Фізика/ 2. Фізика твердого тіла

Шалигін О.В., Калінков О.Ю., Тіщенко В.М.

Кафедра фізичної і колоїдної хімії, Одеська національна академія харчових технологій, Канатна 112, м. Одеса, 65039

Оцінка захисних властивостей катодних покриттів з хрому на конструкційних сталях

Одним з найбільш істотних показників якості вакуум-конденсаційних покриттів є їхня поруватість (кількість пір на одиниці поверхні) і розміри пір. Останній показник, разом з товщиною покриття здатний визначати інтенсивність і характер протікання корозійних процесів на поверхні складної електродної системи покриття – підкладка. Товщина, пористість і геометрія пір визначаються параметрами конденсації. Одними з найбільш суттєвих параметрів є: час, температура підкладки й тиск пари. Так, при постійному тиску, маса конденсованого матеріалу й товщина плівки визначаються часом конденсації. Розміри пор, більшою мірою, залежать від температурних режимів конденсації й темпу охолодження конденсату [1].

Аналіз робот в галузі оцінки захисних властивостей різних покриттів показує, що корозійно-електрохімічний розвиток процесів розчинися матеріалу підкладки, за характером зародження осередків і їхнього подальшого розвитку, носить характер локальних корозійних процесів. Існуючі на сьогоднішній день, методи оцінки протекційної здатності матеріалів покриттів передбачають використання посередніх методів, тобто методів, що передбачають оцінку за непрямими ознаками. Практично всі перераховані роботи аналізують електрохімічні характеристики кородуючих систем в інтегральному плані. Виключення становлять роботи, у яких пропонуються методики диференціального аналізу. Найбільш поширення методи передбачають оцінку характеру зміни електродного потенціалу зразка з покриттям, в часі, його залежність від параметрів конденсації і від товщини покриття [1].

Діалектичний аналіз приведеної інформації підказує про необхідність створення математичної моделі яка б відображала фізико-хімічний характер локальних процесів і пов’язувала б мікро параметри процесів з загальними макрохарактеристиками. Крім того інтегральний аналіз макропараметрів дозволив би оцінювати ефективність того чи іншого покриття з відповідними геометричними показниками та отриманого за тою чи іншою технологічною схемою.

Крім того зроблено акцента на характері розвитку процесів не тільки за хімічним а й за електрохімічним механізмом.

В основу моделі лягло диференціальне рівняння розподілу катодного струму уздовж каналу пори [2].

Розрахунок окремих параметрів, що фігурують в рівнянні здійснювали за методикою [2]. Після формулювання початкових та граничних умов було сформульовано дидактичні задачі експериментальних досліджень. Передбачалося, що ці емпірично встановленні параметри, які фігурують у загальному рішенні, дозволять відшукати часткове, на відповідному інтервалі.

Ми отримали функцію, що дозволяє розраховувати значення струмів, що стікають з окремого осередку для хромових покриттів з відповідними геометричними параметрами: товщиною та діаметром пір.

Експериментальна методика, що дозволяє оцінити значення катодного струму у вершині пори була розроблена на підставі методики, описаної в [3].

В якості параметра, що характеризує якість захисних покриттів, ми розглядали значення струмів мікрогальванічних осередків, з урахуванням їх кількості на одиниці площі поверхні, та за гравіметричними даними (див. табл. 1).

Таблица 1 – Показники захисної ефективності покриттів з хрому різної товщини

h, mm	I×10^7, A	C1×10^7, A	C2×10^7, A	I0 ×10^7, A	m×10^10, kg/m^2h	mg×10^10, kg/m^2h
10	3,7	2,6	1,6	4,2	29	10
20	5,6	3,8	2,2	6	21,1	7,8
30	7	4,1	3,5	7,5	17,9	6,4
40	9,6	6,7	3,4	10,1	14,2	4,7

Деяка різниця між розрахунковими значеннями вагових втрат та результатами гравіметричних досліджень можна пояснити тим, що швидкість розчинення основи (аноду) змінюються в часі. Це пояснюється екрануванням поверхні аноду продуктами корозії та дифузійними обмеженнями де поляризаційного компоненту. Для всіх осередків швидкість, як правило, зменшується і досягає якогось стаціонарного значення, тобто має місце регулярний режим розчинення матеріалу основи. А для окремих осередків анодний процес іноді повністю згасає і швидкість розчинення основи може дорівнювати 0.

Модель і методика, що запропоновані нами, дозволяють оцінювати інтенсивність розвитку корозійних процесів в осередках. Порівняльний аналіз не лише в рамках одного виду покриття дозволить вибрати матеріал для виготовлення покриття для захисту основи в різних експлуатаційних умовах.

Також було виведено напівемпіричну формулу, що пов’язує мікро- та макропараметри інтенсивності протікання локальних електрохімічних процесів.

Література:

1. Костржицкий А.И. Многокомпонентные вакуумные покрытия /А.И. Костржицкий, О.В. Лебединский. – М.: Машиностроение, 1987. – 208 с.

2. Калинков А.Ю. К вопросу о количественной оценке коррозионных разрушений стали в порах катодных покрытий / А.Ю. Калинков, А.И. Костржицкий, А.Д. Соколов // Проблеми техніки. – 2002. – № 2. – С. 32-42.

3. Розенфельд И.Л. Новые методы исследования локальной коррозии/ И.Л. Розенфельд, И.С. Данилов// Cб. науч. трудов./ Новые методы исследования коррозии металлов. – М.: Наука, – 1973. –С. 198-203.