О состоянии водорода в магниевых сплавах после коррозионного воздействия

  • Мягких Павел Николаевич Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия) https://orcid.org/0000-0002-7530-9518
  • Мерсон Евгений Дмитриевич Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия) https://orcid.org/0000-0002-7063-088X
  • Полуянов Виталий Александрович Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия) https://orcid.org/0000-0002-0570-2584
  • Мерсон Дмитрий Львович Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия) https://orcid.org/0000-0001-5006-4115
  • Виноградов Алексей Юрьевич Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия); Норвежский технологический университет, Тронхейм (Норвегия) https://orcid.org/0000-0001-9585-2801
Ключевые слова: магниевые сплавы, коррозия, водород в металлах, перспективные материалы

Аннотация

Широкому внедрению магниевых сплавов в качестве конструкционных материалов препятствует их низкое сопротивление коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН). Считается, что КРН магниевых сплавов может быть связано с водородной хрупкостью. Тем не менее для магниевых сплавов роль водорода в механизме КРН в настоящий момент не вполне ясна. В предыдущих работах нами было установлено, что роль диффузионно-подвижного водорода в процессе КРН магниевых сплавов весьма сомнительна: результаты как механических испытаний, так и газового анализа указывают на то, что концентрация диффузионно-подвижного водорода в исследованных материалах ничтожно мала, в основном же водород сосредоточен в продуктах коррозии. Однако в данных исследованиях не было установлено влияние внешних напряжений на концентрацию и состояние водорода, поэтому неясно, являются полученные результаты характерными только для КРН или же справедливы и для коррозии без приложения внешней нагрузки. В связи с этим была поставлена цель исследования – определение концентрации и состояния водорода в магниевых сплавах после коррозионного воздействия без приложения внешних напряжений. Образцы сплавов МА14, МА2-1 и чистого магния подвергались выдержке в коррозионной среде, после чего каждый образец делился на две части: с первой продукты коррозии удалялись, на второй их оставляли нетронутыми. Далее образцы подвергали газовому анализу, для каждого из них были получены кривые экстракции и значения концентрации водорода. Результаты исследования показали, что удаление продуктов коррозии влечет сильное падение концентрации водорода, а при температурах ниже 300 °С он практически перестает выделяться. Это указывает на то, что большая часть водорода находится в продуктах коррозии, а не в диффузионно-подвижном виде в металлической матрице, что аналогично результатам, полученным при изучении КРН.

Биографии авторов

Мягких Павел Николаевич, Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

техник Научно-исследовательского института прогрессивных технологий, аспирант

Мерсон Евгений Дмитриевич, Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского института прогрессивных технологий

Полуянов Виталий Александрович, Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

младший научный сотрудник Научно-исследовательского института прогрессивных технологий

Мерсон Дмитрий Львович, Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

доктор физико-математических наук, профессор, директор Научно-исследовательского института прогрессивных технологий

Виноградов Алексей Юрьевич, Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия); Норвежский технологический университет, Тронхейм (Норвегия)

кандидат физико-математических наук, заместитель директора Научно-исследовательского института прогрессивных технологий, профессор кафедры механики и промышленности

Литература

Chakrapani D.G., Pugh E.N. Hydrogen embrittlement in a Mg-Al alloy // Metallurgical Transactions A. 1976. Vol. 7. № 2. P. 173–178.

Chen J., Wang J., Han E., Dong J., Ke W. States and transport of hydrogen in the corrosion process of an AZ91 magnesium alloy in aqueous solution // Corrosion Science. 2008. Vol. 50. № 5. P. 1292–1305.

Kappes M., Iannuzzi M., Carranza R.M. Hydrogen Embrittlement of Magnesium and Magnesium Alloys: A Review // Journal of the Electrochemical Society. 2013. Vol. 160. № 4. P. C168–C178.

Zhou L.F., Liu Z.Y., Wu W., Li X.G., Du C.W., Jiang B. Stress corrosion cracking behavior of ZK60 magnesium alloy under different conditions // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. № 41. P. 26162–26174.

Atrens A., Dietzel W., Srinivasan P.B., Winzer N., Kannan M.B. Stress corrosion cracking (SCC) of magnesium alloys // Stress corrosion cracking: Theory and practice. 2011. P. 341–380.

Atrens A., Winzer N., Dietzel W. Stress corrosion cracking of magnesium alloys // Advanced Engineering Materials. 2011. Vol. 13. № 1-2. P. 11–18.

Winzer N., Atrens A., Song G., Ghali E., Dietzel W., Kainer K.U, Hort N., Blawert C. A critical review of the Stress Corrosion Cracking (SCC) of magnesium alloys // Advanced Engineering Materials. 2005. Vol. 7. № 8. P. 659–693.

Winzer N., Atrens A., Dietzel W., Song G., Kainer K.U. Evaluation of the delayed hydride cracking mechanism for transgranular stress corrosion cracking of magnesium alloys // Materials Science and Engineering A. 2007. Vol. 466. № 1-2. P. 18–31.

Choo W.Y., Lee J. Thermal analysis of trapped hydrogen in pure iron // Metallurgical transactions A. Physical metallurgy and materials science. 1982. Vol. 13A. № 1. P. 135–140.

Merson E.D., Myagkikh P.N., Klevtsov G.V., Merson D.L., Vinogradov A. Effect of fracture mode on acoustic emission behavior in the hydrogen embrittled low-alloy steel // Engineering Fracture Mechanics. 2019. Vol. 210. P. 342–357.

Lynch S.P. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms // Corrosion Reviews. 2012. Vol. 30. № 3-4. P. 105–123.

Merson E.D., Myagkikh P.N., Poluyanov V.A., Merson D.L., Vinogradov A. On the role of hydrogen in stress corrosion cracking of magnesium and its alloys: Gas-analysis study // Materials Science and Engineering A. 2019. Vol. 748. P. 337–346.

Мягких П.Н., Мерсон Е.Д., Полуянов В.А., Мерсон Д.Л., Виноградов А.Ю. Состояние водорода и его роль в механизме коррозионного растрескивания под напряжением магниевых сплавов МА2-1 и МА14 // Перспективные материалы и технологии: сборник тезисов Международного симпозиума. Витебск, 2019. С. 230–232.

Полуянов В.А., Мерсон Е.Д., Мягких П.Н., Мерсон Д.Л., Виноградов А.Ю. Влияние продуктов коррозии, времени предварительной выдержки в коррозионной среде и скорости деформации на механические свойства и механизм разрушения сплава МА14 при испытаниях на воздухе // Перспективные материалы и технологии: сборник тезисов Международного симпозиума. Витебск, 2019. С. 402–404.

Kamilyan M., Silverstein R., Eliezer D. Hydrogen trapping and hydrogen embrittlement of Mg alloys // Journal of Materials Science. 2017. Vol. 52. № 18. P. 11091–11100.

Morozova G.I. Phase composition and corrosion resistance of magnesium alloys // Metal Science and Heat Treatment. 2008. Vol. 50. № 3-4. P. 100–104.

Tuchscheerer F., Krüger L. Hydrogen-induced embrittlement of fine-grained twin-roll cast AZ31 in distilled water and NaCl solutions // Journal of Materials Science. 2015. Vol. 50. № 14. P. 5104–5113.

Ono K., Meshii M. Hydrogen detrapping from grain boundaries and dislocations in high purity iron // Acta Metallurgica Et Materialia. 1992. Vol. 40. № 6. P. 1357–1364.

Cai L., Zhao L. Effect of hydrogen trapping and poisons on diffusion behavior of hydrogen in low carbon steel // Key Engineering Materials. 2018. Vol. 764. P. 3–10.

Клямкин С.Н. Металлогидридные композиции на основе магния как материалы для аккумулирования водорода // Российский химический журнал. 2006. T. 50. № 6. С. 49–55.

Опубликован
2020-03-28
Выпуск
Раздел
Технические науки