Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Разработка новых композиционных материалов на основе медных сплавов и нержавеющей стали и определение оптимальных параметров их получения дают возможность расширить области их применения, повысить эффективность и увеличить срок службы изделий и конструкций. Силовые механизмы морского оборудования (подшипник, цилиндр-поршень, насос, клапан, шестерня, гребной винт и др.), выполненные из сталей аустенитного класса или алюминиевой бронзы, находятся в прямом контакте с морской водой, поэтому проблема повышения их коррозионной стойкости в присутствии сильных окислителей (анионов Cl–, F–) является актуальной. Одним из эффективных и активно исследуемых способов получения композиционных материалов на основе медных сплавов и стали представляются аддитивные технологии, позволяющие создавать сложные детали посредством послойного выращивания и обладающие множеством преимуществ по сравнению с традиционными технологиями производства. Так, композиты на основе алюминиевой бронзы и стали могут быть получены методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства. Для применения полученных с помощью аддитивных технологий композиционных материалов во влажном (морском) климате требуется обеспечить не только высокие прочностные, но и коррозионные свойства. Целью данной работы являлось исследование коррозионной стойкости композитов на основе алюминиевой бронзы БрАМц9-2 и нержавеющей стали 06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством. Методы исследования. Исследование поверхности композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т до и после коррозионных испытаний проводили методами вольтамперометрии и электрохимической импедансной спектроскопии с использованием потенциостата-гальваностата. Результаты и обсуждение. С помощью комплекса электрохимических методов анализа было выявлено, что композиты БрАМц9-2/06Х18Н9Т с объемной долей стали 06Х18Н9Т не менее 25 % демонстрируют значительное снижение плотности анодных токов и одновременное повышение сопротивления переноса заряда. Композиты БрАМц9-2/06Х18Н9Т с содержанием стали 75 об. % характеризуются самыми высокими коррозионными свойствами в растворе 3,5 масс. % NaCl, что отражается на снижении скорости коррозии в 9,5 раза по сравнению с алюминиевой бронзой БрАМц9-2. Показано, что основными процессами на поверхности сформированных композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т являются анодное окисление Cu и Fe, приводящее к образованию продуктов коррозии – Cu2O и FeCl2.

Об авторах

В. О. Семин

Email: viktor.semin.tsk@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0410-3667
канд. физ.-мат. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, Томск, 634055, Россия, viktor.semin.tsk@gmail.com

А. О. Панфилов

Email: alexpl@ispms.ru
ORCID iD: 0000-0001-8648-0743
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, Томск, 634055, Россия, alexpl@ispms.ru

В. Р. Утяганова

Email: veronika_ru@ispms.ru
ORCID iD: 0000-0002-2303-8015
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, Томск, 634055, Россия, veronika_ru@ispms.ru

А. В. Воронцов

Email: vav@ispms.ru
ORCID iD: 0000-0002-4334-7616
канд. техн. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, Томск, 634055, Россия, vav@ispms.ru

А. П. Зыкова

Email: zykovaap@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8779-3784
канд. физ.-мат. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, Томск, 634055, Россия, zykovaap@mail.ru

Список литературы

  1. Sliding wear behavior and electrochemical properties of binder jet additively manufactured 316SS /bronze composites in marine environment / L. Wang, A.K. Tieu, S. Lu, S. Jamali, G. Hai, Q. Zhu, H.H. Nguyen, S. Cui // Tribology International. – 2021. – Vol. 156. – P. 106810. – doi: 10.1016/j.triboint.2020.106810.
  2. Ateya B.G., Ashour E.A., Sayed S.M. Corrosion of α-Al bronze in saline water // Journal of the Electrochemical Society. – 1994. – Vol. 141 (1). – P. 71. – doi: 10.1149/1.2054712.
  3. Copper and copper alloys / ed. by J.R. Davis; prepared under the direction of the ASM International Handbook Committee. – Materials Park, OH: ASM International, 2001. – 869 p.
  4. Blau P.J. Investigation of the nature of micro-indentation hardness gradients below sliding contacts in five copper alloys worn against 52100 steel // Journal of Materials Science. – 1984. – Vol. 19. – P. 1957–1968. – doi: 10.1007/BF00550266.
  5. Unlubricated rolling-sliding wear mechanisms of complex aluminium bronze against steel / Z. Shi, Y. Sun, A. Bloyce, T. Bell // Wear. – 1996. – Vol. 193 (2). – P. 235–241. – doi: 10.1016/0043-1648(95)06773-6.
  6. Kwarciak J., Bojarski Z., Morawiec H. Phase transformation in martensite of Cu-12.4% Al // Journal of Materials Science. – 1986. – Vol. 21. – P. 788–792. – doi: 10.1007/BF01117355.
  7. Adorno A.T., Guerreiro M.R., Benedetti A.V. Isothermal aging kinetics in the Cu–19 at.%Al alloy // Journal of Alloys and Compounds. – 2001. – Vol. 315 (1–2). – P. 150–157. – doi: 10.1016/S0925-8388(00)01268-8.
  8. Formation of microstructure and mechanical characteristics in electron beam additive manufacturing of aluminum bronze with an in-situ adjustment of the heat input / A.P. Zykova, A.O. Panfilov, A.V. Chumaevskii, A.V. Vorontsov, S.Yu. Nikonov, E.N. Moskvichev, D.A. Gurianov, N.L. Savchenko, S.Yu. Tarasov, E.A. Kolubaev // Russian Physics Journal. – 2022. – Vol. 65. – P. 811–817. – doi: 10.1007/s11182-022-02701-6.
  9. Preparation, mechanical properties and wear behaviours of novel aluminum bronze for dies / W.S. Li, Z.P. Wang, Y. Lu, Y. Gao, J.L. Xu // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2006. – Vol. 16 (3). – P. 607–612. – doi: 10.1016/S1003-6326(06)60107-6.
  10. Wire-arc additive manufacturing of nickel aluminum bronze/stainless steel hybrid parts – Interfacial characterization, prospects, and problems / C. Dharmendra, S. Shakerin, G.D. Janaki Ram, M. Mohammadi // Materialia. – 2020. – Vol. 13. – P. 100834. – doi: 10.1016/j.mtla.2020.100834.
  11. Metallurgical process analysis and microstructure characterization of the bonding interface of QAl9-4 aluminum bronze and 304 stainless steel composite materials / L. Dong, W. Chen, L. Hou, Y. Liu, Q. Luo // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 238. – P. 325–332. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.07.041.
  12. Specific aspects of the transitional layer forming in the aluminium bronze – stainless steel functionally graded structures after laser metal deposition / K. Makarenko, O. Dubinin, P. Shornikov, I. Shishkovsky // Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 94. – P. 346–351. – doi: 10.1016/j.procir.2020.09.143.
  13. In-situ dispersion hardened aluminum bronze/steel composites prepared using a double wire electron beam additive manufacturing / A. Zykova, A. Panfilov, A. Chumaevskii, A. Vorontsov, E. Moskvichev, S. Nikonov, D. Gurianov, N. Savchenko, E. Kolubaev, S. Tarasov // Progress in Additive Manufacturing. – 2023. – Vol. 8. – P. 1067–1082. – doi: 10.1007/s40964-022-00378-4.
  14. Microstructures and phases in electron beam additively manufactured Ti-Al-Mo-Zr-V/CuAl9Mn2 alloy / A. Zykova, A. Nikolaeva, A. Panfilov, A. Vorontsov, A. Nikonenko, A. Dobrovolsky, A. Chumaevskii, D. Gurianov, A. Filippov, N. Semenchuk, N. Savchenko, E. Kolubaev, S. Tarasov // Materials. – 2023. – Vol. 16 (12). – P. 4279. – doi: 10.3390/ma16124279.
  15. Aluminum Bronze/Udimet 500 composites prepared by electron-beam additive double-wire-feed manufacturing / A. Zykova, A. Chumaevskii, A. Panfilov, A. Vorontsov, A. Nikolaeva, K. Osipovich, A. Gusarova, V. Chebodaeva, S. Nikonov, D. Gurianov, A. Filippov, A. Dobrovolsky, E. Kolubaev, S. Tarasov // Materials. – 2022. – Vol. 15 (18). – P. 6270. – doi: 10.3390/ma15186270.
  16. Электронно-лучевое аддитивное производство композиционного сплава из нержавеющей стали и алюминиевой бронзы: микроструктура и механические характеристики / А.П. Зыкова, А.О. Панфилов, А.В. Чумаевский, А.В. Воронцов, С.Ю. Тарасов // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. – 2023. – Т. 66 (2). – С. 197–205. – doi: 10.17073/0368-0797-2023-2-197-205.
  17. The microstructure, phase composition and tensile properties of austenitic stainless steel in a wire-feed electron beam melting combined with ultrasonic vibration / A. Vorontsov, S. Astafurov, E. Melnikov, V. Moskvina, E. Kolubaev, E. Astafurova // Materials Science and Engineering: A. – 2021. – Vol. 820. – P. 141519. – doi: 10.1016/j.msea.2021.141519.
  18. Ravichandran R., Nanjundan S., Rajendran N. Effect of benzotriazole derivatives on the corrosion and dezincification of brass in neutral chloride solution // Journal of Applied Electrochemistry. – 2004. – Vol. 34. – P. 1171–1176. – doi: 10.1007/s10800-004-1702-4.
  19. Standard potentials in aqueous solution / ed. by A.J. Bard, R. Parsons, J. Jordan. – New York: CRC Press, 1985. – 366 p.
  20. Stern M., Geary A.L. Electrochemical polarization: I. A theoretical analysis of the shape of polarization curves // Journal of the Electrochemical Society. – 1957. – Vol. 104. – P. 33–63. – doi: 10.1149/1.2428496.
  21. Alaneme K.K., Odoni B.U. Mechanical properties, wear and corrosion behavior of copper matrix composites reinforced with steel machining chips // Engineering Science and Technology, an International Journal. – 2016. – Vol. 19 (3). – P. 1593–1599. – doi: 10.1016/j.jestch.2016.04.006.
  22. Electrochemical study of the corrosion behavior of bronze under acetic acid-containing thin electrolyte layers / Y. Yan, W. Hua, S. Zhong, L. Zhang, L. Dai, H. Zhou, L. Wu, L. Cai // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6. – P. 0965b7. – doi: 10.1088/2053-1591/ab1545.
  23. Corrosion behavior of heat-treated nickel-aluminum bronze alloy in artificial seawater / A.V. Takaloo, M.R. Daroonparvar, M.M. Atabaki, K. Mokhtar // Materials Sciences and Applications. – 2011. – Vol. 2. – P. 1542–1555. – doi: 10.4236/msa.2011.211207.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).