Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЙ СТАЛИ 10 С АЛМАЗОПОДОБНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Клевцов Г.В. 1 Валиев Р.З. 2 Клевцова Н.А. 1 Ильичев Л.Л. 1 Кушнаренко Е.В. 1 Кашапов М.Р. 1 Рааб А.Г. 2 Ганеев А.В. 2
1 Оренбургский государственный университет, Оренбург
2 Институт физики перспективных материалов, Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа
Исследовали коррозионную стойкость образцов из стали 10 в исходном состоянии и после равноканального углового прессования (РКУП) в субмикрокристаллическом состоянии без покрытия и с упрочняющим покрытием. Тонкопленочное упрочняющее алмазоподобное покрытие наносили на поверхность образцов с помощью установки финишного плазменного упрочнения. Толщина покрытия составляла 1 мкм. Образцы полностью погружали в испытательный раствор (5%-й раствор NaCl + 0,5%-й раствор CH3COOH, насыщенный сероводородом, рН ≤ 3,5; Т = 297 К). Время коррозионного воздействия – 96 часов. Скорость коррозии (г/м2·ч) определяли по разности масс образцов до и после коррозионных испытаний. Проведено металлографическое исследование поверхности образцов до и после коррозии. Результаты исследования показали, что РКУП повышает коррозионную стойкость стали 10 в 1,4 раза по сравнению с исходным состоянием. Коррозионная стойкость стали 10 после РКУП с покрытием также выше по сравнению с коррозионной стойкостью стали 10 в исходном состоянии с покрытием.
равноканальное угловое прессование (РКУП)
коррозионная стойкость стали
упрочняющее покрытие
1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. – М.: Логос, 2000. – 272 с.
2. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 398 с.
3. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2000. – 224 с.
4. Наноструктурный титан для биомедицинских применений: новые разработки и перспективы коммерциализации / Р.З. Валиев, И.П. Семенова, В.В. Латыш, А.В. Щербаков, Е.Б. Якушина // Российские нанотехнологии. – 2008. – Т. 3, № 9–10. – С. 80–89.
5. Андриевский Р.А., Глезер А.М. Прочность наноструктур //
Успехи физических наук. – 2009. – Т. 179, № 4. – С. 337– 358.
6. Использование ионно-плазменных покрытий для повышения прочности и коррозионной стойкости изделий / Л.Л. Ильичев, Г.В. Клевцов, Ш.Г. Насыров, В.И. Рудаков, Н.А. Клевцова. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2007. – 198 с.

В последнее время широкое распространение получил новый класс конструкционных материалов: класс объемных наноструктурированных металлических материалов с субмикрокристаллической структурой, полученных методами интенсивной пластической деформации (ИПД), например, равноканальным угловым прессованием (РКУП) [1, 2]. Данные материалы обладают высокой прочностью, что способствует их внедрению в различные области техники [3, 4]. В настоящее время наиболее актуальными проблемами в области физического материаловедения наноструктурированных металлических материалов является изучение стабильности структуры в процессе воздействия внешних факторов [5], прежде всего, коррозионных сред. Весьма перспективным направлением повышения коррозионной стойкости металлических материалов является нанесение на их поверхность коррозионностойких упрочняющих покрытий [6]. Однако сведений о коррозионной стойкости наноструктурированных материалов с покрытием в литературе практически нет.

Целью настоящей работы является исследование коррозионной стойкости образцов из стали 10 в исходном состоянии и после РКУП в субмикрокристаллическом состоянии без покрытия и с упрочняющим покрытием.

Материалы и методы исследования

В качестве исследуемого материала использовали промышленную сталь 10 (0,11% С) в исходном состоянии (средний размер зерна dср = 45 мкм) и после РКУП при 200°С, 4 прохода, маршрут Bc, угол φ = 120° [1, 2] (средний размер зерна dср = 300 нм). Твердость стали определяли по методу Бринелля (ГОСТ 9012-59). Прочностные характеристики определяли на разрывной машине Р-10 по ГОСТ 1797-84. Диаметр образцов для определения механических свойств равен 3 мм.

Механические свойства стали 10 в исходном состоянии и после РКУП в субмикрокристаллическом состоянии представлены в табл. 1.

Таблица 1 Механические свойства стали 10 в исходном состоянии и после РКУП

Состояние стали

НВ

σв, МПа

σт, МПа

δ,%

Исходное состояние

121

460

350

25

После РКУП при 200°С, 4 прохода

235

1028

989

8

Для коррозионных испытаний использовали образцы размером 10×10×3 мм с упрочняющим покрытием и без покрытия. Тонкопленочное упрочняющее алмазоподобное покрытие на основе оксикарбонитрида кремния наносили на поверхность образцов с помощью установки финишного плазменного упрочнения УФПУ-111. Толщина покрытия составляла 1 мкм. Далее образцы полностью погружали в испытательный раствор (5%-й раствор NaCl по ГОСТ 4233 + 0,5%-й раствор CH3COOH по ГОСТ 19814, насыщенный сероводородом, рН  3,5; Т = 297 К). Время коррозионного воздействия - 96 часов. Скорость коррозии (г/м2·ч) определяли по разности масс образцов до и после коррозионных испытаний. Металлографические исследования поверхности образцов до и после коррозии проводили с помощью металлографического микроскопа МИМ-8.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты испытаний образцов на коррозионную стойкость приведены в табл. 2. Из данной таблицы видно, что скорость коррозии образцов из стали 10 после РКУП в 1,4 раза ниже по сравнению с исходным состоянием. После нанесения упрочняющего покрытия скорость коррозии образцов в исходном состоянии уменьшилась в 2,3 раза, а образцов после РКУП - в 3,1 раза. Можно предположить, что покрытие, нанесенное на поверхность образцов стали 10 после РКУП, обладает большей адгезионной прочностью, обеспечивающей лучшую защиту стали от коррозии.

Таблица 2 Скорость коррозии (г/м2·ч) образцов из стали 10 без покрытия и с покрытием в исходном состоянии и после РКУП

Исходное состояние

После РКУП

без покрытия

с покрытием

без покрытия

с покрытием

5,104

2,270

3,615

1,153

Металлографические исследования поверхности образцов из стали 10 до (рис. 1, а) и после коррозионных испытаний (рис. 2, а, б) показали, что в результате коррозионного воздействия поверхность образцов из стали в исходном состоянии практически полностью повреждена путем питтинговой коррозии (рис. 2, а). Поверхность образцов из стали после РКУП повреждена в меньшей степени (рис. 2, б). Такой вид поверхности образцов хорошо согласуется с данными определения скорости коррозии стали 10 в исходном состоянии и после РКУП (см. табл. 2).

 

a                                                                                       б 

Рис. 1. Поверхность образцов стали 10 до (а) и после (б) нанесения покрытия

После нанесения упрочняющих покрытий (рис. 1, б) на поверхность образцов из стали 10 в исходном состоянии и последующего коррозионного воздействия (рис. 2, в) поверхность образцов повреждена в меньшей степени, чем в образцах без покрытия. Хорошо видны округлые следы питтинговой коррозии размером не более 50 мкм (см. рис. 2, в). Поверхность образцов из стали 10 после РКУП с нанесенным покрытием после воздействия коррозионной среды (рис. 2, г) также повреждена питтинговой коррозией. Однако на такой поверхности большую площадь занимают свободные от коррозии участки, что также согласуется с результатами оценки скорости коррозии (см. табл. 2).

 

 

Рис. 2. Поверхность образцов стали 10 после коррозии: а - исходное состояние; б - после РКУП; в - исходное состояние с покрытием; г - после РКУП с покрытием

Выводы

  1. Равноканальное угловое прессование (РКУП), формируя субмикрокристаллическую структуру, повышает коррозионную стойкость стали 10 в 1,4 раза по сравнению с исходным состоянием.
  2. Нанесение упрочняющего алмазоподобного покрытия повышает коррозионную стойкость стали 10, причем в образцах из стали 10 после РКУП с покрытием коррозионная стойкость выше, чем в образцах из стали в исходном состоянии.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП (ГК № 16.513.11.3018).

Рецензенты:

  • Кушнаренко В.М., д.т.н., профессор, зав. кафедрой деталей машин и прикладной механики Оренбургского государственного университета, г. Оренбург;
  • Кучеренко М.Г., д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой радиофизики и электроники Оренбургского государственного университета, г. Оренбург.

Работа поступила в редакцию 20.04.2012.


Библиографическая ссылка

Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Ильичев Л.Л., Кушнаренко Е.В., Кашапов М.Р., Рааб А.Г., Ганеев А.В. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЙ СТАЛИ 10 С АЛМАЗОПОДОБНЫМ ПОКРЫТИЕМ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6-2. – С. 441-443;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30009 (дата обращения: 19.02.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252