Коррозионное поведение механоактивированных порошков Fe и Fe-Si в нейтральных средах

                                    ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА                      33
ХИМИЯ
2004 №9

УДК 620.193+544.7

А.В. Сюгаев, С.Ф. Ломаева, С.М. Решетников

КОРРОЗИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫХ
ПОРОШКОВ Fe И Fe–Si В НЕЙТРАЛЬНЫХ СРЕДАХ1

Исследовано влияние среды и времени измельчения на коррозионную стойкость механоактивированных порошков Fe и Fe–Si. Показано, что в присутствии олеиновой
кислоты, в отличие от винилтриэтоксисилана, на поверхности порошков Fe формируется оксидно-органический слой, защитные свойства которого растут с увеличением
времени измельчения и концентрации ПАВ. В случае Fe–Si наиболее коррозионностойкие порошки получаются при измельчении в гептане за счет формирования
аморфной фазы Fe–Si–C. В отличие от порошков Fe, присутствие олеиновой кислоты
отрицательно сказывается на коррозионной стойкости порошков Fe–Si.

Ключевые слова: коррозия, нейтральные среды, железо, кремний, механоактивация,
дисперсность, стабилизация, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, поверхность, структурно-фазовое состояние.

Высокодисперсные материалы на основе железа применяют в качестве
магнитных носителей информации, в магнитных жидкостях, в медицине и т.д.
Одним из наиболее простых методов получения высокодисперсных металлических порошков является механическое измельчение, в том числе в органических средах, которое позволяет не только уменьшить размеры частиц,
но и существенно изменить ряд свойств материала [1-5]. Это связано с переходом металла в нанокристаллическое состояние и насыщением поверхности
и объема частиц продуктами деструкции среды измельчения. Применение
материалов на основе железа ограничивается его склонностью к коррозии. В
процессе механоактивации в органических средах можно попытаться одновременно повысить дисперсность порошков и стабилизировать их, сформировав на поверхности защитный слой, состав и структура которого может меняться в зависимости от среды и времени измельчения.
Цель работы – изучить влияние состава среды и длительности измельчения на дисперсность, строение поверхностных слоев и коррозионное поведение высокодисперсных порошков на основе железа.

Материалы и методики исследования
Порошки получены механическим измельчением Fe или сплава Fe–Si (20
ат.%) в гептане (FeГ, Fe–SiГ) и в гептане с добавкой 0,3 мас. % олеиновой кислоты
(FeОК, Fe–SiОК), а также Fe с такой же добавкой винилтриэтоксисилана (FeВТЭС).
                                                          
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 04-03-96023)

А.В. Сюгаев, С.Ф. Ломаева, С.М. Решетников
2004 №9
ХИМИЯ

34

В исходном состоянии порошки Fe и Fe–Si имели размеры частиц ≤
300 мкм. Измельчение осуществлялась на шаровой планетарной мельнице
FRISCH P-7. Во избежание уменьшения концентрации добавок в результате
механодеструкции раствор заменялся каждые 3 ч. Время измельчения tизм
изменялось от 1 до 99 ч. Исследование коррозионного поведения выполнено
в физиологическом растворе (0,85% NaCl при 37 0C) при одних и тех же условиях перемешивания по методике, основанной на измерении объема кислорода, поглощенного в ходе коррозии [6]. Дисперсность порошков исследована на лазерном дифракционном микроанализаторе ANALYSETTE 22.
Рентгеноструктурные исследования проводились на дифрактометре ДРОН3М в Cu Кα фильтрованном излучении. Отжиги порошков проводились в
атмосфере аргона в течение 1 часа.
Рентгеновские фотоэлектронные спектры (РФЭС) получены на спектрометре ЭС-2401 с Mg анодом. Вакуум в камере анализатора 10-6 Па. Калибровку
спектрометра осуществляли по линии Au4f7/2 – 84,0 эВ. Значение энергии связи
(Eсв) линии С1s-электронов в алкильной группе принимали равным 285,0 эВ.
Точность определения положения линий – 0,1-0,2 эВ. Разложение спектров
осуществляли по методике, предложенной Повстугаром В.И и сотр. [7].
Для идентификации химического состояния элементов были использованы следующие данные об изменении Eсв внутренних уровней:
– 
в С1s-спектрах линия с Eсв≈282,5 Эв соответствует карбидам Fe; линия с
Eсв≈284,0 эВ соответствует графиту и Si-c связям кремнийорганических
соединений; Eсв=285,0 эВ – углероду алкильных групп; Eсв>286,0 эВ –
углероду кислородсодержащих органических групп [8; 9];
– 
в Fe3p-спектрах линия с Eсв≈53,0 эВ соответствует Fe0 или Fe в сплаве
с Si; Eсв≈55,7 эВ – Fe2О3; Eсв≈56,6 эВ – FeOOH [9-11];
– 
в Fe2p-спектрах Fe0 или Fe в сплаве с Si дает вклад в область 707,0
эВ; Feo – 709,5 эВ; Fe3O4 – 708,3 и 710,6 эВ; Fe2O3 – 711,0 эВ;
FeOOH – 711,9 эВ [9-11];
– 
в Si2p-спектрах линия с Eсв≈99,5 эВ соответствует элементному Si или
Si в сплаве с Fe; Eсв≈102,2 эВ – силикаты Fe и кремнийорганические
соединения; Eсв≥103,5 эВ – SiO2 [8, 9].

Результаты и обсуждение
Порошки Feг и Feок
При tизм=24 ч средний размер частиц порошка Feг – 18, а порошка Feок –
8 мкм, при tизм=99 ч – 30 и 4 мкм соответственно. Порошки представляют собой нанокомпозиты, состоящие из зерен ОЦК-железа с размерами 5-10 нм и
межфазной области в виде раствора С, О и Н в железе с включениями карбидных и оксидных фаз, – продуктов деструкции среды измельчения [1; 2].
Коррозионные испытания проведены на порошках после 3 лет на воздухе (рис. 1). Кривые характеризуются индукционным периодом, в течение