ЦИНК - АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к цинк - алюминиевым сплавам, предназначенным в качестве анодного покрытия для защиты от коррозии стальных изделий, конструкции и сооружений.

Известен сплав на основе цинка, содержащего мас.%: алюминий 5.0-55; стронций или барий 0.005-0.3; цинк – остальное [1].

Прототипом является сплав на основе цинка следующего химического состава: 5-55 мас.% алюминия; 0.1-0.5 эрбий, остальное-цинк [2].

Однако покрытия из известных сплавов не

обеспечивают стабильной защиты стальных изделий, конструкции и сооружений от коррозии, так как имеют более низкую устойчивость к коррозионным воздействиям.

Цель изобретения – повышение анодной устойчивости сплава-покрытия к коррозионным воздействиям, что достигается дополнительным введением в цинк - алюминиевый сплав скандием или церием. Сплав на основе цинка содержит, мас.%: алюминий 0.5-55; скандий или церий 0.005-0.5; цинк – остальное. Скорость коррозии сплавного покрытия – 0.19-0.26 г/м²∙ч (таблица).

Таблица

Коррозионная стойкость полностью определяется защитным действием эвтектоидной фазы (Zn0.5Al, таблица), обогащенной Al, то есть выше стойкости Zn или цинковой эвтектической фазы, обогащенной цинком (Zn5Al, таблица). В этой связи признается целесообразным увеличение содержания Al в Zn сплаве (Zn55Al, таблица) и переход по фазовому составу к           α-твердому раствору согласно диаграмме состоянии [3], что повышает его коррозионную стойкость, а также позволяет снизить толщину покрытия. Однако при этом возникает опасность пассивации алюминиевой составляющей сплава. В связи с этим, в разработанной изобретений рассматривается возможность активации цинка и алюминия составляющей сплава путем введения в его состав микродобавок третьего компонента: скандия или церия (0.005-0.5 мас.%). Данные таблицы свидетельствуют о преимуществе предложенного сплава перед известным [2].

Цинк - алюминиевые сплавы (Zn0.5Al, Zn5Al, Zn22Al, Zn55Al) являются основы защитных покрытий изделия из стали и чугуна. Цинк и алюминий не имеют аллотропических превращений, а имеют по одну модификацию. Растворение добавок происходит в основном на атомном уровне. Оно может изменять параметры атомно-кристаллической решетки основы. Растворение выбранного элемента  в данной основе всегда повышает характеристики её прочности, пластичности и т.д. Пластичность цинкового сплава зависит от двух критериев: предельной растворимости α и критерия распределения ω = α/β. Критерий ω определяет характер распределения легирующего элемента в структуре сплава. Этому критерию отвечает алюминий и элемент из группы РЗМ (скандий или церий), который являются экономически целесообразны легирующих добавок Zn-Al сплавов. Коррозионная стойкость полностью определяется защитным действием фазы, обогащенной Al, то есть выше стойкости Zn или цинковой фазы, обогащенной цинком. В этой связи признается целесообразным увеличение содержания Al в Zn сплаве и переход по фазовому составу к α-твердому раствору согласно диаграмме состоянии [3], что повышает его коррозионную стойкость, а также позволяет снизить толщину покрытия.       

Каждую смесь, состоящую из цинка, алюминия и его соответствующие лигатуры со скандием (2%) или церием (10%), сплавляют при 650-750⁰С в печах сопротивления. Расплав перемешивают, снимают шлак, и отбирают пробу для химического анализа, исследования коррозионных и электрохимических свойств. Образцы для исследования коррозионно-электрохимических свойств имели цилиндрическую форму высотой 100-120мм и диаметром 8-10мм. Исследования проводили в среде электролита 3%-ного NaCl с рН = 7.1-7.4, потенциодинамическим методом на потенциостате ПИ-50.1.1 со скоростью развертки потенциала 2мВ/с. В качестве электрода сравнения использовали хлорсеребряный электрод (х.с.э.), а в качестве вспомогательного – платиновый электрод. Потенциодинамические кривые снимали следующим образом: от стационарного потенциала, который снимали после выдержки электрода в растворе 1 час, шли в анодную область до значения тока – 5мА, затем обратным ходом достигали потенциала коррозии, после чего заходили в глубоко катодную область до значения Е = -1.6 В, и обратным ходом до значения тока, равного нулю, далее снимали ход анодной кривой до значения 5мА. Анодные кривые обрабатывались. Основные характеристики снятие с анодных потенциодинамических кривых обобщены в табл.  

Таким образом, на основании выполненных экспериментальных исследований микроструктуры легированных цинк-алюминиевых сплавов со скандием или церием установлено, что добавки скандия или церия (0.005-0.5 мас.%) оказывают модифицирующее влияние на структуру цинк - алюминиевых сплавов, то есть с ростом содержания скандия или церия наблюдается уменьшение размера зёрен твердых растворов цинка в алюминии        (α-Al) и алюминия в цинке (γ-Zn) и их глобуляризации. Наиболее существенное влияние на питтингостойкость сплавов оказывает их химический состав, что ярко проиллюстрируются при сравнении исследованных сплавов. Введение в цинк - алюминиевые сплавы скандия или церия приводит к росту граничных потенциалов питтинговой коррозии. Сравнения Zn-Al сплавов обработанных РЗМ показало, что сплавы со скандием или церием (0.01) характеризуются более мелкой структурой, чем исходные Zn-Al сплавы, что подтверждается установленным значением скорости коррозии для легированных Zn-Al сплавов со скандием или церием (таблица).

Изобретение относится к области металлургии, в частности к цинк - алюминиевым сплавам, предназначенным в качестве анодного покрытия для защиты от коррозии стальных изделий, конструкции и сооружений.

Известен сплав на основе цинка, содержащего мас.%: алюминий 5.0-55; стронций или барий 0.005-0.3; цинк – остальное [1].

Прототипом является сплав на основе цинка следующего химического состава: 5-55 мас.% алюминия; 0.1-0.5 эрбий, остальное-цинк [2].

Однако покрытия из известных сплавов не

обеспечивают стабильной защиты стальных изделий, конструкции и сооружений от коррозии, так как имеют более низкую устойчивость к коррозионным воздействиям.

Цель изобретения – повышение анодной устойчивости сплава-покрытия к коррозионным воздействиям, что достигается дополнительным введением в цинк - алюминиевый сплав скандием или церием. Сплав на основе цинка содержит, мас.%: алюминий 0.5-55; скандий или церий 0.005-0.5; цинк – остальное. Скорость коррозии сплавного покрытия – 0.19-0.26 г/м²∙ч (таблица).

Таблица

Коррозионная стойкость полностью определяется защитным действием эвтектоидной фазы (Zn0.5Al, таблица), обогащенной Al, то есть выше стойкости Zn или цинковой эвтектической фазы, обогащенной цинком (Zn5Al, таблица). В этой связи признается целесообразным увеличение содержания Al в Zn сплаве (Zn55Al, таблица) и переход по фазовому составу к           α-твердому раствору согласно диаграмме состоянии [3], что повышает его коррозионную стойкость, а также позволяет снизить толщину покрытия. Однако при этом возникает опасность пассивации алюминиевой составляющей сплава. В связи с этим, в разработанной изобретений рассматривается возможность активации цинка и алюминия составляющей сплава путем введения в его состав микродобавок третьего компонента: скандия или церия (0.005-0.5 мас.%). Данные таблицы свидетельствуют о преимуществе предложенного сплава перед известным [2].

Цинк - алюминиевые сплавы (Zn0.5Al, Zn5Al, Zn22Al, Zn55Al) являются основы защитных покрытий изделия из стали и чугуна. Цинк и алюминий не имеют аллотропических превращений, а имеют по одну модификацию. Растворение добавок происходит в основном на атомном уровне. Оно может изменять параметры атомно-кристаллической решетки основы. Растворение выбранного элемента  в данной основе всегда повышает характеристики её прочности, пластичности и т.д. Пластичность цинкового сплава зависит от двух критериев: предельной растворимости α и критерия распределения ω = α/β. Критерий ω определяет характер распределения легирующего элемента в структуре сплава. Этому критерию отвечает алюминий и элемент из группы РЗМ (скандий или церий), который являются экономически целесообразны легирующих добавок Zn-Al сплавов. Коррозионная стойкость полностьюопределяется защитным действием фазы, обогащенной Al, то есть выше стойкости Zn или цинковой фазы, обогащенной цинком. В этой связи признается целесообразным увеличение содержания Al в Zn сплаве и переход по фазовому составу к α-твердому раствору согласно диаграмме состоянии [3], что повышает его коррозионную стойкость, а также позволяет снизить толщину покрытия.       

Каждую смесь, состоящую из цинка, алюминия и его соответствующие лигатуры со скандием (2%) или церием (10%), сплавляют при 650-750⁰С в печах сопротивления. Расплав перемешивают, снимают шлак, и отбирают пробу для химического анализа, исследования коррозионных и электрохимических свойств. Образцы для исследования коррозионно-электрохимических свойств имели цилиндрическую форму высотой 100-120мм и диаметром 8-10мм. Исследования проводили в среде электролита 3%-ного NaCl с рН = 7.1-7.4, потенциодинамическим методом на потенциостате ПИ-50.1.1 со скоростью развертки потенциала 2мВ/с. В качестве электрода сравнения использовали хлорсеребряный электрод (х.с.э.), а в качестве вспомогательного – платиновый электрод. Потенциодинамические кривые снимали следующим образом: от стационарного потенциала, который снимали после выдержки электрода в растворе 1 час, шли в анодную область до значения тока – 5мА, затемобратным ходом достигали потенциала коррозии, после чего заходили в глубоко катодную область до значения Е = -1.6 В, и обратным ходом до значения тока, равного нулю, далее снимали ход анодной кривой до значения 5мА. Анодные кривые обрабатывались. Основные характеристики снятие с анодных потенциодинамических кривых обобщены в табл.  

Таким образом, на основании выполненных экспериментальных исследований микроструктуры легированных цинк-алюминиевых сплавов со скандием или церием установлено, что добавки скандия или церия (0.005-0.5 мас.%) оказывают модифицирующее влияние на структуру цинк - алюминиевых сплавов, то есть с ростом содержания скандия или церия наблюдается уменьшение размера зёрен твердых растворов цинка в алюминии        (α-Al) и алюминия в цинке (γ-Zn) и их глобуляризации. Наиболее существенное влияние на питтингостойкость сплавов оказывает их химический состав, что ярко проиллюстрируются при сравнении исследованных сплавов. Введение в цинк - алюминиевые сплавы скандия или церия приводит к росту граничных потенциалов питтинговой коррозии. Сравнения Zn-Al сплавов обработанных РЗМ показало, что сплавы со скандием или церием (0.01) характеризуются более мелкой структурой, чем исходные Zn-Al сплавы, что подтверждается установленным значением скорости коррозии для легированных Zn-Al сплавов со скандием или церием (таблица).