Модифицированные гальванические покрытия

Алюминий и его сплавы при контакте со сталями могут подвергаться интенсивной коррозии. В частности, это имеет место при фиксации конструкций на основе алюминия с применением стального крепежа. Одним из методов защиты алюминия и его сплавов от контактной коррозии является нанесение на стальные детали металлических покрытий, гальванически совместимых с алюминием. Наиболее подходящими являются кадмиевые и цинковые покрытия, которые имеют близкие с алюминием электродные потенциалы. Гальванические методы осаждения таких покрытий не лишены недостатков, важнейшие из которых связаны как с экологическими, так и с техническими проблемами. Электрохимическое осаждение алюминия из водных растворов невозможно. В этой связи представляется целесообразным исследовать возможности применения альтернативных гальваническому вакуумных методов формирования покрытий.

Ранее нами  исследованы защитные слои, формируемые на поверхности углеродистой и нержавеющей сталей ионно-ассистируемым осаждением кадмия, цинка и алюминия из плазмы вакуумного дугового разряда импульсного ионного источника в режиме, при котором металл вводится в каталитический слой наноразмерного уровня в неравновесных условиях обработки ускоренными ионами осаждаемого металла. Установлено, что коррозионные характеристики образцов сталей со слоями, сформированными ионно-ассистируемым осаждением кадмия, цинка и алюминия, сходны с характеристиками сталей с покрытиями, полученными гальваническим осаждением кадмия и цинка. С учетом малой толщины формируемых многокомпонентных слоев (50–80 нм против 10 мкм в случае гальванических покрытий) можно заключить, что ионно-ассистируемое осаждение металлов оказывает существенное влияние на скорость контактной коррозии алюминия и алюминиевого сплава. В сравнении с гальваническим вакуумное ионно-ассистируемое осаждение отличается простотой подготовки поверхности подложек, одностадийностью, экологической безопасностью и экономичностью.

В данной работе исследована возможность комбинированного формирования гальванически совместимых покрытий с применением гальванического и вакуумного осаждения металлов.

Гальванические покрытия толщиной 12 мкм сформированы на поверхностях образцов углеродистой Ст3 и нержавеющей 12Х18Н9Т сталей из аммиакатных электролитов цинкования и кадмирования. На гальванических цинковых и кадмиевых покрытиях дополнительно формировались слои путем вакуумного ионно-ассистируемого осаждения цинка, хрома, алюминия или ванадия в режиме, при котором осуществляется осаждение металла и перемешивание осаждаемого слоя с подложкой ускоренными ионами того же металла.

На рис. 1 приведены электронно-микроскопические изображения поверхности образцов нержавеющей стали со слоями, полученными ионно-ассистируемым осаждением алюминия на кадмиевое покрытие (а) и непосредственно на сталь (б). В составе первого слоя (а) преобладает содержание кадмия; в составе слоя (б) толщиной ~50 нм – железа и других компонентов стали 12Х18Н9Т.

Рисунок 1 - Электронно-микроскопические изображения поверхности образцов нержавеющей стали со слоями, полученными ионно-ассистируемым осаждением алюминия на кадмиевое покрытие (а) и непосредственно на сталь (б).

Проведены исследования коррозионной стойкости как образцов сталей с полученными покрытиями, так и алюминиевого сплава Д16 в гальванических парах с образцами сталей.

Электрохимическая диагностика устойчивости к коррозии покрытий на сталях проводилась методом поляризационных кривых в 3%-м растворе NaCl. На рис. 2 и в табл. 1 представлены результаты поляризационных измерений. Обнаруживается, что ионно-ассистируемое осаждение металлов на гальванические цинковые покрытия на сталях приводит к заметному смещению потенциала коррозии в анодную область, что повышает термодинамическую устойчивость покрытий к коррозии. Осаждение металлов на поверхность гальванических цинковых и кадмиевых покрытий приводит в основном к возрастанию плотности тока коррозии, что свидетельствует о снижении коррозионной стойкости; уменьшение плотности тока коррозии отмечалось для некоторых образцов при осаждении ванадия и хрома. Осаждение активных металлов (цинка, алюминия) на поверхность гальванических кадмиевых покрытий смещает потенциал коррозии в катодную область и снижает термодинамическую устойчивость к коррозии.

Рисунок 2 - Поляризационные кривые покрытий, полученных гальваническим осаждением Zn или Cd и вакуумным осаждением Al или V на поверхность сталей 12Х18Н9Т и Ст3; 3% NaCl; 1 мВ/с.

Устойчивость к контактной коррозии сплава Д16 в гальванических парах с полученными покрытиями исследована методом погружения в раствор 3% NaCl + 0,1% H₂O₂ в соответствии с ГОСТ 9.913- 90 в течение 20 суток со сменой раствора каждые 5 суток. Показатели коррозии определены на основе измерений потерь массы образцов.

В табл. 1 приведены также значения массового показателя коррозии сплава Д16 (K_m) в гальванопарах с образцами сталей с покрытиями. Снижение скорости контактной коррозии сплава Д16 имеет место при ионно-ассистируемом осаждении хрома и алюминия (рис. 3).

Таблица 1 - Показатели коррозии образцов сталей 12Х18Н9Т и Ст3 и сплава Д16 с участием комбинированных покрытий, полученных на сталях гальваническим осаждением Zn или Cd и вакуумным осаждением Zn, Cr, Al или V.

Рисунок 3 - Массовые показатели контактной коррозии сплава Д16 в гальванических парах.

• Меднение и его электролиты
• Рекомендации по дизайну изделий, подготовленных к горячему цинкованию
• Исследования травильных ванн горячего цинкования
• Цинк - физико-химические свойства металла
• Литейная сталь и чугуны