ЦИНКОВО-АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе цинка, предназначенным в качестве антикоррозионного покрытия для защиты от коррозии стальных конструкций, издели Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе цинка, предназначенным в качестве антикоррозионного покрытия для защиты от коррозии стальных конструкций, изделий и сооружений.

Известен сплав на основе цинка, содержащего алюминий 5,0-55%; эрбия 0,005-0,3%; цинк – остальное [1].   

Прототипом данного изобретения является сплав на основе цинка следующего химического состава: 5-55% алюминия; 0,1-0,5% стронций или барий; остальное-цинк [2]. Однако покрытия из известных сплавов не обеспечивают стабильной защиты стальных конструкций, изделий и сооружений от коррозии, так как имеют более низкую устойчивость к коррозионным воздействиям. Особенно низкие противокоррозионные свойства указанных сплавов проявляется в хлоридсодержащих средах, типа морской среды.

Скорость коррозии известных сплавов в два раза выше, чем у заявляемого сплава и потому и не обеспечивают должной защиты от коррозии стальных конструкции и изделий.  

Цель изобретения — это улучшение коррозионной стойкости цинкового сплава-содержащего   5,0-55 мас. % алюминия путём легирования цирконием в количестве 0,01-0,5 мас%.  Сплав на основе цинка содержит, мас.%: алюминий 5.0-55; цирконий 0.01-0.5; цинк -остальное. Скорость коррозии заявляемого сплава 0,19-0,39 г/м²∙ч.

Сравнение данных таблицы 1 свидетельствует о преимуществе заявляемого сплава перед известным по патенту [2].

На основе сплавов цинка с алюминием (Zn5Al, Zn55Al) c оптимальным содержанием легирующего компонента (0,01-0,5 мас.% циркония) получают покрытия стойкие к любым атмосферам и против газовой коррозии, что объясняется быстрым заполнением пор продуктами коррозии цинка.

Изобретение иллюстрируются следующими примерами.

Для получения сплавов использовали цинк марки Ц1 (ГОСТ 3640-94), алюминий марки А7 (99,7%Al). Сплавы, составы которых приведены в таблице 1, сплавляют при 750-800°С в печах сопротивления. Расплав перемешивают, снимают шлак, вводят расчетное количество циркония (лигатура алюминия с 2% цирконием) и отбирают пробу для химического анализа, исследования коррозионных и электрохимических свойств. Образцы для исследования коррозионно-электрохимических свойств имели цилиндрическую форму, диаметром 8 мм и длиной 140 мм. Исследования проводили в растворе электролита 3,0 %-ного NaCl, потенциостатическим методом на потенциостате ПИ-50.1.1 со скоростью развёртки потенциала 2 мВ/сек с выходом на программатор ПР-8 и самописцем ЛКД-4. В качестве вспомогательного–электрода использовали платиновый электрод. Потенциодинамические кривые снимали следующим образом: от стационарного потенциала после выдержки электрода в растворе 1 час, шли в анодную область до значения тока – 2мА, затем обратным ходом достигали потенциала коррозии, после чего заходили в глубоко катодную область до значения потенциала Е = -1,6 В, и обратным ходом до значения тока, равного нулю, далее снимали ход анодной кривой до значения тока 2мА. Анодные кривые обрабатывались. Рассчитанные из катодных ветвей кривых значения скорости коррозии сплавов обобщены в таблице 1.  Видно, что по коррозионной устойчивости заявляемый цинково-алюминиевый сплав, содержащий цирконий превосходит известный цинково-алюминиевый сплав с барием [2].

                                                                                                                    Таблица 1

Коррозионно-электрохимические характеристики цинково – алюминиевых сплавов, легированных цирконием, в среде электролита 3,0 %-ного NaCl

Изучение кинетики процесса окисления цинково – алюминиевых сплавов проводилось методом термогравиметрии с использованием специальной установки. Кинетику окисления сплавов Zn5Al и Zn55Al с цирконием, в твердом состоянии исследовали при температуре 523К (табл. 2). Скорость окисления для исходного цинково-алюминиевого сплава Zn5Al составляет 2,10^.10^-4 кг^.м^-2.сек^-1 при 523 К, а для сплава с 0,5 мас.% цирконием равняется 1,17^.10^-4 кг^.м^-2.сек,^-1   при этом энергия активации окисления для исходного сплава составляет 128,84 кДж/моль, а для сплава с 0,5 мас% цирконием  208,26 кДж/моль (таблица 2).

На основании проведенных исследований кинетики окисления цинково-алюминиевых сплавов Zn5Al и Zn55Al с цирконием, в твердом состоянии установлены, что окисления сплавов подчиняется

гиперболическому закону с истинной скоростью окисления порядка 10^-4 кг·м^-2·сек^-1.  При окислении сплавов Zn5Al и Zn55Al соответственно с увеличением температуры отмечается плавное увеличение скорости окисления, а с увеличением количества добавки скорость окисления уменьшается.

Таким образом, легирование цирконием исходных сплавов Zn5Al и Zn55Al уменьшает их окисляемость. Уменьшение скорости окисления сопровождается соответствующим увеличением величины кажущейся энергии активации во всех случаях. Видно, что по устойчивости к окислению заявляемый цинк-алюминиевого сплава, содержащий цирконий превосходит в 2 раза известный цинково-алюминиевый сплав с барием [2].

Таблица 2

Жаростойкость и твёрдость цинково-алюминиевых сплавов Zn5Al и Zn55Al, легированных цирконием, в твердом состоянии

Выбор циркония в качестве легирующего компонента цинково-алюминиевых сплавов Zn5Al и Zn55Al объясняется их положительным влиянием на физико-химические и механические свойства цинково-алюминиевых сплавов Zn5Al и Zn55Al (табл.2).

Добавки циркония (0,01…0,5 мас%) оказывают модифицирующее влияние на структуру исходных сплавов, то есть с ростом содержания циркония наблюдается уменьшение размера зёрен твердых растворов цинка в алюминии (α-Al) и алюминия в цинке (γ-Zn) и их глобуляризации.

Малые добавки циркония (0,01…0,05 мас. %), играя роль модификатора структуры, значительно глобуляризуют и измельчают структуру исходных цинково-алюминиевых сплавов Zn5Al и Zn55Al, что приводит к улучшению их коррозионной стойкости. Большие добавки циркония (0,1-0,5 мас. %) являются нежелательными, так как огрубляют микроструктуру исходных цинково-алюминиевого сплава Zn5Al,