Закономерности электрохимического растворения и пассивации сплавов системы "железо - углерод" с различной микроструктурой в щавелевокислой среде

• Автор: Путилина, Марина Сергеевна
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Введение
1. Фазовый и структурный состав железоуглеродистых сплавов, их саморастворение, анодное растворение и пассивация в водной среде

1.1. Физикохимическая характеристика системы железоуглерод

1.1.1. Строение чистого железа

1.1.2. Строение доэвтектоидных сталей.

1.1.3. Строение эвтектоидных сталей.

1.1.4. Строение заэвтектоидных сталей.

1.2. Саморастворение сплавов в процессе их металлографического травления.

1.2.1. Сущность процесса травления

1.2.2. Саморастворение тела ферритного зерна

1.2.3. Саморастворение границ ферритных зерен.

1.2.4. Саморастворение цементитной составляющей сплава
1.3. Анодное растворение железа и железоуглеродистых сплавов
1.3.1. Механизм анодного растворения чистого железа.
1.3.2. Роль микроструктуры железа в его растворении.
1.3.3. Влияние содержания углерода на растворение железоуглеродистого сплава
1.3.4. Электрохимическое поведение цементита
1.3.5. Роль микроструктуры железоуглеродистых сплавов в их растворении.
1.4. Пассивация железа и железоуглеродистых сплавов.
1.4.1. Физикохимическая природа пассивирующей пленки
1.4.1.1. Оксидная пассивность.
1.4.1.2. Солевая пассивность
1.4.2. Роль микроструктуры сплава в его пассивации
2. Экспериментальные методы исследования фазового и структурного состава сплавов и закономерностей их электрохимического поведения.
2.1. Объект исследования.
2.2. Рабочие растворы
2.3. Электрохимические методы исследования.
2.3.1. Электрохимическая ячейка и электроды
2.3.2. Метод вольтамперометрии.
2.3.3. Метод хронопотенциометрии.
2.3.4. Метод хроноамперометрии.
2.3.5. Обработка результатов электрохимических исследований
2.4. Методы изучения состояния поверхности электрода.
2.5. Статистическая обработка данных.
3. Термодинамическое поведение фазовых составляющих железоуглеродистого сплава в водной среде
3.1. Общее описание окисления феррита и цементита
3.2. Методика построения диаграмм потенциалрН.
3.3. Окисление фазы феррита
3.4. Окисление цементита.
3.4.1. Система цементитуглеродвода.
3.4.2. Система цементитоксиды углеродавода
3.4.3. Система цементитугольная кислотавода
3.4.4. Система цементиталифатические углеводородывода.
3.4.5. Система цементитальдегидывода.
3.4.6. Система цементитспиртывода
3.4.7. Системы цементиторганические кислотывода
3.4.7.1. Система цементитмуравьиная кислотавода.
3.4.7.2. Система цементитуксусная кислотавода
3.4.7.3. Система цементитщавелевая кислотавода
3.5. Окисление оксалата железа II
3.6. Анализ поведения феррита и цементита при их совместном
окислении.
4. Саморастворение и активное растворение железоуглеродистых сплавов.
4.1. Саморастворение сплавов и роль их структуры
4.2. Начальное растворение при небольшой поляризации и его активные центры
4.2.1. Ферритная структура
4.2.2. Доэвтектоидная ферритоперлитная структура.
4.2.3. Эвтектоидная перлитная и заэвтектоидная перлитоцементитная структуры.
4.3. Кинетические параметры анодного растворения сплава.
5. Пассивное состояние сплава в оксапатной среде и роль его микроструктуры
5.1. Общая характеристика пассивного состояния сплава в оксалатной среде.
5.2. Формирование первичного пассивирующего слоя на чистом железе.
5.3. Формирование первичного пассивирующего слоя на сплавах с ферритоцементитной структурой.
5.4. Область второго максимума тока и роль структуры сплава
5.5. Область третьего максимума тока и роль структуры сплава
5.6. Область четвертого максимума тока и роль структуры сплава.
5.7. Общая схема процесса анодного растворения и пассивации сплавов с ферритоцементитной структурой
Заключение
Литература


Другой технологией, для которой важна взаимосвязь структуры стали с закономерностями их анодного растворения, является электрохимическое травление нержавеющих сталей в щавелевой кислоте для выявления их склонности к межкристаллитной коррозии, одна из причин которой состоит в обеднении ферритного зерна пассивирующим элементом хромом за счет диффузии его к границам зерен. Такие обедненные хромом зерна представляют собой области обычного феррита на поверхности стали. При этом концентрация щавелевой кислоты и режимы травления найдены эмпирическим путем. Таким образом, процесс анодного растворения сталей в щавелевокислой среде находит широкое применение в различных технологиях. Однако анализ литературы показал, что систематическое изучение влияния структуры сталей на их электрохимическое поведение в щавелевокислой среде не проводили, что обусловливает актуальность настоящей работы. Цель изучить процессы саморастворения, кинетику активного растворения и пассивации нелегированных сталей в широкой области концентраций углерода в щавелевокислой среде с выявлением роли их металлографической структуры. Провести термодинамический анализ электрохимических реакций окисления феррита и цементита в водной среде, учитывая возможность перехода углерода из цементита в различные химические соединения и установить их вероятную последовательность. Изучить процессы саморастворения сталей с различными типами металлографической структуры в щавелевокислой среде и выявить активные центры развития процесса и их распределение по поверхности. Изучить механизм формирования пассивирующего слоя оксалата железа II на поверхности сплава, установить характер его распределения по поверхности фазовых и структурных составляющих. Составить обобщенную схему развития процессов растворения и пассивации на ферритоцементитной гетерофазной поверхности, раздельно включающую процессы, протекающие на феррите, цементите и перлитной составляющей стали. Установлена принадлежность каждого процесса окисления цементита до Регионов или Рез, в зависимости от углеродсодержащего продукта, к анодному или катодному по отношению к процессу окисления феррита. Исследовано распределение очагов саморастворения по поверхности и установлена последовательность процессов анодного растворения элементов структуры ферритных, ферритоперлитных, перлитных и перлитоцементитных сплавов. Показано, что соотношение скоростей разрушения структурного и фазового феррита определяется кислотностью раствора. Изучена область солевой пассивности ферритоцементитных и установлено, что образование пассивирующего слоя происходит по смешанному механизму. Показано, что слой формируется селективно на поверхности только фазы феррита, цементит остается открытым и при более положительных потенциалах окисляется с нарушением защитных свойств пассивирующего слоя. Предложена обобщенная схема процессов анодного растворения и пассивации сталей с различной структурой, учитывающая установленную последовательность растворения фазовых и структурных составляющих, а также межзеренных и межфазных границ. Данные о закономерностях формирования и распределения пассивирующего слоя по поверхности ферритной и цементитной фаз, причинах нарушения состояния солевой пассивности сталей, а также обобщенная схема анодного растворения и пассивации стали в щавелевой кислоте позволяют оптимизировать режимы предварительного пассивирования поверхности в технологии электрохимической полимеризации для повышения качества защитных проводящих полимерных покрытий. Установленные последовательности процессов саморастворения элементов ферритоцементитной структуры сплава и их растворения при анодной поляризации в оксалатной среде позволяют усовершенствовать методику оценки склонности нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии электрохимическим травлением в щавелевокислой среде. Апробация работы. Результаты работы были доложены на Международной конференции студентов и аспирантов Ломоносов , г. Москва V Всероссийской конференции молодых ученых Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии, г. Саратов, г Международной научнотехнической конференции Ресурсо и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии, г. Минск, г.