Сравнительный анализ коррозионной стойкости ленты из аморфных и нанокристаллических сплавов в воздушной среде

Теоретически аморфные сплавы должны корродировать в атмосфере в малой степени, поскольку их изотропная структура предполагает отсутствие поверхностных энергетически насыщенных дефектов, обусловливающих появление центров коррозии. В реальности это далеко не так, поскольку обеспечить на практике получение бездефектного материала с воспроизводимыми свойствами весьма сложно. В связи с этим появляется проблема коррозионной стойкости аморфных сплавов.

На сегодняшний день существуют данные по коррозионной стойкости аморфных сплавов в растворах электролитов. Как правило, образцы изготавливали в виде лент, скорость коррозии оценивалась по уменьшению массы образцов при погружении их в раствор электролита в открытой атмосфере [1]. В настоящее время существует метод исследования коррозионной стойкости аморфных сплавов в воздушной среде. Такой метод позволяет проводить коррозионные испытания аморфных сплавов в условиях, максимально приближенных к реальным [2].

Исследования производили на ленточных образцах, изготовленных из аморфных сплавов 2НСР, 5БДСР, 82К3ХСР, Fe–B, 9КСР толщиной 15–30 мкм. Исходные аморфные ленты были получены на Ашинском металлургическом заводе. Перед началом эксперимента с помощью рентгеноструктурного анализа [3] была произведена аккредитация образцов на степень кристалличности.

Исследуемые образцы аморфной ленты после аттестации предварительно взвешивали на аналитических весах фирмы Sartorius (точность ±0,00005 г) в научно-образовательном центре «Нанотехнологии» Южно-Уральского государственного университета. Далее образцы помещали в кварцевые стаканы, предварительно прокаленные и доведенные до постоянной массы. Коррозионные испытания проходили в камере, в которой были созданы следующие условия: температура 85–90 °С и влажность 100 %. В ходе испытаний образцы периодически взвешивали и фиксировали изменение массы.

В таблице приведен химический состав изучаемых сплавов.

На рисунке представлен график изменения относительной массы во времени коррозионных испытаний.

Относительную массу рассчитывали по уравнению:

_ mx - m 0 m отн             , m0

где m _отн – относительная масса исследуемого образца; m_X – масса исследуемого образца после коррозионных испытаний; m ₀ – начальная масса исследуемого образца.

Из представленных на рисунке данных следует, что наиболее коррозионно-стойким является сплав 82К3ХСР на основе кобальта, так как за время испытаний он демонстрирует минимальный прирост относительной массы, наименее коррозионно-стойким является сплав Fe–B.

Продолжительность экспериментов позволяет выполнить оценку режима окисления исследован-

Химический состав исследуемых аморфных сплавов

Марка сплава	Содержание элемен тов, мас. %
	Si	B	Fe	Cr	Ni	Co	Nb	Cu	C	S	P
82К3ХСР	7,2	2,5	4,3	4	–	ост.	–	–	< 0,05	0,015	0,015
5БДСР	7,7	1,35	ост.	–	–	–	4,9	1,25	< 0,05	0,015	0,015
2НСР	5,3	3,2	ост.	–	1,8	–	–	–	< 0,03	0,015	0,015
9КСР	6,7	3	ост.	–	–	9,2	–	–	< 0,03	0,015	0,015
Fe-B	1,1	19	ост.	–	–	–	–	–	< 0,05	0,015	0,015

о- 2НСР

■ Fe-B

▲ 9КСР

Продолжительность коррозионных испытаний, сут.

а)

о 82К3ХСР

■ 5БДСР

Продолжительность коррозионных испытаний, сут.

б)

Изменение относительной массы исследуемых образцов в ходе коррозионных испытаний: а – сплавы 2НСР, Fe-B, 9КСР; б – 82К3ХСР, 5БДСР ных образцов. Так, приращение относительной массы таких сплавов как 2НСР и 82К3ХСР постепенно замедляется и выходит на прямую, параллельную оси ординат. Подобная кинетика окисления, вероятно, свидетельствует об образовании на поверхности образцов плотной пленки продуктов коррозии, препятствующей дальнейшему окислению. Относительное изменение массы Fe–B между замерами практически постоянно, наблюдается линейный рост массы продуктов коррозии. Это соответствует росту пористой (незащитной) пленки на поверхности сплава [4].

Относительная масса сплавов 9КСР и 5БДСР продолжает увеличиваться и на данный момент однозначно охарактеризовать кинетический режим трудно. Дальнейшие исследования помогут установить, по каким законам происходит процесс коррозии этих сплавов.