автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.03, диссертация на тему:Коррозионное поведение высокодисперсных систем на основе Fe, полученных измельчением в органических средах

На правах рукописи

СЮГАЕВ АЛЕКСАНДР ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

КОРРОЗИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ Ее, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕМ В ОРГАНИЧЕСКИХ СРЕДАХ

05.17.03 - технология электрохимических процессов и защита от коррозии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Пермь - 2005

Работа выполнена, в лаборатории ультрадисперсных систем Физико-технического института УрО РАН (г. Ижевск)

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Решетников Сергей Максимович

Научный консультант:

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Ломаева Светлана Федоровна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Васильев Владимир Юрьевич доктор физико-математических наук, профессор Скрябина Наталия Евгеньевна

Ведущая организация:

Ижевский государственный технический университет

заседании диссертационного совета ВАК Д 212.189.04. в Пермском государственном университете по адресу: 614900, г. Пермь, ГСП, ул. Букирева, 15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета (614900, г. Пермь, ГСП, ул. Букирева, 15)

на

Автореферат разослан

Ученый секретарь Диссертационного совета

И.В. Петухов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

В последнее время значительно возрос интерес к высокодисперсным порошкам железа, обладающим многими уникальными свойствами, отсутствующими у металла в массивном состоянии. Особые магнитные, электрические, механические свойства частиц порошков позволяют рассматривать их как перспективные материалы для магнитной записи, приготовления магнитных жидкостей, создания новых композиционных материалов и т.д. Быстро развиваются разработки высокодисперсных магнитных биоматериалов (магнитных носителей) для научных и клинических приложений.

Известно большое число методов синтеза высокодисперсных порошков железа. Изменение режимов синтеза в большинстве методов влияет на форму и размер образующихся частиц. Особенностью механического измельчения является возможность варьирования в широких пределах фазово-структурного состояния частиц порошка, что значительно расширяет возможности синтеза материалов с требуемыми свойствами. Использование различных органических сред и поверхностно-активных веществ позволяет достичь высокой дисперсности порошков и повысить их устойчивость к агломерации. Кроме того, в последнее время измельчение в органических средах используется и для целенаправленного синтеза ряда фаз.

Высокая удельная поверхность является причиной повышенной химической активности порошков, поэтому одной из важнейших и актуальных проблем в области получения и применения высокодисперсных металлов является их устойчивость к действию внешней среды. Эта проблема особенно актуальна для порошков на основе железа - металла, склонного к окислению. Особое значение имеет исследование коррозии порошков в нейтральных средах, поскольку большинство практически значимых случаев коррозии (природные условия) протекает именно в нейтральных средах. Несмотря на это, в литературе представлено мало работ, посвященных исследованию коррозионного поведения высокодисперсных металлических порошков. Одной из причин этого являются серьезные методические затруднения, поскольку к высокодисперсным порошкам не применимы большинство методов, использующихся при исследовании массивных материалов.

Наиболее распространенным способом стабилизации высокодисперсных порошков является создание на поверхности защитного слоя. В случае механического диспергирования защитный слой может быть создан непосредственно при получении порошка путем внесения стабилизатора в среду измельчения. Кроме того, при измельчении в объеме порошка могут быть синтезированы фазы, обладающие высокой коррозионной стойкостью. Другим подходом к синтезу коррозионно-стойких высокодисперсных порошков может быть использование в качестве исходного материала таких сплавов, как Fe-Si, или же легирование порошка непосредственно в ходе измельчения, например, использованием кремнийорганической среды.

Цель работы

Установление взаимосвязи между коррозионным поведением и строением поверхностных слоев, а также фазово-структурным состоянием высокодисперсных порошков на основе железа, полученных механическим измельчением в органических средах.

В связи с поставленной целью в настоящей работе решались следующие задачи:

1. Разработка методики исследования коррозионной стойкости высокодисперсных порошков на основе железа в нейтральных средах.

2. Исследование коррозионного поведения порошков в зависимости от среды и длительности измельчения.

3. Исследование влияния выдержки на воздухе и термообработки на коррозионное поведение порошков.

4. Исследование строения поверхностного слоя порошков в зависимости от среды, длительности измельчения, выдержки на воздухе и термообработки.

5. Исследование влияния строения поверхностного слоя и структурно-фазового состояния объема материала на коррозионное поведение порошков.

Работа выполнена в соответствии с планом фундаментальных исследований ФТИ УрО РАН тема №3.14 «Исследование процессов межфазных взаимодействий при формировании наноструктурных композиционных материалов» и грантом РФФИ №04-03-96023 «Электрохимическое и коррозионное поведение высокодисперсных металлических систем на основе железа»

Объекты и методы исследования

Объектами исследования являлись высокодисперсные порошки, полученные измельчением Fe и сплава Fe(80)Si(20) в шаровой планетарной мельнице в течение 1-99 ч. В качестве основных сред измельчения для Fe были использованы гептан и растворы (0,3 мас.%) олеиновой кислоты и винилтриэтоксисилана в гептане; для сплава Fe-Si - гептан и раствор (0,3 мас.%) олеиновой кислоты в гептане.

В качестве основного метода анализа состава поверхностного слоя использован метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Фазово-структурное состояние исследовалось рентгеновской дифракцией, дисперсность и форма частиц определялись с помощью атомно-силовой и электронной микроскопии, лазерным дифракционным анализом.

Научная новизна работы

Для исследования коррозионного поведения высокодисперсных порошков в нейтральных средах предложен и использован метод, основанный на измерении объема кислорода, поглощенного образцом в ходе коррозии.

Впервые исследовано коррозионное поведение высокодисперсных механоактивированных порошков на основе Fe. Установлено, что среда и

время измельчения существенно сказываются на коррозионном поведении порошков.

Впервые показано, что в процессе механоактивации одновременно с ростом дисперсности может быть повышена коррозионная стойкость порошков как за счет формирования на поверхности защитного слоя, так и за счет изменения фазово-структурного состояния. Поверхностный слой с высокими защитными свойствами формируется на порошках Fe и Fe-Si при измельчении в присутствии олеиновой кислоты. Значительное повышение коррозионной стойкости может достигаться вследствие формирования в процессе механоактивации аморфных фаз в объеме частиц. Установлено, что легирование кремнием в процессе измельчения Fe с винилтриэтоксисиланом не приводит к повышению коррозионной стойкости порошков.

Выполнено исследование строения поверхностных слоев механоактивированных порошков в зависимости от среды и времени измельчения, а также от выдержки на воздухе, отжигов, обработки низкотемпературной плазмой. Показано, что поверхностный слой порошков Fe и Fe-Si, механоактивированных в органических средах, содержит графит, оксиды и органические соединения. Установлено, что высокие защитные свойства поверхности обусловлены формирующимися непосредственно в процессе измельчения оксидными структурами и адсорбированными на них длинноцепочечными поверхностно-активными веществами, такими как олеиновая кислота и продукты ее частичного разрушения.

Практическая значимость работы

Предложена и отработана методика коррозионных испытаний, позволяющая исследовать коррозионное поведение высокодисперсных металлических порошков и проводить оценку эффективности защитных покрытий.

Выявленные закономерности формирования поверхностных слоев и структурно-фазового состава, обеспечивающих противокоррозионную защиту, могут стать основой для целенаправленного синтеза коррозионно-стойких высокодисперсных металлических порошков.

Положения, выносимые на защиту

1. Методика коррозионных испытаний высокодисперсных металлических порошков в нейтральных средах.

2. Результаты коррозионных испытаний высокодисперсных порошков на основе Fe и Fe-Si, полученных механическим измельчением в органических средах.

3. Закономерности формирования поверхностного слоя в зависимости от среды, длительности измельчения, а также от выдержки на воздухе и термообработки.

4. Механизмы формирования коррозионной стойкости высокодисперсных порошков в процессе механоактивации в органических средах.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были представлены на: Intern. Confer. Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies, Novosibirsk, 2001; V Российская университетско-академическая научно-практическая конференция, Ижевск, 2001; III Междунар. конфер. "Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии", Санкт-Петербург, 2001; Конференции молодых ученых Физико-технического института УрО РАН, Ижевск, 2001, 2002, 2003; VI Всероссийская конф. «Физико-химия ультрадисперсных систем», Томск, 2002; IV международная школа-семинар «Коррозия. Современные методы исследования и предупреждения коррозионных разрушений», Ижевск, 2003; Всероссийская конф. «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VII)», Обнинск, 2003; Inter. Conf. "Nanoparticles, Nanostructures and Nanocomposites", Saint-Petersburg, 2004; Intern. Conf. "Mechanochemical synthesis and sintering", Novosibirsk, 2004; II Всероссийская конф. «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах», Воронеж, 2004.

Основное содержание диссертационной работы в 4 статьях и 10 тезисах докладов.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 101 странице, состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка цитированной литературы (175 наименований) и включает 40 рисунков и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы исследования, сформулированы цели и задачи, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

Первая глава обобщает результаты анализа опубликованных к настоящему моменту литературных данных, касающихся методов получения и стабилизации высокодисперсных порошков Fe, основное внимание уделено методу механического измельчения в присутствии органических сред. Рассмотрены превращения органических веществ под действием механических нагрузок; структурно-фазовые превращения в металле, происходящие при измельчении в органических средах. Подробно рассмотрено коррозионное поведение Fe в нейтральных средах, особенности коррозионно-электрохимического поведения сплавов Fe-Si. а также существующие на сегодняшний день методы исследования коррозионно-электрохимического поведения высокодисперсных металлических порошков.

По результатам обзора обоснован выбор метода получения высокодисперсных частиц, конкретных систем для исследования и методов исследования. Обоснована постановка цели и задач диссертационной работы.

Во второй главе описаны методика получения порошков, используемые в работе материалы, методы экспериментального исследования. Представлены результаты оценки применимости методов

анализа поверхности к исследуемым в работе высокодисперсным порошкам и описана предложенная методика коррозионных испытаний и ее апробация.

В исходном состоянии порошки карбонильного Fe (ос.ч., массовая доля С <0,03%) и Fe-Si (20 ат.% Si) имели размеры частиц < 300 мкм. Порошки получены измельчением в шаровой планетарной мельнице "Frisch P-7". Порошки получены измельчением:

1) Fe в гептане (Fet), в гептане с добавками (0,3 мас.%) олеиновой кислоты (Fe0K) и винилтриэтоксисилана (FeBT3C) Все пространство сосуда заполнялось раствором, который заменялся на свежий каждые 3 ч. Время измельчения tUM изменялось от 1 до 99 ч.

2) Fe в гептане с добавками (10мас.%) олеиновой кислоты и винилтриэтоксисилана. Все пространство сосуда заполнялось раствором, которые не заменялся, tus>=244.

3) Fe в олеиновой кислоте, винилтриэтоксисилане, изопропиловом спирте и уксусной кислоте. Измельчение осуществлялось с 2 г органического вещества, tuall=244.

4) сплава Fe-Si в гептане (Fe-Sir) и в гептане с добавками (0,Змас.%) олеиновой кислоты (Fe-Si^)- Время измельчения tU3M изменялось от 1 до 99 ч. Все пространство сосуда заполнялось раствором, который заменялся на свежий каждые 3 ч. Время измельчения tU3M изменялось от 1 до 99 ч.

В качестве эталонных образцов использовались порошки Fe-C, полученные измельчением смеси (10 г) порошков a-Fe и С в атомном соотношении 85:15 в атмосфере Ar (tUäM=16 ч) и измельчением сплава Fe(80)Si(20) в Ar(tu„=12 4).

Отжиги порошков проводили при температурах Тотж=400, 500, 800°С в атмосфере Аг в течение 1 ч по схеме - нагрев со скоростью 60 град/мин до заданной температуры, выдержка, охлаждение со скоростью 100 град/с.

Исследование коррозионного поведения выполнено в физиологическом растворе (0,85% NaCl при 37°С).

Рентгеноструктурные исследования проводились на дифрактометре ДРОН-3 в CUKA излучении. Мессбауэровские исследования выполнены на спектрометре ЯГРС-4М, работающем в режиме постоянных ускорений с источником у-излучения 57Со в матрице Сг. Электронно-микроскопические исследования выполнены на микроскопе Teol JEM2000 FXII при ускоряющем напряжении 200 кВ. Функции распределения частиц по размерам получены на лазерном дифракционном микроанализаторе Analysette 22. Форма и размеры частиц порошков исследованы методом атомно-силовой микроскопии на сканирующем зондовом микроскопе P47-SPM-MDT. Оже-спектры и изображения частиц во вторичных электронах получены на спектрометре JAMP-10S. Рентгеновские фотоэлектронные спектры получены на спектрометре ЭС-2401 с Mg анодом.

Проведенный анализ результатов, полученных методами РФЭС и Оже-спектроскопии показал, что при исследовании высокодисперсных порошков, стабилизированных органическим слоем и содержащих значительные

количества неравновесных фаз, нельзя использовать метод Оже-спектроскопии, как и ионное травление. Показано, что разогрева образца, вызванного действием электронного пучка, достаточно, чтобы произошла не только деструкция поверхностного органического слоя, но и структурно-фазовые превращения в объеме частиц, вплоть до оплавления частиц. При исследовании такого рода систем наиболее подходящим является метод РФЭС.

Единственная известная методика исследования коррозионной стойкости высокодисперсных порошков на основе железа в нейтральных средах, суть которой заключается в сопоставлении объемов водорода, выделившихся при полном растворении в кислоте исходного образца и образца, прошедшего коррозионное испытание, неприменима к системам с повышенной кислотостойкостью. Исследование порошков Fer и FeOK оказалось возможным только при травлении в концентрированной HCI, а коррозионную стойкость порошков Fe-Si по известной методике исследовать не удалось.

Предложено использовать метод, основанный на измерении объема кислорода, поглощенного в ходе коррозии. Зависимость «объем поглощенного кислорода - время экспозиции» позволяет выявить кинетические особенности процесса и сравнивать различные системы, в том числе и кислотостойкие порошки. В предложенном методе при кинетических исследованиях коррозии не требуется проведения множественных испытаний, что является достоинством по сравнению с известной методикой. Поскольку кислород окисляет не только металл, но и образующиеся в ходе коррозии соединения железа (П), предложенный метод не позволяет определить величины коррозионных потерь.

Апробация предложенного метода проведена на порошках Fer и Fe0K (¿„=24ч). Результаты, полученные обоими методами, сходятся удовлетворительно. Наблюдаемый индукционный период, в ходе которого скорость коррозии относительно мала, для порошка Fe0K составляет величину порядка 100 мин; для порошка Fer -10 мин.

В третьей главе представлены результаты исследования порошков Fe.

Порошки Fer и Fe0K

При tU3M=24 ч средний размер частиц порошка Fer - 18, а порошка Fe0K - 8 мкм, при tU3M=99 ч - 30 и 4 мкм соответственно. К максимальному tU3M=994 частицы представляли собой нанокомпозиты со средним размером зерна a-Fe 5 нм, содержащий в случае Fer смесь - (a-Fe + цементит + аморфно-подобная фаза Fe-C), в случае Fe0K - («-Fe + цементит+ FeOOH + аморфно-подобная фаза Fe-0-C).

При коррозии порошков (рис.1) наблюдается индукционный период, появление которого связано с наличием на поверхности порошков защитного слоя.

Порошки Fe1 независимо от tU3M имеют одинаковую коррозионную стойкость и одинаково малый индукционный период - около 10 мин. Следовательно, защитный эффект поверхностного слоя, сформированного

при измельчении в гептане, незначителен. Коррозионные потери порошков Fer значительно выше, чем у исходного карбонильного железа, что связано с большей дисперсностью.

Коррозионная стойкость порошков Fe0K повышается с увеличением tшм ■ индукционный период возрастает от 10 мин при 4„=6 ч до 480 мин при *„щ"99 ч. Таким образом, в ходе измельчения в присутствии олеиновой кислоты на поверхности частиц формируется защитный слой.

Кмл

К.мл

40

100

200

300

400

/ ,МИН жя

Рис 1 Зависимость объема поглощенного кислорода V, мл от времени экспозиции tU3M мин в коррозивной среде а, б- порошки Fer, Feox соответственно Время измельчения (ч) 1-6, 2-12, 3-24, 4-48,5-99, 6-ucxoднoeFe

РФЭС-исследования порошков (рис. 2) показали, что поверхностный слой порошков Fer и Fe0K независимо от среды и времени измельчения имеет следующий состав: С - 60 ат.%, О - 30%, Fe - 10%

Для идентификации химического состояния элементов были использованы следующие данные об изменении Еа внутренних уровней: в Cls-спектрах линия с £св=282,5 эВ соответствует карбидам Fe; линия с EçitZM,0 эВ соответствует графиту; Ет=285,0 эВ - алкильные группы; £Св>286,0 эВ - кислородсодержащие органические группы. В Fe3p-cneKrpax линия с £„»53,0 эВ соответствует Fe° или Fe в сплаве с S£<i~$5,3 В -Fe203; £„=56,6 эВ-FeOOH.

Анализ спектров показал, что поверхностный слой порошков толщиной не более 10 нм содержит графит, оксиды и органические соединения.

Увеличение интенсивности линии оксида в Fe3p спектрах порошка Fer после выдержки на воздухе в течение 2 ч свидетельствует о том, что формирование оксидной составляющей происходит преимущественно после выноса порошков из среды измельчения на воздух Присутствие оксида на порошке Fer, который помещен в спектрометр без выдержки на воздухе, вероятнее всего связано с окислением остаточным воздухом в камере спектрометра

В спектре порошка Fe0K интенсивность линии оксида не увеличивается после 2 ч выдержки на воздухе. В случае Fe0K оксид формируется

непосредственно в ходе измельчения, а источником кислорода служит олеиновая кислота, разрушаемая при механоактивации.

Ре СЬ Ре РеЗ р

-А—'-Л«—

Рис, 2. С 1.1 и Feip-спектры порошков Fer, Fcok (tm»=24 ч) в зависимости от обработки: 1-4 - образцы, выдержанные на воздухе в течение 0, 2 ч, 1 года, J лет соответственно; 5 - образец 3 после обработки в плазме гептана

При длительной выдержке порошков на воздухе (1,3 года) оксидный слой продолжает расти, окисляется и органическая составляющая поверхности - в Ск-спектрах растет интенсивность линий кислородсодержащих органических групп.

Для выяснения роли оксидного и углеводородного слоев в защитных свойствах поверхностного слоя проведена обработка порошков в низкотемпературной плазме гептана, которая позволяет дополнительно осадить на поверхности углеводородную пленку.

На коррозионное поведение порошков Рег обработка в плазме не повлияла (рис. 3), а индукционный период порошков Ре0К уменьшился в 4 раза. Обработка в углеводородной плазме одинаково сказалась на составе поверхности порошков Рег и Ре0К- Общее содержание углерода увеличилось до 80%, а в Ск-спектре (рис.2) увеличилась интенсивность линии с Есв=285,0 эВ, что свидетельствует о росте углеводородной пленки. Одновременно в условиях плазмообработки происходит восстановление поверхностных оксидов - уменьшается общее содержание кислорода до 15% и интенсивность линии оксида в РеЗр-спеКТре. Таким образом, несмотря на увеличение толщины углеводородной пленки, восстановление оксида в ходе плазмообработки ухудшите защитные свойства поверхностного слоя порошка Ре0К, следовательно, важную роль в защитных свойствах поверхностного слоя играет оксидная составляющая.

V, мл5

41 /1 .2

Рис.3. Зависимость объема

поглощенного кислорода V, m от

времени экспозиции 1ЖЛ мин в

коррозивной среде. 1,2- порошки

Fer и Fe0K jtm»=24 ч)

соответственно. 1, Ï - после

—i—:—,—I—■—г-—•—;—.—,—.—т— обработки в плазме гептана О 20 40 60 80 100 120

t .мин

»СП

Для выяснения влияния химической природы среды измельчения на защитные свойства поверхностного слоя исследовано коррозионное поведение порошков в зависимости от 1) концентрации ОК - 10% раствор в гептане и чистая ОК; 2) длины углеводородного радикала в молекуле карбоновой кислоты - уксусная кислота (НАс) и ОК; 3) природы функциональной группы - НАс и изопропиловый спирт (i-PrOH).

Отсутствие в Fe3p-спектpax порошков (рис. 4), полученных в НАс и i-PrOH, линии Fe° означает, что в этих средах формируются более толстые оксидные пленки, нежели на порошках Fer и Fe0K- При измельчении в 10% растворе ОК и чистой ОК оксидный слой на порошках значительно тоньше, о чем свидетельствует значительный вклад Fe° в Fe3p-спектр.

Общим в Cls-спектрах всех порошков является присутствие линии с Есв~288,8 эВ, характерной для солей Fe с карбоксильной группой. При измельчении с НАс образуется ацетат Fe, в случае ОК - олеаты Fe или соли Fe с продуктами частичного разрушения ОК. Порошки, полученные с ОК, отличаются от остальных значительно большим вкладом от окисленных органических групп и присутствием интенсивной линии с Есв~287,3 эВ. Ближе всего эта линия к С-О-О-С и С-О-О-Н (Есв=287,2 эВ) связям. Эти группы могли образоваться как при механодеструкции ОК в процессе измельчения, так и при выдержке порошков на воздухе. При образовании на частицах Fe упорядоченных плотноупакованных слоев олеиновой кислоты возможна ее сополимеризация с кислородом с образованием сшивок С-О-О-С между соседними молекулами ОК. Такие слои отличаются высокими защитными свойствами.

Индукционный период при коррозии порошка (рис.5), полученного с i-PrOH, такой же, как и в случае гептана и исходного карбонильного Fe - 5-10 мин. При коррозии порошка, полученного с НАс, индукционный период вообще не наблюдается. Следовательно, поверхностная оксидная пленка даже значительной толщины практически не тормозит коррозию порошков. Для порошков, полученных в 10% растворе ОК и в чистой ОК, коррозия не наблюдалась во всем исследованном диапазоне t3Kcn. Эти порошки являются более коррозионно-стойкими, чем порошок, полученный в 0,3 мас.%

растворе ОК. Таким образом, при более высоком содержании ОК в среде измельчения защитные свойства поверхностного слоя порошков выше.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что определяющую роль в противокоррозионных свойствах поверхности порошков, полученных с ОК, играют оксидный слой вместе с хемосорбированной олеиновой кислотой (олеаты Fe) или продуктами ее частичного разрушения.

Для выяснения роли структурно-фазового состояния (нанокристаллическое состояние, присутствие включений фаз Fe-C, выделений графита на поверхности частиц) в коррозионном поведении порошков Fe исследован ряд модельных систем, полученных измельчением Fe в гептане ^=48ч) и с графитом 16ч) и последующими отжигами. Структурно-фазовые характеристики представлены в таб. 1, изображение частицы - на рис.6.

Таблииа I Фазовый состав (am доли фаз) и размеры <L> зерна a-Fe

Среда ц Т„„ °с Аморфна« фаза Fe-C Ге3С a-Fe <L>, нм

- . 65 0 35 4

500 1 0 60 40 80

Графит 16 800 1 0 20 80 200

700 10 0 0 100 >200

- - 20 0 80 4

Гептан 48 500 1 0 20 80 80

m 1 0 20 80 200

Ф'-

Кия

4

з 2

Рис 6 Электронно-микроскопическое изображение частицы порошка Рв, измельченного с графитом и отожженного при Тотж = 700 оС в течение 10 ч

К мл

50

100

t

150 , МИН

Рис 7 Зависимость объема поглощенного кислорода V мл, от времени экспозиции в коррозивной среде мин Порошки получены с графите (a) t^-164 и в гептане (б) 1-после изчепьчения, 2,3,4- после отжигов 50(fC (1 ч), 80СС (1 ч) 70VC (10 ч) соответственно

Результаты коррозионных испытаний этих систем приведены на рис 7. Присутствие цементита в различных количествах, изменение размера зерна, образование пленок графита на поверхности частиц практически не сказываются на коррозионном поведении порошков Fe-C. Исключение составляют значительные количества аморфной фазы, в присутствии которых на поверхности порошка формируется оксидная пленка с несколько более высокими защитными свойствами.

Порошки FeBTX

Средний размер частиц порошка FeBT3C при fH3M=24 ч - 5, 99-2 мкм. Порошки FeBT3C представляют собой нанокомпозиты - (a-Fe + FejC + аморфно-подобная фаза Fe-C-Si-O).

РФЭС-исследования показали, что поверхностный стой порошков FeBT3C содержит оксиды Fe, Si в сплаве с Fe, органические, в том числе и кремнийорганические, соединения, силикатные структуры и графит. Изменения относительного содержания элементов в поверхностном слое в зависимости от выдержки на воздухе и термообработки представлены в табл.2. При выдержке на воздухе с поверхности удаляются кремнийорганические соединения. В ходе отжига поверхностный слой окисляется с образованием структуры, характерной для Fe-Si сплавов (силикаты железа и S1O2).

Таблица 2 Экчентный ¡-остов поверхности частый порошка Fe^rr t„-,*=99 ч

Выдержка на воздухе Содержание элемента, ат.%

С 0 Fe Si Fe/Si

0 43 38 13 6 2,2

1час 61 26 8 5 1,6

1 год 44 37 15 4 3.7

1 год* 61 29 7 3 2,3

* - с последующим отжигом 800°С

В табл. 3 приведены значения длительности индукционного периода и угла наклона зависимости «обьем поглощенного кислорода - время экспозиции» (скорость коррозии после разрушения защитного слоя), наблюдающиеся при коррозии порошков FeВТЭС . Возрастание индукционного периода с увеличением Тизм свидетельствует о формировании защитного слоя в процессе измельчения. Увеличение скорости коррозии с ростом ^ связано с повышением дисперсности.

Таблица 3 Дпителыюсть индукционного периода величина угла наклоне зависимости «объем

и. Ч исходное Fe 1 24 48 99

Выдержка на воздухе - 1год 1 ч 1 год 1 год

Индукционный период, мин 5 5 11 18 31 22 5

Угол наклона, мл/г-мин 0,3 0,8 1,0 1,5 2,0 2,0 1,1

*- с последующим отжигом 800°С

Рис 8 Зависимость объема поглощенного кислорода V, ли, от времени экспозиции в коррозивной среде мин порошков (1зм=99 ч)

1 - Ге 2 - Ге 3 - Ге 4 -

1 ^ ^ ^ * ^ВТЭС ^

исходное Ге

Годовая выдержка порошка на воздухе и термообработка ухудшают защитные свойства поверхностного слоя, поскольку с поверхности

удаляются кремнийорганические соединения. Несмотря на обогащение поверхности кремнием и образование SiO2 после отжига, коррозионная стойкость порошков не повышается.

Защитные свойства поверхностного слоя порошков FeBT3C значительно ниже, чем у порошков Fe0K (рис. 8). Таким образом, защитные свойства поверхностного слоя порошков FeBT3C обусловлены в основном кремнийорганическими соединениями.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что оксидная пленка с хемосорбированной олеиновой кислотой или продуктами ее частичного разрушения обеспечивает высокие противокоррозионные свойства поверхностного слоя. При измельчении в средах, не содержащих длинноцепочечные ПАВ, несмотря на формирование толстых оксидных пленок и легирование поверхностного слоя Si, защитные свойства поверхностного слоя значительно ниже. Образование пленок графита на поверхности, как и другие фазово-структурные изменения, практически не сказываются на коррозионном поведении порошков Fе.

В четвертой главе представлены результаты исследования порошков

Fe-Si.

Частицы порошков Fe-Sit и Fe-Si^ по данным атомно-силовой микроскопии имеют близкие размеры - 0.1-0,2 мкм и агломерированы, средние размеры агломератов: Fe-Sir- 22, Fe-Si0K - 2 мкм.

В процессе измельчения и последующего отжига в порошках происходит ряд структурно-фазовых превращений. При измельчении в гептане накапливается аморфная Fe-Si-C фаза, а в присутствии олеиновой кислоты наряду с небольшим количеством аморфной фазы образуется силикокарбид железа, имеющий состав Fe8Si2C. Аморфная фаза при ТОТЖ=400 и 500°С кристаллизуется в силикокарбид железа. При ГОГЖ=800°С порошок Fe-Sir возвращается в состояние, соответствующее исходному сплаву Fe80Si20- Для Fe-Si0K наблюдается образование сплава Fe87Si13, обедненного по Si по сравнению с исходным сплавом, что вызвано образованием SiC2 в объеме частиц за счет кислорода олеиновой кислоты.

Анализ РФЭ-спектров порошков Fe-Sir и Fe-Si0K (табл. 4) показал, что в поверхностном слое присутствуют карбиды, графит, оксиды и органические соединения. Как и в случае систем Fe, для Fe-Si в присутствии олеиновой кислоты оксидный слой формируется непосредственно в процессе измельчения; оксидный слой на порошках Fe-Sir формируется преимущественно после выноса порошков из среды измельчения и выдержке на воздухе.

Результаты исследования коррозионного поведения представлены на рис. 9. Наблюдаемое снижение скорости коррозии при достижении определенной величины коррозионной потери характерно для сплавов Fe-Si, и происходит вследствие селективного растворения железа, обогащения поверхности кремнием и формирования пассивирующего слоя, содержащего

SiO2.

Таблица 4 Элементный состав поверхности частиц порошков* (am %) в laeucmtocmu от

продолжительности измельчения /ц„ ч и температуры отжига Тш„ °С

Характеристика Порошка т °С С О Fe Si Fe/Si

Fe-Sir 99 49 37 10 4 2,3

99 400 58 30 4 8 0,5

99 500 61 27 2 10 0,2

99 800 56 31 0 13 0

Fe-SioK 99 47 39 7 7 10

99 400 52 33 5 10 0,5

99 500 52 38 4 6 0,6

99 800 73 21 0 6 0

Рис 9. Зависимость объема поглощенного кислорода V, мл, от длительности экспозиции в коррозивной среде мин: а, б - порошки Fe-S¡r и Fe-Siox соответственно tmy (ч): 1-5 -1, 12, 24, 48, 99 соответственно; б - исходный Fe-Si

С увеличением уменьшается величина коррозионной потери порошков Fe-Sip (рис. 9а), при которой наблюдается торможение, т.е. облегчается переход порошков в пассивное состояние. При tmv:=99 ч порошок Fe-Sip изначально находится в пассивном состоянии и корродирует с одной и той же низкой скоростью. Повышение коррозионной стойкости порошков Fe-Sip коррелирует с накоплением аморфной фазы. Как известно, пассивные пленки на гомогенных и однородных поверхностях аморфных сплавов образуются легче и обладают более высокими защитными характеристиками.

Для порошков Fe-SioK (рис. 96) наблюдается индукционный период, продолжительность которого 5-120 мин в зависимости от tmv . Как и в случае порошков Fe0K, защитные свойства поверхности порошков Fe-SloK обусловлены оксидным слоем с хемосорбированными продуктами частичного разложения олеиновой кислоты. Значительное увеличение скорости коррозии после разрушения защитного слоя на порошках полученных при больших í„jU, связано с обеднением сплава кремнием.

Отжиги порошков Fe-SioK (рис. 10) приводят к уменьшению длительности индукционного периода вследствие термодеструкции органического слоя. Увеличение скорости коррозии порошков Fe-Sir и Fe-Si0K после отжига при ГОТЖ;=400°С связано с кристаллизацией аморфной фазы.

При увеличении температуры отжига (500 и 800°С) скорость коррозии порошков Ре-81г снижается за счет обогащения поверхности (табл. 4) и формирования в поверхностных слоях $Ю2. На порошках Ге-51ок увеличение температуры отжига повышает скорость коррозии, поскольку обогащение поверхности в этом случае незначительно. Несмотря на то, что порошок Ре^ок после 7"0т-,к=800 С отвечает сплаву Fe87Si13 его коррозионная стойкость ниже, чем у всех исследованных порошков на основе карбонильного Fe, вследствие образования в объеме материала значительного количества оксидной фазы ^Ю2, оксиды Fe).

(а)

¿>5 У, мл 51

К, мл 5 4 3 2 1 0

.-2

3

íw«

о ¿r-

о

200

400

600

50

100

150

800

I , мин t , мин

>«п 3KL71

Рис ¡0. Зависимость объема поглощенного кислорода V, мл, от времени экспозиции к коррозивной среде t,KCn, мин: а, б - порошки Fe-Sir и Fe-Siorc соответственно, /щ, (ч) ■ I - 99, 2-4 - образец 1 после отжига при Тотж-400, 500 и 800°С соответственно; 5 -исходный Fe-Si

Таким образом, на порошках Fe-Si выявлены два фактора, ведущие к повышению коррозионной стойкости. Во-первых, при измельчении с олеиновой кислотой на поверхности формируется защитный оксидно-органический слой, как и в случае Fe. Во-вторых, накопление аморфной фазы при измельчении значительно облегчает формирование на поверхности порошка пассивной пленки, содержащей SiOr. Отжиги мало сказываются на коррозионной стойкости порошков Fe-Sir, поскольку одновременно с процессом кристаллизации аморфной фазы идет обогащение поверхности кремнием и образование SiO2. Отжиги порошков Fe-SioK ухудшают коррозионную стойкость из-за разрушения защитного оксидно-органического слоя.

Основные научные результаты диссертационной работы

1. Предложен и апробирован метод исследования коррозионного поведения высокодисперсных порошков в нейтральных средах, основанный на измерении объема кислорода, поглощенного образцом в ходе коррозии. Метод позволяет оценить защитные свойства стабилизирующих слоев на поверхности металлических порошков путем измерения длительности индукционного периода, в течение которого скорость коррозии порошка

относительно мала В отличие от существующих, предложенный метод не требует множественных испытаний при кинетических исследованиях коррозии и позволяет исследовать порошки с повышенной стойкостью к травлению в кислотах.

2. С использованием предложенной методики установлено, что коррозионное поведение порошков Fe и Fe-Si, полученных измельчением 11зм=1-99ч) в органических средах (гептан, винилтриэтоксисилан, изопропиловый спирт, уксусная кислота, растворы олеиновой кислоты и винилтриэтоксисилана в гептане) определяется средой и временем измельчения.

Показано, что для порошков, полученных в присутствии олеиновой кислоты, длительность индукционного периода возрастает с увеличением времени измельчения от 10 до 500 мин в случае порошков Fe, до 150 мин в случае порошков Fe-Si. Для порошков Fe, полученных в присутствии винилтриэтоксисилана, также наблюдается зависимость длительности индукционного периода от времени измельчения, однако его наибольшее значение не превышает 30 мин. Для всех остальных сред длительность индукционного периода мало зависит от времени измельчения и не превышает 10 мин.

3. Установлены закономерности формирования поверхностных слоев на частицах порошков в зависимости от среды и времени измельчения, времени выдержки на воздухе и температуры отжига.

Показано, что поверхностный слой порошков толщиной порядка 10 нм содержит оксиды, органические соединения и графит.

Установлено, что при измельчении в кислородсодержащей среде (олеиновая кислота, уксусная кислота, изопропиловый спирт, винилтриэтоксисилан) оксидный слой формируется непосредственно в процессе измельчения за счет кислорода, источником которого является среда измельчения, разрушаемая при механоактивации. При измельчении в средах, не содержащих кислород, оксиды на поверхности формируются главным образом после выноса порошков из среды измельчения на воздух.

Выдержка на воздухе приводит к окислению органической составляющей и увеличению толщины оксидного слоя.

В результате отжига происходит разрушение органического слоя, восстановление оксидов Fe, для порошков, легированных кремнием, наблюдается обогащение поверхностного слоя кремнием с образованием SiO2.

4. Показано, что метод механического измельчения позволяет одновременно с ростом дисперсности повысить коррозионную стойкость порошков. Повышение коррозионной стойкости может достигаться как за счет создания на поверхности защитного слоя, так и за счет формирования определенного фазово-структурного состояния.

5. Установлена взаимосвязь между коррозионным поведением и строением поверхностных слоев порошков. Показано, что формирование защитного слоя с высокими противокоррозионными свойствами на порошках

Fe и Fe-Si идет непосредственно в процессе измельчения в присутствии длинноцепочечных ПАВ, таких как олеиновая кислота. При измельчении Fe в отсутствии ПАВ (уксусная кислота, изопропиловый спирт) поверхностный слой порошков не обладает противокоррозионными свойствами, несмотря на формирование относительно толстых оксидных пленок. Показано, что при использовании кремнийорганической среды незначительное повышение стойкости порошков происходит в основном за счет кремнийорганических соединений. Обогащение поверхностного слоя кремнием и образование SiO2 не приводит к повышению стойкости порошков.

6. Установлена взаимосвязь между коррозионным поведением и фазово-структурным состоянием объема частиц. Накопление аморфной фазы ^е^-С, Fe-C) в процессе измельчения повышает коррозионную стойкость порошков. Уменьшение размера зерна, образование карбидов и пленок графита на поверхности частиц не оказывают значительного влияния на коррозионное поведение. Образование оксидных фаз ^еООН, FeзO4, SiO2) в объеме материала ухудшает коррозионную стойкость порошков.

7. Выявленные закономерности формирования поверхностных слоев и структурно-фазового состава, обеспечивающие противокоррозионную защиту, могут стать основой для целенаправленного синтеза коррозионно-стойких высокодисперсньтх металлических порошков.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Lomayeva S.F., Dorfman A.M., Ivanov N.V., Syugaev A.V., Lyakhovich A.M. Structure of surface layers and corrosion stability of finely dispersed iron prepareded by mechanical milling in organic media // Intern. Confer. Fundamental Bases ofMechanochemical Technologies. 2001. Novosibirsk, p. 76

2. Иванов К.В., Сюгаев А.В., Дорфман A.M., Круткина ТТ., Ляхович A.M. Метод определения коррозионной стойкости порошка железа низкой дисперсности в нейтральных средах // Тезисы докладов 5-й Российской университетско-академической научно-практической конференции, Ижевск. 2001. изд. УдГУ. 4.6. с. 156-157

3. Иванов Н.В., Ломаева С.Ф., Сюгаев А.В., Дорфман A.M. Коррозионная стойкость высокодисперсных порошков железа, полученных механоактивацией в среде жидких углеводородов // Тезисы докладов конференции молодых ученых Физико-технического института УрО РАН, Ижевск. 2001. с. 15

4. Ломаева С.Ф., Дорфман A.M., Ляхович A.M., Иванов Н.В., Сюгаев А.В. Строение поверхностных слоев и коррозионная устойчивость высокодисперсного железа, полученного механическим измельчением в органических средах // Химия в интересах устойчивого развития. 2002. №10. с. 143-150

5. Сюгаев А.В., Ломаева С.Ф. Формирование поверхностных слоев в процессе измельчения сплава Fe-Si в органических средах // Тезисы докладов VI Всероссийской конф. «Физико-химия ультрадисперсных систем» 19-23 августа 2002, Томск, Россия, с. 300

6. Сюгаев А.В., Иванов Н.В., Ломаева С.Ф. Состав поверхности и коррозионная стойкость высокодисперсных порошков сплава Fe-Si // Тезисы докладов конф. молодых ученых Физико-технического института УрО РАН, Ижевск. 2002. с. 34

7. Сюгаев А.В., Широбоков М.А. Влияние плазмообработки на коррозионную стойкость высокодисперсных порошков на основе железа // Тезисы докладов конф. молодых ученых Физико-технического института УрО РАН, Ижевск. 2002. с. 35

8. Сюгаев А.В., Ломаева С.Ф. Формирование поверхностных слоев в процессе измельчения сплава Fe-Si в органических средах.// Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. Сборник научных трудов VI Всероссийской конф. М.: МИФИ. 2003. с. 400-404

9. Сюгаев А.В., Ломаева С.Ф., Иванов Н.В. Коррозия высокодисперсных систем Fe и Fe-Si в нейтральных средах // Материалы 4 международной школы-семинара «Коррозия. Современные методы исследования и предупреждения коррозионных разрушений», Ижевск: Издательский дом «Удмуртский университет». 2003. с. 84-93

10. Сюгаев А.В., Ломаева С.Ф. Влияние среды и времени измельчения на коррозионную устойчивость высокодисперсных систем на основе железа, полученных механоактивацией в органических средах // Тезисы докладов конф. «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VII)», Обнинск. 2003. с. 149-150

11. Сюгаев А.В., Ломаева С.Ф. Строение поверхностных слоев и коррозионное поведение высокодисперсного железа, полученного измельчением в гептане с кремнийорганической добавкой // Тезисы докладов конференции молодых ученых Физико-технического института УрО РАН, Ижевск. 2003. с. 37

12. Сюгаев А.В., Ломаева С.Ф., Решетников СМ. Коррозия высокодисперсных систем на основе железа и сплавов железо-кремний в нейтральных средах. I. Системы на основе железа, полученные измельчением в гептане и гептане с добавкой олеиновой кислоты // Защита металлов. 2004. Т.40. №3. с. 249-255

13. A.V. Syugaev, S.F. Lomayeva. Corrosion behavior of finely dispersed powders of Fe and Fe-Si obtained by mechanical milling in organic media / ArJStr. Inte Conf. Mechanochemical synthesis and sintering, Novosibirsk. 2004. p. 139

14. A.V. Syugayev, S.F. Lomayeva. Corrosion stability of finely dispensed iron powders obtained by mechanoactivation in organic media / Abstr. Inter. Conf. "Nanoparticles, Nanostructures and Nanocomposites", Saint-Petersburg. 2004. p. 73

758

Подписано в печать 1101.2005 Тираж 100 экз Заказ № 4 Типография Удмуртского государственного университета 426034. г Ижевск, ул Университетская, I. Корп 4

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Высоко дисперсные порошки Fe, методы получения и стабилизации

1.1.1. Методы синтеза высоко дисперсных порошков Fe

1.1.2 Стабилизация высокодисперсных порошков Fe

1.2. Механическое измельчение металлов

1.2.1. Влияние среды на механическое диспергирование металлов

1.2.2. Превращения органических веществ под действием механических нагрузок

1.2.3 Фазовые превращения при механоактивации

1.3. Коррозия многокомпонентных сплавов. Коррозионное поведение сплавов в аморфном и нанокристаллическом состоянии

1.4. Коррозия Fe в нейтральных средах

1.5. Коррозионная стойкость сплавов Fe-Si

1.6. Методы исследования коррозионно-электрохимического поведения высоко дисперсных металлических материалов

2. Получение и аттестация порошков. Разработанные подходы и методики

2.1. Объекты и методы исследования

2.2. Оценка применимости методов анализа поверхности к исследованию порошков, механоактивированных в органических средах

2.3. Методика коррозионных испытаний

3. Высокодисперсные порошки на основе Fe

3.1. Порошки Fe, полученные измельчением в гептане и гептане с добавкой олеиновой кислоты

3.2. Порошки Fe, полученные измельчением в кремнийорганической среде

4. Высокодисперсные порошки на основе сплава Fe-Si 78 Основные научные результаты диссертационной работы 88 Литература

В последнее время значительно возрос интерес к высокодисперсным порошкам железа, обладающим многими уникальными свойствами, отсутствующим у металла в массивном состоянии. Особые магнитные, электрические, механические свойства частиц порошков позволяют рассматривать их как перспективные материалы для магнитной записи, приготовления магнитных жидкостей, создания новых композиционных материалов и т.д. [1,2]. Быстро развиваются разработки высокодисперсных магнитных биоматериалов (магнитных носителей) для научных и клинических приложений [3-6].

Известно большое число методов синтеза высоко дисперсных порошков Бе [7]. Изменение режимов синтеза в большинстве методов влияет на форму и размер образующихся частиц. На сегодняшний день интенсивная механическая обработка является доступным, дешевым и технологически удобным методом синтеза материалов, находящихся в метастабильном состоянии [8-10]. Особенностью механического измельчения является возможность варьирования в широких пределах фазово-структурного состояния частиц порошка, что значительно расширяет возможности синтеза материалов с требуемыми свойствами. Использование различных органических сред и поверхностно-активных веществ позволяет достичь высокой дисперсности порошков и повысить их устойчивость к агломерации [11]. Кроме того, в последнее время органические среды используются и для целенаправленного синтеза ряда фаз [12,13].

Высокая удельная поверхность является причиной повышенной химической активности порошков, поэтому одной из важнейших и актуальных проблем в области получения и применения высокодисперсных металлов является их устойчивость к действию внешней среды. Эта проблема особенно актуальна для порошков на основе Бе -металла, склонного к окислению. Несмотря на это, в литературе представлено небольшое число работ, посвященных исследованию коррозионного поведения высокодисперсных металлических порошков. Особое значение имеет изучение коррозионного поведения порошков в нейтральных средах, поскольку большинство практически значимых случаев коррозии (природные условия) протекает именно в нейтральных средах. Магнитные биоматериалы также предназначены к использованию главным образом в виде суспензий на водной основе в тканях и жидкостях живых организмов при рН, близком к 7.

При исследовании коррозии высокодисперсных порошков возникают серьезные методические затруднения. Традиционный гравиметрический метод при исследовании коррозии высокодисперсных порошков неприменим, до сих пор не решена проблема создания порошкового электрода с контролируемой величиной поверхности. В большинстве работ коррозионную стойкость высокодисперсных порошков Бе косвенно оценивают по изменению магнитных характеристик [14-17]. В литературе описана единственная методика исследования коррозионной стойкости высокодисперсного Бе в нейтральных средах [18], суть которой заключается в сопоставлении объемов водорода, выделившихся при полном растворении в кислоте исходного образца и образца, прошедшего коррозионное испытание. К сожалению, данная методика неприменима для исследования кислотостойких порошков.

Наиболее распространенным способом стабилизации высокодисперсных порошков является создание на поверхности защитного слоя. Согласно литературным данным весьма эффективны слои на основе жирных кислот, в том числе олеиновой кислоты [19,20]. Однако, в литературе эти слои рассматриваются с точки зрения повышения устойчивости частиц к агломерации, совсем немного работ посвящено анализу их роли в повышении стойкости частиц к окислению. В литературе не рассмотрен вопрос возможности создания защитного слоя на основе жирных кислот при получении высокодисперсных порошков методом механического измельчения путем внесения стабилизатора в среду измельчения. Также неизвестно, каким образом будут влиять на коррозионную стойкость порошков фазы, которые могут быть синтезированы в процессе измельчения в присутствии органических веществ. Цель работы:

Установление взаимосвязи между коррозионным поведением и строением поверхностных слоев, а также фазово-структурным состоянием высокодисперсных порошков на основе железа, полученных механическим измельчением в органических средах.

В связи с поставленной целью в настоящей работе решались следующие задачи:

1. Разработка методики исследования коррозионной стойкости высоко дисперсных порошков на основе железа в нейтральных средах.

2. Исследование коррозионного поведения порошков в зависимости от среды и длительности измельчения.

3. Исследование влияния выдержки на воздухе и дополнительной термообработки на коррозионное поведение порошков.

4. Исследование строения поверхностного слоя порошков в зависимости от среды, длительности измельчения, выдержки на воздухе и термообработки.

5. Исследование влияния строения поверхностного слоя и структурно-фазового состояния объема материала на коррозионное поведение порошков.

Работа выполнена в соответствии с планом фундаментальных исследований ФТИ УрО РАН тема №3.14 «Исследование процессов межфазных взаимодействий при формировании наноструктурных композиционных материалов» и грантом РФФИ №04-0396023 «Электрохимическое и коррозионное поведение высоко дисперсных металлических систем на основе железа»

Объекты и методы исследования:

Объектами исследования являлись высокодисперсные порошки, полученные измельчением Fe и сплава Fe(80)Si(20) в шаровой планетарной мельнице в течение 1-99 ч. В качестве основных сред измельчения для Fe были использованы гептан и растворы (0,3 мас.%) олеиновой кислоты и винилтриэтоксисилана в гептане; для сплава Fe-Si - гептан и раствор (0,3 мас.%) олеиновой кислоты в гептане.

В качестве основного метода анализа состава поверхностного слоя использован метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Фазово-структурное состояние исследовалось рентгеновской дифракцией, дисперсность и форма частиц определялись с помощью атомно-силовой и электронной микроскопии, лазерным дифракционным анализом.

Научная новизна работы

Для исследования коррозионного поведения высокодисперсных порошков в нейтральных средах предложен и использован метод, основанный на измерении объема кислорода, поглощенного образцом в процессе коррозионных испытаний.

Впервые исследовано коррозионное поведение высокодисперсных механоактивированных порошков на основе Fe. Установлено, что среда и время измельчения существенно сказываются на коррозионном поведении порошков.

Впервые показано, что в процессе механоактивации одновременно с ростом дисперсности может быть повышена коррозионная стойкость порошков как за счет формирования на поверхности защитного слоя, так и за счет изменения фазово-структурного состояния. Поверхностный слой с высокими защитными свойствами формируется на порошках Fe и Fe-Si при измельчении в присутствии олеиновой кислоты. Значительное повышение коррозионной стойкости может достигаться вследствие формирования в процессе механоактивации аморфных фаз в объеме частиц, как это наблюдалось при измельчении Fe-Si в гептане. Установлено, что легирование кремнием в процессе измельчения Fe с винилтриэтоксисиланом не приводит к повышению коррозионной стойкости порошков.

Исследовано строение поверхностных слоев механоактивированных порошков в зависимости от среды и времени измельчения, а также от дополнительной обработки выдержка в атмосфере воздуха, отжиги, обработка низкотемпературной плазмой). Показано, что поверхностный слой на порошках, механоактивированных в органических средах, содержит графит, оксиды и органические соединения. Установлено, что высокие защитные свойства поверхности обусловлены формирующимися непосредственно в процессе измельчения оксидными структурами и адсорбированными на них длинноцепочечными карбоновыми кислотами - олеиновой кислотой и продуктами ее частичного разрушения.

Практическая значимость работы:

Предложена и отработана методика коррозионных испытаний, позволяющая исследовать коррозионное поведение высокодисперсных металлических порошков и проводить оценку эффективности защитных покрытий.

Выявленные закономерности формирования поверхностных слоев и структурно-фазового состава, обеспечивающих противокоррозионную защиту, могут стать основой для целенаправленного синтеза коррозионно-стойких высокодисперсных металлических порошков.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика коррозионных испытаний высокодисперсных металлических порошков в нейтральных средах.

2. Результаты коррозионных испытаний высокодисперсных порошков на основе Fe и Fe-Si, полученных механическим измельчением в органических средах.

3. Закономерности формирования поверхностного слоя в зависимости от среды, длительности измельчения, а также от выдержки на воздухе и термообработки.

4. Механизмы формирования коррозионной стойкости высокодисперсных порошков в процессе механоактивации в органических средах.

Личный вклад автора:

Диссертация является самостоятельной работой, обобщившей результаты, полученные лично автором, а также в соавторстве. Автор предложил и отработал методику исследования коррозионного поведения порошков в нейтральных средах и выполнил коррозионные испытания. Автор принимал непосредственное участие в приготовлении образцов и измерениях рентгеновских фотоэлектронных спектров. Автором обработаны и проанализированы полученные экспериментальные данные. Цель и задачи диссертации сформулированы научным руководителем. Обсуждение экспериментальных результатов проводилось совместно с научным руководителем. Основные выводы диссертации сформулированы автором.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы были представлены на: Intern. Confer. Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies, Novosibirsk, 2001; V Российская университетско-академическая научно-практическая конференция, г.Ижевск, 2001; III Междунар. конфер. "Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии", Санкт-Петербург, 2001; Конференции молодых ученых Физико-технического института УрО РАН, г.Ижевск, 2001, 2002, 2003; VI Всероссийская конф. «Физико-химия ультрадисперсных систем», Томск, 2002; IV международная школа-семинар «Коррозия. Современные методы исследования и предупреждения коррозионных разрушений», г. Ижевск, 2003; Всероссийская конф. «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VII)», г. Обнинск, 2003; Inter. Conf. "Nanoparticles, Nanostructures and Nanocomposites", Saint-Petersburg, 2004; Intern. Conf. "Mechanochemical synthesis and sintering", Novosibirsk, 2004; II Всероссийская конф. «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах», Воронеж, 2004.

Основное содержание диссертационной работы в 4 статьях и в 10 тезисах докладов.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 101 страницах, состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка цитированной литературы (175 наименований) и включает 40 рисунков и 13 таблиц.

Выводы по главе 4

На порошках Fe-Si выявлены два фактора, ведущие к повышению коррозионной стойкости. Во-первых, при измельчении с олеиновой кислотой на поверхности формируется защитный оксидно-органический слой, как и в случае Fe. Во-вторых, накопление аморфной фазы при измельчении значительно облегчает формирование на поверхности порошка пассивной пленки SÍO2. Отжиги мало сказываются на коррозионной стойкости порошков Fe-Sip, поскольку одновременно с процессом кристаллизации аморфной фазы идет обогащение поверхности кремнием и образование пленки SÍO2. Отжиги порошков Fe-SioK ухудшают коррозионную стойкость из-за разрушения защитного оксидно-органического слоя.

Основные научные результаты диссертационной работы

1. Предложен и апробирован метод исследования коррозионного поведения высокодисперсных порошков в нейтральных средах, основанный на измерении объема кислорода, поглощенного образцом в ходе коррозии. Метод позволяет оценить защитные свойства стабилизирующих слоев на поверхности металлических порошков путем измерения длительности индукционного периода, в течение которого скорость коррозии порошка относительно мала. В отличие от существующих, предложенный метод не требует множественных испытаний при кинетических исследованиях коррозии и позволяет исследовать порошки с повышенной стойкостью к травлению в кислотах.

2. С использованием предложенной методики установлено, что коррозионное поведение порошков Fe и Fe-Si, полученных измельчением (tMM=l-994) в органических средах (гептан, винилтриэтоксисилан, изопропиловый спирт, уксусная кислота, растворы олеиновой кислоты и винилтриэтоксисилана в гептане) определяется средой и временем измельчения.

Показано, что для порошков, полученных в присутствии олеиновой кислоты, длительность индукционного периода возрастает с увеличением времени измельчения от 10 до 500 мин в случае порошков Fe, до 150 мин в случае порошков Fe-Si. Для порошков Fe, полученных в присутствии винилтриэтоксисилана, также наблюдается зависимость длительности индукционного периода от времени измельчения, однако его наибольшее значение не превышает 30 мин. Для всех остальных сред длительность индукционного периода мало зависит от времени измельчения и не превышает 10 мин.

3. Установлены закономерности формирования поверхностных слоев на частицах порошков в зависимости от среды и времени измельчения, времени выдержки на воздухе и температуры отжига.

Показано, что поверхностный слой порошков толщиной порядка 10 нм содержит оксиды, органические соединения и графит.

Установлено, что при измельчении в кислородсодержащей среде (олеиновая кислота, уксусная кислота, изопропиловый спирт, винилтриэтоксисилан) оксидный слой формируется непосредственно в процессе измельчения за счет кислорода, источником которого является среда измельчения, разрушаемая при механоактивации. При измельчении в средах, не содержащих кислород, оксиды на поверхности формируются главным образом после выноса порошков из среды измельчения на воздух.

Выдержка на воздухе приводит к окислению органической составляющей и увеличению толщины оксидного слоя.

В результате отжига происходит разрушение органического слоя, восстановление оксидов Fe, для порошков, легированных кремнием, наблюдается обогащение поверхностного слоя кремнием с образованием SÍO2.

4. Показано, что метод механического измельчения позволяет одновременно с ростом дисперсности повысить коррозионную стойкость порошков. Повышение коррозионной стойкости может достигаться как за счет создания на поверхности защитного слоя, так и за счет формирования определенного фазово-структурного состояния.

5. Установлена взаимосвязь между коррозионным поведением и строением поверхностных слоев порошков. Показано, что формирование защитного слоя с высокими противокоррозионными свойствами на порошках Fe и Fe-Si идет непосредственно в процессе измельчения в присутствии длинноцепочечных ПАВ, таких как олеиновая кислота. При измельчении Fe в отсутствии ПАВ (уксусная кислота, изопропиловый спирт) поверхностный слой порошков не обладает противокоррозионными свойствами, несмотря на формирование относительно толстых оксидных пленок. Показано, что при использовании кремнийорганической среды незначительное повышение стойкости порошков происходит в основном за счет кремнийорганических соединений. Обогащение поверхностного слоя кремнием и образование S1O2 не приводит к повышению стойкости порошков.

6. Установлена взаимосвязь между коррозионным поведением и фазово-структурным состоянием объемом частиц. Накопление аморфной фазы (Fe-Si-C, Fe-C) в процессе измельчения повышает коррозионную стойкость порошков. Уменьшение размера зерна, образование карбидов и пленок графита на поверхности частиц не оказывают значительного влияния на коррозионное поведение. Образование оксидных фаз (FeOOH, Рез04, SÍO2) в объеме материала ухудшает коррозионную стойкость порошков.

7. Выявленные закономерности формирования поверхностных слоев и структурно-фазового состава, обеспечивающих противокоррозионную защиту, могут стать основой для целенаправленного синтеза коррозионно-стойких высокодисперсных металлических порошков.

1. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986, 367 с.

2. Петров Ю.И. Физика малых частиц. М.: Наука, 1982, 360 с.

3. Scientific and clinical applications of magnetic carriers / Eds. Urs Hafeli et al. N.Y.: Plenum Press, 1997, 628 p.

4. Кущевская Н.Ф., Швец T.M. Модифицирование поверхности высокодисперсного железа поливинилпирролидоном // Порошковая металлургия, 1995, №3/4, с. 8-10

5. Кущевская Н.Ф. Модифицирование поверхности высокодисперсного железа и его композиций с платиной и серебром поливинилпирролидоном // Порошковая металлургия, 2001, №9/10, с. 105-107

6. Терновой К.С., Державин А.Е. Магнитоуправляемые лекарственные препараты. Теоретическое и экспериментальное обоснование // Врачебное дело, 1984, №6, с. 13-18

7. Натансон Э.М., Ульберг З.Р. Коллоидные металлы и металлополимеры. Киев: Наукова думка, 1971, 347 с.

8. Lu L., Lai М.О. Mechanical alloying. Kluwer Academic Publishers: Boston, Dordrecht, London, 1998,276 p.

9. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Progress in Materials Science, 2001, V. 46, p. 1-184

10. Бутягин П.Ю. Проблемы и перспективы развития механохимии // Успехи химии, 1994, Т. 63, №12, с. 1013-1043

11. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. М.: Наука, 1979, 381 с.

12. Баринов В.А., Елсуков Е.П., Овечкин Л.В. Способ получения порошка цементита, А.С. №1678525, БИ №35,1991

13. Campbell S.J., Kacsmarek W.A. MOssbauer Spectroscopy Applied to Materials and Magnetism / Eds Long G.J., Grandjean F.N.Y.: Plenum Press, 1996, p. 273

14. Мельниченко 3.M., Рашевская Г.К., Жиготский А.Г., Бородина Л.Г., Швец T.M. Коррозионная стойкость высокодисперсных порошков железа и его сплава с кобальтом и никелем // Порошковая металлургия, 1986, № 3, с. 1-3

15. Chen Z., Li. F. Fe-N and (Fe, Ni)-N fine powders for magnetic recording // Hyperfine Interaction, 1998, V. 112, № 1/4, p. 101-106

16. Zhou W.L., Carpenter E., Lin J., Kumbhar A., Sims J., O'Connor C.J. Nanostructures of gold coated iron core-shell nanoparyicles and the nanobands assembled under magnetic field // The European physical Journal D, 2001, V. 16, p. 289-292

17. O'Connor С.J., Seip С., Sangregorio С., Carpenter Е., Li S., Irvin G., John V.T. Nanophäse Magnetic Materials: Synthesis and properties // Mol.Cryst. and Liq.Crys, 1998, V. 335, p. 423442

18. Плетнев M. А., Дорфман A.M., Повстугар И.В., Михайлик О. М., Ляхович А. М. Определение коррозионной стойкости высокодисперсных материалов на основе металлического железа // Защита металлов, 1999, Т. 35, № 1, с. 37-40

19. Kataby G., Cojocaru М., Prozorov R., Gedanken A. Coating carboxylic acids on amorphous iron nanoparticles//Langmui, 1999, V. 15, p. 1703-1708

20. Mikhailik O.M., Povstugar V.l., Mikhailova S.S. et al. Surfase structure of finely dispersed iron powders. I. Formation of stabilizing coating. // Colloid Surf., 1991, V. 52, p. 315-324

21. Михайлик O.M., Шкловская Н.И., Суздалев И.П., Имшенник В.К., Чуйко A.A. // Журнал прикладной химии, 1988, №11, с. 2414

22. Chu C.V., Wan С.С. The effect of chealating agents on the cathodic polarization and the electrodeposition of iron powders // Journal of Materials Science, 1992, V. 27, p. 6700-6706

23. Ломаева С.Ф., Повстугар В.И., Быстров С.Г., Михайлова С.С. Исследования высокодисперсных порошков железа методом атомно-силовой микроскопии // Поверхность, 2000, № 11, с. 30-33

24. Фолманис Г.Э., Коваленко Л.В. Ультрадисперсные металлы в сельскохозяйственном производстве. М: ИМЕТРАН, 1999.

25. Кущевская Н.Ф., Мищук H.A. Получение коллоидных частиц Fe термохимическим способом // Колоидный журнал, 2003, Т. 65, № 1, с. 51-54

26. Atarashi Т., Kim Y.S., Fujita Т., Nakatsuka К. Synthesis of ethylene-glycol-based magnetic fluid using silica-coated iron particles // JMMM, 1999, V. 201, p. 7-10

27. Chen M., Nikles D.E. Chain-of-cubes iron nanoparticles prepared by borohydride reduction of acicular akaganeite particles // Journal of Applied Physics, 1999, V. 85, № 8, p. 5504-5506

28. Chen M., Tang D., Nikles D. Preparation of iron nanoparticles by reduction of acicular ß-FeOOH particles // IEEE Transactions on magnetics, 1998, V. 34, № 4, p. 1141-1143

29. Takeuchi K.J., Marschilok A.C., Bessel C.A., Dollahon N.R. Synthesis, characterization and catalytic use of acicular iron particles // Journal of Catalysis, 2002, V. 208, p. 150-157

30. Guo L., Huang Q., Li X-y, Yang S. Iron nanoparticles: Synthesis and application in surface enhanced Raman scattering and electrocatalysis // Phys.Chem.Chem.Phys, 2001, V. 3, p. 16611665

31. Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. М.: Химия, 1984, 256 с.

32. Butter K., Philipse A.P., Vroege G.J. Synthesis and properties of iron ferrofluids // JMMM, 2002, V. 252, p. 1-3

33. Choi C.J., Tolochkob O., Kim B.K. Preparation of iron nanoparticles by chemical vapor condensation // Materials Letters, 2002, V. 56, p. 289-294

34. Choi C.J., Dong X.L., Kim B.K. Microstructure and magnetic properties of Fe nanoparticles synthesized by chemical vapor condensation // Mater Trans., 2001, V.42, № 1, p. 2046-2049

35. Kataby G., Koptylin Yu., Cao X., Gedanken A. Self-assembled monolayer coatings of iron nanoparticles with thiol derivatives // Journal of Crystal Growth, 1996, V. 166, p. 760-762

36. Kataby G., Ulman A., Prozorov Т., Gedanken A. Coating of amorphous iron nanoparticles by long-chain alcohol // Langmuir, 1998, V. 14, p. 1512-1515

37. Elihn K., Landstrom L., Heszler P. Emission spectroscopy of carbon-covered iron nanoparticles in different gas atmospheres // Applied Surface Science, 2002, V. 186, p. 573-577

38. Васильев Л.С., Ломаева С.Ф. О пределе измельчения металлов методом механического диспергирования // Химия в интересах устойчивого развития, 2002, Т. 10, № 1, с.13-22

39. Васильев Л.С., Ломаева С.Ф. К анализу механизмов, ограничивающих дисперсность порошков, полученных методом механического измельчения // ФММ, Т. 98, № 2, с. 66-74

40. Ding J., Tsuuzuki Т., McCormick P.G., Street R. Structure and magnetic properties of ultrafme Fe powders by mechanochemical processing // JMMM, 1996, V. 162, p. 271-276

41. Wang C.Y., Chen Z.Y., Cheng В., Zhu Y.R., Liu H.J. The preparation, surface modification, and characterization of metallic a-Fe nanoparticles // Material Science and Engineering, 1999, V. 60, p. 223-226

42. Wang G., Harrison A. Preparation of iron particles coated with silica // Journal of Colloid and Interface Science, 1999, V. 217, p. 203-207

43. Schloter N.E., Porter M.D., Bright T.B., Allara D.L. // Chem. Phys. Lett., 1986, V. 132, p. 93

44. Garoff S. // Thin Solid Films, 1987, V. 152, p. 49

45. Shen L., Laibinis P.E., Hatton T.A. Bilayer Surfactant Magnetic Fluids: Synthsis and Interaction at the interfaces // Langmuir, 1999, V. 15, p. 447-453

46. Yee С., Kataby G., Ulman A., Prozorov Т., White H., King A., Rafailovich M., Sokolov J., Gedanken A. Self-assembled monolayers of alkanesulfonic and phosphonic acids on amorphous iron oxide nanoparticle // Langmuir, 1999, V. 15, p. 7111-7115

47. Kataby G., Ulman A., Cojocaru M., Gedanken A. Coating a bola-amphiphile on amorphous iron nanoparticles // J. Mater. Chem., 1999, V. 9, p. 1501-1506

48. Prozorov Т., Gedanken A. The Melting Point of Alkanethiol-Coated Amorphous РегОз Nanoparticles // Advanced Materials, 1998, V. 10, № 7, p. 532-535

49. Rozenfeld O., Koltypin Y., Bamnolker H., Margel S., Gedanken A. Self-assembling monolayer coatings on amorphous iron // Langmuir, 1994, V. 10, p. 3919-3921

50. Liu Т., Guo L., Tao Y., Wang Y.B., Wang W.D. Synthesis and interfacial structure of nanoparticles y-FeaCb coated with surfactant DBS and СТАВ // Nanostructured Materials, 1999, V. 11, p. 487-492

51. Glicenti A. Interaction of formic acid with БегОз powders under different atmospheres: an XPS and FTIR study // J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1998, V. 94, p. 3671-3676

52. Wolfrum S.M., Ponjee J.J. Surface modification of powders with carboxylic acids // J. Mater Sci. Letters, 1989, V. 8, p. 667-669

53. Liu Q., Xu Z. Self- assembled monolayer coatings on nanosized magnetic particles using 16-mercaptohexadecanoic acid // Langmuir, 1995, V. 11, p. 4617-4622

54. Kishi K., Ikeda S. X-ray photoelecronic study for adsorption of acetic acid and atthylenediamine on iron and nickel // Applied Surface Science, 1980, V. 5, p. 7-20

55. Swalen D.// Thin Solid Films, 1987, V. 152, p. 151

56. Ulman A. Formation and structure of self-assembled monolayers // Chem.Rev., 1996, V. 96, p. 1533-1554

57. Allara D.L., Swalen J.D. // J. Phys. Chem., 1982, V. 86, p. 3-15

58. Michailik O.M., Povstugar V.I., Mikhailova S.S. et al. Surface structure of finely dispersed iron powders. П. Specific features of stabilizing coating structure // Colloid Surf., 1991, V. 52, p. 325-330

59. Mikhailova S.S, Povstugar V.I. Surfactant protective layers on the surface of nanocrystalline iron particles // Colloid Surf., 2004, V. 239, p.77-80

60. Mikhailik O.M., Yelsukov E.P., Konygin G.N., Mikhailova S.S., Povstugar V.I. The transmission Mossbauer spectroscopy study of the surface of iron powders: feasibility and results // Surface and Interface Analysis, 1998, V. 26, № 12, p. 885-888

61. Анализ поверхности методами Оже и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Под ред. Бриггса Д., Сиха М.П. М.: Мир, 1987, 600 с.

62. Лихтман В.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Физико-химическая механика металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1962, 303 с.

63. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972, 307 с.

64. Гороховский Г.А. Поверхностное диспергирование динамически контактирующих полимеров и металлов. Киев: "Наукова думка", 1972, 151 с.

65. Перцов А.В., Горюнов Ю.В., Перцов Н.В., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. О тонком измельчении металлов в присутствии сильно адсорбционно-активных металлических расплавов // Доклады Академии наук СССР, 1967, Т. 172, № 5, с. 1137-1140

66. Никитин В.И. Физико-химические явления при воздействии жидких металлов на твердые. М.: Атомиздат, 1967, 441 с.

67. Баранов А.А., Баранов Д.А. Поверхностная активность углерода и ее роль в формировании структуры и свойств железных сплавов // Физика металлов и металловедение, 2003, Т. 96, № 4, с. 57-71

68. Vasil'ev L.S., Lomayeva S.F. On the analysis of mechanism of supersaturation of metal powders with interstitial impurities during mechanical activation // Journal of materials science, 2004, V. 39, p. 5411-5415

69. Барамбойм H.K. Механо-химия высокомолекулярных соединений. M.: Химия, 1971.

70. Симионеску К., Опреа К. Механохимия высокомолекулярных соединений. М.: Мир, 1970.

71. Дубинская A.M. Превращение органических веществ под действием механических напряжений // Успехи химии, 1999, Т. 68, с. 708-723

72. Chemistry review advances in mechanochemistry. Physical and chemical processes under deformation / Ed. P. Butyagin, A. Dubinskaya. V. 23, p. 2. Narwood academic publishers, 1998, 312 p.

73. Каргин В.А., Платэ Н.А. // ВМС, 1959, №2

74. Гороховский Г.А., Гелетуха Г.Н., Кравченко В.Г. // ФХММ, 1965, №2, с. 231

75. L. Takacs. М. Carey Lea, the first mechanochemist. Abstracts. Fourth International Conference on Mechanochemestry and mechanical alloying, Braunschweig, Germany, 2003, p. 13

76. Benjamin J.S. //Metall. Trans., 1970, V. 1, p. 2943-2951

77. Koch C.C., Cavin O.B., McCamey С J., Scarbrough J.O. // Appl. Phys. Lett., 1983, V. 43, p. 1017-1019

78. Ермаков A.E., Юрчиков E.E., Баринов В.А. Магнитные свойства аморфных порошков сплавов системы Y-Co, полученных механическим измельчением // ФММ, 1981, Т. 52, № 6, с. 1184-1193.

79. Gaffet Е., Bernard F., Niepce J.C. et al. Some recent developments in mechanical activation and mechanosynthesis. // J. Mater. Chem., 1999, 9, p. 305-314

80. Yelsukov E.P., Barinov V.A., Ovetchkin L.V. Synthesis of disordered БезС alloy by mechanical milling of iron powder with liquid hydrocarbon (toluene) // Journal of Materials Science Letters, 1992, V.ll, p. 662-663.

81. Schwarz R.B., Srinivasan S., Desch P.B. // Mater. Sci. Forum, 1992, V. 88/92, p. 595

82. Nagumo M., Suzuki T.S., Tsuchida K. Metastable states during reaction milling of hep transition metals with hydrocarbon // Materials Science Forum, V. 225-227, 1996, p. 581-586

83. Suzuki T.S., Nagumo M. // Script Metall. Mater., 1992, V. 27, p. 1413

84. Nagumo M. Reaction milling of metals with hydrocarbon or ceramic // Materials Transactions, JIM, 1995, V. 36, № 2, pp. 170-181

85. Wang G.H., Campbell S.J., Kaczmarek W.A. Thermal treatment of iron ball milled with pyrazine // Material Science Forum, 1997, V. 235-238, p. 433-438

86. Zhuge Lan-jian, Wu Xue-mei, Dong Ye-min, Sun Jian-ping, Yao Wei-guo. Приготовление ультрадисперсных порошков a'-FeiN) методом размола в шаровой мельнице (на китайском) // СаШао Rexue Yu Gongxi (Mater. Sci. and Technol.), 1999, V. 7, № 4, c. 103-109

87. Lomayeva S.F., Yelsukov Ye.P., Maratkanova A.N., Nemtzova O.M. Formation of metastable phases during mechanoactivation of Fe-Si alloy in liquid organic media / Abstr. Inter. Conf. Mechanochemical synthesis and sintering. Novosibirsk, 2004, p. 123

88. Елсуков Е.П., Дорофеев Г.А., Фомин B.M., Коныгин Г.Н., Загайнов А.В., Маратканова

89. A.Н. Механически сплавленные порошки Fe(100-X)C(X); Х=5-25 ат.%. I. Структура, фазовый состав и температурная стабильность // ФММ, 2002, Т. 94, № 4, с. 43-54

90. Ломаева С.Ф., Елсуков Е.П., Коныгин Г.Н., Дорофеев Г.А., Загайнов А.В., Повстугар

91. Шаповалов В.И. Влияние водорода на структуру и свойства железо-углеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1982,230 с.

92. Ломаева С.Ф., Иванов Н.В., Елсуков Е.П. Фазово-структурное состояние и температурная стабильность порошков, полученных механоактивацией железа в жидкой органической среде // Коллоидный журнал, 2004, Т. 66, № 2, с. 216-222

93. Елсуков Е.П., Дорофеев Г.А., Коныгин Г.Н. Фомин В.М. Загайнов А.В. Сравнительный анализ механизмов и кинетики механического сплавления в системах Fe(75)X(25); X=C,Si // ФММ, 2002, Т. 93, № 3, с. 93-104

94. Yelsukov Е.Р., Dorofeev G.A., Zagainov A.V., Vildanova N.F., Maratkanova A.N. Initial stage of mechanical alloying in the Fe-C system // Material Science and Engineering, 2004, V. A369, p. 16-22

95. Yelsukov E.P., Dorofeev G.A. Mechanical alloying in binary Fe-M (M=C, В, Al, Si, Ge, Sn) systems // Journal of materials science, 2004, V. 39, p. 5071-5079

96. Васильев Л.С., Ломаева С.Ф. К анализу механизмов пересыщения металлических порошков примесями внедрения в условиях механоактивации // Металлы, 2003, № 4, с. 4856

97. Hidaka Hideyuki, Kimura Yuuji, Takaki Setsuo. Применение интенсивной деформации для получения ультрамелкозернистой структуры и разложения цементита в сталях (на японском) // Tetsu to hagane (J. Iron and steel Inst.), 1999, V. 85, № 1, c. 52-58

98. Чердынцев B.B., Калошкин С.Д., Томилин И.А. Взаимодействие порошка железа с кислородом воздуха при механоактивации // ФММ, 1998, Т. 86, № 6, с. 84-89

99. Горский В.В. Особенности межатомной связи кислород-металл в быстрозакаленных сплавах Ме-Ме'-О // Доклады Академии наук СССР, 1989, Т. 305, № 5, с.1112-1116

100. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионно-стойкие конструкционные сплавы. М.: Металлургия, 1986, 359 с.

101. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. М.: Высшая школа, 1974, 518 с.

102. El-Aziz A.M., Kirchner A., Gutfleisch O., Gebert A., Schultz L. Inverstigation of the corrosion behavior of nanocrystalline Nd-Fe-B hot pressed magnets // Journal of Alloys and Compounds, 2000, V. 311, p. 299-304

103. El-Moniem A.A., Gerbert A., Schneider F., Gutfleisch O., Schultz L. Grain growth effects on the corrosion behavior of nanocrystalline NdFeB magnets // Corrosion Science, 2002, V. 44, p. 1097-1112

104. Маклецов В.Г., Канунникова О.М., Ломаева С.Ф., Коныгин Г.Н. Влияние отжига на электрохимическое поведение аморфного сплава Fe73)5-Sii3;5-B9-Nb3-Cui в кислых перхлоратных средах // Защита металлов, 2001, Т. 37, № 2, с.

105. Kim S.H., Aust К.Т., Erb U., Gonzalez F., Palumbo G. A comparison of the corrosion behavior of polycrystalline and nanocrystalline cobalt // Scripta Materialia, 2003, V. 48, p. 13791384

106. Жук H. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976, 472 с.

107. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. Л.: Химия, 1989,456 с.

108. Сухотин A.M. Физическая химия пассивирующих пленок на железе. Л.: Химия, 1989, 320 с.

109. Коррозия: Справочник / Под. Ред. Шрайера Л.Л, М.:Металлургия, 1981, с. 69

110. Маклецов В.Г., Елсуков Е.П., Коныгин Г.Н., Шишкина Т.А. Влияние концентрации кремния и наклепа на анодное поведение железокремнистых сплавов // Защита металлов, 1999, Т. 35, № 1, с. 95-97

111. McCafferty Е. Oxide networks, graph theory, and the passivity of binary alloys // Corrosion Science, 2002, V. 44, p. 1393-1409

112. Ioka I., Mori J., Kato C., Futakawa M., Onuki K. The characterization of passive films on Fe-Si alloy in boiling sulfuric acid // Journal of Material Science Letters, 1997, V. 18, p. 14971499

113. Колотыркин В.И., Соколов С.А., Новохатский И.А., Княжева В.М., Ладьянов В.И., Усатюк И.И. Коррозионно-электрохимическое поведение быстрозакаленных сплавов Fe-Si с высоким содержанием кремния // Защита металлов, 1987, Т. 23, № 1, с. 75-81

114. Колганова Н.В., Ширина Н.Г., Томашпольский Ю.И., Колотыркин В.И., Княжева В.М. Эмиссионные свойства и состав поверхностных слоев коррозионно-стойких сплавов Fe-Si // Защита металлов, 1991, Т.27, №2. с. 263-266

115. Алтов Р.Г., Шеин А.Б. Коррозионно-электрохимическое поведение силицидов железа различного состава в кислотах // Защита металлов, 1993, Т. 29, № 6, с. 895-899

116. Аитов Р.Г., Шеин А.Б. Влияние фторид-ионов на анодное поведение силицидов железа, никеля и кобальт // Защита металлов, 1994, Т.ЗО, № 4, с. 439-440

117. Аитов Р.Г., Шеин А.Б. Электрохимическое поведение моносилицида никеля в серной кислоте // Электрохимия, 1993, Т. 29, № 5, С. 611-615

118. Шеин А.Б., Канаева О.В. Анодное растворение граней (100) и (110) моносилицида железа в сернокислом электролите // Электрохимия, 2000, Т. 36, № 8, с. 1034-1037

119. Шеин А.Б., Канаева О.В. Анодное растворение силицидов кобальта в растворе серной кислоты // Электрохимия, 2000, Т. 36, № 9, с. 1155-1159

120. Шеин А.Б. Электрохимическое поведение моносилицида никеля в сернокислом электролите, содержащем фторид-ионы//Электрохимия, 1998, Т. 34, № 8, с. 900-903

121. Калмыков В.В., Гречная И.Я. Влияние марганца и кремния на коррозию термически упрочненной низкоуглеродистой стали. // Защита металлов, 1986, Т. 22, № 3, с. 428-431

122. Калмыков В.В. Влияние повышенного (до 2%) содержания кремния на коррозию термически упрочненной низкоуглеродистой стали при переменном погружении // Защита металлов, 1999, Т. 35, № 2, с. 217-218

123. Giordana S, Fiand С. Corrosion behavior of low-Si alloyed steels in neutral reducing conditions at 90°C // Electrochimica Acta, V. 47,2002, p. 1683-1689

124. Мильман B.M., Каспарова О.В. О совместном влиянии В и Si на межкристаллитную коррозию стали Х20Н20 // Защита металлов, 1991, Т. 27, № 5, с. 743-752

125. Каспарова О.В. Нарушение пассивного состояния границ зерен и межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей // Защита металлов, 1998, Т. 34, № 6, с. 585-591

126. Каспарова О.В., Балдохин Ю.В., Кочетов Г.А. Влияние кремния на электронную структуру и коррозионно-электрохимическое поведение аустенитных нержавеющих сталей // Защита металлов, 2002, Т. 38, № 2, с. 203-211

127. Vehovar L., Pervan P., Milun M. XPS inverstigation of corrosion resistant films formed on alloyed cast steels // Strojarstvo, 1999, V. 41, №3-4, p. 111-116

128. Porcayo-Calderon J., Brito-Figueroa E., Gonzalez-Rodriguez J.G. Oxidation behavior of

129. Fe-Si thermal spray coatings // Materials Letters, 1999, V. 38, p. 45-53

130. Shcneeweiss O., Pizurova N., Jiraskova Y., Zak Т., Cornut B. FeaSi surface coatings on SiFe steel // JMMM, 2000, V. 215-216, p. 115-117

131. Williams R.A., Kelsall G.H. An investigation of the surface properties of atomized FexSi powders // J. Colloid and Interface Sci., 1989, V. 132, № 1, p. 210-219

132. Estrada J.L., Godinez J., Herrera H. Surface reactions of ferritic stell particles atomized with water or mixture water-additive // Surface Rewiew and Letters, 1999, V.6, № 6, p. 12891298

133. Иксанов Б.А., Толстая M.A. Методика измерения электрохимических характеристик металлических и металлооксидных порошков // Заводская лаборатория, 1982, № 5, с. 34-36

134. Толстая М.А., Иксанов Б.А. Электрохимические свойства порошков никеля с различной степенью дисперсности // Защита металлов, 1982, Т. 18, № 6, с. 876-880

135. Маклецов В.Г., Дорофеев Г. А., Благодатских И.И. Потенциометрическое исследование механоактивированных порошков Fe, сплавов Fe-Si и Fe-Sn // Вестник Удмуртского Университета. Сер. Химия, 2003, с. 41-48

136. Маклецов В.Г., Щуклина О.В., Дорофеев Г.А. Коррозионные потери механоактивированных порошковых сплавов Fe-C и Fe-Ge в кислых средах // Вестник Удмуртского Университета. Сер. Химия, 2003, с. 49-56

137. Розенфельд И.Л., Жигалова К.А. Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов. М.: Металлургия, 1996, 348 с.

138. Швец Т.М., Мельниченко З.М., Кущевская Н.Ф. и др. Коррозионная устойчивость высокодисперсных ферромагнетиков // Порошковая металлургия, 1994, № 7/8, с. 100-103

139. Кущевская Н.Ф. Коррозионная устойчивость высокодисперсных ферромагнетиков // Порошковая металлургия, 2000, № 3/4, с. 1-3

140. Швец Т.М., Кущевская Н.Ф. Термическая устойчивость порошков высокодисперсных ферромагнетиков // Порошковая металлургия, 2000, № 5/6, с. 1-4

141. Zhygotsky A.G. Determination of active metal in ultradispersed iron powders and TG study of their oxidation // Journal of thermal Analysis and Calorimetry, 2000, V. 62, p. 575-578

142. Liszkovski P., Turek K., Figiel H., Gajerski R. The intermediate stage of the corrosion of Nd-Fe-B powders in ambient air // Journal of Alloys and Compounds, 2001, V. 315, p. 270-275

143. Ляхович A.M., Дорфман A.M., Повстугар В.И. Взаимосвязь поверхностной структуры и свойств пленок, полученных из гептана под действием плазмы тлеющего разряда // Известия академии наук. Сер. физ., 2002, Т. 66, № 7, с. 1054-1058

144. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации общего железа в природных и сточных водах фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой / ПНД Ф 14.1:2. 50-96. М., 1996

145. Vasiliyev L.S., Lomayeva S.F. Determination of the oxide shell thickness on Ni ultradispersed particles by X-ray electron spectroscopy // Phys. Low-Dim. Struct., 1996, №7/9, p. 17-26

146. Рабек. Я. Экспериментальные методы в химии полимеров. 4.1. М.:Мир, 1983, 384 с.

147. Карлсон Т. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия. JL: Машиностроение, 1981, 431 с.

148. Лабораторный практикум по общей химии / Под.ред. Таперовой А.А. М.: Высш. шк., 1976, с. 31

149. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1971,456 с.

150. Сюгаев А.В., Ломаева С.Ф. Формирование поверхностных слоев в процессе измельчения сплава Fe-Si в органических средах // Тезисы докладов VI Всероссийской конф. «Физико-химия ультрадисперсных систем» 19-23 августа 2002, Томск, Россия, с. 300

151. Сюгаев А.В., Ломаева С.Ф. Формирование поверхностных слоев в процессе измельчения сплава Fe-Si в органических средах.// Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. Сборник научных трудов VI Всероссийской конф. М.: МИФИ, 2003, с. 400-404

152. Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1968, 408 с.

153. Beamson G., Briggs D. High Resolution XPS of Organic Polymers. The Scienta ESCA300 Database. Chichester, New York, Brisbane, Toronto, Singapore: John Wiley&Sons, 1992, 582 p.

154. Asami K., Hashimoto K. The X-ray photo-electron spectra of several oxides of iron and chromium // Corrosion Science, 1977, V. 17, p. 559-570

155. Mclntyre N.S., Zetaruk D.G. X-ray photoelectron spectroscopic studies of iron oxides // AnalytChem., 1977, V. 49, № 11, p. 1521

156. Гаврилюк В.Г. Распределение углерода в стали. Киев: Наукова Думка, 1987.

157. Кубашевский О. Диаграммы состояний двойных систем на основе железа, Металлургия, Москва, 1985

158. Schlogs R., Boehm Н.Р. Influence of crystalline perfection and surface species on the X-ray photoelectron of natural and synthetic graphites // Carbon, 1983, V. 21, № 4, p. 345-358

159. Lee Y., Bevolo A., Lynch D. Studies of the initial oxidation of Fe-Si alloys by AES, XPS and EELS // Surface Science, 1987, V. 188, p.267-286171." Гольдшмидт X. Дж. Сплавы внедрения. Т.2. М: Мир, 1971, 464 с.

160. Солнцев Л.А., Шифрин В.Д., Мирошниченко О.Н. и др. // Металлы, 1993, № 4, с. 102

161. Chen Y.C., Chen С.М., Su К.С. // Mater. Sci. Eng., 1991, V. A133, p. 596

162. Bokhonov В., Korchagin M. // J. Alloys and Compounds. 2002. V. 333. P. 308-320.

163. Канунникова O.M., Ломаева С.Ф., Шаков А.А., Гильмутдинов Ф.З. Состав и строение тонких пленок ЭЮгна металлах // Стекло и керамика, 2003, № 2, с. 24-29