УДК 621.9.047
ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО РАСТВОРЕНИЯ МАГНИТОМЯГКОГО НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА 5БДСР В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ НИТРАТА И СУЛЬФАТА НАТРИЯ
, канд. техн. наук
, канд. техн. наук, доцент
, аспирант
, магистрант
(НГТУ, г. Новосибирск)
- 630073, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20,
Новосибирский государственный технический университет,
e-mail: *****@***com
Проведены потенциодинамические исследования электрохимического растворения магнитомягкого нанокристаллического сплава 5БДСР в 10% водных растворах нейтральных солей NaNO3 и Na2SO4 в диапазоне потенциалов от 0 до 12 В. Установлено, что растворение материала в водном растворе нитрата натрия происходит при потенциале 1,5 В, а в водном растворе сульфата натрия при потенциале – 2 В. Областями активного растворения являются диапазон потенциалов свыше 1,5 В до 4,5 В для нитрата натрия и свыше 2 В до 6,5 В для сульфата натрия. Оставшиеся области потенциалов относятся к областями пассивного растворения для обоих электролитов.
Potentiodynamic researches of electrochemical dissolution was conducted of the soft magnetic nanocrystalline alloy 5BDSR in water solutions of neutral salts 10% NaNO3 and Na2SO4 in the range of potentials from 0 to 12 V. It was established that dissolution of the alloy happened at of potential 1,5 V and 2 V in water solutions of neutral salts sodium nitrite and sodium sulfate. Dissolution of area at of salts sodium nitrite and of sodium sulfate was happened in an active state at the range of potentials from above 1,5 to 4,5 V and 2 to 6,5 V. In both electrolytes of potentials the remained areas were belonging under of passive dissolution.
Ключевые слова: электрохимическое растворение, поляризационные исследования, магнитомягкий нанокристаллический сплав, пассивация, электролиты.
Введение
Магнитомягкий нанокристаллический сплав 5БДСР, выпускаемый Ашинским металлургическим заводом (г. Аша) является, благодаря своим магнитным свойствам, одним из перспективных материалов для создания магнитопроводов. Особенности изготовления данного материала определяет форму его выпуска – ленты шириной около 10 мм и толщиной в 25 мкм. Таким образом, для создания изделия из данного материала потребуется его формообразование.
Традиционно для изготовления и обработки деталей применяют различные методы механического резания – точение, сверление, фрезерование и т. д. Однако, металлы, характеризующиеся высокой твердостью, вязкостью, пластичностью или хрупкостью трудно поддаются обработке механическим резанием или не поддаются вовсе. К данным материалам относится исследуемый нанокристаллический сплав 5БДСР, который обладает высокой хрупкостью. Одним из перспективных методов формообразования деталей из такого материала является электрохимическая обработка (ЭХО) [1]. Данный метод обработки сам по себе и в комбинации с другими физическими процессами доказал свою эффективность в различных схемах формообразования [2-6]. Метод основан на анодном растворении обрабатываемого материала в условиях высокой локализации процесса в токопроводящей среде, и характеризуется минимальными изменениями в поверхностном слое обрабатываемого материала [7].
Методика проведения экспериментов
Определение возможности электрохимического растворения материала при ЭХО основывается на снятии поляризационных кривых при помощи потенциодинамического метода. Сущность данного метода заключается в развертке потенциала с регистрацией при этом значения тока на аноде (исследуемом образце). Анализ графика зависимости плотности тока (j) от потенциала (ц) позволяет определить области активного растворения материала, характеризующиеся ростом плотности тока с увеличением потенциала, и области пассивации, где увеличение потенциала не приводит к росту плотности тока или сопровождается его снижением.
Для проведения потенциодинамических исследований используется потенциостат, который служит для задания развертки потенциала и регистрации значения тока, и трехэлектродная электрохимическая ячейка. В данной работе был использован потенциостат модели Elins P-20Х, нестандартная трехэлектродная ячейка с платиновым электродом сравнения, описание конструкции которой подробно представлено в работе [8]. Развертка потенциала осуществлялась в диапазоне от 0 до 12 В со скоростью 100 мВ/с, зазор между платиновым электродом сравнения и образцом составил 0,1 мм.
К образцу исследуемого материала предъявляются следующие требования: контактная площадь образца должна быть постоянной в процессе исследования. Образец исследуемого материала устанавливается в оправку и заливается диэлектриком - эпоксидной смолой марки ЭДП-2. Перед каждым опытом с рабочей поверхности образца удалялись оксидная пленка с помощью наждачной бумаги с последующим ее обезжириванием. Каждый опыт повторялся 5 раз.
В качестве электролита были выбраны 10% водные растворы NaNO3 и Na2SO4. Выбор электролитов производился на основании их распространенности при ЭХО других материалов на основе железа, а также их дешевизны, экологической безопасности и безопасности для человека [9, 10].
Результаты и обсуждение экспериментов
Поляризационная кривая, полученная при помощи потенциодинамического метода для магнитомягкого нанокристаллического сплава 5БДСР в водном растворе NaNO3, представлена на рисунке 1.
Рис.1. Потенциодинамическая поляризационная кривая анодного растворения сплава 5БДСР в 10% водном растворе нитрата натрия
Анализ представленной поляризационной кривой указывает на тот факт, что на ней можно выделить на три характерных участка. Первый участок находится в диапазоне потенциала от 0 до 1,5 В, характеризуемый нулевым значением плотности тока, что свидетельствует об отсутствии процесса электрохимического растворения. Второй участок в диапазоне потенциалов от 1,5 В до 4,5 В характеризуется ростом плотности тока с увеличением потенциала (от 0 до 10,5 А/см2). Данный участок является участком активного растворения материала. Третий участок поляризационной кривой, находится в диапазоне потенциалов от 4,5 В до 12 В (с 10,5 А/см2 до 2 А/см2) и характеризуется снижением плотности тока с ростом потенциала, является участком пассивации. Причиной пассивации может быть возникновение на поверхности образца пленок различной природы.
Несколько по иному выглядит поляризационная кривая, полученная для исследуемого материала в 10% водном растворе Na2SO4 (Рис. 2).
Рис.2. Потенциодинамическая поляризационная кривая анодного растворения сплава 5БДСР в 10% водном растворе сульфата натрия
Как и в случае поляризационных исследований в водном растворе нитрата натрия, поляризационную кривую для 10% водного раствора сульфата натрия можно разделить на три характерных участка. Первый участок располагается в диапазоне потенциалов от 0 до 2 В – участок, на котором электрохимического растворения материала не происходит. Второй участок, участок активного растворения, соответствует диапазону потенциалов от 2 В до 6,5 В и характеризуется ростом значения плотности тока (от 0 до 15 А/см2) с ростом потенциала. Третий участок находится в диапазоне потенциалов от 6,5 В до 12 В и характеризуется падением значения плотности тока (от 15 А/см2 до 12,5 А/см2) с ростом потенциала, что свидетельствует о пассивном растворении материала.
Выводы
Таким образом, проведенные исследования позволили установить, что электрохимическое растворение магнитомягкого нанокристаллического сплава 5БДСР в 10% водных растворах NaNO3 и Na2SO4 происходит как в стадии активного, так и пассивного растворения, о чем свидетельствуют кривые зависимости плотности тока от потенциала. Дальнейшие исследования должны быть направлены на выявление природы пассивации поверхности материала и поиска путей ее устранения.
Список литературы
1. Современные электрофизические технологии в машиностроении // Инновации в машиностроении (ИнМаш - 2017): сборник трудов VIII Международной научно-практической конференции, 28-30 сент. 2017 г. – Новосибирск, 2017. – С. 266-276.
2. , Технологические возможности электрохимической обработки отверстий неподвижным катодом-инструментом // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2016 г.- №2 (71). – С.12-20.
3. , , Степень локализации процесса при интенсификации анодного растворения меди // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2015 г. - № 3 (68). – С.58-65.
4. , , Технологические перспективы комбинирования электроэрозионных и электрохимических процессов в обработке отверстий малого диаметра//Наукоемкие технологии в машиностроении. -2016. -№ 10 (64). - С.7 -13.
5. Rakhimyanov K. M., Gaar N. P., Loktionov A. A. Role of laser radiation in activating anodic dissolution under electrochemical machining of metals and alloys // MATEC Web of Conferences: International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2017). - 2017. - Vol.129. - Art. 01070 (4 p.). - DOI: 10.1051/matecconf/201712901070.
6. Rakhimyanov H. M., Gaar N. P. Possible ways for intensification of dimensional electrochemical machining (DECM) // IFOST. Novosibirsk-Tomsk, Russia, June 23-29, 2008 - Proceedings of the 3rd International Forum on Strategic Technologies. - Novosibirsk. - 2008. - P. 106-107.
7. Вишницкий, и электромеханическая обработка металлов [Текст] / , , - Л.: Машиностроение, 1971, вып.3. - 211 с.
8. , Электрохимическая ячейка для исследования интенсификации ЭХРО лазерным излучением // В сборнике: Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса труды I всероссийской научно - технической конференции. 2007. - С. 251 -254.
9. Электрохимическая обработка металлов: Учеб. для СПТУ – М.: Высшая школа, 1988 г. – 184 с.
10. , , Исследование электролитов, обеспечивающих точность электрохимической обработки меди М1 // В сборнике: инновации в машиностроении – основа технологического развития России. Материалы VI международной научно-технической конференции, Барнаул, 23-26 сент. 2014 г. - Ч. 2. – С.100-104.
POTENTIODYNAMIC RESEARCHES ELECTROCHEMICAL DISSOLUTION OF THE SOFT MAGNETIC NANOCRYSTALLINE ALLOY 5BDPR IN WATER SOLUTIONS OF SALTS SODIUM NITRITE AND SULFATE
Gaar N. P., Сand. Sc. (Eng), e-mail: *****@***nstu. ru
Rakhimyanov K. Kh., Сand. Sc. (Eng), Associate Professor, e-mail: *****@***ru
Ivanova M. V., Graduate Student, e-mail: m. *****@***nstu. ru
Muratkoziev P. E., Masters Degree Student, e-mail: *****@***com
Novosibirsk State Technical University, 20 Prospect K. Markca, Novosibirsk, 630073, Russian Federation
Abstract
Potentiodynamic researches of electrochemical dissolution was conducted of the soft magnetic nanocrystalline alloy 5BDSR in water solutions of neutral salts 10% NaNO3 and Na2SO4 in the range of potentials from 0 to 12 V. It was established that dissolution of the alloy happened at of potential 1,5 V and 2 V in water solutions of neutral salts sodium nitrite and sodium sulfate. Dissolution of area at of salts sodium nitrite and of sodium sulfate was happened in an active state at the range of potentials from above 1,5 to 4,5 V and 2 to 6,5 V. In both electrolytes of potentials the remained areas were belonging under of passive dissolution.
Keywords
electrochemical dissolution, polarization studies, soft magnetic nanocrystalline alloy, passivation, electrolytes
УДК 621.9.047
ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО РАСТВОРЕНИЯ МАГНИТОМЯГКОГО НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА 5БДСР В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ НИТРАТА И СУЛЬФАТА НАТРИЯ
1, 1, 1, 1
1Новосибирский государственный технический университет, , г., Новосибирск, 630073, Россия
e-mail: *****@***nstu. ru
e-mail: *****@***ru
e-mail: m. *****@***nstu. ru
e-mail: *****@***com
Аннотация
Проведены потенциодинамические исследования электрохимического растворения магнитомягкого нанокристаллического сплава 5БДСР в 10% водных растворах нейтральных солей NaNO3 и Na2SO4 в диапазоне потенциалов от 0 до 12 В. Установлено, что растворение материала в водном растворе нитрата натрия происходит при потенциале 1,5 В, а в водном растворе сульфата натрия при потенциале – 2 В. Областями активного растворения являются диапазон потенциалов свыше 1,5 В до 4,5 В для нитрата натрия и свыше 2 В до 6,5 В для сульфата натрия. Оставшиеся области потенциалов относятся к областями пассивного растворения для обоих электролитов.
Ключевые слова
электрохимическое растворение, поляризационные исследования, магнитомягкий нанокристаллический сплав, пассивация, электролиты.
Список литературы
1. Современные электрофизические технологии в машиностроении // Инновации в машиностроении (ИнМаш - 2017): сборник трудов VIII Международной научно-практической конференции, 28-30 сент. 2017 г. – Новосибирск, 2017. – С. 266-277.
2. , Технологические возможности электрохимической обработки отверстий неподвижным катодом-инструментом // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2016 г.- №2 (71). – С.12-20.
3. , , Степень локализации процесса при интенсификации анодного растворения меди // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2015 г. - № 3 (68). – С.58-65.
4. , , Технологические перспективы комбинирования электроэрозионных и электрохимических процессов в обработке отверстий малого диаметра//Наукоемкие технологии в машиностроении. -2016. -№ 10 (64). - С.7 -13.
5. Rakhimyanov K. M., Gaar N. P., Loktionov A. A. Role of laser radiation in activating anodic dissolution under electrochemical machining of metals and alloys // MATEC Web of Conferences: International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2017). - 2017. - Vol.129. - Art. 01070 (4 p.). - DOI: 10.1051/matecconf/201712901070.
6. Rakhimyanov H. M., Gaar N. P. Possible ways for intensification of dimensional electrochemical machining (DECM) // IFOST. Novosibirsk-Tomsk, Russia, June 23-29, 2008 - Proceedings of the 3rd International Forum on Strategic Technologies. - Novosibirsk. - 2008. - P. 106-107.
7. Вишницкий, и электромеханическая обработка металлов [Текст] / , , - Л.: Машиностроение, 1971, вып.3. - 211 с.
8. , Электрохимическая ячейка для исследования интенсификации ЭХРО лазерным излучением // В сборнике: Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса труды I всероссийской научно - технической конференции. 2007. - С. 251 -254.
9. Электрохимическая обработка металлов: Учеб. для СПТУ – М.: Высшая школа, 1988 г. – 184 с.
10. , , Исследование электролитов, обеспечивающих точность электрохимической обработки меди М1 // В сборнике: инновации в машиностроении – основа технологического развития России. Материалы VI международной научно-технической конференции, Барнаул, 23-26 сент. 2014 г. - Ч. 2. – С.100-104.
