Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа металлов на твердость и стойкость к межкристаллитной коррозии. Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах, отличающийся тем, что металлический образец очищают, погружают в электролит комнатной температуры, через металлический образец пропускают постоянный электрический ток плотностью до 60 mA/мм2 продолжительностью 30 минут. Технический результат - повышение твердости до 12-15% и полное исключение межкристаллитной коррозии металлов, вследствие чего значительно повышается срок службы изделий из алюминия и меди. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа металлов на твердость и стойкость к межкристаллитной коррозии.

Для исследования влияния электрического тока на твердость и стойкость к межкристаллитной коррозии металлов использовали алюминий и медь.

Алюминий. Стандартный электродный потенциал алюминия Е°=-1,66 В. Кристаллическая решетка алюминия гранецентрированная, кубическая с периодом а=0,4041 нм. Энергия кристаллической решетки алюминия равна U=310 кДж/моль. Температура плавления алюминия 660°С.

Алюминий обладает парамагнитными свойствами и плотностью ρ=2700 кг/м3; высокой теплопроводностью и электропроводностью, его электропроводность 37,6 м/Ом⋅мм2. Алюминий высокой чистоты содержит 99,99% Al, для технических целей - 99,50% Al. В реальных кристаллах алюминия содержатся примесные атомы мышьяка, сурьмы. На поверхности алюминия образуется прочная оксидная фазовая пленка Al2O3, вследствие чего алюминий устойчив к равномерной коррозии.

Медь. Стандартный электродный потенциал меди равен Е°=0,34 В. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом а=0,361 нм. Энергия кристаллической решетки меди равна U=340 кДж/моль. Температура плавления меди 1083°С. Медь обладает диамагнитными свойствами и плотностью ρ=8920 кг/м3, высокой теплопроводностью и электропроводностью, ее электропроводность 60,1 м/Ом⋅мм2. Медь высокой чистоты содержит 99,99% Cu, для технических целей - 99,50% Cu. В кристаллах меди содержатся примесные атомы мышьяка, висмута. На поверхности меди образуется в небольших количествах эвтектика Cu-Cu2О, вследствие чего медь устойчива к равномерной коррозии.

Для металлов важной характеристикой является твердость и коррозионная стойкость. Твердость металлов определяется сопротивлением пластической деформации. Деформация определяется движением дислокаций под воздействием приложенных напряжений. Кристалл металла должен деформироваться без разрушения.

Повышение сопротивления движению дислокаций может быть увеличение энергии кристаллической решетки, т.е. повышение твердости металлов. Для повышения твердости металлов применяют легирование - получение сплавов, термическую обработку этих сплавов, затем закалку с последующим старением.

Недостатки метода: высокая стоимость и сложность технологического процесса, ограниченные возможности широкого использования метода.

Раскрытие изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание нового способа повышения твердости и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов. Способ основан на воздействии электрического тока на металлы.

Поставленная задача решается при использовании постоянного электрического тока в данном случае исследовалось влияние электрического тока на предел прочности при растяжении и на стойкость к межкристаллитной коррозии металлов.

Для исследования использовали проволоку.

1. Проволока алюминиевая, круглая, диаметром 2,20 мм для проводов воздушных линий электропередачи марки АВЛ ГОСТ 16-705, 472-87.

2. Проволока медная, круглая, диаметром 2,17 мм электротехническая марки МТ ТУ 16-705, 492-2005.

В качестве источника электрического тока использовали лабораторный импульсный источник питания постоянного тока МЕГЕОН 31605. Напряжение 0-30 В Ток 0-3A.

Определяли временное сопротивление (предел прочности) при растяжении проволоки на машине ИМ-4Р.

Предел прочности при растяжении σв МПа определяли по формуле

где Рmax - максимальная нагрузка предела прочности, Н

F0=π⋅R - площадь поперечного сечения оразца, мм2 (для алюминиевой проволоки 3,79 мм2 - медной 3,64 мм2).

Определяли стойкость к межкристаллитной и равномерной коррозии проволоки в электролитах.

Реакция взаимодействия алюминия со щелочью (гидроксидом натрия) Образец алюминиевой проволоки помещали в стакан, куда заливали 0,01 М раствор NaOH, который проникал в щели зоны растяжения, вследствие чего возникала межкристаллитная коррозия. При этом протекала химическая реакция взаимодействия алюминия Al с гидроксидом натрия NaOH с выделением водорода H2 и образованием аниона Al2-

Al+2OH-=AlO2-2

(ионно-молекулярное уравнение)

В данном случае протекает электрохимическая равномерная и межкристаллитная коррозия алюминия. Весьма опасна межкристаллитная коррозия, разрушающая алюминий по границам кристаллов она значительно ухудшает механические свойства алюминия.

Реакция взаимодействия меди с азотной кислотой

Образец медной проволоки помещали в стакан, куда наливали 1,75 М раствор HNO3, который также проникал в щели зоны растяжения, вследствие чего возникала межкристаллитная коррозия. При этом протекала химическая реакция взаимодействия меди Cu с азотной кислотой HNO3

3Cu+2 NO-3+8Н+=3 Cu2++2NO↑+4Н2O

(ионно-молекулярное уравнение)

Наблюдали выделение газа оксида азота NO и образование гидратированного иона меди (II) Cu(H2О)2+4, который придавал бледно-синюю окраску раствору. В этом случае также протекает электрохимическая равномерная и межкристаллитная коррозия меди.

Для меди также весьма опасна межкристаллитная коррозия, которая значительно ухудшает механические свойства меди.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена зависимость чисел прочности σв КПа проволоки алюминиевой (1) и медной (2) от плотности i mA/мм2 пропускаемого тока.

На фиг. 2 представлена схема установки для исследования электрохимической коррозии металлов в электролитах.

Из фиг. 1 видно, что, при пропускании электрического тока через алюминий и медь их числа прочности возрастают.

При увеличении плотности тока до 60 mA/мм2 прочность алюминия возрастает от 170 до 190 КПа, меди от 240 до 270 КПа.

Определены коэффициенты прочности К для алюминия и меди по формуле:

где σк - конечная прочность металла при пропускании тока;

σ0 - начальная прочность металла без пропускания тока.

Коэффициент прочности составил для алюминия 1,11, для меди 1,12.

Итак, экспериментально доказано возникновение эффекта повышения твердости алюминия и меди под воздействием электрического тока.

Энергия эффекта определяется концентрацией электронов, которые насыщают химическую связь между двумя атомами в кристалле.

В условиях эксперимента, при комнатной температуре образец металла обменивается энергией с окружающей средой в направлении, перпендикулярном электрическому току J. Поэтому процесс измерения твердости алюминия, меди является изотермическим ΔT=0.

Для исследования влияния электрического тока на стойкость к межкристаллитной коррозии металлов использовали ту же проволоку - алюминиевую и медную.

Поверхность образцов проволоки зачищали от оксидной пленки наждачной бумагой, промывали проточной водой и протирали фильтровальной бумагой. При этом поверхность образца была чистой и сухой. Затем образцы проволоки согнули в виде полукольца. При этом образовались диаметрально расположенные зоны напряжений - зона сжатия (внутренняя часть полукольца) и зона растяжения с коррозионным растрескиванием поверхности (внешняя часть полукольца).

На фиг. 2 представлена схема установки для исследования электрохимической коррозии металлов в электроплитах. Продолжительность опыта после погружения образца в электролит 30 мин. при комнатной температуре. При пропускании электрического тока плотностью i=55 mA/мм2 через образец алюминиевой проволоки реакция растворения алюминия в растворе гидроксида натрия не протекала - водород не выделялся.

При пропускании электрического тока плотностью i=140 mA/мм2 через образец медной проволоки реакция растворения меди в азотной кислоте не протекала - образование гидратированного бледно-синего иона меди (II) Cu(Н2O)2+4 и выделение газа оксида азота NO не наблюдалось.

Таким образом, экспериментально доказано возникновение эффекта стойкости к электрохимической равномерной и мекристаллитной коррозии в агрессивной среде алюминия и меди под воздействием электрического тока.

Итак, экспериментально доказано возникновение эффекта повышения твердости и стойкости к межкристаллитной коррозии алюминия и меди под воздействием электрического тока.

1. Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах, отличающийся тем, что металлический образец очищают, погружают в электролит комнатной температуры, через металлический образец пропускают постоянный электрический ток плотностью до 60 mA/мм2 продолжительностью 30 минут.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве металлического образца используют алюминиевую проволоку.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве металлического образца используют медную проволоку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке двухфазных титановых сплавов. Способ обработки изделия из титанового сплава ВТ16, включающий нагрев подвергнутого пластической деформации и отжигу изделия, выдержку и охлаждение.

Изобретение относится к локальному упрочнению листовых заготовок из титанового сплава с использованием лазерного луча. По одному варианту переплавляют лазерным лучом 2 локальный участок листа 1 из титанового сплава по прямой или криволинейной траектории вдоль и/или поперек на полную или не полную толщину.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к устройствам из материала с обратимой памятью формы, и может быть использовано в микромеханике, медицине, радиотехнике и т.д.

Изобретение относится к металлургии, в частности к упрочняющей термической обработке дисперсионно-упрочняемых бронз. Способ термической обработки изделий из бронзы БрНХК 2,5-0,7-0,6, подвергнутой термодеформационной обработке, включает аэротермоакустическую обработку, которая заключается в нагреве заготовки изделия перед старением до температуры 150-170°С, выдержке 10 мин и охлаждении в резонаторе газоструйного генератора звука при одновременном воздействии потока газа и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления в пределах 140-160 дБ в течение 10-12 мин.

Изобретение относится к способам упрочнения и модификации поверхности, а именно лазерного упрочнения, и может быть использовано для повышения стойкости деталей из титановых сплавов.

Изобретение относится к электропластической формообразующей обработке титан-никелевых сплавов для повышения их деформационной способности и эффекта памяти формы и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам обработки алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов). Способ модифицирования силумина включает облучение интенсивным импульсным электронным пучком силумина марки АК12 с энергией электронов 18 кэВ, частотой следования импульсов ƒ=0,3 Гц, длительностью импульса пучка электронов τ=50-150 мкс, плотностью энергии пучка электронов ES=10-25 Дж/см2 и количеством импульсов воздействия n=1-5, при этом облучение проводят на лицевой поверхности образца, расположенной над надрезом, имитирующим трещину, в среде аргона при остаточном давлении 0,02 Па.

Изобретение относится к области пластической обработки металлов, таких как алюминий и его сплавы, и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для глубокого формования металлических материалов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам создания острой кубической текстуры в железоникелевых сплавах, и может быть использовано для создания магнитопроводов в электротехнических устройствах, а также в качестве лент-подложек при получении многослойных ленточных сверхпроводников второго поколения.

Изобретение относится к деформационнотермической обработке сплава TiNiTa с эффектом памяти формы и может быть использовано в медицине при изготовлении стентов. Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку заготовки, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг.

Настоящее изобретение относится к способу обработки азотированного/углеродоазотированного изделия, включающему: подвержение по меньшей мере части изделия первому этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью до тех пор, пока поверхностный слой взятой части не будет преобразован частично или полностью, и до тех пор, пока распределение концентрации азота в зоне диффузии не будет изменено, и подвержение для преобразования поверхностного слоя части, по меньшей мере обработанной посредством лазера, второму этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, чтобы сделать возможным снижение концентрации азота в нижележащем диффузионном слое.

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированию железа азотом. Способ легирования расплава железа азотом включает получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа.

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, в частности к средствам изменения структуры черных и цветных металлов и их сплавов посредством электромагнитных полей.
Изобретение относится к области металлургии. Для повышения надежности холоднодеформированных металлических изделий за счет повышения их пластичности и вязкости без снижения показателей прочности и твердости, а также снижения продолжительности обработки изделие после холодного пластического деформирования подвергают воздействию пульсирующим дозвуковым воздушным потоком, имеющим частоту, соответствующую частоте собственных колебаний обрабатываемого изделия, и звуковое давление 100-145 дБ при температуре от -20°С до +5°С..

Изобретение может быть использовано при изготовлении поршня (10) для двигателя внутреннего сгорания. Край и/или дно полости (14) камеры сгорания подвергают обработке оплавлением, глубину которой изменяют в окружном направлении.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу светопоглощающих покрытий, используемых при термической обработке углеродистых сплавов. Светопоглощающее покрытие для изделий из углеродистого сплава содержит оксид меди и связующее - оксиэтилцеллюлозу, силикат натрия или калия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид меди 4,2-4,8, оксиэтилцеллюлоза 4,0-4,4, силикат натрия или калия 25,0-26,5, вода - остальное.

Способ индукционного упрочнения почвообрабатывающего рабочего органа предназначен для использования в сельхозмашиностроении, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способам обработки металлов с использованием магнитных полей, и может быть использовано для обработки твердотельного порошкообразного магнитного и немагнитного материала в переменном магнитном поле для модификации структурно-зависимых свойств этих материалов.

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано для упрочнения поверхности стальных деталей, подвергающихся износу в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к получению метаматериалов из структурных элементов на основе полупроводников, диэлектриков и металлов и может быть использовано в машиностроении и электронике в качестве материалов с улучшенными свойствами.

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа металлов на твердость и стойкость к межкристаллитной коррозии. Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах, отличающийся тем, что металлический образец очищают, погружают в электролит комнатной температуры, через металлический образец пропускают постоянный электрический ток плотностью до 60 mAмм2 продолжительностью 30 минут. Технический результат - повышение твердости до 12-15 и полное исключение межкристаллитной коррозии металлов, вследствие чего значительно повышается срок службы изделий из алюминия и меди. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх