Начинается...

Применение incomsteel®100 для защиты от питтинговой коррозии стали

УДК 66.040.46

Применение incomsteel®100 для защиты от питтинговой коррозии стали

М. МУРАДИ – аспирант Кафедры технической физики и энергетики Казанского Поволжского федерального университета, руководитель группы нанотехнологий ЗАО НИЦ «ИНКОМСИСТЕМ»
С. Г. МОРОЗОВ – главный инженер проектов ЗАО НИЦ «ИНКОМСИСТЕМ»

Испытания нанопокрытия по ГОСТ 9.912-89 «Единая система защиты от коррозии и старения. Стали и сплавы коррозионностойкие. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии».

Мировые затраты на борьбу с коррозией по разным оценкам составляют от 3 до 5% ВВП развитых стран [https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1179/174327805X75821; https://doi.org/10.1016/B978-0-12-411467-8.00003-9; https://inspectioneering.com/news/2016-03-08/5202/nace-study-estimates-global-cost-of-corrosion-at-25-trillion-ann]. Питтинговая (точечная) коррозия – тип коррозии, при котором металл разрушается в отдельных точках поверхности, при слиянии которых развивается язвенная коррозия. Катализаторы питтинговой коррозии – газообразные или растворенные в воде H2S, CO2, SO2, SO3, насыщенные солями морские и океанские воды, повышенные температуры и абразивы.

При необходимости работы в коррозионной среде применяют нержавеющие стали, в том числе аустенитные, такие как 08Х17Н13М2 (AISI 316), способные выдерживать нахождение в холодной морской воде и растворах кислот и щелочей. Для более экстремальных коррозионных нагрузок – повышенная температура, давление, водород, серосодержащие соединения, применяют специализированные сплавы, такие как хастеллой, инконель, монель, нитроник. Стоимость килограмма этих материалов от 5 до 12 раз в случае хастеллоя выше, чем аустенитной стали 08Х17Н13М2, а это только стоимость материала.

Для оценки стойкости стали к коррозии проводят испытания по ГОСТ 9.912-89. Методика распространяется на коррозионностойкие (нержавеющие) стали и коррозионностойкие на железоникелевой основе кристаллические сплавы и устанавливают химический и электрохимический методы ускоренных испытаний материалов на стойкость к питтинговой коррозии в водных средах, в которых питтинговая коррозия вызывается воздействием на пассивный металл ионов хлора. Стойкость образцов с покрытием к коррозии определяют химическим методом – образец выдерживают в растворе с последующим определением потери массы образца.

В лаборатории incomsteel® для испытаний мы подготовили две пластины из углеродистой стали – с покрытием на половины поверхности и без покрытия. Обе пластины взвесили на весах и погрузили в раствор трихлорида железа на пять часов, каждые полчаса образцы фотографировали.

Перед испытаниями мы провели исследования элементного состава и структуры поверхности образцов на сканирующем электронном микроскопе ″ЕVО 50 ХVР″ (Саrl Zеiss) с системой зондового микроанализа ″INCA Energy – 350″ (Oxford Instruments) (установка Казанского физико-технического института). На рисунках ниже спектры поверхности с покрытием и без, и микроскопии поверхностей образцов.

Анализ полученных спектров подтвердил повышенную концентрацию кремния на поверхности образца с покрытием 8,33% атомных долей и 0,81% атомных долей, соответственно.

Поверхность с покрытием в масштабе 200 нм  Участок с покрытием кремния (нижний край)

Поверхность с покрытием в масштабе 200 нм / Участок с покрытием кремния (нижний край)

 

  • Реактивы и растворы: FеCl3∙6Н2О, дистиллированная вода
  • Температура раствора: 20±1°С
  • Плотность раствора: 1,049±0,002 г*см-3
  • Время выдержки: 5 часов

Образцы подвешивали на фторопластовых клипсах таким образом, что верхние и нижние кромки образцов отстояли не менее чем на 20 мм соответственно от уровня раствора и дна испытательного сосуда. Каждые полчаса образцы выгружали, промывали водопроводной водой, ополаскивали дистиллированной водой, тщательно высушивали фильтровальной бумагой и теплым воздухом.

 

После испытаний измеряли микротвердость. Принцип действия микротвердомера ПМТ-3 основан на вдавливании алмазной пирамиды в исследуемый материал под определенной нагрузкой и измерения линейной величины диагонали полученного отпечатка. Число твердости (H) определяется как частное от деления нагрузки P (в кг) на боковую поверхность S (мм2​) отпечатка в предположении, что углы отпечатка соответствует углам пирамиды.

Формула для подсчета твердости:

где:
H – число твердости в кг/мм2,
P – нагрузка в г,
C – диагональ отпечатка в мк.

Микротвердость поверхности образца с покрытием – 11,6 ГПа, близко к истинному значению микротвердости кремния 11,5 ГПа. Микротвердость поверхности без покрытия – 46 ГПа, что в 3,9 раза меньше значения микротвердости поверхности углеродистой стали, 179 ГПа. Через пять часов в растворе хлорида железа, покрытие сохранило свой состав и антикоррозионные свойства, в то время как поверхность стали начала визуально корродировать уже через 90 минут после начала испытаний.

Таким образом, нанеся всего 250 нм (м-9) слоя аморфного кремния на углеродистую сталь, мы улучшили ее антикоррозионные свойства в 5 раз.


Альтернативные технические решения, такие как нанесение нанопокрытий для изоляции стали от внешней среды позволяют получить лучшие антикоррозионные свойства без 5-12 кратного удорожания материала, изменив лишь внешний слой материала, толщиной не более 1000 м-9.

Статья в формате pdf →

420095, Казань,
ул. Восстания, д. 100
☎ +7 919 629-57-38
info@incomsteel.ru
www.incomsteel.ru


Читайте также:

ВЫПУСК 3/2022



Читать онлайн