Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів
Досліджено ефективність інгібування корозії алюмінію на стадії репасивації після руйнування поверхневої оксидної плівки. Встановлено, що додавання в розчин кислого дощу фосфатного та нітратного інгібіторів зменшує різницю між потенціалом вільної корозії поверхні алюмінію і її перехідним потенціалом...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2014
|
| Назва видання: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135867 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів / І.М. Зінь, О.П. Хлопик // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 5. — С. 48-52. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-135867 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1358672018-06-16T03:08:44Z Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів Зінь, І.М. Хлопик, О.П. Досліджено ефективність інгібування корозії алюмінію на стадії репасивації після руйнування поверхневої оксидної плівки. Встановлено, що додавання в розчин кислого дощу фосфатного та нітратного інгібіторів зменшує різницю між потенціалом вільної корозії поверхні алюмінію і її перехідним потенціалом під час формування пасивної плівки. Виявлено та доведено протикорозійний синергетичний ефект фосфат-нітратної композиції на механічно активованій алюмінієвій поверхні. Исследовано эффективность ингибирования коррозии алюминия на стадии репассивации после разрушения поверхностной пленки окисла. Установлено, что добавление в раствор кислого дождя фосфатного и нитратного ингибиторов уменьшает разницу между потенциалом коррозии алюминиевой поверхности и ее переходным потенциалом в процессе формирования пассивной пленки. Обнаружен и доказан синергетический антикоррозионный эффект фосфат-нитратной композиции на механически активированной алюминиевой поверхности. The effectiveness of aluminium corrosion inhibition at the repassivation stage after surface oxide film failure was investigated. A special mini-guillotine with ceramic nonconductive blade was manufactured for aluminum wire cutting. Corrosion potential and polarization current were measured by use of the computer operated potentiostat and three electrode cells. Synthetic acid rain with added inhibitors served as the corrosion solution.It was established that nitrate and phosphate inhibitors decrease the difference between corrosion potential of aluminium surface and its transition potential during passive film formation. The synergistic anticorrosion effect of phosphate/nitrate composition on mechanically activated aluminum surface was revealed and proved. 2014 Article Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів / І.М. Зінь, О.П. Хлопик // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 5. — С. 48-52. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135867 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Досліджено ефективність інгібування корозії алюмінію на стадії репасивації після руйнування поверхневої оксидної плівки. Встановлено, що додавання в розчин кислого дощу фосфатного та нітратного інгібіторів зменшує різницю між потенціалом вільної корозії поверхні алюмінію і її перехідним потенціалом під час формування пасивної плівки. Виявлено та доведено протикорозійний синергетичний ефект фосфат-нітратної композиції на механічно активованій алюмінієвій поверхні. |
| format |
Article |
| author |
Зінь, І.М. Хлопик, О.П. |
| spellingShingle |
Зінь, І.М. Хлопик, О.П. Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Зінь, І.М. Хлопик, О.П. |
| author_sort |
Зінь, І.М. |
| title |
Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів |
| title_short |
Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів |
| title_full |
Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів |
| title_fullStr |
Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів |
| title_full_unstemmed |
Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів |
| title_sort |
репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135867 |
| citation_txt |
Репасивація алюмінію за присутності у корозивному середовищі фосфатного та нітратного інгібіторів / І.М. Зінь, О.П. Хлопик // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 5. — С. 48-52. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT zínʹím repasivacíâalûmíníûzaprisutnostíukorozivnomuseredoviŝífosfatnogotanítratnogoíngíbítorív AT hlopikop repasivacíâalûmíníûzaprisutnostíukorozivnomuseredoviŝífosfatnogotanítratnogoíngíbítorív |
| first_indexed |
2025-07-10T00:16:23Z |
| last_indexed |
2025-07-10T00:16:23Z |
| _version_ |
1837216924938797056 |
| fulltext |
48
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2014. – ¹ 5. – Physicochemical Mechanics of Materials
РЕПАСИВАЦІЯ АЛЮМІНІЮ ЗА ПРИСУТНОСТІ У КОРОЗИВНОМУ
СЕРЕДОВИЩІ ФОСФАТНОГО ТА НІТРАТНОГО ІНГІБІТОРІВ
І. М. ЗІНЬ, О. П. ХЛОПИК
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Досліджено ефективність інгібування корозії алюмінію на стадії репасивації після
руйнування поверхневої оксидної плівки. Встановлено, що додавання в розчин кис-
лого дощу фосфатного та нітратного інгібіторів зменшує різницю між потенціалом
вільної корозії поверхні алюмінію і її перехідним потенціалом під час формування
пасивної плівки. Виявлено та доведено протикорозійний синергетичний ефект фос-
фат-нітратної композиції на механічно активованій алюмінієвій поверхні.
Ключові слова: корозія, алюміній, інгібітори, репасивація, механічна активація,
кальцію фосфат, натрію нітрат.
Алюміній та його сплави характеризуються достатньо високою корозійною
тривкістю в робочих середовищах, що зумовлює їх широке застосування в різних
галузях промисловості, зокрема хімічній, автомобільній, харчовій та авіаційній [1].
Оксидна плівка, утворена на поверхні цих металів, служить надійним захистом
від впливу на них корозивного середовища. Проте у багатьох випадках під час
експлуатації ця поверхнева плівка може бути механічно зруйнована, і тоді швид-
кість корозії алюмінію та його сплавів зростає в десятки разів [2–4]. На сьогодні
широко досліджено інгібування корозії алюмінію та алюмінієвих сплавів різними
органічними та неорганічними сполуками за умов непорушності їх оксидної
плівки [5–9]. Однак необхідно шукати інгібітори корозії, які були б ефективні на
стадії репасивації алюмінію та його сплавів, тобто за відсутності на їх поверхні
повноцінної пасивної плівки. Раніше встановлено [10], що фосфатний інгібітор
може бути перспективним для захисту від трибокорозії алюмінієвого сплаву Д16Т,
коли оксидна плівка на металі циклічно руйнується. Водночас відомо, що можна
досягти підсилення захисної дії фосфату, поєднавши його з іншими інгібіторами,
зокрема нітратом [11] або нітритом натрію [12]. В розчині нітрату спостерігали
анодне окиснення та пасивування механічно активованої поверхні алюмінієвих
сплавів [13]. Це може бути важливим для підсилення захисної дії фосфатного ін-
гібітора в умовах, коли оксидна плівка на алюмінієвому сплаві механічно пошко-
джена. Тому мета роботи – дослідити захисну дію композиції на основі фосфат-
ного та нітратного інгібіторів корозії на стадії репасивації чистого алюмінію,
використаного як модельний матеріал.
Матеріали та методи досліджень. Досліджували ефективність інгібіторів
корозії на стадії репасивації алюмінію на спеціальному пристрої-гільйотині згід-
но з методикою [14]. Зразок у вигляді алюмінієвого дроту 3 mm марки АПТ
(ГОСТ 6132-79) подавали крізь ущільнений отвір у комірку з інгібованим коро-
зивним розчином до міні-гільйотини з керамічним непровідним лезом, яке рухали
за допомогою кулачкового механізму. Дріт відрізали по лінії перерізу, щоб одер-
жати новоутворену поверхню без оксидної плівки на торці дроту. За допомогою
потенціостата Gill AC, насиченого хлоридсрібного електрода порівняння Ag/AgCl
Контактна особа: І. М. ЗІНЬ, e-mail: zin@ipm.lviv.ua
49
і платинового допоміжного електрода фіксували зміну електродного потенціалу
зразка в розчині та струм його поляризації за стаціонарного значення потенціалу
вільної корозії.
Як корозивне середовище використовували синтетичний кислий дощовий
розчин складу: 3,18 g/l Н2SO4 + 4,62 g/l (NH4)2SO4 + 3,20 g/l Na2SO4 + 1,58 g/l
HNO3 + 2,13 g/l NaNO3 + 8,48 g/l NaCl, рН 4,5. Як інгібітори корозії застосовува-
ли кальцію фосфат, натрію нітрат та їх композиції. Концентрація інгібіторів у ко-
розивному розчині становила 1 g/l. Інгібовані розчини витримували з перемішу-
ванням упродовж 24 h, а потім фільтрували, щоб усунути нерозчинну фракцію.
Результати досліджень та їх обговорення. Характер зміни перехідного по-
тенціалу алюмінієвого дроту під час гільйотинування в кислому дощовому роз-
чині з інгібіторами корозії показано на рис. 1. Загальний вигляд кінетичних за-
лежностей потенціалу алюмінію в кислому дощі та в інгібованих розчинах подіб-
ний. Спочатку спостерігали різке зменшення потенціалу в момент гільйотинуван-
ня на 750…1200 mV, зумовлене руйнуванням оксидної плівки, а далі повільне
його зростання.
Рис. 1. Часові залежності потенціалу
корозії зразка алюмінію до і після
гільйотинування в кислому дощовому
розчині: неінгібованому (1),
з витяжками кальцію фосфату (2),
натрію нітрату (3) та кальцію фосфату +
+ натрію нітрату 1:1 (4).
Fig. 1. Time dependences of corrosion potential for aluminium sample prior
and after guillotining in acid rain solution: uninhibited (1), with calcium phosphate (2),
sodium nitrate (3) and calcium phosphate + sodium nitrate 1:1 (4).
Вплив інгібіторів корозії на потенціали алюмінію проявляється у збільшенні
або зменшенні його ключових параметрів – початкового стаціонарного потенціа-
лу металу Estar, його найменшого потенціалу в момент гільйотинування Eаct та по-
тенціалу після репасивації Erepas (рис. 2).
Рис. 2. Схема кінетичної
залежності потенціалу корозії
алюмінієвого зразка.
Fig. 2. Kinetic dependcence
of the corrosion potential
for aluminium sample
(schematically).
Після гільйотинування алюмінієвого дроту у корозивному середовищі на
його активованій поверхні досить швидко починає нарощуватися пасивна плівка,
захисні характеристики якої тривалий час можуть відрізнятися від таких самих
для оксидного шару металу у вихідному стані. В результаті виникає різниця
start repasE E E між потенціалом вільної корозії алюмінію та перехідним по-
тенціалом його поверхні після репасивації. На практиці ця різниця визначає силу
гальванічної взаємодії між поверхнею алюмінію з непошкодженою оксидною
50
плівкою (катодом) та механічно активованою ділянкою металу (анодом). Що
меншою вона є, то ефективнішим може бути інгібітор корозії на стадії репасива-
ції алюмінію. За тривалого контактного циклічного руйнування оксидної плівки
на металі ця гальванічна взаємодія може спричинити появу локальних корозій-
них пошкоджень алюмінієвих конструкцій та зародження в них втомних тріщин,
що часто спостерігають в умовах фретинг-корозії, трибокорозії та корозійної
втоми.
Встановлено (рис. 3), що додавання інгібіторів у корозивний розчин суттєво
зменшує різницю E для алюмінію. Це свідчить про підвищення захисних влас-
тивостей новоутвореної пасивної плівки в інгібованих розчинах та зменшення
локальної корозії металу. Найбільший протикорозійний ефект спостерігають у
кислому дощовому розчині, який містить композицію кальцію фосфату та натрію
нітрату за співвідношення між ними 1:1. Слід відзначити синергізм захисної дії
цих інгібіторів, оскільки різниця E для алюмінію в одинарних розчинах фосфа-
ту або нітрату є приблизно у 7–10 разів більшою.
Рис. 3. Різниця між стаціонарним
потенціалом алюмінію та його потенціалом
після репасивації в розчині:
неінгібованому (1) та з витяжками
кальцію фосфату (2), натрію нітрату (3)
та кальцію фосфату + натрію нітрату
за співвідношень 2:1 (4), 1:2 (5), 1:1 (6).
Fig. 3. The difference between free corrosion potential and transition potential for aluminium
after repassivation in solution: uninhibited (1) and with calcium phosphate (2),
sodium nitrate (3), calcium phosphate + sodium nitrate for ratios 2:1 (4), 1:2 (5), 1:1 (6).
Оцінювали ефективність композиції інгібіторів на стадії репасивації алюмі-
нію, використовуючи раніше розроблений метод [14]. На алюмінієвий дріт на-
кладали зовнішній потенціал, рівний його потенціалові вільної корозії і після
гільйотинування зразка записували значення струму поляризації (рис. 4). За цим
значенням можна кількісно оцінити ступінь впливу інгібітора на гальванічну
взаємодію між пошкодженою та непошкодженою ділянками зразка алюмінію.
Рис. 4. Часові залежності густини струму
поляризації за потенціалу вільної корозії
зразка алюмінію після гільйотинування
в кислому дощовому розчині:
неінгібованому (1), з витяжками
натрію нітрату (2), кальцію фосфату (3)
та кальцію фосфату + натрію нітрату
за співвідношень 1:2 (4), 2:1 (5), 1:1 (6).
Fig. 4. Time dependencses of the polarization current density at the free corrosion potential
for aluminium sample after guillotining in acid rain solution: uninhibited (1),
with sodium nitrate (2), calcium phosphate (3) and calcium phosphate + sodium nitrate
at ratios 1:2 (4), 2:1 (5), 1:1 (6).
Встановлено (рис. 4), що густина струму поляризації зразка алюмінію в не-
інгібованому дощовому розчині в межах першої хвилини після зрізання зменшу-
51
ється на порядок внаслідок відновлення на його поверхні оксидної плівки, але
все ще залишається досить високою – на рівні 4,010–3 mA/cm2. В інгібованих
розчинах спостерігали суттєвіше зменшення густини струму. У розчині з витяж-
кою фосфату та нітрату за співвідношення 1:1 вона спадає до 1,010–3 mA/cm2.
Одинарний розчин кальцію фосфату та композиція інгібіторів на основі фосфату
та нітрату за співвідношення 1:2 за своїм впливом на струм поляризації гільйоти-
нованого алюмінієвого дроту знаходяться на проміжних позиціях. Ці результати
свідчать про можливість формування на алюмінії під час репасивації в інгібова-
них розчинах поверхневої плівки з підвищеними захисними властивостями.
Після кількох хвилин від моменту зрізання криві залежності густини струму
від часу стають пологішими, що вказує на зменшення швидкості формування
захисної плівки на металі. Одержані значення густини струму алюмінію під час
його репасивації в інгібованих розчинах кислого дощу свідчать, що найбільшу
протикорозійну ефективність мають композиції на основі фосфату та нітрату за
співвідношень 1:1 та 2:1 (рис. 4, криві 5 та 6). Наступні за протикорозійною
ефективністю в цих умовах є одинарний розчин кальцію фосфату та композиція
на основі фосфату та нітрату за співвідношення 1:2 (криві 3 та 4) Найгірші захис-
ні властивості на механічно активованому алюмінії має розчин натрію нітрату
(крива 2).
Таким чином, інгібувальна композиція складу фосфат/нітрат за співвідно-
шень 1:1 може бути перспективною для захисту від фретинг-корозії конструкцій
з алюмінію та його сплавів, тобто коли поверхня треку зношування анодно поля-
ризована і метал інтенсивно розчиняється. Натрію нітрат сам по собі є сильним
інгібітором окислювальної дії, його присутність у корозивному розчині полегшує
пасивацію алюмінію. Взаємодію іонів нітрату та алюмінію описали [15] так:
3
3 3 2 3 2 2
1
NO H O 3Al 9e AlN Al O H H O
2
;
2 2 3 32AlN 3H O Al O 2NH .
При цьому за участі нітрат-іонів створюються умови для формування на ме-
ханічно активованій поверхні алюмінію товстішої оксидної плівки. Фосфат іони,
в свою чергу, осаджуються на металі у вигляді бар’єрної фазової плівки. За рів-
ного співвідношення ці обидва інгібітори істотно підсилюють дію один одного,
спричинюючи синергічний протикорозійний ефект.
ВИСНОВКИ
Обґрунтовано доцільність застосування електрохімічних підходів для дослі-
дження ефективності інгібування корозії алюмінію на стадії репасивації після
механічного руйнування пасивної плівки. Встановлено, що додавання в розчин
кислого дощу фосфатного та нітратного інгібіторів зменшує різницю між потен-
ціалом вільної корозії поверхні алюмінію і її перехідним потенціалом під час
формування пасивної плівки. Виявлено синергічний протикорозійний ефект фос-
фат-нітратної композиції на механічно активованій поверхні алюмінію. Встанов-
лено, що оптимальне співвідношення компонентів композиції становить 1:1.
РЕЗЮМЕ. Исследовано эффективность ингибирования коррозии алюминия на ста-
дии репассивации после разрушения поверхностной пленки окисла. Установлено, что до-
бавление в раствор кислого дождя фосфатного и нитратного ингибиторов уменьшает раз-
ницу между потенциалом коррозии алюминиевой поверхности и ее переходным потенци-
алом в процессе формирования пассивной пленки. Обнаружен и доказан синергетический
антикоррозионный эффект фосфат-нитратной композиции на механически активирован-
ной алюминиевой поверхности.
52
SUMMARY. The effectiveness of aluminium corrosion inhibition at the repassivation stage
after surface oxide film failure was investigated. A special mini-guillotine with ceramic non-
conductive blade was manufactured for aluminum wire cutting. Corrosion potential and polari-
zation current were measured by use of the computer operated potentiostat and three electrode
cells. Synthetic acid rain with added inhibitors served as the corrosion solution.It was establi-
shed that nitrate and phosphate inhibitors decrease the difference between corrosion potential of
aluminium surface and its transition potential during passive film formation. The synergistic an-
ticorrosion effect of phosphate/nitrate composition on mechanically activated aluminum surface
was revealed and proved.
1. Синявский В. С., Вальков В. Д., Калинин В. Д. Коррозия и защита алюминиевых спла-
вов. – М.: Металлургия, 1986. – 368 c.
2. Corrosion wear behaviors of 2024Al in artificial rainwater and seawater at fretting contact
/ Hongyan Ding, Guanghong Zhou, Zhendong Dai et. al. // Wear. – 2009. – 267, № 1–4.
– P. 292–298.
3. Panagopoulos C. N., Georgiou E. P., and Gavras A. G. Corrosion and wear of 6082 alumi-
num alloy // Tribology International. – 2009. – 42. – P. 886–889.
4. Assessing the tribocorrosion behaviour of Cu and Al by electrochemical impedance spectro-
scopy / J. Geringer, B. Normand, C. Alemany-Dumont, R. Diemiaszonek // Ibid. – 2010.
– 43, № 11. – P. 1991–1999.
5. Антропов Л. И., Малушин Е. М., Панасенко В. Ф. Ингибиторы коррозии металлов. – К:
Техника, 1981. – 182 с.
6. Розенфельд И. Л. Ингибиторы коррозии. – М.: Химия, 1977. – 350 с.
7. Inhibitors for the protection of aerospace aluminium alloy / M. Kabasakaloglu, H. Aydin,
H. Aydin, M. L. Aksu // Materials and Corrosion. – 1997. – 48. – P. 744–754.
8. Taylor S. R. and Chambers B. D. The discovery of non-chromate corrosion inhibitors for
aerospace alloys using high-throughput screening methods // Corrosion Reviews. – 2007.
– 25, № 5–6. – P. 571–590.
9. Khedr M. G. A. and Lashien A. M. S. The role of metal cations in the corrosion and corrosion
inhibition of aluminium in aqueous solutions // Corrosion Science. – 1992. – 33, № 1.
– P. 137–151.
10. Corrosive wear of aluminium alloy in presence of phosphate / V. I. Pokhmurskii, I. M. Zin,
V. A. Vynar et. al. // Corrosion Engineering, Science and Technology. – 2012. – 47, № 3.
– P. 182–187.
11. United States Patent № 4,873,011. Antifreeze corrosion inhibitor composition for aluminium
engines and radiators / Il Nam Jung; Sang Yo Hwang, Chung Suk Lee. – Oct. 10, 1989.
12. Al-Borno A., Islam M., and Haleem R. Synergistic effects observed in nitrite − inorganic
phosphate inhibitor blends // Corrosion. – 1989. – 45, № 12. – P. 990–995.
13. Mechanical and electrochemical deterioration mechanisms in the tribocorrosion of Al alloys
in NaCl and in NaNO3 solutions / A. C. Vieira, L. A. Rocha, N. Papageorgiou, S. Mischler
// Corrosion Science. – 2012. – 54. – P. 26–35.
14. Патент України на корисну модель № 81047. Спосіб експрес-оцінки ефективності
інгібіторів корозії за умов механічного руйнування пасивної плівки на поверхні мета-
лу / В. І. Похмурський, І. М. Зінь, А. І. Кондир, О. П. Хлопик. – Опубл. 25.06.2013;
Бюл. № 12.
15. Augustynski J., Berthou H., and Painot J. XPS study of the interaction between aluminium
metal and nitrate ions // Chemical Physics Letters. – 1976. – 44, № 2. – P. 221–224.
Одержано 10.07.2014
|