Борирование является перспективным процессом поверхностной обработки металлов и изучается достаточно широко. Наибольшее число исследований в этом направлении отмечается у таких стран, как Китай, США, Канада, Турция, стран западной и восточной Европы. Изучение борированных сталей происходит по различным направлениям: от предложений новых технологий создания и последующей обработки боридных окрытий до анализа их классических механических и особых свойств.
Особый интерес вызывает коррозионная стойкость борированных сталей: причиной является химическая инертность бора при комнатной температуре, что позволяет говорить об устойчивости борсодержащих покрытий к коррозионным воздействиям.
Существует множество способов, традиционно применяемых для защиты изделий от коррозии. Наиболее часто применяют следующие методы [1]:
- применение специальных сталей и сплавов;
- нанесение защитных покрытий (металлических и неметаллических);
- электрохимическая защита;
- влияние на свойства коррозионной среды.
Несмотря на то, что данные методы показали свою эффективность в условиях реальных коррозионных процессов, они отличаются рядом недостатков (низкая устойчивость покрытий к механическим повреждениям, высокая стоимость материалов для создания специальных сталей и покрытий, применение особой техники и технологии, сложность утилизации токсичных отходов). Исходя из этого, до сих пор продолжается поиск более простых и менее ресурсо- и энергозатратных технологий, которые бы способствовали защите стальных изделий от коррозии. Борирование рассматривается как одно из перспективных направлений в данной сфере [2].
Материалом для исследований послужили пластинчатые образцы из низкоуглеродистой стали. Борирование осуществляли в контейнере в смеси карбида бора (98%) и фтористого натрия (2%) в течении 6 часов при температуре 920–940°С.
В качестве коррозионных сред использовали:
- 1%-й раствор H2SO4;
- 3%-й раствор NaCl.
Коррозионную стойкость оценивали массовым показателем коррозии Km (табл. 1), который определяется по формуле:
где Δm — убыль массы образца за период испытания, г; S — площадь поверхности образца, м2; τ — продолжительность испытания, ч.
Таблица 1 — Массовый показатель коррозии борированных образцов
Полученные данные позволяют говорить только о значительном повышении коррозионной стойкости стали, подвергнутой борированию, однако оценить динамику коррозионного процесса по приведенным выше результатам не представляется возможным.
Оценка динамики коррозионного процесса является важным этапом при анализе коррозионной стойкости, т.к. позволяет оценить течение коррозионного процесса во времени. Для такого анализа были проведены последовательные замеры массы борированных образцов на протяжении коррозионного испытания.
На основании полученных данных построены графические зависимости потерь массы образцов от длительности выдержки в коррозионной среде, результаты приведены на рисунке 1.
Рисунок 1 — Кинетика коррозионного разрушения борированных образцов при коррозии в кислой (1) и нейтральной (2) средах
Приведенные данные подтвердили полученные ранее о более быстром протекании коррозионного процесса в кислой среде, чем в нейтральной. Также важно отметить, что коррозионные процессы в разных средах протекают по-разному.
Проанализируем рисунок 1, характеризующий коррозионный процесс, протекающий в кислой и нейтральной средах. В кислой среде скорость коррозии практически линейна. В нейтральной среде основная потеря массы приходится на первые 7 дней эксперимента, то есть по мере увеличения продолжительности коррозионного процесса во времени удельная потеря массы становится меньше.
Очевидно, что меньшие потери массы в нейтральной среде объясняются не только меньшей скоростью реакции взаимодействия стали с коррозионной средой. Продукты коррозии представляют собой нерастворимое в воде основание, которое не может отделиться от образца, минуя слой инертных боридов. В кислой среде продуктом реакции является растворимый сульфат железа. Таким образом, коррозионная среда имеет постоянный доступ к стали, через несплошности боридного слоя.
Таким образом, установлено, что коррозия борированной стали в кислой среде протекает равномерно на протяжении всего времени выдержки в коррозионной среде, в то время как коррозия в нейтральной среде характеризуется уменьшением массовых потерь с течением времени. В данном ключе одним из возможных дальнейших исследований является проведение большего числа коррозионных испытаний и составления математических моделей коррозионных процессов в зависимости от продолжительности процесса, состава коррозионной среды и т.д. Такие модели являются полезными для прогнозирования коррозионных процессов на стадии разработки изделий.
Выводы. Борирование повышает коррозионную стойкость стали в кислой и нейтральной среде в 5 и 12 раз соответственно. Стойкость борированной стали в кислой среде значительно ниже, чем в нейтральной.
Список использованной литературы
1. Каблов, Е. Н. Обзор зарубежного опыта исследований коррозии и средств защиты от коррозии / Е. Н. Каблов [и др.]. — Текст: непосредственный // Авиационные материалы и технологии. — 2015. — Т. 35, вып. 2. — С. 76–87.
2. Ergun, Y. Effect of Boriding Treatment on the Corrosion Behavior of Steels / Y. Ergun, I. Gunes, M. Erdogan. — DOI:10.1166/jnn.2017.14251. Text : electronic // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. — 2017. — Vol.17. — С. 8946-8951. — URL:https://www.researchgate.net/publication/320414443 Effect of Boriding Treatment on the Corrosion Behavior of Steels