Общие представления о коррозионном поведении в сероводородосодержащих средах (СВСС) получены после обобщения и анализа результатов испытаний на общую коррозию однослойных ионно-плазменных покрытий (ИПП).
В качестве испаряемого материала применяли титановый сплав ВТ-1-00, алюминий, молибден, хром, сплав циркония-гафния (ЦГ20). В качестве подложки - конструкционная сталь 20, сталь 40Х, сталь 45 и 30ХМА. При напылении металла в присутствии в камере азота образовывались различные соединения металла катода с азотом - TiN, CrN, MoN, AlN.
Для испытания в СВСС выбирали образцы, имеющие ровный цвет (золотистый, серебристый, молочный), не имевшие видимых (при 10 кратном увеличении) дефектов покрытия. Прочность покрытия проверяли первоначально на истирание с помощью твердой резины. Продолжительность коррозионных испытаний образцов на общую коррозию составляла 24 часа.
После коррозионных испытаний состояние покрытий оценивали визуально: по цвету, наличию видимой пористости. Прочность проверяли твердой резиной на истирание.
Известно, что скорость коррозии существенным образом зависит от толщины ИПП, чистоты поверхности подложки (что обеспечивается видом очистки), материала ИПП, продолжительности испытаний, слоистости покрытия, материала-подложки, технологических факторов (температуры и продолжительности нанесения покрытия). Из таблицы 1 видно, что число питтингов уменьшается с увеличением толщины покрытия.
Таблица 1. Зависимость числа питтингов от толщины ИПП
|
Толщина покрытия, мкм |
К,г/м2·ч |
Число питтингов на 1 см2 |
Толщина покрытия, мкм |
К,г/м2·ч |
Число питтингов на 1 см2 |
|
0 3 5 |
0,5718 0,2354 0,1977 |
265 220 105 |
8 10 15 |
0,1372 0,0949 0,0658 |
24 нет - |
В таблице 2 приведены интервалы и значение средних скоростей коррозии для различных технологических условий очистки и вариантов покрытий.
Таблица 2. Статистические данные скорости коррозии ИПП в СВСС
|
Наименование переменного фактора |
Показатели |
||||||
|
Скорость коррозии (мм/год) |
Коэффициент вариации |
Стандартное |
|||||
|
min |
max |
Средняя |
Медиана |
Откло-нение |
Ошибка |
||
|
Все эксперименты |
0,009 |
2,601 |
0,407 |
0,274 |
0,133 |
0,366 |
0,023 |
|
в том числе: без покрытия |
0,329 |
1,540 |
0,905 |
0,885 |
0,107 |
0,327 |
0,055 |
|
очистка в тлеющем разряде |
0,350 |
0,800 |
0,557 |
0,530 |
0,023 |
0,152 |
0,057 |
|
ионная бомбардировка |
0,126 |
1,377 |
0,530 |
0,401 |
0,132 |
0,363 |
0,077 |
Видно, что скорость коррозии уменьшается при очистке в тлеющем разряде и ионной бомбардировке. Скорость коррозии 0,009 мм/год может служить эталонным значением для ионно-плазменных покрытий в сероводородсодержащих средах.
Анализ данных приведенных в таблице 3 показывают зависимость защитных свойств от используемого металла покрытия. Лучшая защитная способность у хромовых и титановых покрытий. Почти в 3 раза ниже защитная способность алюминиевых и молибденовых ионно-плазменных покрытий.
Таблица 3. Влияние материала ИПП на скорость коррозии в СВСС
|
Наименование переменного фактора |
Показатели |
||||||
|
Скорость коррозии (мм/год) |
Коэффициент вариации |
Стандартное |
|||||
|
min |
max |
Средняя |
Медиана |
Отклонение |
Ошибка |
||
|
Ионно-плазменое покрытие |
0,009 |
0,930 |
0,266 |
0,200 |
0,040 |
0,202 |
0,015 |
|
Титановые ИПП |
0,009 |
0,864 |
0,257 |
0,195 |
0,037 |
0,193 |
0,015 |
|
Хромовые ИПП |
0,029 |
0,593 |
0,207 |
0,174 |
0,030 |
0,173 |
0,043 |
|
Алюминиевые ИПП |
0,419 |
0,864 |
0,636 |
0,624 |
0,041 |
0,204 |
0,083 |
|
Молибденовые ИПП |
0,421 |
0,930 |
0,625 |
0,630 |
0,070 |
0,265 |
0,132 |
Влияние конструкционных параметров на скорость коррозии ИПП показано в таблице 4. Вмидно, что многослойные покрытия показывают более высокую коррозионную стойкость. Лучшие показатели скорости коррозии показывают образцы из стали, имеющей более высокое содержание легирующих компонентов. Для формы образца, по-видимому, важным является состояние поверхности подложки.
Таблица 4. Влияние конструкционных факторов на скорость коррозии ИПП
|
Наименование переменного фактора |
Показатели |
|||||||
|
Скорость коррозии (мм/год) |
Коэффициент вариации |
Стандартное |
||||||
|
min |
max |
Средняя |
Медиана |
Отклонение |
Ошибка |
|||
|
Титановые ИПП |
0,009 |
0,864 |
0,257 |
0,195 |
0,037 |
0,193 |
0,015 |
|
|
в том числе: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однослойные |
0,009 |
0,830 |
0,272 |
0,203 |
0,036 |
0,191 |
0,017 |
|
|
Многослойные |
0,021 |
0,864 |
0,249 |
0,203 |
0,044 |
0,210 |
0,031 |
|
|
Материал: сталь 20 |
0,021 |
0,864 |
0,269 |
0,186 |
0,048 |
0,219 |
0,025 |
|
|
|
сталь 40Х |
0,059 |
0,754 |
0,273 |
0,246 |
0,031 |
0,177 |
0,024 |
|
|
сталь 45 |
0,009 |
0,726 |
0,233 |
0,176 |
0,050 |
0,224 |
0,070 |
|
|
Сталь30ХМА |
0,029 |
0,203 |
0,099 |
0,076 |
0,004 |
0,069 |
0,028 |
|
Форма образца: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полоса |
0,009 |
0,864 |
0,195 |
0,149 |
0,031 |
0,177 |
0,019 |
|
|
Диск |
0,099 |
0,801 |
0,327 |
0,277 |
0,036 |
0,190 |
0,022 |
|
В подавляющем большинстве случаев, изменение скорости коррозии от различных факторов носит нелинейный характер. Это подтверждает предположение о сложном характере влияния различных факторов на скорость коррозии.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 06-08-96906р_офи-а).
Работа представлена на научную конференцию с международным участием «Наука, технологии, инновации», 11-18 августа 2006г., Болгария (Солнечный Берег). Поступила в редакцию 11.08.2006г.