RU2089895C1 - Электрохимический способ анализа карбидно-хромовых материалов - Google Patents
Электрохимический способ анализа карбидно-хромовых материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2089895C1 RU2089895C1 RU93039222A RU93039222A RU2089895C1 RU 2089895 C1 RU2089895 C1 RU 2089895C1 RU 93039222 A RU93039222 A RU 93039222A RU 93039222 A RU93039222 A RU 93039222A RU 2089895 C1 RU2089895 C1 RU 2089895C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- analysis
- layer
- chromium
- carbide
- polarization
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Abstract
Использование: в химической промышленности, химическом и нефтехимическом машиностроении, порошковой металлургии при анализе термодиффузионнохромированной стали и изделий из карбидов хрома. Сущность изобретения: способ анализа карбиднохромовых материалов включает анодную поляризацию образца в щелочи и определение электрохимических параметров. При послойном анализе поляризацию ведут при постоянном потенциале, соответствующем потенциалу перепассивации, с прерыванием для определения хрома и железа в продуктах растворения, в качестве электрохимических параметров, по которым определяют состав карбидов и толщину слоя, используют плотность тока и ее зависимость от времени поляризации. 1 з.п.ф - лы, 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к металловедению (разрушающий метод контроля ) и может использоваться в лабораторных условиях во всех отраслях промышленности, где применяют или производят термодиффузионнохромированные стали и изделия из карбидов хрома нового класса коррозионно и износостойких твердых карбиднохромовых материалов, полностью состоящих из карбидов хрома или в виде покрытий на сталях.
Известно применение электрохимических методов благодаря их высокой точности в металловедении для идентификации карбидов в сталях по параметрам потенциодинамических поляризационных кривых и для электролитического вытравливания хромосодержащих из поверхностных слоев. При этом электрохимические методы всегда применяют в сочетании с химическими, металлографическими, рентгеноструктурными или другими физическими методами, требующими дорогого оборудования и трудоемкости. Однако, в литературе не описаны простые общедоступные методы для количественного электрохимического послойного анализа карбидно-хромовых материалов. Обычно послойный анализ материалов состоит в сочетании механического или химического стравливания с последующими физическими методами. Так, анализ карбидно-хромовых покрытий на стали 45 состоит в механическом сошлифовывании слоев толщиной 5 мкм и последующем анализе поверхности рентгеноспектральным методом.
Наиболее близким к заявленному является электрохимический способ количественного анализа карбидов в быстрорежущей стали, включающий анодную поляризацию шлифованных образцов в 40 NaOH, снятие потенциодинамических поляризационных кривых, по потенциалам максимумов на которых определяют структуру карбидов с последующими микрозондовым анализом химического состава слоя. После дополнительного электролитического травления образцов в кислоте проводят металлографический анализ поверхности.
Однако, известный способ имеет недостатки: для химического анализа состава поверхности используют сложный микрозондовый анализ, требующий не только специального оборудования, высокий квалификации исполнителей, но и перешлифовки образцов перед каждым измерением. Для исключения омических искажений на потенциодинамических поляризационных кривых используют высококонцентрированный раствор щелочи.
Способ по изобретению позволяет послойно определять состав, толщину слоев карбидов хрома и степень их легирования железом, исключая сложные физические методы, перешлифовку образцов и высокую концентрацию щелочи.
Способ осуществляют следующим образом. Образец помещают в электрохимическую ячейку с раствором щелочи (1-2 М) и после измерения потенциала коррозии включают потенциостатическую анодную поляризацию при потенциалах перепассивации 0,6-0,9 (с.в.э.). Для определения фазового состава индивидуальных карбидов используют потенциал 0,6 B, при котором долей тока, идущего на параллельно протекающую реакцию выделения кислорода, можно пренебречь. Аноднее 0,9 B эта же реакция делает электрохимический анализ невозможным. С учетом скорости растворения периодически отбирают пробы на анализ. В растворе щелочи определяют хром (авторы использовали фотоколориметрический анализ на хромат ион ( ФЭК ), но можно использовать любой известный аналитический метод ). Содержащееся в образцах железо в описываемых условиях выпадает в осадок гидроокисей, поэтому качественно наличие железа в образце можно оценить визуально, а количественно железо в слое определяют известными методами анализа после растворения осадка. Хорошая точность была получена, когда смывали осадок 2 М HCl и затем определяли в ней железо атомно-абсорбционной спектроскопией ( ААС ). Из данных химического анализа также рассчитывают толщины снятых слоев и соотношение хрома и железа в слое. В процессе потенциостатической выдержки фиксируют плотность тока и строят зависимость ее от времени, определяя плотность тока, соответствующую растворению карбида, по участку независимости силы тока от времени. Толщина всего хромсодержащего слоя соответствует площади под " i t " кривой, а карбидной зоны площади под горизонтальной площадкой. В одинаковых условиях скорость растворения тем выше, чем больше в карбиде хрома, то есть CR23 C6 растворяется быстрее Cr7 C3 и ниже всего скорость растворения CR3C2. Легированные железом слои растворяются медленнее, чем слои соответствующих карбидов, не содержащие железа.
Расчеты толщины ( как по электрохимическим данным, так и по результатам анализа ) включают определение массы растворенного вещества, затем деление ее на плотность карбида и площадь образца. Погрешность способа связана с отсутствием точных данных об удельной плотности материала по слою (единственная справочная величина 6,68 г/см3 для CR3 C2 ) и истинной поверхности образца. В процессе разработки способа полученные данные были проведены с помощью металлографического анализа и было установлено, что разброс результатов не превышает ± 20 что удовлетворительно для таких определений. Сопоставляя электрохимические и аналитические результаты, определяют толщину, состав и структуру карбиднохромовых слоев.
Изобретение иллюстрируют данные, представленные в примере расчетов, на чертеже и в таблице.
Пример. При потенциале 0,6 В на растворение карбидной фазы ( площадка на "i t" кривой ) с образца карбидно-хромированной стали площадью 2 см2 пошло Q 57,9 Кл при плотности тока 3 • 10- 2 А/см2.Общий расход тока по всему хромсодержащему слою 130 Кл.
Химическим анализом в продуктах для карбидного подслоя найдено 0,0034 г хрома и 0,0005 г железа.
1. Определение формулы карбида. По закону Фарадея для растворения указанных количеств хрома и железа необходимо соответственно 39,5 и 2,7 Кл, это составляет 73 от общего количества электричества. Остальное пошло на окисление углерода в карбиде, что соответствует карбиду Cr7 C3 ( по расчету окислительно-восстановительного баланса для Cr23 C6 количество электричества, необходимое для растворения карбида, должно быть на 15 20 больше, чем требуется для растворения содержащегося в нем хрома, а для Cr23 C2 на 30 35 ).
2. Определение степени легирования. Железо составляет 13 мас. Таким образом, карбидная фаза соответствует формуле ( Cr87 Fe13)7 C3.
3. Оценка толщины слоя d из электрохимических данных
где Q количество электричества; А атомная масса хрома; F- число Фарадея; Z степень окисления хрома; ρ удельная плотность карбида; S -площадь растворения; K коэффициент, учитывающий долю тока, расходуемую на окисление углерода карбида до CO2, равный в среднем 0,8. Удельную плотность карбида принимаем равной 6,7 г/см3.
где Q количество электричества; А атомная масса хрома; F- число Фарадея; Z степень окисления хрома; ρ удельная плотность карбида; S -площадь растворения; K коэффициент, учитывающий долю тока, расходуемую на окисление углерода карбида до CO2, равный в среднем 0,8. Удельную плотность карбида принимаем равной 6,7 г/см3.
4. Оценка толщины всего хромсодержащего слоя. Аналогично п."3"
В связи с разбросом по толщине слоя коэффициент K не использован.
В связи с разбросом по толщине слоя коэффициент K не использован.
5. Расчет толщины карбидного слоя по данным химического анализа:
где m масса хрома и железа; ρ и S удельная плотность карбида и площадь растворения.
где m масса хрома и железа; ρ и S удельная плотность карбида и площадь растворения.
Изменение плотности тока во времени при потенциостатической полиризации (0,7 B) карбидохромовых покрытий (А) и индивидуальных карбидов (Б) показано графически на чертеже.
А. По соотношению площадей под кривыми карбидный слой образца 1 (кривая 1) в 4,2 раза толще, чем на образце 3 (кривая 3), а весь хромсодержащий слой
в 3,3 раза. Абсолютная толщина карбидной части слоя на образце 1:
а всего слоя 20 мкм.
в 3,3 раза. Абсолютная толщина карбидной части слоя на образце 1:
а всего слоя 20 мкм.
На образце 2 (кривая 2) четко ограниченного карбидного слоя нет, а весь хромсодержащий слой в 2,5 раза тоньше, чем на образце 1. Разница в плотности тока свидетельствует о легировании образцов 2 и 3 железом и его отсутствии в карбидном слое образца 1.
Б. Уменьшение плотности тока, сужение участка ее начального роста и некоторое увеличение наклона кривой 2 по сравнению с кривой 1 свидетельствуют о легировании образца железом, а абсолютная величина плотности тока характерна для карбида CR23 C6.
Анализ карбидно=хромовых материалов представлен в таблице.
Как видно из данных таблицы, пример 1 характеризует изменение содержания железа по глубине карбидного слоя; пример 2 позволяет оценить точность определения степени легирования по аналитическим данным (± 1); пример 3 приведен для сравнения с литературными данными по аналогичному покрытию (расчеты проводили,как показано выше в примере).
Таким образом, согласно изобретению, предложен новый простой универсальный способ послойного анализа карбидно-хромовых материалов, как чистых, так и легированных железом, а также покрытий из этих карбидов на углеродистых сталях, позволяющий заменить трудоемкие дорогостоящие физические методы.
Claims (2)
1. Электрохимический способ анализа карбидно-хромовых материалов, заключающийся в определении электрохимических параметров образца, подвергаемого анодной поляризации в щелочи, отличающийся тем, что при послойном анализе поляризацию образца ведут при постоянном потенциале, соответствующем потенциалу перепассивации, дополнительно определяют содержание хрома и железа в продуктах растворения и по их соотношению степень легирования карбидов хрома железом, а в качестве электрохимических параметров, по которым определяют состав карбидов и толщину слоя, используют плотность тока и ее зависимость от времени поляризации.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что потенциал перепассивации выбирают в диапазоне 0,6 0,9 В по стандартному водородному электроду (с.в.э.).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93039222A RU2089895C1 (ru) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Электрохимический способ анализа карбидно-хромовых материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93039222A RU2089895C1 (ru) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Электрохимический способ анализа карбидно-хромовых материалов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93039222A RU93039222A (ru) | 1995-12-27 |
RU2089895C1 true RU2089895C1 (ru) | 1997-09-10 |
Family
ID=20145993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93039222A RU2089895C1 (ru) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Электрохимический способ анализа карбидно-хромовых материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2089895C1 (ru) |
-
1993
- 1993-07-30 RU RU93039222A patent/RU2089895C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Э.Т.Шаповалоов и др. Электрохимические методы в металловедении и фазовом анализе. - М.: Металлургия, 1988, с. 96. Авторское свидетельство СССР N 221981, кл. G 01 N 27/26, 1969. Чижиков В.И. и др. Потенциодинамическое определение карбидов и быстрорежущей стали. Заводская лаборатория. - 1981, т. 47, N 10, с. 16 - 18. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mischler et al. | Investigation of a passive film on an iron chromium alloy by AES and XPS | |
Schmutz et al. | In-situ microgravimetric studies of passive alloys: potential sweep and potential step experiments with Fe–25Cr and Fe–17Cr–33Mo in acid and alkaline solution | |
Campbell et al. | Tarnish studies: The electrolytic reduction method for the analysis of films on metal surfaces | |
Zhang et al. | Influence of temperature on passive film properties on Ni–Cr–Mo Alloy C-2000 | |
Rokosz et al. | Characterization of passive film formed on AISI 316L stainless steel after magnetoelectropolishing in a broad range of polarization parameters | |
Vander | Applied metallography | |
Ningshen et al. | Corrosion performance and surface analysis of Ti–Ni–Pd–Ru–Cr alloy in nitric acid solution | |
Hryniewicz et al. | SIMS analysis of hydrogen content in near surface layers of AISI 316L SS after electrolytic polishing under different conditions | |
Qiao et al. | Hydrogen-facilitated anodic dissolution of austenitic stainless steels | |
Doniger et al. | Investigation of impurity driven corrosion behavior in molten 2LiF-BeF2 salt | |
Leban et al. | The effect of surface roughness on the corrosion properties of type AISI 304 stainless steel in diluted NaCl and urban rain solution | |
Ichitani et al. | Visualization of hydrogen diffusion in steels by high sensitivity hydrogen microprint technique | |
Bao et al. | Passivation charge density of CoCrMo alloy in different aqueous solutions | |
Sulka et al. | Study of the kinetics of silver ions cementation onto copper from sulphuric acid solution | |
Zelinsky et al. | Open circuit potential transients and electrochemical quartz crystal microgravimetry measurements of dissolution of copper in acidic sulfate solutions | |
RU2089895C1 (ru) | Электрохимический способ анализа карбидно-хромовых материалов | |
Isaacs et al. | Incorporation of Cr in the passive film on Fe from chromate solutions | |
Mujanović et al. | Depassivation and repassivation of stainless steels by stepwise pH change | |
Lochyński et al. | A multi-factorial mathematical model for the selection of electropolishing parameters with a view to reducing the environmental impact | |
Brett et al. | Influence of anions on the corrosion of high speed steel | |
Ajito et al. | Simultaneous measurements of polarization resistance and hydrogen permeation current of iron in an aqueous NaCl droplet | |
JP3824011B2 (ja) | めっき層中合金相の定量方法 | |
Brajčinović et al. | Corrosion resistance of cementing steel X19NiCrMo4 in medium of 5% NaOH and 5% H2SO4 | |
Chang et al. | Corrosion behavior of commercial alloys in LiCl–KCl molten salt containing EuCl3 | |
Ponte et al. | Analysis of electrochemical porosity of phosphatized coatings on galvanized steel substrate |