Коррозия магниевых сплавов и защита их неметаллическими неорганическими покрытиями

17.07.2019

Применение магниевых сплавов в конструкциях прежде всего связано с обеспечением надежной защиты их от коррозии, так как магниевые сплавы по сравнению с другими легкими сплавами имеют более низкую коррозионную стойкость. Учитывая, что не всегда можно нанести требуемую систему покрытий на все участки изделия, а также возможность при эксплуатации повреждения покрытий, первостепенное значение, приобретает вопрос повышения коррозионной стойкости сплавов путем легирования, снижения примесей, термической обработкой и т. п.

Исследованиями установлено, что химический и фазовый составы определяют скорость коррозии, склонность к коррозионному растрескиванию и расслаивающую коррозию.

Влияние легирующих элементов на скорость коррозии магниевых сплавов изучалось многими исследователями, однако сопоставить полученные данные не представлялось возможным, так как исследования проводились в разных средах и в сплавах не всегда оговаривалось содержание примесей.

Влияние легирующих элементов на скорость коррозии подробно нами исследовалось на двойных системах. Элементы вводились в концентрациях до 0,5% и около 5%. Примеси содержались в количествах, %: Fe 0,003, Ni < 0,005, Cu < 0,003, за исключением систем Mg—Ca, Mg—Sc, Mg—Ce, где содержание примеси железа составляло соответственно 0,007; 0,02; 0,008%.

В результате исследования установлено, что коррозионную стойкость магниевых сплавов в 3% NaCl в исследуемых пределах концентраций улучшают следующие элементы: Zr, Ti, Be, Mn, Sn, Cd, Nd. Снижают коррозионную стойкость, кроме ранее изученных элементов, Fe, Ni, Co, а также Cu, Ag, Bi, Sb, Ti. Остальные элементы снижают или повышают коррозионную стойкость в зависимости от концентрации легирующего элемента. Во влажной атмосфере скорость коррозии сплавов на два порядка ниже, чем в 3%-ном растворе NaCl, и закономерности по влиянию легирующих элементов не всегда сохраняются для условий влажной атмосферы вследствие различий в кинетике электродных процессов. Наиболее благоприятными элементами во влажной атмосфере являются Zr, Ti, Be, Mn. Эти данные следует учитывать при разработке новых сплавов.

При изучении влияния фазового состава на коррозионную стойкость установлено, что наличие интерметаллических соединений в сплаве при водит к снижению его коррозионной стойкости, так как интерметаллические соединения являются либо эффективными катодами, либо сами растворяются со скоростью большей, чем твердые растворы. Исключение составляют сплавы системы Mg—Al, в которых интерметаллическое соединение Mg17Al12 является малоэффективным катодом и имеет более высокую коррозионную стойкость, чем твердый раствор. Поэтому в сплавах, для которых характерна диаграмма состояния с ограниченной растворимостью легирующего элемента, например Mg—Zn, Mg—Y, резкое снижение коррозионной стойкости отмечается при содержании легирующего элемента выше его растворимости в твердом растворе при комнатной температуре.

На рис. 1 показано влияние иттрия на коррозию и механические свойства сплава Mg—Y. Дополнительным легированием можно существенно повысить коррозионную стойкость сплава с содержанием иттрия выше растворимости в твердом растворе (рис. 2).

На основе результатов исследования по влиянию легирующих элементов на коррозионную стойкость двойных и более сложных систем был разработан сплав BMЛ9, превосходящий в 2—2,5 раза коррозионную стойкость самого коррозионно-стойкого промышленного сплава МЛ5пч. Сплав ВМЛ9 позволит расширить применение магниевых сплавов в жестких условиях эксплуатации. Легирующие элементы при прочих равных условиях определяют склонность деформируемых сплавов к коррозионному растрескиванию.

Из промышленных сплавов самую большую склонность к коррозионному растрескиванию имеют сплавы системы Mg—Al, причем эта склонность во влажной воздушной атмосфере проявляется при содержании алюминия выше растворимости в твердом растворе. С увеличением содержания алюминия склонность к коррозионному растрескиванию возрастает.

Аналогично ведут себя сплавы системы Mg—Y. Следует указать, что соответствующей термической обработкой можно существенно повысить сопротивление коррозионному растрескиванию указанных сплавов. Например, сопротивление коррозионному растрескиванию листового материала из сплава МА2-1 после отжига при t = 250° С в течение 60 мин повышается в 2 раза. Сплавы системы Mg—Zn имеют незначительную склонность к коррозионному растрескиванию. Сплавы системы Mg—Mn, Mg—Nd, Mg—Li практически не склонны к коррозионному растрескиванию в атмосферных условиях.

Таким образом в деформируемых сплавах также следует учитывать благоприятные компоненты в отношении коррозионного растрескивания.

Промышленные сплавы не склонны к расслаивающей коррозии. Впервые склонность к расслаивающей коррозии обнаружена на опытных сплавах системы Mg—Li с содержанием лития выше 14%. Установлено, что легирующие элементы при прочих равных условиях могут существенно влиять на склонность сплава к расслаивающей коррозии. Металлографические исследования показали, что расслаивающая коррозия начинается по границам зерен. Причины расслаивающей коррозии пока не ясны, но можно предположить, что расслоение происходит вследствие избирательного растворения либо интерметаллических соединений, либо натрия, которые концентрируются по границам зерен. Если учесть исключительно большое влияние легирующих элементов на склонность к расслаивающей коррозии, то более вероятно первое предположение.

Установлено, что легирующие элементы Mn, Sn, Zn, In, Al, добавленные к сплаву Mg—14,20% Li, значительно повышают его коррозионную стойкость. Такие элементы, как цинк, алюминий, индий, добавленные в количествах от 0 до 10%, предотвращают расслаивающую коррозию в атмосфере искусственного тропического климата. Олово и марганец предотвращают расслаивающую коррозию в концентрациях соответственно до 1 и до 0,3%.

В конструкциях наиболее подвержены коррозии места контактов и зазоров. Известно, что все металлы и сплавы в конструкциях по отношению к магниевым сплавам являются катодами, но эффективность их действия различная. Поэтому необходимо использовать такие контакты, которые вызывают наименьшую коррозию.

Из промышленных сплавов, широко применяемых в контакте с магниевыми сплавами, наибольшую коррозию вызывают стали различных марок, наименьшую — сплав АМг. Найдено, что по интенсивности контактного действия исследованные алюминиевые сплавы располагаются в следующий ряд: Al < АМг6 < АК6 < Д16. Установлено также, что эффективность контактного действия одного и того же контакта на магниевые сплавы разных систем — разная. Это связано с различной величиной отрицательного дифференц-эффекта. Для уменьшения контактного действия сталей на магниевые сплавы наносятся различные металлические покрытия, которые существенно уменьшают величину контактной коррозии, вызываемую сталью (рис. 3). Контактное действие Д16 снижается нанесением анодно-окисного покрытия. Однако этого недостаточно. При сочленении деталей дополнительно применяют изолирующие материалы: грунты, герметики, смазки и др. Их применяют при постановке крепежных и других деталей в магниевые сплавы и для перекрытия контактируемой детали с заходом на магниевую деталь. Изолирующие материалы предотвращают также коррозию в зазорах. В конструкциях не должно быть углублений, где может скапливаться влага, особенно это важно для конструкций, эксплуатирующихся в морских условиях. Если углубления, карманы в конструкции необходимы, то нужно предусмотреть дренажирование или забивание их смазками.

Основной вид защиты магниевых сплавов — защита лакокрасочными покрытиями в сочетании с неметаллическими неорганическими покрытиями, которые повышают адгезию и защитные свойства лакокрасочных покрытий. Неметаллические неорганические покрытия являются самостоятельной защитой в процессе механической обработки, транспортировки и в легких условиях эксплуатации (с пропиткой лаками). Их применяют также для защиты магниевых сплавов в неагрессивных маслах, некоторых топливах, гидрожидкостях и других неагрессивных в отношении магниевых сплавов жидкостях.

Для защиты отечественных магниевых сплавов рекомендуются химические хроматные, фосфатные, станнатные покрытия и анодно-окисно-фторидные и хроматно-фторидно-фосфатные покрытия. Наиболее широкое применение находят химические хроматные покрытия благодаря простоте и высокой эффективности процесса их получения. У нас и за рубежом существует большое количество методов хроматирования, каждый из которых имеет свое назначение в зависимости от марки сплава, вида полуфабриката и т. п.
Коррозия магниевых сплавов и защита их неметаллическими неорганическими покрытиями


В настоящее время разработана универсальная ванна хроматирования, в которой можно обрабатывать детали из сплавов различных марок, всех видов полуфабрикатов, сборочные единицы, детали 1-го и 2-го классов точности. Ванна работает при комнатной температуре, технологична. Защитные свойства образующегося покрытия и адгезия к нему лакокрасочных покрытий хорошие. Раствор для хроматирования состоит из следующих компонентов, г/л: двухромовокислый калий — 70—100; сернокислый магний — 40—50; сернокислый аммоний — 40—50. Хроматирование проводится при температуре 15—30° С, продолжительность обработки в зависимости от сплава от 10 до 35 мин, pH 3—4.

Учитывая свойства и успешное внедрение указанной ванны на многих предприятиях, можно рекомендовать ее в качестве единой для всех магниевых сплавов, т. е. унифицировать процессы хроматирования.

Фториднсфосфатные станнатные, анодно-окисные покрытия применяются прежде всего для защиты жаропрочных сплавов, так как покрытия не снижают защитные свойства при нагреве выше 120° и в сочетании с лакокрасочным покрытием — выше 250° С (рис. 4).

Станнатное покрытие может также применяться для защиты от контактной коррозии в тех случаях, когда невозможно применять изолирующие покрытия. В процессе станнатирования покрытие одновременно образуется на магниевой детали (станнат магния) и стали (олово). При анодном окислении в бифториде аммония одновременно происходит очистка литейных деталей от флюсов, земли и других загрязнений. Это особенно важно в тех случаях, когда в деталях имеются внутренние каналы, которые другими методами очистить нельзя.

Анодно-окисное хроматно-фторидно-фосфатное покрытие в сочетании с применяемой эпоксидно-полиамидной системой лакокрасочных покрытий обеспечивает защиту от коррозии магниево-литиевых сплавов. Для указанных сплавов химические хроматные покрытия в сочетании с лакокрасочными покрытиями оказались непригодными. Это связано с тем, что на поверхности магниево-литиевых сплавов образуются агрессивные окислы лития, разрушающие лакокрасочные покрытия.

Толстые анодно-окисные покрытия являются барьерными слоями, препятствующими взаимодействию окислов с лакокрасочными покрытиями. Еще больший эффект защиты наблюдается при пропитке неметаллических неорганических покрытий эпоксидным лаком ЭП541. В качестве подслоя под лакокрасочные покрытия можно также применять химические фосфатные покрытия.

Многолетний опыт эксплуатации изделий из магниевых сплавов показал, что изделия могут длительно и надежно эксплуатироваться при выполнении следующих требований:

1) стабильность технологии изготовления полуфабрикатов, отсутствие флюсовых включений, выходящих на поверхность;

2) выполнение рекомендации по методам защиты, соблюдение технологии нанесения покрытий и защиты мест контактов и зазоров;

3) рациональное конструирование (отсутствие углублений, зазоров, карманов и т. п.).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна