Формирование структурно-фазового состава нанокомпозитов α-Fe+Fe3C(Fe3O4) и их устойчивость в агрессивных средах

• Автор: Шуравин, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Содержание:
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Методы получения и компактирования высокодисперсных порошков

на основе Fe

1.1.1. Методы синтеза высокодисперсных порошков на основе Fe

1.1.2. Методы компактирования порошковых материалов

1.2. Фазово-структурные превращения при механоактивации

1.3. Влияние среды на механоактивацию металлов

1.4. Электрохимическое и коррозионное поведение железа и его сплавов

1.4.1. Коррозионное поведение многокомпонентных сплавов

1.4.2. Коррозия Fe в нейтральных средах
1.4.3. Вольтамперометрия как метод фазового анализа
1.4.4. Влияние структурного состояния на электрохимическое и коррозионное поведение металлических систем
1.4.5. Роль неметаллических включений и микроструктуры в коррозионном
поведении системы феррит-цементит
Выводы, постановка цели и задач диссертационной работы
Глава 2. Объекты и методы исследований
2.1. Приготовление образцов
2.2. Методы исследования
2.3. Подготовка поверхности нанокомпозитов для электрохимических исследований... 47 Глава 3. Формирование структурно-фазового состава образцов при механоактивации и компактировании
3.1. Структурно-фазовое состояние высокодисперсных порошков Fe-C, Fe-O
3.1.1. Структурно-фазовое состояние порошков Fe-графит
3.1.2. Структурно-фазовое состояние порошков Ре-(органическая среда), Fe-вода
3.2. Структурно-фазовое состояние нанокомпозитных систем Fe-C, Fe-O после компактирования
3.2.1. Структурно-фазовое состояние компактов Fe-графит
3.2.2. Структурно-фазовое состояние компактов Ре-(органическая среда), Fe-вода
3.3. Морфология и состав поверхности компактов
Выводы

Глава 4. Электрохимические исследования нанокристаллических компактов
4.1. Сравнение электрохимического поведения системы Ре-С в нанокристаллическом
и крупнокристаллическом состоянии
4.1.1. Анодные процессы в боратном буферном растворе в отсутствии депассиватора
4.1.2. Процессы локальной активации в нейтральных хлоридсодержащих средах
4.2. Влияние цементита на электрохимическое поведение компактов Бе-С в среде боратного буферного раствора с рН
4.2.1. Электрохимическое поведение компактов, полученных из порошков Ре-графит,
в зависимости от содержания цементита
4.2.2. Электрохимическое поведение компактов, полученных из порошков Ре, механоактивированных в органических средах
4.3. Влияние цементита на электрохимическое поведение компактов Ре-С в среде боратного буферного раствора с рН
4.4. Влияние углерода на пассивацию систем а-Ре + РезС
4.5. Электрохимическое поведение компактов Ре-О, полученных из порошков Ре,
механоактивированных в кислородсодержащих средах
Выводы
Заключение
Литература

Введение
Конструкционные материалы на основе железа являются самыми распространенными, как по объему производства, так и по частоте использования. Металлические конструкции, работающие в условиях одновременного воздействия агрессивных сред и механических нагрузок, подвергаются интенсивному разрушению. Для предупреждения коррозии н других видов разрушения оборудования широко используются защитные органические и неорганические слои, изолирующие металл от контакта с агрессивной средой и часто обладающие высокой износостойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Например, в химической промышленности применяются защитные пленки на основе полиэтилена, полипропилена, винипласта, полистирола, фторопластов, феноло-формальдегидных, силиконовых, эпоксидных смол, каучуков и резин. Как коррозионно-стойкий материал применяется также и графит, в том числе пропитанный феноло-формальдегидной смолой или бакелит [1].
Механические нагрузки часто приводят к деструкции защитных покрытий, смазок и ингибиторов коррозии [2-4], вызывают деформацию и разрушение поверхностных слоев металла, что приводит к повышению поверхностной активности материалов.
Интенсивная пластическая деформация металлов приводит к формированию нанокристаллической структуры. В нанокристаллпческом состоянии значительно изменяются свойства материала, и, в первую очередь, ускоряются диффузионные и адсорбционные процессы. Деформация нанокристаллического материала вызывает интенсивную диффузию продуктов деструкции среды (атомы С, О, Н, N, Si и т.д.) с образованием значительного количества аморфных и нанокристаллических фаз, в том числе карбидов, оксидов и т.п. [5]. Все это приводит к изменению электрохимических, коррозионных, адсорбционных и других физико-химических характеристик материалов.
Таким образом, на металлических материалах, подвергающихся механическому воздействию, образуется поверхностный слой, который по фазово-структурному состоянию значительно отличается от объема материала. Именно этот слой с особым фазово-структурным состоянием определяет эксплуатационные характеристики и коррозионное поведение материалов в агрессивных средах.
Исследование особенностей структуры и физико-химических свойств металла, подвергающегося интенсивной пластической деформации, на реальных объектах in situ представляет собой сложную задачу. Во-первых, эти изменения локализуются в топких поверхностных слоях металла, что затрудняет их анализ структурными методами. Во-вторых, поверхностные слои быстро изменяются при взаимодействии с внешней средой,

данные об изменении скорости коррозии при увеличении концентрации углерода (Сс):

снижается [115], в интервале Сс=0.05 - 0.74% остаётся постоянной [116], закономерно возрастает [117], имеет максимум при Сс=0.2% [118,120] или при Сс=0.6% [119]. Отсутствие достаточной аттестации образцов («состояние поставки»), а также слабый учёт внешних электрохимических факторов не позволяют определённо высказаться о механизме влияния углерода в стали на скорость коррозии.
В соляной и серной кислотах наблюдается существенное различие в растворении стали, что связано с различиями в скоростях, а возможно, и механизме растворения цементитных выделений. В соляной кислоте скорость растворения цементита значительно выше, и в процессе коррозии инертный углерод (содержание его в шламе может достигать 23.7%) экранирует поверхность электрода. Доля экранируемой поверхности возрастает с увеличением Сс. Таким образом, усиление структурной гетерогенности стали в определённой степени компенсируется при растворении в соляной кислоте углеродной экранировкой поверхности. В серной кислоте экранировочные эффекты выражены слабее -пластинки цементита охрупчиваются, вероятно, при участии выделяющегося водорода [121,122] и уходят в шлам. Скорость, а главное, неравномерность растворения, авторы связывают с наклоном цементитных пластинок относительно растворяющейся поверхности металла. Из электронно-микроскопических измерений авторы делают вывод о том, что закономерное нарастание цементита может в зависимости от свойств электролита приводить как к росту, так и к снижению скорости растворения.
Первые упоминания о возможности локализации коррозионного процесса вокруг неметаллических включений относятся к началу 20-го века [123,124]. В дальнейшем подобные явления обнаруживались при исследовании углеродистых сталей [125-129], в частности, отмечалось, что при их коррозии наиболее опасны сульфиды кальция [130-132]. Аналогичным образом действуют и сульфиды марганца, однако их более высокая энергия образования и более низкая скорость растворения в растворах электролитов делает МпБ несколько менее коррозионно-опасными, чем сульфиды кальция. Действие алюминатных коррозионно-активных неметаллических включений (КАНВ), вероятно, связано с преимущественным растворением напряженной металлической матрицы металла, образовавшейся вблизи них. Известно, что скорость растворения деформированного металла может быть существенно выше, чем недеформированного. В результате более высокой скорости растворения деформированного металла вокруг алюмннатного КАНВ образуется узкая прокорродировавшая область. Связь включения с металлической матрицей теряется, и на месте КАНВ образуется локальное углубление. Затруднения диффузионного отвода продуктов коррозии из образовавшейся полости приводят к повышению в ней агрессивности