Влияние размера зерна на ингибирующий эффект при коррозии углеродистых сталей в нейтральных средах

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
31

ФИЗИКА. ХИМИЯ
2012. Вып. 2

Физическая химия

УДК 620.197.3

М.В. Марьин, А.В. Сюгаев, С.М. Решетников

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ЗЕРНА НА ИНГИБИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ 
ПРИ КОРРОЗИИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ В НЕЙТРАЛЬНЫХ СРЕДАХ

Исследовано влияние субмикрокристаллического и нанокристаллического состояния углеродистых сталей на 
эффективность ингибиторов окислительного и адсорбционного типа. Показано, что дефекты кристаллического 
строения металла являются активными центрами взаимодействия металла с ингибиторами.

Ключевые слова: коррозия, углеродистые стали, нано- и субмикрокристаллическое состояние, ингибиторы 
коррозии.

Несмотря на перспективность использования нанокристаллических металлов и сплавов из-за 

ряда уникальных свойств (механических, магнитных и т.д.), на сегодняшний день не выработан общий подход для объяснения особенностей их коррозионно-электрохимического поведения. Имеющиеся данные по влиянию нанокристаллического (НК) и субмикрокристаллического (СМК) состояния на коррозионно-электрохимические свойства металлов значительно отличаются в зависимости от 
природы металла, способа получения, коррозионной среды, примесей и т.д. [1-19].

В работе [1] проведен расчет доли границ зерен, тройных стыков и межкристаллитных облас
тей в зависимости от размера зерна металла. Показано, что при переходе к СМК (размер зерна 
100500 нм) и НК состоянию (<100 нм) доля указанных дефектов резко возрастает, и они могут являться активными центрами протекания различных химических и электрохимических процессов, определяющих скорость коррозии металла. 

Среди примеров положительного влияния НК состояния на коррозионную стойкость можно 

выделить следующие. В работе [2] для НК Ni в хлоридсодержащих средах отмечалось протекание 
более равномерной коррозии, чем для никеля в крупнокристаллическом (КК) состоянии. В работе [7] 
электроосажденное НК цинковое покрытие на углеродистой стали демонстрировало более высокие 
защитные свойства, чем крупнокристаллическое покрытие. Данный эффект был связан с формированием более плотных слоев продуктов коррозии, обладающих защитными свойствами. В работах 
[20; 21] отмечалось, что НК железо имеет повышенную коррозионную стойкость в ряде растворов, 
содержащих ингибиторы. Данная работа посвящена исследованию влияния размера зерна на защитный эффект ряда ингибиторов коррозии (нитрит натрия, фенилантранилат натрия) при коррозии углеродистых сталей в нейтральных средах.  

Методика эксперимента

В работе исследованы следующие группы образцов:
1. Низкоуглеродистая КК сталь 20 (содержание С: 0.170.24 масс.%) и та же сталь в СМК состоя
нии с размерами зерен 200÷500 нм. СМК состояние получено путем обработки исходной КК стали 20 
методом равноканального углового прессования (РКУП) – 16 циклов обработки при давлении 2 ГПа. 

2. Высокоуглеродистая КК сталь У13 (содержание С: 1.26÷1.34 масс.%) и ее НК аналог, полу
ченный механическим сплавлением Fe c графитом с последующим динамическим прессованием. 
Также исследован КК композит Fe95C5, полученный отжигом (800 ºС, 1 ч) НК композита.

Дифрактограмма композита Fe95C5 представлена на рис. 1. Размер зерна, определенный из 

уширения рентгеновских линий, составляет ~40 нм. Формирование НК состояния в композите подтверждается также исследованиями сколов методом атомно-силовой микроскопии (рис. 2), поскольку 
на изображениях наблюдаются отдельные зерна сферической формы с тем же размером. На металлографических изображениях (рис. 3) включения цементита в стали  У13 имеют сферическую форму, 
после отжига в композите Fe95C5 образуется высокодисперсный пластинчатый цементит.