 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь Сибирь" ИНН 5405075282 Erid: 2SDnjf1Guop
| |
Цинк и его сплавы исключительно чувствительны к примесям - железу, свинцу, меди, водороду, оксидам. При некотором их содержании протекторные материалы на основе цинка пассивируются и приостанавливают работу протекторов. Именно по этой причине определению допустимого содержания примесей посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых.
Медь в шести марках цинка (от Ц1 до ЦВ0) и свинец в трех марках (от ЦВ до ЦВ0) содержатся в количестве, не превышающем соответственно 0,001 и 0,005 % (см. табл. 11).
 
При плавке и литье опасность загрязнения указанными примесями невелика. Как правило, только при плавке цинковых сплавов в медно-литейных цехах возможно загрязнение медью. На специализированных участках литья протекторов чистота металла по меди и свинцу определяется в основном их содержанием в исходных шихтовых материала. В связи с изложенным и принимая во внимание, что при показанном содержании примесей электрохимические свойства большинства цинковых сплавов мало изменяются, эти содержания примесей были приняты за максимально допустимые. При введении в сплав наряду с алюминием, например, ртути, олова, таллия, кремния допустимое содержание меди и свинца повышается до 0,005 и 0,006 % соответственно.
Железо в пяти марках цинка (от 0,002 % в ЦВ0 до 0,005 % в Ц0) изменяется в узких пределах, причем в процессе плавки и литья опасность загрязнения железом всегда имеется. Только в цинке особо высокой чистоты (марки ЦВ00) содержание каждой примеси не превышает 0,00001 %. Именно по этим причинам наибольшее число работ посвящего оценке роли железа в цинковых протекторных сплавах.
По анодной активности определенное превосходство имеют сплавы, легированные ртутью и таллием. По простоте композиции и доступности наибольший интерес представляют сплавы системы Zn-Al. Следует отметить, что наряду с указанными компонентами в сплавах возможно присутствие нерегламентируемых примесей (кадмия, олова, мышьяка, сурьмы и др.) в количестве, не превышающем 0,002 % каждого.
Ниже обобщены данные о роли железа в сплавах с допустимым содержанием меди и свинца при содержании легирующих элементов, %: А1 0,4-0,6; Sn 0,15-0,25; Hg 0,10-0,20; Mg 0,12-0,26; Мn 0,15-0,27; Т1 0,01-0,1; Si 0,01-0,1. В указанных пределах сплавы высокой чистоты имеют стабильные величины рабочих потенциалов и токоотдачи.
Сплавы системы Zn-Al, как и следовало ожидать, имеют электрохимические характеристики, зависящие от содержания алюминия и железа.
Как видно на рис. 33, а при увеличении содержания железа наблюдается уменьшение электроотрицательного потенциала всех сплавов. Максимальный потенциал имеет сплав с 0,5 % А1. Уменьшение и увеличение содержания алюминия в сплавах сдвигают потенциал в положительную сторону. Наиболее высокий отрицательный потенциал (-ф3 730-740 мВ) сплавов достигается при содержании железа до 0,001 %. Увеличение содержания железа в сплаве до 0,01 % вызывает сдвиг потенциала в положительную сторону до -650 мВ. Увеличение содержания алюминия в сплаве снижает допустимое содержание железа. Так, для сплава с 2 % А1 даже при 0,0001 % Fe потенциал нестабилен и за 90 сут снижается до -700 мВ. При увеличении содержания железа до 0,01 % происходит дальнейшее уменьшение потенциала до -630 мВ.
Независимо от содержания алюминия увеличение количества железа в сплаве вызывает уменьшение токоотдачи (рис. 33, б). Максимальную токоотдачу (780 А-ч/кг) имеет сплав с 0,5 % А1 при 0,001 % Fe. Нелегированный цинк, сплав цинка с 1,0 и 2,0 % А1 при таком же содержании железа имеют токоотдачу соответственно 740, 745 и 680 А • ч/кг.
Увеличение содержания железа до 0,004 и 0,01 % приводит к уменьшению токоотдачи соответственно: нелегированного цинка - до 655 и 600 А-ч/кг; сплава цинка с 0,6 % А1 - до 725 и 620 А • ч/кг; сплава цинка с 2,0 % А1 - до 615 и 580 А-ч/кг. Приведенные данные об электрохимических характеристиках сплавов и данные микроструктурного анализа сплавов системы Zn-Al позволяют сделать следующие выводы.
Система Zn-Al в морской воде при анодной поляризации, оцениваемая по величинам потенциалов и токоотдачи, нестабильна. Отметим, что и алюминий и цинк на мироввом рынке продает лондонская биржа цветных металлов lme в больших объемах. Степень нестабильности зависит от количественного содержания алюминия и железа в сплаве. Наиболее высокие величины токоотдачи и отрицательного потенциала поляризованных сплавов и их наибольшее постоянство наблюдаются у сплавов, содержащих 0,4-0,6 % А1. Такие сплавы представляют собой однофазные твердые растворы алюминия в цинке. Дальнейший рост алюминия в сплавах приводит к увеличению содержания второй фазы. Двухфазные сплавы характеризуются, во-первых, пониженными величинами токоотдачи и потенциала при поляризации и, во-вторых, быстрым уменьшением их величин в процессе испытаний, что объясняется электрохимической гетерогенностью поверхности сплавов и образованием ка ней рыхлых механически непрочных пленок гидратированного цинка большой толщины.
Первое - следствие саморастворения в результате работы микропар. Это в большей степени наблюдается у двухфазных сплавов и усиливается с увеличением в них второй фазы. Очевидно, что и однофазные сплавы не имеют электрохимически гомогенной поверхности. Незначительное количество примесей железа, свинца и других металлов, неоднородная структура вследствие неравновесной кристаллизации достаточны, чтобы вызвать саморастворение и у однофазных сплавов. Уменьшение токоотдачи и потенциала сплавов следует объяснить образованием интерметаллидов алюминия с примесями цинка, например FeAl3, CuA12 и др., а в первую очередь - образованием интерметаллического соединения FеА13, являющегося активным катодом с потенциалом от -0,14 до -0,36 В.
Второе - следствие образования на поверхности сплавов осадка гидроксида цинка. Образование гидроксида цинка при его анодном растворении (единственная термодинамически возможная реакция) является причиной уменьшения его отрицательного потенциала. Величина снижения потенциала зависит от электрического сопротивления пленки. Очевидно, химический состав сплавов и их структура, а также режим поляризации оказывают влияние на структуру пленок и, следовательно, определяют величину их электрического сопротивления и склонность сплава к пассивации.
Таким образом, в сплавах Zn-Al максимально допустимым является содержание железа 0,001 %. наличие в сплавах цинка других металлов незначительно меняет удельный вес металла.
Сплавы системы Zn-Sn во всем интервале содержания железа имеют более высокую, чем сплавы системы Zn-Al, анодную активность (рис. 34). В интервале содержания железа 0,0001-0,001 % потенциал сплавов через 5-10 сут стабилизируется и в дальнейшем практически не Изменяется во времени. В интервале длительности испытаний 30-90 сут с ростом содержания железа от 0,0001 до 0,01 % нестабильность потенциала возрастает и характеризуется увеличением поляризуемости от 0,02 до 0,9 мВ/сут. При длительности испытаний 90 сут увеличение содержания железа от 0,0001 до 0,001 % практически не влияет на потенциал сплавов, котврый составляет соответственно от -760 до -755 мВ. Дальнейшее увеличение содержания железа до 0,0035 и 0,01 % наряду с указанным увеличением поляризуемости резко снижает отрицательный потенциал соответственно до -720 и -645 мВ.
 
Токоотдача сплавов с 0,0001-0,002% Fe практически одинаковая и составляет 780 А-ч/кг (рис. 35). Дальнейший рост содержания железа до 0,01 % значительно снижает токоотдачу - до 595 А • ч/кг.
Как и в сплавах Zn-Al, по совокупности электрохимических характеристик максимально допустимым содержанием железа в оптимальных сплавах Zn-Sn является 0,001 %.
Сплавы систем Zn-Hg, Zn-Al-Hg, Zn-Al-Mg-Mn и Zn-Al-Tl-Si имеют близкие электрохимические характеристики (рис. 36). Динамика изменения анодной активности с увеличением содержания железа также одинакова. Независимо от длительности испытаний с увеличением содержания железа потенциал сплава сдвигается в положительную сторону. При содержание железа от 0,0001 до 0,005 % в сплавах систем Zn-Hg и Zn-Al-Hg и до 0,004 % в сплавах систем Zn-Al-Mg-Mn и Zn-Al-Tl-Si потенциал сплавов через 3-10 сут стабилизируется и в дальнейшем не изменяется во времени. Сплавы с более высоким содержанием железа имеют нестабильный и уменьшающийся во времени потенциал. Для всех сплавов при содержании железа выше предела стабильности потенциала поляризуемость резко возрастает. В области стабильных значений потенциала к концу 90 сут испытаний сплавы систем Zn-Hg, Zn-Al-Hg с 0,005 % Fe и Zn-Al-Mg-Mn, Zn-Al-Tl-Si с 0,004 % Fe имеют отрицательный потенциал 750-770 мВ.
Токоотдача всех изученных сплавов снижается с увеличением содержания железа (см. рис. 36). При установленном выше максимально допустимого содержании железа токоотдача рассмотренных сплавов составляет 730-780 А • ч/кг.
Анализ результатов экспериментов позволяет составить активный ряд цинковых сплавов с оптимальным содержанием легирующих элементов и максимально допустимым содержанием катодных примесей (табл. 24).
Очевидно, сплавы Zn-Hg с 0,005 % Fe не имеют существенных преимуществ перед тройными сплавами.
Для изготовления протекторов в настоящее время в отечественной практике используют три сплава на основе цинка (табл. 25). Как видно, они просты по композиции и содержат небольшие добавки алюминия, марганца, магния, таллия, кремния. Высокие требования предъявляются к допустимому содержанию вредных примесей - железа, свинца, меди.
Зарубежные фирмы зарубежных стран применяют цинк и цинковые протекторные сплавы различных систем. Большинство сплавов содержат добавки алюминия. В трех- и четырехкомпонентных композициях легирующими элементами являются также кадмий, кремний, ртуть, олово, индий и др. Ограничивающим требованием является также низкое содержание примесей: железа (0,0003-0,005 %), меди (0,001-0,005 %) и свинца (до 0,006 %).
Как отечественные, так и зарубежные сплавы имеют высокие и близкие по величине электрохимические свойства (см. табл. 24 и 25). Их применение в качестве протекторных материалов обеспечивает возможность достижения заданных параметров защиты металлоконструкций в различных природных средах.
Технические характеристики протекторных сплавов зависят от многочисленных факторов. Для выбора типоразмеров протекторов и проектирования защиты представляет интерес свойства, определяемые при усредненных условиях и режимах работы протекторной защиты. Независимо от факторов воздействия все они в конечном счете сказываются на величине анодной плотности тока поляризации протекторов, которая составляет при многообразии условий их применения 0,5-3,0 А/м2. Для этого интервала и представлены ниже усредненные свойства протекторных сплавов:
Очевидно, что все цинковые сплавы имеют близкие электрохимические характеристики. Поэтому выбор сплава для практического использования должен осуществляться на основе сравнительной технико-экономической оценка производства протекторов. |
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ