ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Разработка новых композиционных материалов на основе медных сплавов и нержавеющей стали и определение оптимальных параметров их получения дают возможность расширить области их применения, повысить эффективность и увеличить срок службы изделий и конструкций. Силовые механизмы морского оборудования (подшипник, цилиндр-поршень, насос, клапан, шестерня, гребной винт и др.), выполненные из сталей аустенитного класса или алюминиевой бронзы, находятся в прямом контакте с морской водой, поэтому проблема повышения их коррозионной стойкости в присутствии сильных окислителей (анионов Cl–, F–) является актуальной. Одним из эффективных и активно исследуемых способов получения композиционных материалов на основе медных сплавов и стали представляются аддитивные технологии, позволяющие создавать сложные детали посредством послойного выращивания и обладающие множеством преимуществ по сравнению с традиционными технологиями производства. Так, композиты на основе алюминиевой бронзы и стали могут быть получены методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства. Для применения полученных с помощью аддитивных технологий композиционных материалов во влажном (морском) климате требуется обеспечить не только высокие прочностные, но и коррозионные свойства. Целью данной работы являлось исследование коррозионной стойкости композитов на основе алюминиевой бронзы БрАМц9-2 и нержавеющей стали 06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством. Методы исследования. Исследование поверхности композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т до и после коррозионных испытаний проводили методами вольтамперометрии и электрохимической импедансной спектроскопии с использованием потенциостата-гальваностата. Результаты и обсуждение. С помощью комплекса электрохимических методов анализа было выявлено, что композиты БрАМц9-2/06Х18Н9Т с объемной долей стали 06Х18Н9Т не менее 25 % демонстрируют значительное снижение плотности анодных токов и одновременное повышение сопротивления переноса заряда. Композиты БрАМц9-2/06Х18Н9Т с содержанием стали 75 об. % характеризуются самыми высокими коррозионными свойствами в растворе 3,5 масс. % NaCl, что отражается на снижении скорости коррозии в 9,5 раза по сравнению с алюминиевой бронзой БрАМц9-2. Показано, что основными процессами на поверхности сформированных композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т являются анодное окисление Cu и Fe, приводящее к образованию продуктов коррозии – Cu₂O и FeCl₂.

1. Sliding wear behavior and electrochemical properties of binder jet additively manufactured 316SS /bronze composites in marine environment / L. Wang, A.K. Tieu, S. Lu, S. Jamali, G. Hai, Q. Zhu, H.H. Nguyen, S. Cui // Tribology International. – 2021. – Vol. 156. – P. 106810. – DOI: 10.1016/j.triboint.2020.106810.

2. Ateya B.G., Ashour E.A., Sayed S.M. Corrosion of α-Al bronze in saline water // Journal of the Electrochemical Society. – 1994. – Vol. 141 (1). – P. 71. – DOI: 10.1149/1.2054712.

3. Copper and copper alloys / ed. by J.R. Davis; prepared under the direction of the ASM International Handbook Committee. – Materials Park, OH: ASM International, 2001. – 869 p.

4. Blau P.J. Investigation of the nature of micro-indentation hardness gradients below sliding contacts in five copper alloys worn against 52100 steel // Journal of Materials Science. – 1984. – Vol. 19. – P. 1957–1968. – DOI: 10.1007/BF00550266.

5. Unlubricated rolling-sliding wear mechanisms of complex aluminium bronze against steel / Z. Shi, Y. Sun, A. Bloyce, T. Bell // Wear. – 1996. – Vol. 193 (2). – P. 235–241. – DOI: 10.1016/0043-1648(95)06773-6.

6. Kwarciak J., Bojarski Z., Morawiec H. Phase transformation in martensite of Cu-12.4% Al // Journal of Materials Science. – 1986. – Vol. 21. – P. 788–792. – DOI: 10.1007/BF01117355.

7. Adorno A.T., Guerreiro M.R., Benedetti A.V. Isothermal aging kinetics in the Cu–19 at.%Al alloy // Journal of Alloys and Compounds. – 2001. – Vol. 315 (1–2). – P. 150–157. – DOI: 10.1016/S0925-8388(00)01268-8.

8. Formation of microstructure and mechanical characteristics in electron beam additive manufacturing of aluminum bronze with an in-situ adjustment of the heat input / A.P. Zykova, A.O. Panfilov, A.V. Chumaevskii, A.V. Vorontsov, S.Yu. Nikonov, E.N. Moskvichev, D.A. Gurianov, N.L. Savchenko, S.Yu. Tarasov, E.A. Kolubaev // Russian Physics Journal. – 2022. – Vol. 65. – P. 811–817. – DOI: 10.1007/s11182-022-02701-6.

9. Preparation, mechanical properties and wear behaviours of novel aluminum bronze for dies / W.S. Li, Z.P. Wang, Y. Lu, Y. Gao, J.L. Xu // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2006. – Vol. 16 (3). – P. 607–612. – DOI: 10.1016/S1003-6326(06)60107-6.

10. Wire-arc additive manufacturing of nickel aluminum bronze/stainless steel hybrid parts – Interfacial characterization, prospects, and problems / C. Dharmendra, S. Shakerin, G.D. Janaki Ram, M. Mohammadi // Materialia. – 2020. – Vol. 13. – P. 100834. – DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100834.

11. Metallurgical process analysis and microstructure characterization of the bonding interface of QAl9-4 aluminum bronze and 304 stainless steel composite materials / L. Dong, W. Chen, L. Hou, Y. Liu, Q. Luo // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 238. – P. 325–332. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.07.041.

12. Specific aspects of the transitional layer forming in the aluminium bronze – stainless steel functionally graded structures after laser metal deposition / K. Makarenko, O. Dubinin, P. Shornikov, I. Shishkovsky // Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 94. – P. 346–351. – DOI: 10.1016/j.procir.2020.09.143.

13. In-situ dispersion hardened aluminum bronze/steel composites prepared using a double wire electron beam additive manufacturing / A. Zykova, A. Panfilov, A. Chumaevskii, A. Vorontsov, E. Moskvichev, S. Nikonov, D. Gurianov, N. Savchenko, E. Kolubaev, S. Tarasov // Progress in Additive Manufacturing. – 2023. – Vol. 8. – P. 1067–1082. – DOI: 10.1007/s40964-022-00378-4.

14. Microstructures and phases in electron beam additively manufactured Ti-Al-Mo-Zr-V/CuAl9Mn2 alloy / A. Zykova, A. Nikolaeva, A. Panfilov, A. Vorontsov, A. Nikonenko, A. Dobrovolsky, A. Chumaevskii, D. Gurianov, A. Filippov, N. Semenchuk, N. Savchenko, E. Kolubaev, S. Tarasov // Materials. – 2023. – Vol. 16 (12). – P. 4279. – DOI: 10.3390/ma16124279.

15. Aluminum Bronze/Udimet 500 composites prepared by electron-beam additive double-wire-feed manufacturing / A. Zykova, A. Chumaevskii, A. Panfilov, A. Vorontsov, A. Nikolaeva, K. Osipovich, A. Gusarova, V. Chebodaeva, S. Nikonov, D. Gurianov, A. Filippov, A. Dobrovolsky, E. Kolubaev, S. Tarasov // Materials. – 2022. – Vol. 15 (18). – P. 6270. – DOI: 10.3390/ma15186270.

16. Электронно-лучевое аддитивное производство композиционного сплава из нержавеющей стали и алюминиевой бронзы: микроструктура и механические характеристики / А.П. Зыкова, А.О. Панфилов, А.В. Чумаевский, А.В. Воронцов, С.Ю. Тарасов // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. – 2023. – Т. 66 (2). – С. 197–205. – DOI: 10.17073/0368-0797-2023-2-197-205.

17. The microstructure, phase composition and tensile properties of austenitic stainless steel in a wire-feed electron beam melting combined with ultrasonic vibration / A. Vorontsov, S. Astafurov, E. Melnikov, V. Moskvina, E. Kolubaev, E. Astafurova // Materials Science and Engineering: A. – 2021. – Vol. 820. – P. 141519. – DOI: 10.1016/j.msea.2021.141519.

18. Ravichandran R., Nanjundan S., Rajendran N. Effect of benzotriazole derivatives on the corrosion and dezincification of brass in neutral chloride solution // Journal of Applied Electrochemistry. – 2004. – Vol. 34. – P. 1171–1176. – DOI: 10.1007/s10800-004-1702-4.

19. Standard potentials in aqueous solution / ed. by A.J. Bard, R. Parsons, J. Jordan. – New York: CRC Press, 1985. – 366 p.

20. Stern M., Geary A.L. Electrochemical polarization: I. A theoretical analysis of the shape of polarization curves // Journal of the Electrochemical Society. – 1957. – Vol. 104. – P. 33–63. – DOI: 10.1149/1.2428496.

21. Alaneme K.K., Odoni B.U. Mechanical properties, wear and corrosion behavior of copper matrix composites reinforced with steel machining chips // Engineering Science and Technology, an International Journal. – 2016. – Vol. 19 (3). – P. 1593–1599. – DOI: 10.1016/j.jestch.2016.04.006.

22. Electrochemical study of the corrosion behavior of bronze under acetic acid-containing thin electrolyte layers / Y. Yan, W. Hua, S. Zhong, L. Zhang, L. Dai, H. Zhou, L. Wu, L. Cai // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6. – P. 0965b7. – DOI: 10.1088/2053-1591/ab1545.

23. Corrosion behavior of heat-treated nickel-aluminum bronze alloy in artificial seawater / A.V. Takaloo, M.R. Daroonparvar, M.M. Atabaki, K. Mokhtar // Materials Sciences and Applications. – 2011. – Vol. 2. – P. 1542–1555. – DOI: 10.4236/msa.2011.211207.