Коррозионное поведение сплавов магния с литием в растворах электролитов

17.07.2019

Исследование коррозионного поведения сплавов магния с литием в нейтральных растворах электролитов актуально по двум причинам. С одной стороны, эти сверхлегкие сплавы могут быть использованы как конструкционные материалы, что не исключает их возможного контакта с влагой атмосферы, а с другой — сплавы на основе магния широко используются в качестве протекторов для катодной защиты металлоконструкций в естественных водных средах и грунтах.

Термодинамический электродный потенциал магния составляет —2,363В, тогда как стационарный потенциал коррозии магния и его сплавов устанавливается на уровне —1,3В (здесь и далее все потенциалы даны по нормальному водородному электроду сравнения). Эта разница потенциалов и характер растворения свидетельствуют о пассивном состоянии магния в нейтральных растворах электролитов. При этом в качестве пассивирующих поверхностных слоев могут выступать труднорастворимые гидроокись и карбонат магния. Образование гидроокисных поверхностных слоев возможно в результате анодной реакции:

Возможно также взаимодействие магния с гидрокарбонатными ионами:

Характерный для магния признак — снижение скорости растворения во времени при смещении потенциала коррозии в положительную сторону. Наличие в нейтральном растворе электролита ионов хлора приводит в случае магния к образованию питтингов и локальному растворению.

Смещение потенциала коррозии магния в отрицательную сторону при его легировании могло бы обусловить прекращение питтинговой коррозии в случае достижения потенциала репассивации. Одним из таких легирующих компонентов является литий, обладающий термодинамическим электродным потенциалом —3,045В. Стационарный потенциал коррозии-лития в нейтральном растворе (близком по составу к речной воде) составляет —2,94В, т. е. практически близок к своему термодинамическому значению. Корродирует литий со скоростью порядка 3000 г/м2*ч, но в отличие от других щелочных металлов самовозгорание не наблюдается.

Ожидаемый стационарный потенциал сплавов магния с литием может быть рассчитан по формуле для потенциала бинарного сплава
Коррозионное поведение сплавов магния с литием в растворах электролитов

При этом ожидаемое значение потенциала сплава 15 мас. % лития должно-составить 2,08В.

Исследование коррозионно-электрохимических характеристик сплавов магния с литием проводилось в растворах, имитирующих речную и морскую воду. Речная вода готовилась по рецепту: NaHCO3 — 300 мг/л; CaCl2 — 50 мг/л; MgSO4 — 50 мг/л; pH = 7,8; удельное сопротивление 20 Ом*м.

Зависимость стационарного потенциала коррозии сплавов магния с литием в речной воде от содержания лития показана на рис. 1. Практически потенциал магния при его легировании литием не изменяется, в то время как скорость коррозии существенно зависит от содержания лития в сплаве. Для магниевого сплава с 3% лития скорость коррозии составляет 16,6 г/м*ч при увеличении в сплаве лития до 8% скорость коррозии снижается до 0,92 г/м2*ч, а при содержании лития 11% коррозия практически равна скорости коррозии магния (0,22—0,25 г/м2*ч). При дальнейшем увеличении концентрации лития (до 14%) скорость коррозии вновь возрастает до 0,97 г/м2*ч.

Наряду с определением стационарной скорости коррозии изучена кинетика растворения сплавов магния с литием по объему выделившегося водорода при анодной поляризации. Одновременно определялась и анодная поляризуемость при поддержании гальваностатического режима. Результаты представлены на рис. 2. Наибольшей анодной поляризуемостью при малых плотностях тока отличается сплав магния с 11% лития (соответственно он оказался наиболее стойким в исследуемом диапазоне концентрации лития). На рис. 2, а можно четко выделить две характерные области: при плотностях анодного тока до 5 А/м2 скорость выделения водорода на сплавах с меньшим содержанием лития (3%) выше, чем на сплавах с большим содержанием лития; при более высоких плотностях анодного тока (> 5 А/м2) наблюдается меньшая скорость выделения водорода (и соответственно меньшая скорость саморастворения) на сплавах с малым содержанием лития (3%) по сравнению со сплавами, содержащими лития более 10%, т. е. коэффициент полезного использования анодного материала при разных плотностях тока имеет принципиально различную зависимость от содержания лития в сплаве (см. рис. 3).

Исходя из полученных данных, механизм коррозионного разрушения сплавов магния с литием можно представить в виде избирательного растворения лития с поверхности, быстрого образования пористого слоя магния, скорость растворения которого определяется его строением. При определенном значении пористости (как это имеет место для сплава с 11% лития) образуется сплошная утолщенная пленка гидроокиси магния, обусловливающая минимальную скорость растворения. Дополнительным фактором замедления скорости коррозии при увеличении содержания лития в магнии является подщелачивание приэлектродного слоя при избирательном растворении лития. Этот фактор действительно имеет место, о чем свидетельствует изменение кинетики выделения водорода на сплавах при анодной поляризации.


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