електролітичне нанесення на поверхню металів, зокремаалюмінію,  оксидних плівок при підвищених формуючих напругах та густи-нах стру-му [1 – 5] відкриває нові можливості отримання анодних покриттів тасуттєвого поліпшення функціональних властивостей виробів. Тождослідження процесів формування анодних покриттів при високих напругахє актуальним.Анодну поведінку алюмінію досліджували потенціодинамічним  мето-дом у водних розчинах дифосфату (0,01 моль/л) та з домішкою кобальтусульфату (0,01 моль/л) у присутності фонового електроліту - водного розчи-ну натрій сульфату концентрацією 1 моль/л при швидкості розгортанняпотенціалу (s) 10–1 В/с. Мікродугові оксидні (МДО) покриття отримували у

Корозійна стійкість матеріалів у системах гарячого водопостачання

Electronic National Technical University &quot;Kharkiv Polytechnic Institute&quot; Institutional Repository (eNTUKhPIIR)

УДК 620.193 М.Д. САХНЕНКО, докт. техн. наук, П.О. КАПУСТЕНКО, канд. техн. наук, О.Ю. ПЕРЕВЕРТАЙЛЕНКО, С.В. ДЕМИРСЬКИЙ, НТУ "ХПІ" КОРОЗІЙНА СТІЙКІСТЬ МАТЕРІАЛІВ У СИСТЕМАХ ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої сталі AISI 316 з покриттям нітридом титану у хлоридвмісних середовищах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціа­лу визначено період імунного стану складових електрохімічної системи. Встановлено, що різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює утворення гальванопар, внаслідок чого відбувається селективне руйнування поверхневого шару в системі AISI 316 I T i N . Corrosion-electrochemical behavior of stainless steel AISI 316 coated with titanium nitride in chloride solutions was studied. The electrode potential's chronograms represent the immune state of electrochemical system components. The difference between coating and substrate potentials causes the galvanic couple appearance following by selective destruction of the coating layer in AISI 3161 T i N system. Вступ. Серед пріоритетних завдань сьогодення, що вимагають нага­льного вирішення, безсумнівною домінантою є низка енергетичних і еко­логічних проблем. Забезпечення енергетичної безпеки країни значним чином пов'язано з високою надійністю та безвідмовністю роботи енерго-генеруючих та енергозабезпечуючих галузей промисловості, що зумов­лює увагу до таких підприємств, зокрема досить розгалуженої системи теплових мереж України. Вплив техногенних чинників, варіативність ви¬хідного мінерального стану та сезонні коливання складу води, що вико¬ристовують для живлення стистем, а також ціла низка інших факторів складають передумови до корозійного руйнування об' єктів. До ефективних засобів попередження корозійних пошкоджень обла¬днання систем гарячого водопостачання слід віднести заходи з раціона¬льного конструювання, насамперед, застосування корозійностійких мате¬ріалів [1, 2] для виготовлення насамперед теплообмінної апаратури. Стан проблеми ускладнюється тими обставинами, що найсучасніші теплообмінні апарати є пластинчастого типу, при виготовленні яких застосовують пласти¬ни товщиною від 0.3 мм, а матеріалом здебільшого є легована корозійностій¬ка сталь класу 18 - 8, титан або у найагресивніших умовах - вуглеплас-12 тик [3]. Корозійностійкі сталі є найрозповсюдженішим матеріалом, оскільки інші з перелічених матеріалів або надто коштовні (Ті), або крихкі (вуглеплас-тики). Тому підвищення хімічного опору конструкційних матеріалів до впли­ву корозивних компонентів технологічних середовищ є актуальним. Розв'язання цього завдання зумовлює необхідність техніко-економіч-ного обгрунтування заходів по впровадженню перспективних систем проти¬корозійного захисту, головним чином - різноманітних покрить. До їх числа можна віднести і такі види перспективних матеріалів, як нітрид титанові, що знаходять застосування для підвищення зносостійкості ріжучого інструмен¬ту [4, 5] та захисту від атмосферної корозії обєктів культового призначен­ня [6]. Визначення можливості застосування таких покриттів для захисту від корозії обладнання в системах гарячого водопостачання і зумовило мету ро¬боти. Методика проведення досліджень. Досліджували корозійну пове¬дінку зразків корозійностійкої сталі, на поверхню яких було нанесено по¬криття нітридом титану. Як підкладку застосовували пластини теплооб­мінника товщиною 0.5 мм, виготовлені зі сталі ЛІБІ 316 (мас. %: С £ 0.08, Бі £ 1.00, Мп £ 2.00, Сг ~ 16 - 18, N1 ~ 10 - 14, Мо ~ 2 - 3). Покриття ніт­ридом титану товщиною до 2 мкм наносили методом іонно-плазмового на­пилення у вакуумній камері "Булат" безпосередньо на робочі пластини. Ко¬розійні випробування проводили в хлоридних розчинах, зокрема 15 %-му №С1 при температурі 30 ± 1°С, для чого на поверхні пластин фіксували 4 скляні ємності з розчином корозивного електроліту. В розчин занурювали хлоридсрібні електроди порівняння, відносно яких проводили вимірювання електродних потенціалів. Хронограми електродних потенціалів фіксували із змінним часовим інтервалом: кожні 30 хв. на початку експозиції, за перебі¬гом перших 3 діб - через 2 год, а в наступний період - один раз на добу. Ви¬мірювання потенціалів здійснювали за допомогою високоомного вольтметра типу В7-35 за хлоридсрібним електродом ЕВЛ-1 М1 з наступним перерахун­ком на водневу шкалу потенціалів. Наявність Ее(ІІ) та Бе(ІІІ) - іонів в складі розчину визначали за якісними колористичними реакціями з гексаціанофера-том (ІІ) та гексаціанофератом (ІІІ) калію [7]. Мікрофотографування поверхні зразків у вихідному стані та після експозиції в корозивному розчині здійсню¬вали цифровою камерою НР-320 з використанням оптичного мікроскопа МБС-9. Результати експерименту та їх аналіз. Аналіз хронограм електродних 13 потенціалів зразків корозійностійкої сталі (КС) та сталевих зразків з покрит¬тям нітридом титану (НТ) мають схожу, але відмінну геометрію (рисунок). а б Рисунок - Хронограми електродного потенціалу і мікрофотографії поверхні відповідних зразків після 150 діб експозиції сталі ЛІБІ 316 (а) та з шаром покриття нітридом титану (б). Так, загальний вигляд хронопотенціограм можна надати сукупністю двох ділянок - лінійної на початку експозиції та наступної, майже експо-ненційної ділянки спаду потенціалу із зростаннім часу експозиції. Початкова лінійна ділянка (так званий інкубаційний період тривалістю t0) відбиває імунний щодо впливу корозивного середовища стан поверхні. Але характер таких ділянок для КС та НТ сутєєво різниться принаймі за такими ознаками: • амплітуда E(t) для КС суттєво вища за відповідні значення для НТ, • залежності E(t) в часовому інтервалі t£ t0 для НТ характеризуються значним розсіюванням за амплітудою, • залежності E(t) в часовому інтервалі t£ t0 для НТ відбивають суттєву відмінність у тривалості інкубаційного періоду. Таку поведінку електродів можна пояснити з огляду на стан вихідної по-14 верхні та характер наступного руйнування (див. рисунок). Дійсно, зразки КС являють собою мікрогетерогенну субстанцію, поверхня яких збагачена інтер-металідами, але майже еквіпотенціальну, внаслідок чого у контакті з хлоридвмісними розчинами вона буде руйнуватися за пітинговим ме¬ханізмом при досягненні критичної температури пітингоутворення. Необ¬хідно відзначити, що розподіл пітингових вогнищ по поверхні КС має сто-хастичний характер. В той же час шар покриття НТ незначної товщини, на¬несеного на сталеву поверхню, є поруватим і містить деякі технологічні де¬фекти напилення, обумовлені складною геометрією поверхні пластин тепло¬обмінного апарату, що призводить до утворення макрогальванопар (на де¬фектних ділянках) або ініціювання пітингової корозії в порах покриття. Саме про такий характер руйнування свідчить мікрофотографія поверхні зразка НТ після 150 діб експозиції в хлоридвмісному розчині (рисунок, б), що відбиває наявність корозійного виразку та незначної кількості пітингів дов¬коло нього. З огляду на означене можна прогнозувати високу корозійну стійкість конструкційних матеріалів з покриття нітридом титану, але при відсутності поруватості останнього. В поточний час такий метод поверхневої обробки знайшов поширення для протикорозійного та декоративного оздоб¬лення листового металопрокату, але для складнопрофільованих виробів його застосування вбачається не зовсім доцільним. Висновки. Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої сталі AISI 316 з покриттям нітридом титану у хлоридвмісних середови¬щах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціалу визначено інкубаційний період імунного стану складових електрохімічної системи. Встановлено, що різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює утворення гальванопар, які призводять до селективного руйнування пове¬рхневого шару в системі AISI 3161 TiN. Список літератури: 1. Нарівський О.Е. // ФХММ. - 2007. - № 2. - С. 100 - 106. 2. Сахненко Н.Д., Капустенко П.А., Ведь М.В., Желавский С.Г. // Защита металлов. - 1998. - Т. 34, № 4. - С. 378 -383. 3. Зингер Н.М., Тарадай А.М, Бармина Л.С. Пластинчатые теплообменники в системах тепло­снабжения. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 256 с. 4. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1993. - 336 с. 5. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. - Ульяновск: УлГТУ, 1998. - 124 с. 6. Елисеев Ю.С., Абраимов Н.В., Крымов В.В. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении. - М.: Высшая Школа, 1999. - 525 с. 7. ОттоМ. Современные методы аналитической химии. - М.: Техносфера, 2006. - 416 с. 15 

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

УДК 620.193 
М.Д. САХНЕНКО, докт. техн. наук, 
П.О. КАПУСТЕНКО, канд. техн. наук, О.Ю. ПЕРЕВЕРТАЙЛЕНКО, 
С.В. ДЕМИРСЬКИЙ, НТУ "ХПІ" 
КОРОЗІЙНА СТІЙКІСТЬ МАТЕРІАЛІВ У СИСТЕМАХ 
ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ 
Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої сталі AISI 316 з покриттям нітридом 
титану у хлоридвмісних середовищах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціа­
лу визначено період імунного стану складових електрохімічної системи. Встановлено, що 
різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює утворення гальванопар, внаслідок чого 
відбувається селективне руйнування поверхневого шару в системі AISI 316 I T i N . 
Corrosion-electrochemical behavior of stainless steel AISI 316 coated with titanium nitride in 
chloride solutions was studied. The electrode potential's chronograms represent the immune state 
of electrochemical system components. The difference between coating and substrate potentials 
causes the galvanic couple appearance following by selective destruction of the coating layer in 
AISI 3161 T i N system. 
Вступ. Серед пріоритетних завдань сьогодення, що вимагають нага­
льного вирішення, безсумнівною домінантою є низка енергетичних і еко­
логічних проблем. Забезпечення енергетичної безпеки країни значним 
чином пов'язано з високою надійністю та безвідмовністю роботи енерго-
генеруючих та енергозабезпечуючих галузей промисловості, що зумов­
лює увагу до таких підприємств, зокрема досить розгалуженої системи 
теплових мереж України. Вплив техногенних чинників, варіативність ви¬
хідного мінерального стану та сезонні коливання складу води, що вико¬
ристовують для живлення стистем, а також ціла низка інших факторів 
складають передумови до корозійного руйнування об' єктів. 
До ефективних засобів попередження корозійних пошкоджень обла¬
днання систем гарячого водопостачання слід віднести заходи з раціона¬
льного конструювання, насамперед, застосування корозійностійких мате¬
ріалів [1, 2] для виготовлення насамперед теплообмінної апаратури. Стан 
проблеми ускладнюється тими обставинами, що найсучасніші теплообмінні 
апарати є пластинчастого типу, при виготовленні яких застосовують пласти¬
ни товщиною від 0.3 мм, а матеріалом здебільшого є легована корозійностій¬
ка сталь класу 18 - 8, титан або у найагресивніших умовах - вуглеплас-
12 
тик [3]. Корозійностійкі сталі є найрозповсюдженішим матеріалом, оскільки 
інші з перелічених матеріалів або надто коштовні (Ті), або крихкі (вуглеплас-
тики). Тому підвищення хімічного опору конструкційних матеріалів до впли­
ву корозивних компонентів технологічних середовищ є актуальним. 
Розв'язання цього завдання зумовлює необхідність техніко-економіч-
ного обгрунтування заходів по впровадженню перспективних систем проти¬
корозійного захисту, головним чином - різноманітних покрить. До їх числа 
можна віднести і такі види перспективних матеріалів, як нітрид титанові, що 
знаходять застосування для підвищення зносостійкості ріжучого інструмен¬
ту [4, 5] та захисту від атмосферної корозії обєктів культового призначен­
ня [6]. Визначення можливості застосування таких покриттів для захисту від 
корозії обладнання в системах гарячого водопостачання і зумовило мету ро¬
боти. 
Методика проведення досліджень. Досліджували корозійну пове¬
дінку зразків корозійностійкої сталі, на поверхню яких було нанесено по¬
криття нітридом титану. Як підкладку застосовували пластини теплооб­
мінника товщиною 0.5 мм, виготовлені зі сталі ЛІБІ 316 (мас. %: С £ 0.08, 
Бі £ 1.00, Мп £ 2.00, Сг ~ 16 - 18, N1 ~ 10 - 14, Мо ~ 2 - 3). Покриття ніт­
ридом титану товщиною до 2 мкм наносили методом іонно-плазмового на­
пилення у вакуумній камері "Булат" безпосередньо на робочі пластини. Ко¬
розійні випробування проводили в хлоридних розчинах, зокрема 15 %-му 
№С1 при температурі 30 ± 1°С, для чого на поверхні пластин фіксували 4 
скляні ємності з розчином корозивного електроліту. В розчин занурювали 
хлоридсрібні електроди порівняння, відносно яких проводили вимірювання 
електродних потенціалів. Хронограми електродних потенціалів фіксували із 
змінним часовим інтервалом: кожні 30 хв. на початку експозиції, за перебі¬
гом перших 3 діб - через 2 год, а в наступний період - один раз на добу. Ви¬
мірювання потенціалів здійснювали за допомогою високоомного вольтметра 
типу В7-35 за хлоридсрібним електродом ЕВЛ-1 М1 з наступним перерахун­
ком на водневу шкалу потенціалів. Наявність Ее(ІІ) та Бе(ІІІ) - іонів в складі 
розчину визначали за якісними колористичними реакціями з гексаціанофера-
том (ІІ) та гексаціанофератом (ІІІ) калію [7]. Мікрофотографування поверхні 
зразків у вихідному стані та після експозиції в корозивному розчині здійсню¬
вали цифровою камерою НР-320 з використанням оптичного мікроскопа 
МБС-9. 
Результати експерименту та їх аналіз. Аналіз хронограм електродних 
13 
потенціалів зразків корозійностійкої сталі (КС) та сталевих зразків з покрит¬
тям нітридом титану (НТ) мають схожу, але відмінну геометрію (рисунок). 
а б 
Рисунок - Хронограми електродного потенціалу і мікрофотографії поверхні 
відповідних зразків після 150 діб експозиції сталі ЛІБІ 316 (а) 
та з шаром покриття нітридом титану (б). 
Так, загальний вигляд хронопотенціограм можна надати сукупністю 
двох ділянок - лінійної на початку експозиції та наступної, майже експо-
ненційної ділянки спаду потенціалу із зростаннім часу експозиції. Початкова 
лінійна ділянка (так званий інкубаційний період тривалістю t0) відбиває 
імунний щодо впливу корозивного середовища стан поверхні. Але характер 
таких ділянок для КС та НТ сутєєво різниться принаймі за такими ознаками: 
• амплітуда E(t) для КС суттєво вища за відповідні значення для НТ, 
• залежності E(t) в часовому інтервалі t£ t0 для НТ характеризуються 
значним розсіюванням за амплітудою, 
• залежності E(t) в часовому інтервалі t£ t0 для НТ відбивають суттєву 
відмінність у тривалості інкубаційного періоду. 
Таку поведінку електродів можна пояснити з огляду на стан вихідної по-
14 
верхні та характер наступного руйнування (див. рисунок). Дійсно, зразки КС 
являють собою мікрогетерогенну субстанцію, поверхня яких збагачена інтер-
металідами, але майже еквіпотенціальну, внаслідок чого у контакті з 
хлоридвмісними розчинами вона буде руйнуватися за пітинговим ме¬
ханізмом при досягненні критичної температури пітингоутворення. Необ¬
хідно відзначити, що розподіл пітингових вогнищ по поверхні КС має сто-
хастичний характер. В той же час шар покриття НТ незначної товщини, на¬
несеного на сталеву поверхню, є поруватим і містить деякі технологічні де¬
фекти напилення, обумовлені складною геометрією поверхні пластин тепло¬
обмінного апарату, що призводить до утворення макрогальванопар (на де¬
фектних ділянках) або ініціювання пітингової корозії в порах покриття. 
Саме про такий характер руйнування свідчить мікрофотографія поверхні 
зразка НТ після 150 діб експозиції в хлоридвмісному розчині (рисунок, б), що 
відбиває наявність корозійного виразку та незначної кількості пітингів дов¬
коло нього. З огляду на означене можна прогнозувати високу корозійну 
стійкість конструкційних матеріалів з покриття нітридом титану, але при 
відсутності поруватості останнього. В поточний час такий метод поверхневої 
обробки знайшов поширення для протикорозійного та декоративного оздоб¬
лення листового металопрокату, але для складнопрофільованих виробів його 
застосування вбачається не зовсім доцільним. 
Висновки. Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої 
сталі AISI 316 з покриттям нітридом титану у хлоридвмісних середови¬
щах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціалу визначено 
інкубаційний період імунного стану складових електрохімічної системи. 
Встановлено, що різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює 
утворення гальванопар, які призводять до селективного руйнування пове¬
рхневого шару в системі AISI 3161 TiN. 
Список літератури: 1. Нарівський О.Е. // ФХММ. - 2007. - № 2. - С. 100 - 106. 2. Сахненко Н.Д., 
Капустенко П.А., Ведь М.В., Желавский С.Г. // Защита металлов. - 1998. - Т. 34, № 4. - С. 378 -
383. 3. Зингер Н.М., Тарадай А.М, Бармина Л.С. Пластинчатые теплообменники в системах тепло­
снабжения. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 256 с. 4. Верещака А.С. Работоспособность режущего 
инструмента с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1993. - 336 с. 5. Табаков В.П. 
Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных 
нитридов и карбонитридов титана. - Ульяновск: УлГТУ, 1998. - 124 с. 6. Елисеев Ю.С., Абраимов 
Н.В., Крымов В.В. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении. 
- М.: Высшая Школа, 1999. - 525 с. 7. ОттоМ. Современные методы аналитической химии. - М.: 
Техносфера, 2006. - 416 с. 
15 


12
УДК 620.193
М.Д. САХНЕНКО, докт. техн. наук,
П.О. КАПУСТЕНКО, канд. техн. наук, О.Ю. ПЕРЕВЕРТАЙЛЕНКО,
С.В. ДЕМИРСЬКИЙ, НТУ ”ХПІ”
КОРОЗІЙНА СТІЙКІСТЬ МАТЕРІАЛІВ У СИСТЕМАХ
ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ
Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої сталі AISI 316 з покриттям нітридом
титану у хлоридвмісних середовищах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціа-
лу визначено період імунного стану складових електрохімічної системи. Встановлено, що
різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює утворення гальванопар, внаслідок чого
відбувається селективне руйнування поверхневого шару в системі AISI 316|TiN.
Corrosion-electrochemical behavior of stainless steel AISI 316 coated with titanium nitride in
chloride solutions was studied. The electrode potential’s chronograms represent the immune state
of electrochemical system components. The difference between coating and substrate potentials
causes the galvanic couple appearance following by selective destruction of the coating layer in
AISI 316|TiN system.
Вступ. Серед пріоритетних завдань сьогодення, що вимагають нага-
льного вирішення, безсумнівною домінантою є низка  енергетичних і еко-
логічних проблем. Забезпечення енергетичної безпеки країни значним
чином пов’язано з високою надійністю та безвідмовністю роботи енерго-
генеруючих та енергозабезпечуючих галузей промисловості, що зумов-
лює увагу до таких підприємств, зокрема досить розгалуженої системи
теплових мереж України. Вплив техногенних чинників, варіативність ви-
хідного мінерального стану та сезонні коливання складу води, що вико-
ристовують для  живлення стистем, а також ціла низка інших факторів
складають передумови до корозійного руйнування об’єктів.
До ефективних засобів попередження корозійних пошкоджень  обла-
днання систем гарячого водопостачання слід віднести заходи з раціона-
льного конструювання, насамперед, застосування корозійностійких мате-
ріалів [1, 2] для виготовлення насамперед теплообмінної апаратури. Стан
проблеми ускладнюється тими обставинами, що найсучасніші теплообмінні
апарати є пластинчастого типу, при виготовленні яких застосовують пласти-
ни товщиною від 0.3 мм, а матеріалом здебільшого є легована корозійностій-
ка сталь класу 18 – 8, титан або у найагресивніших умовах – вуглеплас-
13
тик [3]. Корозійностійкі сталі є найрозповсюдженішим матеріалом, оскільки
інші з перелічених матеріалів або надто коштовні (Ті), або крихкі (вуглеплас-
тики). Тому підвищення хімічного опору конструкційних матеріалів до впли-
ву корозивних компонентів технологічних середовищ є актуальним.
Розв’язання цього завдання зумовлює необхідність техніко-економіч-
ного  обгрунтування заходів по впровадженню перспективних систем проти-
корозійного захисту, головним чином – різноманітних покрить. До їх числа
можна віднести і такі види перспективних матеріалів, як нітрид титанові, що
знаходять застосування для підвищення зносостійкості ріжучого інструмен-
ту [4, 5] та захисту від атмосферної корозії обєктів культового призначен-
ня [6].  Визначення можливості застосування таких покриттів для захисту від
корозії обладнання в системах гарячого водопостачання і зумовило мету ро-
боти.
Методика проведення досліджень. Досліджували корозійну пове-
дінку зразків корозійностійкої сталі, на поверхню яких було нанесено по-
криття нітридом титану. Як підкладку застосовували пластини теплооб-
мінника товщиною 0.5 мм, виготовлені зі сталі AISI 316 (мас. %: C  0.08,
Si  1.00, Mn  2.00, Cr ≈ 16 – 18, Ni ≈ 10 – 14, Mo ≈ 2 – 3). Покриття ніт-
ридом титану товщиною до 2 мкм наносили методом іонно-плазмового на-
пилення у вакуумній камері “Булат” безпосередньо на робочі пластини. Ко-
розійні випробування проводили в хлоридних розчинах, зокрема 15 %-му
NaCl при температурі 30 ± 1С, для чого на поверхні пластин фіксували 4
скляні ємності з розчином корозивного електроліту. В розчин занурювали
хлоридсрібні електроди порівняння, відносно яких проводили вимірювання
електродних потенціалів. Хронограми електродних потенціалів фіксували із
змінним часовим інтервалом: кожні 30 хв. на початку експозиції, за перебі-
гом перших 3 діб – через 2 год, а в наступний період – один раз на добу. Ви-
мірювання потенціалів здійснювали за допомогою високоомного вольтметра
типу В7-35 за хлоридсрібним електродом ЕВЛ-1 М1 з наступним перерахун-
ком на водневу шкалу потенціалів. Наявність Fe(II) та Fe(III) – іонів в складі
розчину визначали за якісними колористичними реакціями з гексаціанофера-
том (ІІ) та гексаціанофератом (ІІІ) калію [7]. Мікрофотографування поверхні
зразків у вихідному стані та після експозиції в корозивному розчині здійсню-
вали цифровою камерою НР-320 з використанням оптичного мікроскопа
МБС-9.
Результати експерименту та їх аналіз. Аналіз хронограм електродних
14
потенціалів зразків корозійностійкої сталі (КС) та сталевих зразків з покрит-
тям нітридом титану (НТ) мають схожу, але відмінну геометрію (рисунок).
а б
Рисунок – Хронограми електродного потенціалу і мікрофотографії поверхні
відповідних зразків після 150 діб експозиції сталі AISI 316 (а)
та з шаром покриття нітридом титану (б).
Так, загальний вигляд хронопотенціограм можна надати сукупністю
двох ділянок – лінійної на початку експозиції та наступної, майже
експоненційної ділянки спаду потенціалу із зростаннім часу експозиції. По-
чаткова лінійна ділянка (так званий інкубаційний період тривалістю t0)
відбиває імунний щодо впливу корозивного середовища стан поверхні. Але
характер таких ділянок для КС та НТ сутєєво різниться принаймі за такими
ознаками:
▪ амплітуда Е(t) для КС суттєво вища за відповідні значення для НТ,
▪ залежності Е(t) в часовому інтервалі t t0 для НТ характеризуються
значним розсіюванням за амплітудою,
▪ залежності Е(t) в часовому інтервалі t t0 для НТ відбивають суттєву
відмінність у тривалості інкубаційного періоду.
15
Таку поведінку електродів можна пояснити з огляду на стан вихідної по-
верхні та характер наступного руйнування (див. рисунок). Дійсно, зразки КС
являють собою мікрогетерогенну субстанцію, поверхня яких збагачена
інтерметалідами, але майже еквіпотенціальну, внаслідок чого у контакті з
хлоридвмісними розчинами вона буде руйнуватися за пітинговим
механізмом при досягненні критичної температури пітингоутворення.
Необхідно відзначити, що розподіл пітингових вогнищ по поверхні КС має
стохастичний характер. В той же час шар  покриття НТ незначної товщини,
нанесеного на сталеву поверхню, є поруватим і містить деякі технологічні
дефекти напилення, обумовлені складною геометрією поверхні пластин
теплообмінного апарату, що призводить до утворення макрогальванопар (на
дефектних ділянках) або ініціювання  пітингової корозії  в  порах покриття.
Саме про такий характер руйнування свідчить мікрофотографія поверхні
зразка НТ після 150 діб експозиції в хлоридвмісному розчині (рисунок, б), що
відбиває наявність корозійного виразку та незначної  кількості пітингів дов-
коло нього. З огляду на означене можна прогнозувати високу корозійну
стійкість конструкційних матеріалів з покриття нітридом титану, але при
відсутності поруватості останнього. В поточний час такий метод поверхневої
обробки знайшов поширення для протикорозійного та декоративного оздоб-
лення листового металопрокату, але для складнопрофільованих виробів його
застосування вбачається не зовсім доцільним.
Висновки. Досліджено корозійно-електрохімічну поведінку легованої
сталі AISI 316 з покриттям нітридом титану у хлоридвмісних середови-
щах. На підставі аналізу хронограм електродного потенціалу визначено
інкубаційний період імунного стану складових електрохімічної системи.
Встановлено, що різниця потенціалів підкладки і покриття зумовлює
утворення гальванопар, які призводять до селективного руйнування пове-
рхневого шару в системі AISI 316|TiN.
Список літератури: 1. Нарівський О.Е. // ФХММ. – 2007. – № 2. – С. 100 – 106. 2. Сахненко Н.Д.,
Капустенко П.А., Ведь М.В., Желавский С.Г. // Защита металлов. – 1998. – Т. 34, № 4. – С. 378 –
383. 3. Зингер Н.М., Тарадай А.М, Бармина Л.С. Пластинчатые теплообменники в системах тепло-
снабжения. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 256 с. 4. Верещака А.С. Работоспособность режущего
инструмента с износостойкими покрытиями. – М.: Машиностроение, 1993. – 336 с. 5. Табаков В.П.
Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных
нитридов и карбонитридов титана. – Ульяновск: УлГТУ, 1998. – 124 с. 6. Елисеев Ю.С., Абраимов
Н.В., Крымов В.В. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении.
16
– М.: Высшая Школа, 1999. – 525 с. 7. Отто М. Современные методы аналитической химии. – М.:
Техносфера, 2006. – 416 с.
УДК 620.195; 541.135
М.Д. САХНЕНКО, докт. техн. наук, М.В. ВЕДЬ, канд. техн. наук,
Т.П. ЯРОШОК, канд. техн. наук, О.В. БОГОЯВЛЕНСЬКА,
М.В. БАНІНА, НТУ «ХПІ»
АНОДНА ПОВЕДІНКА АЛЮМІНІЮ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ
ДИФОСФАТУ
Досліджено початкові стадії процесу формування мікродугових анодних покриттів на алюмінії з
розчинів дифосфату та з домішками кобальту сульфату. За сукупністю кінетичних параметрів, що
отримані з використанням потенціодинамічного методу, визначено стадії перебігу анодного про-
цесу. Визначено вплив домішок на механізм та кінетику початкових стадій формування анодних
плівок, отримано оксидні покриття на алюмінії мікродуговим методом у гальваностатичному
режимі. Склад  анодних плівок визначено з використанням рентгеноструктурного аналізу.
The incipient states of microarc shaping anode coatings process on aluminium from solutions of
diphosphate and additives of a cobalt sulfas are investigated. On a population of kinetic parameters with
potentiodynamic method usage a stages of of anode process weep are studied. Influencing additives on
the gear and kinetics of incipient states of shaping of anode covers is defined. The oxide coatings on alu-
minium by a microarc method in galvanostatic regime from diphosphate and additives of a cobalt sulfas
electrolytes are obtained obtained. The structure of anode covers is defined with usage of X-ray crystallo-
graphic analysis.
У поточний час в багатьох технологічних процесах різних галузей
промисловості застосовують метали, на поверхні яких сформовано оксидне
покриття. Електролітичне нанесення на поверхню металів, зокрема
алюмінію,  оксидних плівок при підвищених формуючих напругах та густи-
нах стру-
му [1 – 5] відкриває нові можливості отримання анодних покриттів та
суттєвого поліпшення функціональних властивостей виробів. Тож
дослідження процесів формування анодних покриттів при високих напругах
є актуальним.
Анодну поведінку алюмінію досліджували потенціодинамічним  мето-
дом у водних розчинах дифосфату (0,01 моль/л) та з домішкою кобальту
сульфату (0,01 моль/л) у присутності фонового електроліту - водного розчи-
ну натрій сульфату концентрацією 1 моль/л при швидкості розгортання
потенціалу (s) 10–1 В/с. Мікродугові оксидні (МДО) покриття отримували у


http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/1484/1/vestnik_HPI_2008_32_Sakhnenko_Koroziyna.pdf

Корозійна стійкість матеріалів у системах гарячого водопостачання

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" Institutional Repository (eNTUKhPIIR)

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Корозійна стійкість матеріалів у системах гарячого водопостачання

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

Electronic National Technical University &quot;Kharkiv Polytechnic Institute&quot; Institutional Repository (eNTUKhPIIR)

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" Institutional Repository (eNTUKhPIIR)