Роль соединений редкоземельных металлов в процессе коррозии конструкционных материалов

Объекты исследования: сталь марки 12Х18Н10Т и молибден (МЧ) в расплавах хлоридов калия и лития с добавлением трихлоридов церия и неодима. Цель: изучение процесса коррозии металлических материалов, коррозионных характеристик процесса взаимодействия в системе металл - расплав солей щелочных металлов, содержащей добавки трихлоридов f-элементов. Задачи: определение скорости коррозии конструкционных материалов, анализ образующихся продуктов коррозии и выявление механизма коррозии материалов в расплавленных галогенидах щелочных металлов, содержащих катионы лантаноидов. Выполнены выдержка в расплаве продолжительностью 4, 8, 24, 50 ч и анализ коррозионных разрушений в условиях, близких к рабочим условиям оборудования, для которого подбирается материал (солевой расплав заданного состава, температура 773 К). Оценена роль ионов редкоземельных металлов и их концентрации в механизме коррозии исследуемых материалов в расплавленных солях. Установлено, что характер разрушения поверхности стали в ходе выдержки в смеси LiCl - KCl, содержащей добавки трихлорида неодима и трихлорида церия, при 500°С межкристаллитный. Движущей силой коррозии в данных условиях являются процессы растворения анодных зон образующихся микрогальванопар сталь | карбид и взаимодействия компонентов сталей с катионами редкоземельных металлов. Процессы коррозии лимитируются диффузией компонентов сталей из объема зерен к их границе и отводом продуктов коррозии из расплава, находящегося в микротрещинах межкристаллитной «сетки». Основными корродирующими компонентами стали независимо от состава расплава являются соединения железа, хрома, марганца, что свидетельствует об электрохимической природе процессов коррозии. С увеличением концентрации трихлоридов неодима и церия скорость коррозии стали уменьшается за счет образования плотного слоя оксихлорида церия и неодима, препятствующего подводу к поверхности образцов окислителей из расплава. Коррозия молибдена в смеси LiCl - KCl, содержащей добавки трихлорида неодима и трихлорида церия, при 500°С равномерная, сопровождающаяся образованием плотного слоя из продуктов коррозии. При сравнении коррозионной стойкости стали и молибдена установлено, что скорость коррозии молибдена при одинаковых условиях примерно в пять раз меньше, чем у стали. Поскольку коррозия молибдена равномерная по всей поверхности, то отсутствует вероятность развития питтинговой коррозии, которая в дальнейшем приведет к сквозным коррозионным поражениям. В ряду церий - неодим ослабляются основные свойства образуемых ими соединений, закономерно снижается растворимость последних в хлоридном расплаве. На поверхности исследуемых материалов образуются кислородсодержащие соединения сложного состава на основе оксидов металлов и оксихлоридов лантаноидов, замедляющие коррозию материала как ингибиторы экранирующего типа. Повышение концентрации трихлоридов в расплаве не влияет на механизм процесса, поскольку процессы коррозии лимитируются диффузией компонентов сплава из объема зерен к их границе и отводом продуктов коррозии в расплав, находящийся в микротрещинах межкристаллитной «сетки». С увеличением концентрации соли лантаноида в расплаве защитное действие ингибитора наблюдается при 500°С. Наименее коррозионно-стойким среди изучаемых материалов в данных условиях является сталь 12Х18Н10Т. Молибден оказался наиболее устойчивым как к коррозии в отсутствие электрического тока, так и к электрокоррозии.