 |
Результаты опытов и их обсуждение
|
|
|
|
Основные характеристики исследуемых образцов представлены в таблице - 1. Статистическую обработку экспериментальных результатов проводили по стандартной компьютерной программе «Sigma Plot2000».
Таблица - 1. Основные характеристики исследуемых образцов
| Т, К | Sпов*10-3, м2 | Состав образца |
| 773 | 0,6080 | 93,22Cu-6,78Sn |
| 773 | 0,7070 | 86,85Cu-13,15Sn |
| 973 | 0,6058 | 93,22Cu-6,78Sn |
| 973 | 0,7050 | 86,85Cu-13,15Sn |
| 1073 | 0,6034 | 93,22Cu-6,78Sn |
| 1073 | 0,7040 | 86,85Cu-13,15Sn |
Изучение кинетики окисления сплавов проводилось при температурах 773 К, 973 К и 1073 К. Данные окисления этих сплавов представлены на рисунке 3.
Как видно, окисление рассмотренных сплавов характеризуется параболической зависимостью: экспериментальные точки укладываются на прямые в координатах (Δm/S)2 ~ τ. Это свидетельствует о том, что лимитирующей стадией процесса является диффузия ионов металла и кислорода через растущую оксидную пленку. Исключение составляет окисление сплава 93,22Cu-6,78Sn при Т = 773 К, экспериментальные точки укладываются на прямую в координатах Δm/S ~ τ. Следовательно, этот процесс лимитируется реакцией на поверхности или фазовой границе.
С наибольшей скоростью корродировал сплав 93,22Cu-6,78Sn при Т = 1073 К. Его окисление характеризуется параболической зависимостью (рисунок 3,б): экспериментальные точки укладываются на прямую (в параболических координатах) с коэффициентом корреляции r = 0,9902.
С несколько меньшей скоростью корродировал сплав состава 86,85Cu-13,15Sn при Т = 1073 К. Его окисление характеризуется параболической зависимостью (рисунок 3,б): экспериментальные точки укладываются на прямую (в параболических координатах) с коэффициентом корреляции r = 0,9883.
Окисление сплава 86,85Cu-13,15Sn при Т = 973 К также описывается параболическим законом (рисунок 3,б): экспериментальные точки укладываются на прямую (в параболических координатах) с коэффициентом корреляции r = 0,9895. Скорость коррозии в этом случае еще ниже.
|
|
|
Далее по убыванию скорости коррозии - окисление сплава 93,22Cu-6,78Sn при Т = 973 К. Экспериментальные точки укладываются на прямую (в параболических координатах) с коэффициентом корреляции r = 0,9393 (рисунок 3,б).
Еще ниже скорость коррозии при окислении сплава состава 93,22Cu-6,78Sn при Т = 773 К. Экспериментальные точки укладываются на прямую (в линейных координатах) с коэффициентом корреляции r = 0,992 (рисунок 3,а).
Самая низкая скорость коррозии - при окислении сплава 86,85Cu-13,15Sn при Т = 773 К. Экспериментальные точки укладываются на прямую (в параболических координатах) с коэффициентом корреляции r = 0,949 (рисунок 3,б).
Рис. а)
Рис. б) Кинетика окисления: а) Δm/S=f(τ); б) (Δm/S)2= f(τ) 1 - сплав 86,85Cu - 13,15 Sn, T = 773 K; 2 - сплав 93,22Cu - 6,78Sn, T = 773 K; 3 - сплав 86,85Cu - 13,15 Sn, Т = 973 К; 4 - сплав 93,22Cu - 6,78Sn, Т = 973 К; 5 - сплав 86,85Cu - 13,15 Sn, Т = 1073 К; 6 - сплав 93,22Cu - 6,78Sn, Т = 1073 К
Можно сделать вывод, что с увеличением концентрации олова скорость коррозии уменьшается и, следовательно, коррозионная стойкость увеличивается.
Исходя из того, коррозия проходит по параболическому закону, то есть лимитирующая стадия - это диффузия ионов металла и кислорода через растущую оксидную пленку, можно предположить, что образующийся оксид олова обладает малой диффузионной проницаемостью и поэтому замедляет процесс окисления.
Кроме того, по оценкам [11-12], легирующие компоненты образуют оксиды с разной растворимостью в меди. По олову авторы данных не приводят, но возможно оксид олова малорастворим в меди и выделяется на границе МО-О, что препятствует дальнейшему окислению сплава.
Термодинамические расчеты показывают, что образование оксида олова(IV) термодинамически более выгодно, чем образование оксидов меди, поэтому, вероятно, концентрация олова в значительной степени определяет коррозионную стойкость сплава на основе меди. Также и по данным [13-14] медь, легированная оловом превосходит чистую медь по антикоррозионным свойствам и прочности.
|
|
|
Выводы
1. Методом высокотемпературной гравиметрии проведено исследование процессов окисления кислородом воздуха сплавов на основе меди следующего состава: 93,22Cu-6,78Sn и 86,85Cu-13,15Sn при температурах 773 К, 973 К и 1073 К.
2. Установлены закономерности окисления твердых сплавов на основе меди при данных температурах. Окисление рассмотренных сплавов идет по параболическому закону во всех случаях, кроме процесса окисления сплава 93,22Cu-6,78Sn при Т = 773 К, который идет по линейному закону.
3. Показано, что образцы с большим содержанием меди окисляются значительно быстрее. Исключение составило окисление при температуре 973 К. Возможно, это связано с тем, что образовавшая пленка в этом случае очень легко отслаивалась.
4. Показано, что повышение температуры увеличивает скорость окисления двух исследуемых сплавов.
Список литературы
1. Бенар Ж. Окисление металлов. Теоретические основы / Ж. Бенар. - М.: Металлургия, 1968. - 499 с.
2. Талашманова, Ю.С. Окисление сплавов системы Cu-Sn-Pb/ Ю.С.Талашманова, Л.Т.Антонова, В.М.Денисов, Н.В.Белоусова, С.Д.Кирик, Н.В.Мазняк // Вестник Красноярского государственного университета. - 2004. - №2. - С. 52-55.
. Кофстад, П.Н. Высокотемпературное окисление металлов /П.Н. Кофстад. - М.: Мир, 1969. - 392 с.
. Лепинских, Б.М. Окисление жидких металлов и сплавов / Б.М. Лепинских, А.А. Киташев, А.А. Белоусов. - М.: Наука, 1979. - 116 с.
. Лепинских, Б.М. Об окислении металлов и сплавов кислородом из газовой фазы / Б.М. Лепинских, В.И. Киселев// Металлы. - 1974. - № 5. - С. 51 - 54.
. Кубашевский, О. В. Окисление металлов и сплавов / О.В. Кубашевский, Б.А. Гопкинс. - М.: Металлургия, 1968. - 428 с.
. Введение в высокотемпературное окисление металлов/ Н. Биркс, Дж. Майер, Пер. с англ. / Под ред. Е. А. Ульянина. - М.: Металлургия, 1987. - 184 с.
. Жук, Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н.П.Жук. - М.: Металлургия, 1976. - 472 с.
. Баре, П. Кинетика гетерогенных процессов / П. Баре. - М.: Мир, 1976. - 276 с.
. Жуков, А.П. Основы металловедения и теории коррозии / А.П. Жуков, А.И. Малахов - М.: Высш. шк., 1991. - 186 с.
|
|
|
. Данелия, Е.П. Внутреннеокисленные сплавы / Е.П. Данелия, В.М. Розенберг - М.: Металлургия, 1978. - 232 с.
. Данелия, Е.П. Рост гетерофазной зоны при диффузионном насыщении бинарных сплавов кислородом / Е.П. Данелия, А.С. Штейнберг//ФММ. - 1985. - вып.1. - С. 120 - 129.
. Смирягин, А.П. Промышленные цветные металлы и сплавы / А.П. Смирягин, Н.А. Смирягина - М.: Металлургия, 1974. - 312 с.
. Колачев, Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б. А. Колачев, В. Л. Ливанов, В.И. Елагин - М.: Высш.шк, 1981. - 246 с.
15.
|
|
|
