Применение incomsteel®100 для защиты от питтинговой коррозии стали

Применение incomsteel®100 для защиты от питтинговой коррозии стали

Рекомендуем

• 

  Новость

  28-29 июля в Санкт-Петербурге прошла V ежегодная конференция

• 

  Новость

  Нанотехнологическая продукция incomsteel на региональной конференции «Импортонезависимость-2022»

• 

  Новость

  ​Нанотехнологическая продукция incomsteel представлена на Московской международной выставке

Фото

рисунок 1

рисунок 2

Нами проведены испытания нанобарьерного покрытия incomsteel®100 по ГОСТ 9.912-89 «Единая система защиты от коррозии и старения. Стали и сплавы коррозионностойкие. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии».

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.

Альтернативные технические решения, такие как нанесение нанобарьерных покрытий для изоляции стали от внешней среды позволяют получить лучшие антикоррозионные свойства изменив лишь внешний слой материала, толщиной не более 1000 м^-9.

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 50% поверхности и без покрытия. Обе пластины взвесили на весах и погрузили в раствор трихлорида железа на пять часов, каждые полчаса образцы фотографировали.

Перед испытаниями были проведены 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 рисунке 1 спектр поверхности углеродистой стали без покрытия, на рисунке 2 - спектр образца с покрытием с покрытием incomsteel®100.

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

Использованные материалы

• 10% раствор гeкcaгидpaтa тpиxлopидa железа;
• дистиллированная вода.
  

Параметры испытаний

• 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 (кг) на боковую поверхность S (мм²) отпечатка в предположении, что углы отпечатка соответствует углам пирамиды.

Формула для подсчета твердости H = 1854P/C², где

• H - число твердости в кг/мм²;
• P - нагрузка в г;
• C - диагональ отпечатка в мкм.

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.