ВПЛИВ ГУСТИНИ СТРУМУ НА ПРОЦЕС ФОРМУВАННЯ ОКСИДНИХ ПОКРИТТІВ НА СПЛАВІ ЦИРКОНІЮ Е110

Автор(и)

  • Вікторія Штефан НТУ «ХПІ», Ukraine
  • Нкука Мабіала Беландр Дійовеле НТУ «ХПІ», Ukraine
  • Надія Кануннікова NTU"KhPI", Ukraine
  • Сергій Лещенко НТУ «ХПІ», Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.01.11

Ключові слова:

цирконій, оксидне покриття, оксидування, напруга, мікродуги, густина струму, морфологія

Анотація

На сьогоднішній день для захисту від корозії відомі бінарні, потрійні та четверні сплави цирконію, що містять у своєму складі залізо, хром і мідь, та мають явну перевагу перед ціркалоямі й бінарними сплавами з ніобієм щодо корозійної стійкості. Однак, недостатню увагу приділено дослідженням, спрямованим на вивчення процесу формування та морфології оксидних плівок на сплаві цирконію Е110. Даний напрямок досліджень має високий науково-технічний інтерес до розробки оксидних покриттів на металевих поверхнях, враховуючи широке застосування цирконієвих сплавів в атомній енергетиці як конструкційний матеріал при будівництві ядерних реакторів. У роботі розглянуті переваги методу мікродугового оксидування у порівнянні із іншими способами захисту цирконієвих сплавів від різних видів корозійних ушкоджень. Основним завданням роботи є дослідження впливу густини струму на процес формування та морфології оксидних плівок на цирконієвому сплаві. Встановлено, що одержані залежності напруги формовки від часу мікродугового оксидування цирконієвого сплаву в 1 моль/л пірофосфаті калію при різних густинах струму мають характерний класичний вигляд, що характеризуються трьома ділянками такими, як доіскрова, іскрова та мікродугова. Для більш детального вивчення процесу формування оксидних плівок та визначення моменту початку іскріння та мікродуг побудовано залежності швидкості зміни напруги dU/dt від напруги формовки. З'ясовано, що при підвищенні густини струму до 6 А/м2 напруга іскріння зростає на 5 В, а при збільшенні до 10 А/м2 – на 15 В, проте напруга мікродуг залишається незмінною. Отримано переважно суцільні, добре зчеплені із основою оксидні плівки світлосірого кольору на цирконієвому сплаві. Досліджено морфологію оксидних покриттів, отриманих на поверхні сплаву цирконію Е110 методом мікродугового оксидування у пірофосфаті калію при різних густинах струму. Показано, що оксидні плівки без тріщин та на поверхні спостерігаються нерівності із комірковою текстурою.

Посилання

S. Li J., Bai X., Zhang D., Li H. Characterization and structure study of the anodic oxide film on Zircaloy-4 synthesized using NaOH electrolytes. App. Surf. Sci., 2006, Vol. 252, pp. 7436–7441, doi:10.1016/j.apsusc.2005.08.091.

Tsuchiya H., Schmuki P. Thick self-organized porous zirconium oxide formed in H2SO4/NH4F electrolytes. Electroch. Commun, 2004, Vol. 6, pp. 1131–1134, doi: 10.1016/j.elecom.2004.09.003.

Tsuchiya H., Macak J.M., Sieber I., Schmuki P. Self-organized high-aspect-ratio nanoporous zirconium oxides prepared by electrochemical anodization. Small, 2005, Vol. 1, pp. 722–725, doi: 10.1002/smll.200400163.

Berger S., Faltenbacher J., Bauer S., Schmuki P. Enhanced self-ordering of anodic ZrO2 nanotubes in inorganic and organic electrolytes using two-step anodization. Phys. Stat. Sol. (RRL), 2008, Vol. 2, pp. 102–104, doi: 10.1002/pssr.200802019.

Berger S., Jakubka F., Schmuki P. Formation of hexagonally ordered nanoporous anodic zirconia. Electroch. Comm. 2008, Vol. 10, pp. 1916–1919.

Shin Y., Lee S. A freestanding membrane of highly ordered anodic ZrO2 nanotube arrays. Nanotechnology, 2009, Vol. 20, pp. 105301, doi: 10.1088/0957-4484/20/10/105301.

Wang L. N., Li L. J. Fabrication and mechanical properties of anodized zirconium dioxide nanotubular arrays. J. Phys. D. Appl Phys., 2011, Vol. 44, p. 075301, doi: 10.1088/0022-3727/44/7/075301

Lee W. J., Smyrl W. H. Zirconium oxide nanotubes synthesized via direct electrochemical anodization. Electroch. Solid-State Lett, 2005, Vol. 8, B7–B9, doi: 10.1149/1.1857115

Bozhko P. V., Korshunov A. V., Grabovetskiy G.P., Stepanova Ye.N. Vliyaniye struktury splava Zr–1 % Nb na yego elektrokhimicheskoye povedeniye [Influence of the structure of the alloy Zr–1 % Nb on its electrochemical behavior]. Proceedings of Tomsk Polytechnic University, 2012, Vol. 320, no. 3, pp. 23–31.

Mirzoyev R. A., Davydov A. D. Anodnyye protsessy elektrokhimicheskoy i khimicheskoy obrabotki metallov [Anode processes of electrochemical and chemical processing of metals], Sankt-Peterburg, 2013, 382 p.

Branzoi I. V., Iordoc M., Codescu M. Electrochemical studies on the stability and corrosion resistance of new zirconium-based alloys for biomedical applications. Surf. Interface Anal., 2008, Vol. 40, no. 3–4, pp. 167–173, doi: 10.1002/sia.2750.

Atanas'yants A. G., Nikitin K. N. Aktivatsiya i passivatsiya pri elektrokhimicheskoy obrabotke tsirkoniya v vodnykh i nevodnykh rastvorakh khloridov [Activation and passivation during electrochemical treatment of zirconium in aqueous and non-aqueous chloride solutions]. Electrochemistry., 2001, Vol. 37, no. 9, pp. 1049–1056.

Fidan S., Muhaffel F., Riool M., Cempura G., L. de Boer, Zaat S.A.J., Czyrsk -Filemonowicz A., Cimenoglu H. Fabrication of oxide layer on zirconium by micro-arc oxidation: Structural and antimicrobial characteristics. Materials Science and Engineering, 2017, Vol. 71, pp. 565–569, doi: 10.1016/j.msec.2016.11.035.

Smirnova A. Yu., Shtefan V. V. Korrozionnaya stoykost' MDO-pokrytiy na titane, sformirovannykh v W-, Mo-, V-, Ce-soderzhashchikh elektrolitakh [Corrosion resistance of MDO coatings on titanium formed in W-, Mo-, V-, Ce-containing electrolytes]. Corrosion: Materials, protection, 2014, no. 8, pp. 14–19.

Rosalbino F., Maccio D., Giannoni P., [et al]. Study of the in vitro corrosion behavior and biocompatibility of Zr-2.5 Nb and Zr-1.5Nb-1Ta (at %) crystalline alloys. J. Mater. Sci.: Mater. Med., 2011, Vol. 22, no. 7, pp. 1293–1302, doi: 10.1007/s10856-011-4301-z

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-05-18

Як цитувати

Штефан , В. ., Нкука Мабіала Беландр Дійовеле, Кануннікова , Н. ., & Лещенко , С. . (2022). ВПЛИВ ГУСТИНИ СТРУМУ НА ПРОЦЕС ФОРМУВАННЯ ОКСИДНИХ ПОКРИТТІВ НА СПЛАВІ ЦИРКОНІЮ Е110. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях, (1(11), 69–74. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.01.11

Номер

Розділ

Хімічні та харчові технології, екологія