» » Аморфные сплавы на основе железа и никеля
18.01.2016

При испытании кристаллической нержавеющей стали 18Сr—8Ni, полученной по традиционной технологии, в растворе 0,5—1 н. НСl наблюдается большая потеря массы в результате питтинговой коррозии.
Кристаллическая нержавеющая сталь марки 18—8 испытывает сильную питтинговую коррозию также в 10 %-ном растворе FеСl3*Н2O. обычно используемом для исследования коррозии промышленных нержавеющих сталей. Коррозионно-стойкая сталь 17Сr—14Ni—2,5Мо, полученная традиционным методом, также сильно корродирует в этом растворе при 60 °С.
Однако аморфные сплавы Fе—Сr—13Р—7С и Fе—Сr—Ni—13Р—7С, содержащие 58 % Сr, не обнаруживают изменения массы после выдержки в растворе FеСl3 при 40 и 60 °С в течение 168 ч и характеризуются чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью в кислых и нейтральных растворах.
Коррозионная стойкость этих сплавов подтверждается также электрохимическими измерениями. Исследование динамической поляризации аморфных сплавов Fе—Сr—13Р—7С при скорости изменения потенциала 2,37 мВ/с в аэрированном растворе 1М Н2SO4 позволило установить особенности их коррозионного повеления.
Увеличение содержания хрома в аморфных сплавах Fе—Сr—13Р—7С приводит к резкому снижению скорости анодной реакции и плотности тока в активной области. Аморфные сплавы с содержанием Сr≥8 % ат. при погружении металла в нейтральный и кислый раствор подвержены спонтанной пассивации, вследствие чего масса образцов не изменяется.
Коррозионные свойства аморфных сплавов на основе никеля и кобальта аналогичны коррозионным свойствам аморфных сплавов на основе железа. Скорость коррозии аморфных сплавов Ni—Сr—15Р—5В (оценка по потере массы образцами при выдержке в течение 168 ч в 10 %-ном растворе FeСl3*6Н2O при 30 °С) с увеличением содержания хрома быстро надает, и в сплавах с 7 и 9 % Сr коррозия практически не наблюдается. Эти сплавы не подвержены питтинговой коррозии.
Для формирования аморфной структуры в быстрозокаленных сплавах на основе железа, никеля и кобальта при быстрой закалке расплава необходимы добавки в больших количествах металлоидов (аморфизаторов), таких, как фосфор, бор, кремний, углерод.
Эти элементы оказывают значительное влияние на коррозионные свойства аморфных сплавов.
По результатам исследования влияния металлоидов на скорость коррозии в системах Fe—10Cr—13В—7Х и Fe—10Cr—13P—7Х в 0,1 н. H2SO4 при 30 °С установлено, что скорость коррозии а сплавах, содержащих фосфор в качестве основного металлоида, более чем на два порядка ниже, чем в сплавах с основным металлоидом бором. Кроме того, скорость коррозии аморфных сплавов железо — хром в растворе 0,1 н. H2SO4 существенно уменьшается при добавке в них металлоидов в последовательности; кремний, бор, углерод, фосфор. Добавка хрома в сплавы, не содержащие фосфора, незначительно улучшает их коррозионную стойкость.
Эффект добавки хрома наиболее значителен для сплавов системы Fe—Cr—13Р—7С, в то время как в случае аморфных сплавов Fe—C и Fe—В добавки Cr < 20 % ат. неэффективны. В то же время скорость коррозии аморфных сплавов Fe—26Cr—18C и Fe—30Сr—20В почти на два порядка ниже скорости коррозии нержавеющей стали Fe—30Сг—2Мо, полученной по традиционной технологии.
Подтверждающие оценки коррозионной стойкости рассматриваемых аморфных сплавов получены с помощью электрохимических исследований. Согласно потенциодинамическим кривым (ПДК.) поляризации аморфных сплавов Fe—10Cr—13В—7Х (X = В, С, P и Si) в растворе 0,1 н. H2SO4 плотность тока в сплавах Fe—10Cr—20В, Fe—10Cr—13В—7Si и Fe—10Cr—13В—7С на порядок выше, чем в сплаве Fe—10Cr—13В—7Р, причем потенциалы коррозии монотонно возрастают при использовании в качестве металлоида элементов в последовательности: кремний, бар, углерод и фосфор.
Таким образом, из рассматриваемых металлоидов фосфор наиболее эффективно повышает коррозионную стойкость аморфных сплавов на основе железа. При этом существенное повышение коррозионной стойкости аморфных сплавов на основе железа происхолит при одновременной добавке в них хрома и фосфора. Наличие фосфора ускоряет образование пассивирующей пленки, обогащенной ионами хрома.
Присадка фосфора в аморфный сплав Cu—Zr также понижает скорость коррозии сплава благодаря подавлению роста пленки.
Коррозионное поведение металлов, содержащих большое количество Si, отличается от поведения других сплавов металл—металлоид. Сплавы Fe—Si, содержащие 25 % Si и более, полученные напылением, пассивируются при анодной поляризации в разбавленной серной кислоте благодаря образованию пленки диоксида кремния. Аналогично аморфный сплав Fe39Ni39Bl0Sil2, полученный метолом спиннингования расплава, характеризуется повышенной по сравнению с Fe40Ni40B20 стойкостью против питтинговой коррозии, что обусловлено образованием слоя, обогащенного Si. Увеличение содержания Si в сплавах Fe—B—Si расширяет пределы потенциалов пассивации.
Большой интерес представляет влияние на коррозионные свойства аморфных сплавов на основе железа добавок других металлов, таких, как никель, кобальт, молибден и вольфрам.
Рассмотрим влияние легирования этими металлами на скорость коррозии аморфного сплава Fe—I3P—7С в 1 н. HCl при 30 °С.
Хром наиболее эффективно повышает коррозионную стойкость аморфного сплава Fe—13P—7С. Молибден тоже заметно повышает его коррозионную стойкость; добавки ≤ 5 % Mo приводит лаже к более значительному уменьшению скорости коррозии, чем добавки эквивалентного количества хрома. Вольфрам и никель являются менее эффективными, чем хром и молибден. Наименее эффективно легирование кобальтом.
Потенциалы коррозии аморфных сплавов Fe—Mo—13P—7С и Fe—W—13Р—7С в 1 н. HCl возрастают при увеличении содержания молибдена или вольфрама. В сплавах, содержащих ≥ 4 % Mo или W, протекает анодная пассивация, а при концентрациях ≥ 10 % эти сплавы обнаруживают широкую пассивную область, не содержащую резких скачков тока, обусловленных питтинговой коррозией. Добавки молибдена, вольфрама значительно повышают коррозионную стойкость аморфного сплава Fe—13Р—7С; особенно возрастает стойкость к питтинговой коррозии даже в 1 к. HCl. Это одно из наиболее важных проявлений коррозионной стойкости аморфных сплавов.
В противоположность этому кристаллические бинарные сплавы Fe — 4 + 40 % Mo активно растворяются в 1 н. HCl без анодной пассивации, а в растворе 1 н. H2SO4 пассивация наблюдается при увеличении содержания молибдена.
Влияние добавок металлов на повышение коррозионной стойкости аморфных сплавов Fe—P—C особенно значительно в присутствии небольшого количества хрома.
Скорость коррозии аморфных сплавов Fe—3Сr—13Р—7С—X (X = Ti, Mn, Nb, V, W и Mo) в растворе 1 и. HC1 при 30 °С резко уменьшается с увеличением концентрации легирующей добавки, при этом особенно эффективно воздействие молибдена, вольфрама, титана, ванадия и никеля. Кривые анодной поляризации сплавов с добавками металлов не обнаруживают резких скачков плотности тока вследствие образования питтингов даже в 1 н. HCl.
В случае традиционных ферритных нержавеющих сталей устранить питтинговую коррозию в растворе 1 н. HCl можно только при увеличении содержании хрома выше 28 %.