Corrosion Behaviour of Heat-Treated Aluminum-Magnesium Alloy in Chloride and EXCO Environments

Abstract

Machines designed to operate in marine environment are generally vulnerable to failure by corrosion. W związku z tym konieczna jest ocena podatności na korozję takich urządzeń w celu ustalenia mechanizmów jej łagodzenia. W pracy badano zachowanie korozyjne próbek stopu aluminium zawierającego 0,4-2,0 procent magnezu w roztworach NaCl, FeCl3 i EXCO. Do symulacji procesów korozyjnych zastosowano techniki grawimetryczne i elektrochemiczne. Wyniki wskazują na znaczne wzbudzenie wydzieleń Mg2Si przy relatywnie wyższym dodatku magnezu, 1,2-2,0 procent, co prowadzi do zwiększonego ataku. Zjawisko to wynika z faktu, że kryształy Mg2Si są anodowe w stosunku do osnowy stopu, która łatwo rozpuszcza się pod wpływem składników chemicznych. Tworzenie się międzymetalicznych Mg2Si bez odpowiednich tlenków takich jak SiO2 i MgO, które chronią wytrącenia przed galwanicznym sprzężeniem z osnową, zwiększa podatność na korozję.

1. Wprowadzenie

Aluminium i jego stopy są szeroko stosowane w przemyśle ze względu na ich niewielki ciężar, wysoką wytrzymałość i dobrą odporność na korozję, która wynika z tworzenia się ochronnej warstwy tlenkowej. Jednakże, w warunkach zasolenia, takich jak te spotykane w środowisku morskim, stopy aluminium są podatne na miejscową degradację w postaci korozji wżerowej i szczelinowej. Ten typ korozji obejmuje adsorpcję anionu, w szczególności jonu chlorkowego, Cl-, na granicy tlenek-roztwór.

W konwencjonalnych materiałach metalicznych, silna siła utleniająca środowiska jest wymagana do ustanowienia spontanicznej pasywności; stąd, aby mieć praktyczne zastosowanie, materiały metaliczne muszą wykazywać znaczny poziom pasywności w danym środowisku.

Pasywna stabilna warstwa powierzchniowa działa jako bariera dla przenoszenia kationów z metalu do środowiska oraz dla dyfuzji tlenu i innych anionów. Utworzona w powietrzu warstwa musi być stabilna bez uszkodzenia podstawowej powierzchni stopu w danym środowisku. Chemicznie jednorodne, jednofazowe amorficzne stopy wolne od wad krystalicznych, takich jak wytrącenia, segregaty, granice ziaren i dyslokacje często tworzą sprzyjające środowisko do tworzenia jednolitego pasywnego filmu bez słabych punktów. Aluminium tworzy ochronny film tlenkowy w zakresie pH 4,0-8,5, ale to zależy od temperatury, formy obecnego tlenku i obecności substancji, które tworzą rozpuszczalne kompleksy lub nierozpuszczalne sole z aluminium. Wynika z tego, że warstwa tlenku jest rozpuszczalna przy wartościach pH poniżej 4,0 i powyżej 8,5. Jednakże, Sziklarska i Śmiałowska donosi, że potencjał wżerowy aluminium w roztworach chlorków jest stosunkowo niezależny od pH w zakresie 4-9. Zostało to dalej rozwinięte przez Godarda w celu wykazania, że odchylenie od neutralności, PH 7, zarówno po stronie kwasowej jak i zasadowej zwiększa szybkość wżerów w neutralnych wodach słodkich.

Na zachowanie korozyjne stopów aluminium ma znaczący wpływ obecność cząstek w matrycy. Cząstki zawierające Cu i Mg wykazują tendencję do anodowania w stosunku do osnowy stopu, natomiast te zawierające Fe i Mn zachowują się katodowo w stosunku do osnowy. Z wcześniejszych prac wynika, że cząstki Mg2Si mają tendencję do anodowania w stosunku do osnowy i mogą stanowić miejsca inicjacji korozji. Najczęściej faza Mg2Si rozpuszcza się pozostawiając wgłębienie, które działa jako miejsce nukleacji wżerów. Obserwacje te zostały poczynione podczas badań, które zostały przeprowadzone na komercyjnych stopach aluminium o niskim stosunku molowym Si/Mg. Korozja szczelinowa jest wysoce zlokalizowaną formą korozji, która występuje przez przenikanie wody do ściśle dopasowanych powierzchni. Obecność agresywnych jonów, takich jak chlorki, często powoduje rozległy atak lokalny. Jony chlorkowe są wciągane do szczeliny, ponieważ następuje rozpuszczanie metalu i warunki wewnątrz szczeliny stają się kwaśne. Metale takie jak aluminium, których odporność na korozję zależy od warstwy tlenków lub warstw pasywnych, są szczególnie podatne na korozję szczelinową. Atak tego zjawiska może się nasilić w połączeniu z obecnością defektów krystalicznych, takich jak wytrącenia Mg2Si. Istnieje możliwość radykalnego zmniejszenia podatności stopu na korozję, jeżeli przed użyciem zmodyfikuje się jego mikrostrukturę przez odpowiednią obróbkę cieplną. W niniejszej pracy badano reakcję chemiczną stopu aluminium i magnezu poddanego obróbce cieplnej w środowisku chlorkowym i kwaśnym.

2. Procedura eksperymentalna

2.1. Materiały

Wlewki ze stopu aluminium 6063 i magnezu użyte do tych badań zostały pozyskane z Nigerian Aluminum Extrusion Company (NIGALEX). Wyprodukowano sześć różnych kompozycji stopu Al-Mg o składach chemicznych przedstawionych w tabeli 1. Zawartość Mg w stopie była zróżnicowana w zakresie od 0,40 do 2,0 procent.

.

No. odlewów % Skład Si/Mg
Fe Si Mn Cu Zn Ti Mg Pb Sn Al ratio
As-.odebrane 0.296 0.446 0.073 0.013 0.016 0.020 0.34 0.007 0.009 98.78 1.312
Stop 1 0,269 0,584 0,024 0,096 0,021 0.013 0,42 0,009 0,004 98,56 1,390
Stop 2 0.276 0.572 0.023 0.071 0.018 0.012 0.91 0.008 0.005 98,56 0,629
Stop 3 0,219 0,403 0,021 0.002 0.003 0.014 1.23 0.001 0.007 98.10 0.328
Stop 4 0,253 0,530 0,088 0,012 0,017 0,015 1.52 0.006 0.005 97.59 0.349
Stop 5 0.414 0.599 0.025 0.019 0.015 0.013 1.81 0.005 0.004 97.10 0.331
Stop 6 0.319 0.771 0.024 0.037 0.019 0.013 2.02 0.001 0.006 96.79 0.382
Tabela 1
Skład chemiczny stopu Al-Mg.

Wlewki stopu aluminium i magnezu ładowano razem do tygla, ogrzewano do stanu stopionego, a następnie wlewano do metalowej formy. Zapewniono wystarczający czas na schłodzenie odlanych próbek przed ich usunięciem. Każda odlana próbka została podzielona na zestawy A (ai-al) i B (bi-bl), przy czym próbki z zestawu A pozostawiono bez obróbki, natomiast próbki z zestawu B poddano procesowi retrogresji i starzenia (RRA). Próbki w roztworze poddano obróbce cieplnej w temperaturze 475°C i starzeniu przez 24 godziny (stan T6), po czym próbki poddano retrogresji w temperaturze 200°C, utrzymywano przez czterdzieści minut i hartowano w wodzie. Następnie próbki RRA odpuszczano w temperaturze 120°C przez 24 godziny i chłodzono na powietrzu.

Standardowe kupony do badań korozji elektrochemicznej (rys. 1) oraz próbki do badań mikrostrukturalnych przygotowano z obu zestawów próbek A i B. Do badań elektrochemicznych i grawimetrycznych wykorzystano odpowiednio pręty cylindryczne o średnicy 10 mm oraz próbki okrągłe o wymiarach 14 mm.

Rysunek 1

Standardowa próbka do badań korozji elektrochemicznej.

2.2. Kampanie korozyjne

Symulacje korozji przeprowadzono na próbkach RRA przy użyciu elektrochemicznych technik polaryzacyjnych i grawimetrycznych w trzech różnych mediach, tj. soli, chlorku żelaza i kwasie. Test zanurzeniowy symuluje odporność na korozję stopu w środowisku chlorków zawierających 10% soli w wodzie nasyconej tlenem w temperaturze pokojowej. Test chlorku żelaza jest używany do badania reakcji stopu Al-Mg na korozję szczelinową w środowisku składającym się z 5,6 mL FeCl3-6H2O, 2 g NaCl i 5 g stężonego HCl w 300 mL wody. Test EXCO bada korozję złuszczeniową stopu Al-Mg w ciężkich warunkach przemysłowych lub morskich zawierających 5 g NaCl, 5 g KNO3 i 9 mL HNO3 w 300 mL wody. Do określenia pH roztworów NaCl, FeCl3 i EXCO użyto przyrządu Jenway 350-pH, którego wartości wynosiły odpowiednio 6,80, 6,20 i 6,03.

W grawimetrycznych badaniach korozyjnych, początkowe masy badanych próbek rejestrowano przed zanurzeniem w badanym medium, natomiast zmiany masy rejestrowano co tydzień przy użyciu wagi Mettler Toledo po opłukaniu próbek w wodzie i wysuszeniu na powietrzu. Zestaw do korozji elektrochemicznej (Rysunek 2(a)) jest podobny do procesu elektrolitycznego, w którym kupon ze stopu aluminium i magnezu oraz miedź pełniły rolę odpowiednio anody i katody. Elektrody były częściowo zanurzone w medium w oddzielnych pojemnikach, jako że kupon anodowy był podłączony do dodatniego bieguna 12 V baterii SMF 5219, podczas gdy elektroda miedziana była podłączona do jej bieguna ujemnego, a w obwód włączony był zmienny rezystor (reostat) YEM 2210. Spadek prądu płynącego przez układ rejestrowano w odstępach 20-minutowych za pomocą amperomierza YEM 2011 (rys. 2(b)). Proces korozji elektrochemicznej trwał przez sześć godzin dla każdej badanej próbki.

(a)
(a)
(b)
(b)

. (a)
(a)(b)
(b)

Rysunek 2

Ustawa elektrochemiczna. Elektryczne urządzenia pomiarowe

2.3. Analiza mikrostruktury

Próbki do badań przygotowano z próbek stopu i szlifowano stosując kolejno szmergiel o gradacji 40, 32, 10 i 8. Szlifowane powierzchnie polerowano pastą korundową do uzyskania lustrzanej powierzchni. Wypolerowane próbki wytrawiono przy użyciu rozcieńczonego kwasu solnego przez 10s. Wytrawione powierzchnie starannie umyto i wysuszono. Do oceny morfologii matrycy próbek użyto cyfrowego mikroskopu metalurgicznego o powiększeniu równym powiększeniu, natomiast fotomikrografy uzyskane z tych próbek przedstawiono na rysunkach 6-11.

3. Wyniki i dyskusja

3.1. Pomiary szybkości korozji

Podatność na korozję badanych próbek w różnych symulowanych mediach (NaCl, FeCl3 i roztwór EXCO) oceniano zarówno metodą grawimetryczną, jak i elektrochemiczną techniką polaryzacji. Przeprowadzono to w celu porównania, która z metod może szybciej dostarczyć informacji o stopniu korozji z jednej strony i wiarygodności uzyskanych danych z drugiej. Technika grawimetrycznego pomiaru korozji opiera się w zasadzie na reżimie ubytku masy badanych próbek. Stosując tę metodę, uzyskano masy próbek przed i po upływie czasu określonego dla każdej fazy monitoringu. Przed kolejną fazą monitoringu, próbki były dokładnie przemywane wodą, suszone na powietrzu i ważone. Uzyskane dane dotyczące ubytku masy (Dodatek A.1) wykorzystano do obliczenia szybkości korozji wykorzystując następującą zależność: gdzie: ubytek masy (mg), gęstość próbki, powierzchnia próbki (cm2), czas ekspozycji (godz.).

Elektrochemiczna technika oceny korozji wykorzystuje właściwość oporu elektrycznego badanego stopu poprzez pomiar polaryzacji elektrycznej po podaniu prądu. W tym badaniu, standardowe kupony testowe ze stopu Al-Mg o różnym składzie były używane jako anoda, podczas gdy miedź była używana jako katoda. Zestaw był częściowo zanurzony w każdym medium oddzielnie, a spadek prądu płynącego przez układ był rejestrowany w odstępach 20-minutowych. Szybkość korozji oceniana za pomocą (2) została przedstawiona w Załączniku A.2. gdzie jest ubytkiem masy (g), gęstością próbki, powierzchnią ekspozycji próbki (cm2), oraz prądem płynącym w próbce (kupon anodowy).

Analizy zachowania korozyjnego próbek zarówno metodą grawimetryczną jak i polaryzacji elektrochemicznej wykazują, że próbki odlewane wykazywały większą podatność na korozję niż próbki RRA po zanurzeniu w roztworze NaCl (Rysunek 3). Tendencja ta utrzymuje się do około 1,7% dodatku Mg w stopie aluminium. Szczytowa reakcja korozyjna AS-CASTg: 0,13 mm/r wystąpiła przy zawartości 0,4% i 1,2% Mg metodą grawimetryczną, natomiast techniką polaryzacji elektrochemicznej zarejestrowano RRAe: 0,12 mm/yr odpowiednio przy 0,91% i 1,81% Mg. W przeciwieństwie do tego spostrzeżenia, w próbce RRA nie wystąpiła żadna znacząca korozja w monitorowanym okresie (42 dni), obliczona przy użyciu techniki grawimetrycznej. Jednakże w wyniku polaryzacji elektrochemicznej, kupony testowe RRA wykazały pewien poziom korozji na poziomie 0,13 mm/rok dla 1,5-2,02% Mg. Reakcje korozyjne próbek RRA w środowisku solnym, które kontrastują z reakcjami próbek odlewanych, mogą być przypisane rozległej ewolucji mikrostruktury, która nastąpiła podczas obróbki cieplnej. Ziarna zostały odciążone, uszlachetnione i ujednorodnione. Jednakże, przy wyższym dodatku magnezu, 1,2-2,02%, odpowiednia duża ilość wytrącanego Mg2Si negatywnie wpłynęła na odporność korozyjną stopów.

Rysunek 3

Wpływ dodatku magnezu na odporność korozyjną stopu aluminium w roztworze NaCl. Uwaga: Krzywe RRAg i AS-CASTg oznaczają reakcje korozyjne próbek stopu Al-Mg poddanych obróbce cieplnej w postaci odlewu, odpowiednio, w środowisku soli, oceniane za pomocą techniki grawimetrycznej, natomiast krzywe RRAe i AS-CASTe ilustrują zachowania korozyjne próbek stopu Al-Mg poddanych obróbce cieplnej i w postaci odlewu, odpowiednio, w środowisku soli, oceniane za pomocą techniki polaryzacji elektrochemicznej.

Krzywe na rysunku 4 ilustrują zachowanie korozyjne próbek w środowisku chlorku żelaza. W odniesieniu do grawimetrycznego pomiaru korozji, próbki odlane w stanie surowym wykazują rosnącą skłonność do korozji, AS-CASTg: 0.321-0.772 mm/rok dla dodatku 0,42-1,23% Mg. Następnie szybkość korozji (AS-CASTg) spadła do 0,579 mm/r dla 1,51% Mg, podczas gdy pewien poziom pasywności wykazano przy 1,81% Mg, gdzie szybkość korozji wynosiła zaledwie 0,45 mm/r.

Rysunek 4

Wpływ dodatku magnezu na odporność korozyjną stopu aluminium w roztworze FeCl3. Uwaga: Krzywe RRAg i AS-CASTg oznaczają reakcje korozyjne, odpowiednio, poddanych obróbce cieplnej i odlanych próbek ze stopu Al-Mg w roztworze chlorku żelazowego, oceniane za pomocą techniki grawimetrycznej, natomiast krzywe RRAe i AS-CASTe ilustrują zachowania korozyjne, odpowiednio, poddanych obróbce cieplnej i odlanych próbek ze stopu Al-Mg w roztworze chlorku żelazowego, oceniane za pomocą techniki polaryzacji elektrochemicznej.

Raczej sporadyczny przebieg korozji w przypadku próbek odlewanych w stanie surowym wynika w dużej mierze z niejednorodności ich mikrostruktury. Potwierdzają to wyniki badań RRAg: 0,45 mm/yr maksymalna szybkość korozji przez próbki RRA, ponieważ ich mikrostruktury zostały udoskonalone przez obróbkę cieplną.

Odpowiedzi korozyjne próbek odlewanych jako odlew i RRA w roztworze chlorku żelaza przy użyciu pomiaru techniką elektrochemicznej polaryzacji są również przedstawione na rysunku 4. Zarówno próbki odlewane jak i RRA wykazywały podobną szybkość korozji. Korozja była bardziej powszechna, AS-CASTe: 0,151-0,238 mm/rok i RRAe: 0,094-0,131 mm/rok odpowiednio dla próbek as-cast i RRA, przy stosunkowo niskim dodatku magnezu, 0,42-1,23%. Jednakże, przy stosunkowo wyższym dodatku magnezu, 1,51-2,02%, szybkość korozji znacznie spadła do 0,053-0,056 mm/rok dla próbek odlewanych i 0,020-0,025 mm/rok dla próbek RRA. Biorąc pod uwagę ten scenariusz, pomiar korozji metodą elektrochemicznej polaryzacji dowiódł, że istnieje silna korelacja pomiędzy integralnością strukturalną stopu a podatnością na korozję.

Rysunek 5 przedstawia odpowiedzi kuponów testowych na korozję złuszczeniową w ciężkich warunkach przemysłowych i morskich (EXCO). Przy użyciu techniki elektrochemicznej polaryzacji, zachowania korozyjne zarówno próbek odlewanych jak i RRA są stosunkowo niskie i niejednorodne, AS-CASTe: 0,055-0,113 mm/rok i RRAe: 0,023-6-0,055 mm/r odpowiednio dla próbek as-cast i RRA.

Rysunek 5

Wpływ dodatku magnezu na odporność korozyjną stopu aluminium w roztworze EXCO. Uwaga: Krzywe RRAg i AS-CASTg wskazują reakcje korozyjne, odpowiednio, poddanych obróbce cieplnej i odlanych próbek ze stopu Al-Mg w roztworze EXCO, oceniane za pomocą techniki grawimetrycznej, natomiast krzywe RRAe i AS-CASTe ilustrują zachowania korozyjne, odpowiednio, poddanych obróbce cieplnej i odlanych próbek ze stopu Al-Mg w roztworze EXCO, oceniane za pomocą techniki polaryzacji elektrochemicznej.

Rysunek 6

Mikrografy 0.42% dodatku Mg dla próbek nieobrobionych (ai-al) i obrobionych (bi-bl).

Rysunek 7

Mikrografy 0.91% dodatku Mg dla próbek nieobrobionych (ai-al) i obrobionych (bi-bl).

Rysunek 8

Mikrografy 1.23% dodatku Mg dla próbek nieobrobionych (ai-al) i obrobionych (bi-bl).

Rysunek 9

Mikrografy 1.51% dodatku Mg dla próbek nieobrobionych (ai-al) i obrobionych (bi-bl).

Rysunek 10

Mikrografy 1.81% dodatku Mg dla próbek niepoddanych obróbce (ai-al) i poddanych obróbce (bi-bl).

Rysunek 11

Mikrografy 2.02% dodatku Mg dla próbek nieobrobionych (ai-al) i obrobionych (bi-bl).

Niejednorodność mikrostruktury musiała być odpowiedzialna za szeroki zakres szybkości korozji wykazywany przez próbki odlane w stanie surowym. Ocena szybkości korozji na próbkach odlanych w stanie surowym metodą grawimetryczną również wykazuje, że korozja przebiega niejednolicie, a wartości są stosunkowo wysokie, AS-CASTg: 0,579 mm/rok i 0,322 mm/rok stanowiące minimum. Natomiast próbki RRA wykazywały stosunkowo równomierne szybkości korozji, RRAg: 0,257-0,386 mm/rok dla różnych dodatków magnezu. Wynika to z modyfikacji strukturalnych, które nastąpiły w wyniku obróbki cieplnej stopu.

Mikrostruktura próbek odlanych w stanie surowym (rys. 6(ai)) wykazuje obecność faz, które nie są równomiernie rozproszone w osnowie α-aluminiowej, natomiast w pewnym obszarze osnowy występuje silne skupienie Mg2Si. Jest to potencjalne miejsce polaryzacji dla ataku elektrochemicznego na stop. Natomiast w próbkach RRA kryształy Mg2Si są dość równomiernie rozmieszczone w osnowie (rys. 6(bi)).

Zanurzenie tych próbek w roztworze NaCl spowodowało znaczne zubożenie kryształów Mg2Si i innych międzymetali. Obserwacja ta była wyraźniejsza w próbkach odlewanych (rys. 6(aj), 6(bj)), natomiast stop RRA wykazywał większą odporność na korozję w roztworze NaCl niż w FeCl3 (rys. 6(bj), 6(bk)). W roztworze EXCO układ skupień kryształów Mg2Si był zachowany w obu próbkach stopu (rys. 6(al), 6(bl)), ale zubożenie innych intermetalików w próbkach odlewanych było większe niż w próbkach stopu RRA. Przy dodatku 0,9% Mg, w obu próbkach stopowych występuje dość duży udział objętościowy wydzieleń Mg2Si obecnych w matrycach (rys. 7(ai), 7(bi)). Po zanurzeniu w roztworze NaCl, odlewana osnowa jest silnie atakowana ze znaczną erozją faz międzymetalicznych, podczas gdy próbki RRA wykazują wyższą odporność na atak (rysunki 7(ak), 7(bj)).

Kryształy te pozostają stabilne w matrycach obu stopów po zanurzeniu w roztworze NaCl (rys. 8(aj), 8(bj)). Natomiast w roztworze FeCl3 zaobserwowano silną erozję kryształów międzymetalicznych, która jest bardziej wyraźna w osnowie odlewanej (rysunki 8(ak), 8(bk)), natomiast w roztworze EXCO reakcja obu próbek nie była do końca widoczna (rysunki 8(al), 8bl)). Na rysunku 9, próbki ze stopu aluminium zawierające 1,5% Mg mają w swojej strukturze wyindukowane drobne kryształy (rysunki 9(ai), 9(bi)). Faza międzymetaliczna w osnowie stopu RRA uległa silnej erozji w roztworze NaCl, pozostawiając kryształy Mg2Si nienaruszone (rys. 9(aj), 9(bj)). Natomiast w FeCl3 zachowanie korozyjne próbek odlewanych jest podobne do zachowania próbek RRA, a faza Mg2Si wykazuje większą odporność niż pozostałe międzymetale (rysunki 9(ak), 9(bk)). Na rysunkach 9(al), 9(bl) stop w postaci odlewu został silnie zaatakowany w roztworze EXCO, natomiast znaczna objętość kryształów Mg2Si wzbudzonych w próbkach RRA została zachowana.

Na rysunkach 10(ai), 10(bi) zaobserwowano większy udział objętościowy międzymetalików w strukturze odlewu, natomiast skupienia kryształów Mg2Si wystąpiły w próbkach RRA. Po zanurzeniu w roztworze NaCl osnowa odlewów uległa znacznej korozji, pozostawiając jedynie nieliczne ślady kryształów międzymetalicznych. W przypadku RRA nastąpiła poważniejsza korozja kryształów niż w przypadku próbek odlewanych w roztworze FeCl3, gdzie kryształy Mg2Si zostały wymyte wraz z innymi międzymetalikami.

W roztworze EXCO, znaczna korozja wystąpiła w próbkach odlewanych, pozostawiając osnowę prawie gołą (rysunek 10(al)). Natomiast osnowa stopu RRA wykazywała odporność na korozję w roztworze EXCO, ale znaczna ilość kryształów Mg2Si uległa erozji, pozostawiając w osnowie rysy przypominające wżery (Rysunek 10(bl)). (Rysunek 10(bl)).

Rysunek 11 pokazuje niski udział objętościowy kryształów Mg2Si w próbkach RRA przy 2,0% dodatku Mg (Rysunek 11(bi)). Silna erozja kryształów Mg2Si wystąpiła w osnowie odlewu po zanurzeniu w roztworze NaCl, ale pozostałe międzymetale były odporne w tym medium (rys. 11(aj), 11(bj)). W roztworze FeCl3 międzymetale wykazały odporność na atak zarówno w osnowie odlewanej jak i RRA, ale nastąpiła utrata kryształów -aluminium na skutek korozji (rys. 11(ak), 11(bk)). Zanurzenie próbek stopowych w roztworze EXCO spowodowało silny atak na kryształy osnowy RRA, podczas gdy międzymetale w odlewie wykazują lepszą odporność na kryształy -aluminium w tym medium (rysunki 11(al), 11(bl)).

4. Wnioski

Reakcje korozyjne próbek stopowych odlewanych i RRA różnią się znacząco w oparciu o mikrostrukturę w nich wzbudzoną. Wytrącone kryształy Mg2Si są anodowe w stosunku do osnowy stopu, która łatwo rozpuszcza się pod wpływem działania środków chemicznych. Zjawisko to występowało przy stosunkowo większej zawartości magnezu w zakresie 1,2-2,0%. W tym zakresie udział objętościowy wydzieleń Mg2Si w osnowie stopu jest dość znaczny, co zwiększa podatność na korozję.

Proces obróbki cieplnej zastosowany w tych badaniach służy modyfikacji mikrostruktury stopu w taki sposób, że indukowanie rozpuszczalnych wydzieleń jest tłumione w przeciwieństwie do silnie ogniotrwałych intermetalików. Takie zachowanie zaobserwowano w próbkach RRA w porównaniu z próbkami stopu w stanie surowym, potwierdzając w ten sposób ustaloną istotną rolę obecności międzymetalików w matrycy stopu w odniesieniu do łagodzenia korozji. Międzymetale są złożonymi związkami, które nie rozpuszczają się łatwo i stają się katodowe w stosunku do matrycy stopu. Dlatego zakres korozji stopu zależy od tego, która faza dominuje, czy rozpuszczalne lub nierozpuszczalne wytrącenia. Elektrochemiczna ocena korozji dała pozytywny wynik w porównaniu z metodą grawimetryczną. Jednakże, ta druga metoda często wymaga miesięcy, zanim można wykryć jakiekolwiek widoczne zmiany korozyjne, podczas gdy pierwsza trwa zaledwie kilka minut. Może to być kluczowym czynnikiem przy określaniu najlepszego podejścia do oceny korozji, gdzie czas jest ograniczeniem.

Załączniki

A. Gravimetric and Electrochemical Corrosion Rates Data for Test Specimens in Various Environments

A.1. Gravimetric Corrosion Rates Data for Test Specimens in Various Media (Exposure Time: 42 Days)

Więcej szczegółów znajduje się w tabelach 2, 3, 4, 5, 6, 7, i 8.

.

Dni Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.odlew RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0 0 0 0 0 0 0
7 0 0 0.385 0 0.381 0.385
14 0 0 0.385 0.193 0.578 0.193
21 0 0 0.385 0.128 0.514 0.257
28 0.096 0 0.289 0.193 0.578 0.385
35 0.077 0 0.308 0.231 0.617 0.385
42 0.128 0.064 0.321 0.193 0.578 0.385
Tabela 2
Grawimetryczna szybkość korozji (mm/rok) dla próbki o zawartości 0,42% Mg.

Dni Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
1200 0.000 0.000 0.771 0.000 0.000 0.000
2400 0.000 0.000 0.771 0.193 0.193 0.193
3600 0.000 0.000 0.642 0.257 0.128 0.257
4800 0.000 0.000 0.578 0.289 0.193 0.385
6000 0.077 0.000 0.54 0.231 0.231 0.308
7200 0.064 0.000 0.515 0.257 0,322 0,322
Tabela 3
Grawimetryczna szybkość korozji (mm/rok) dla próbki 0,91% Mg.

Dni Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
7 0.000 0.000 1.542 0.771 0.000 0.385
14 0.000 0.000 1.156 0.771 0.385 0.385
21 0.128 0.000 1.028 0.514 0.514 0.514
28 0.096 0.000 0.963 0.482 0.482 0.482
35 0.154 0.000 0.848 0.463 0.540 0.463
42 0.129 0.064 0.772 0.450 0.515 0.386
Tabela 4
Grawimetryczna szybkość korozji (mm/rok) dla próbki o zawartości 1,23% Mg.

Dni Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.odlew RRA As-.odlew RRA As-..cast RRA
0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
7 0.000 0.000 1.156 1.156 0.771 0.000
14 0.000 0.000 0.964 0.578 0.578 0.385
21 0.000 0.000 0.899 0.385 0.642 0.514
28 0.000 0.000 0.771 0.385 0.578 0.482
35 0.077 0.000 0.694 0.385 0.54 0.463
42 0.064 0.000 0.579 0.386 0.579 0.515
Tabela 5
Grawimetryczna szybkość korozji (mm/rok) dla próbki o zawartości 1,51% Mg.

Dni Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.odlew RRA As-..odlew RRA As-..cast RRA
0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
7 0.000 0.000 0.771 0.771 0.771 0.385
14 0.000 0.000 0.771 0.771 0.771 0.385
21 0.000 0.000 0.642 0.514 0.514 0.385
28 0.000 0.000 0.578 0.578 0.482 0.289
35 0.000 0.000 0.54 0.54 0.463 0.231
42 0.000 0.000 0.45 0.45 0.45 0.257
Tabela 6
Grawimetryczna szybkość korozji (mm/rok) Dla próbki o zawartości 1,81% Mg.

Dni Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.odlew RRA As-..cast RRA As-.cast RRA
0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
7 0.000 0.000 0.771 0.771 0.385 0.000
14 0.000 0.000 0.385 0.771 0.578 0.193
21 0.000 0.000 0.514 0.514 0.514 0.578
28 0.000 0.000 0.482 0.482 0.482 0.514
35 0.077 0.000 0.463 0.385 0.54 0.308
42 0.064 0.064 0.386 0.386 0.515 0.322
Tabela 7
Grawimetryczna szybkość korozji (mm/rok) dla próbki o zawartości 2,02% Mg.

.

Dni Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-odlew RRA
0 0 0 0 0 0 0 0 0
7 0 0 0.771 0.771 0.771 0.384
14 0 0 0.771 0.771 0.771 0.385
21 0.129 0 0.642 0.514 0.642 0.385
28 0.096 0 0.578 0.482 0.674 0.289
35 0.154 0.077 0.54 0.385 0.694 0.308
42 0.193 0.192 0.45 0.386 0.643 0.322
Tabela 8
Grawimetryczna szybkość korozji (mm/rok) dla próbki kontrolnej.

A.2.. Dane dotyczące szybkości korozji elektrochemicznej próbek testowych w różnych mediach (czas ekspozycji: 2 godziny)

Więcej szczegółów podano w tabelach 9, 10, 11, 12, 13, 14 i 15.

T (sec) Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
1200 0.0117 0.0123 0.0425 0.0394 0.0370 0.0238
2400 0.0224 0.0238 0.0850 0.0468 0.0727 0.0460
3600 0.0324 0.0338 0.1254 0.0690 0.1072 0.0666
4800 0.0425 0.0443 0.1643 0.0904 0.1429 0.0871
6000 0.0511 0.0544 0.1982 0.1109 0.1725 0.1089
7200 0.0614 0.0520 0.2378 0.1307 0.2033 0.1282
Tabela 9
Szybkość korozji elektrochemicznej Dla próbki o zawartości 0,42% Mg.

T (sec) Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
1200 0.0242 0.0061 0.0363 0.0176 0.0308 0.0238
2400 0.0468 0.0117 0.0702 0.0345 0.0605 0.04600
3600 0.0678 0.0167 0.1035 0.0499 0.0877 0.0653
4800 0.0871 0.0214 0.1355 0.0653 0.1129 0.0855
6000 0.1027 0.0252 0.1663 0.0785 0.1360 0.01048
7200 0.1233 0.0296 0,1959 0,0943 0,1601 0,1232
Tabela 10
Szybkość korozji elektrochemicznej dla próbki 0,91% Mg.

(sec) Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0 0 0 0 0
1200 0.0115 0.0057 0.0298 0.0234 0.0234 0.0119
2400 0.021 0.0105 0.0565 0.0435 0.0435 0.0222
3600 0.0302 0.0148 0.0816 0.0628 0.0616 0.0308
4800 0.0386 0.0185 0.1068 0.0805 0.0805 0.0394
6000 0.0750 0.0216 0.1283 0.0985 0.0965 0.0482
7200 0.0530 0.0401 0.1509 0.1158 0.1133 0.0554
Tabela 11
Szybkość korozji elektrochemicznej dla próbki o zawartości 1,23% Mg.

(sec) Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0 0 0 0 0
1200 0.0056 0.0287 0.0169 0.0055 0.0226 0.0115
2400 0.0103 0.0524 0.0308 0.0099 0.0411 0.021
3600 0.0142 0.0739 0.0425 0.0136 0.0579 0.0283
4800 0.0173 0.0924 0.053 0.0165 0.0707 0.0337
6000 0.0195 0.1103 0.0616 0.018 0.0842 0.04
7200 0.0222 0.1263 0.0702 0.0203 0.0961 0.0456
Tabela 12
Szybkość korozji elektrochemicznej dla próbki o zawartości 1,51% Mg.

(sec) Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0 0 0 0 0
1200 0.0172 0.0282 0.023 0.0056 0.0172 0.0113
2400 0.032 0.0524 0.0411 0.0101 0.0308 0.0201
3600 0.0434 0.0739 0.0579 0.0136 0.0425 0.0277
4800 0.0517 0.0944 0.0723 0.0165 0.053 0.0345
6000 0.0585 0.1129 0.0842 0.0185 0.0631 0.04
7200 0.105 0.1294 0.0961 0.0209 0.0702 0.0444
Tabela 13
Szybkość korozji elektrochemicznej dla próbki o zawartości 1,81% Mg.

T (sec) Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.cast RRA As-cast RRA As-cast RRA
0 0 0 0 0 0
1200 0.0117 0.0242 0.0119 0.0058 0.0117 0.0058
2400 0.0222 0.046 0.0226 0.0107 0.0222 0.0107
3600 0.034 0.0653 0.0314 0.0151 0.032 0.0148
4800 0.0386 0.0838 0.0402 0.0189 0.0419 0.0189
6000 0.0452 0.1027 0.0472 0.0216 0.0493 0.0226
7200 0.0505 0.1183 0,053 0,0246 0,0554 0,0259
Tabela 14
Szybkość korozji elektrochemicznej dla próbki o zawartości 2,02% Mg.

T (sec) Roztwór NaCl FeCl3 RoztwórEXCO
As-.odlew RRA As-.cast RRA As-.cast RRA
0 0 0 0 0 0
1200 0.0119 0.0242 0.0119 0.0111 0.0176 0.0113
2400 0.0226 0.0468 0.023 0.021 0.0333 0.0214
3600 0.0326 0.069 0.0326 0.0302 0.049 0.0308
4800 0.0419 0.0904 0.0427 0.0386 0.0628 0.0402
6000 0.0513 0.1109 0.0523 0.047 0.0785 0.0493
7200 0.0604 0.1331 0.0616 0.0554 0.0924 0.0567
Tabela 15
Szybkość korozji elektrochemicznej dla próbki kontrolnej.

.

Dodaj komentarz