Структурная зависимость коррозионных свойств сплава Zr—1,0% Nb в соляном растворе

Abstract

Изучено коррозионное поведение сплава Zr—1,0% Nb после ультразвуковой ударной обработки (УЗУО). С помощью рентгеновского и электронно-микроскопического анализов показано, что с ростом степени деформации при УЗУО в поверхностном слое происходит существенное измельчение зёренной структуры (до ≈ 100—150нм), усиление базисной текстуры и формирование сжимающих остаточных напряжений (до 550 МПа). Указанные структурные факторы ведут к возрастанию микротвёрдости поверхностного слоя до 2,9 ГПа. С помощью рентгеноспектрального анализа установлено, что степень насыщения поверхностного слоя кислородом при УЗУО и прочность оксидных плёнок, формирующихся в растворе NaCl, зависят от среды, используемой при УЗУО (воздух или аргон). Насыщение кислородом поверхностного слоя в процессе УЗУО на воздухе способствует образованию толстых оксидных плёнок ZrO₂ на поверхности образца. Коррозионные испытания в 3,5%-водном растворе NaCl с использованием измерений потенциалов открытой цепи и динамически изменяющихся потенциалов показали определяющую роль оксидных пассивационных плёнок в повышении коррозионной стойкости сплава Zr—1,0% Nb.

Вивчено корозійну поведінку стопу Zr—1,0% Nb після ультразвукового ударного оброблення (УЗУО). Рентґенівський та електронно-мікроскопічний аналізи показали, що відбувається істотне подрібнення зеренної структури (до ≈ 100—150 нм), посилення базисної текстури і формування залишкових напружень стиснення (до 550 МПа) в поверхневому шарі зі зростанням ступеня деформації при УЗУО. Зазначені структурні чинники ведуть до зростання мікротвердости поверхневого шару до 2,9 ГПа. За допомогою рентґеноспектрального аналізу з’ясовано, що ступінь насичення поверхневого шару киснем при УЗУО і міцність оксидних плівок, які формуються в розчині NaCl, залежать від середовища, що використовується при УЗУО (повітря чи арґон). Насичення киснем поверхневого шару в процесі УЗУО на повітрі сприяє утворенню товстих оксидних плівок ZrO₂ на поверхні зразка. Корозійні випробування в 3,5%-водному розчині NaCl з використанням вимірювань потенціялів відкритого ланцюга і динамічно змінюваних потенціялів показали визначальну роль оксидних пасиваційних плівок у підвищенні корозійної стійкости стопу Zr—1,0% Nb.

The corrosion behaviour of Zr—1% Nb is studied after ultrasonic impact treatment (UIT). As shown using X-ray diffraction analysis and transmission electron microscopy, the significant refinement of a grain structure (up to ≈ 100—150 nm) and the reinforcement in the basal texture occur in the surface layer with increasing deformation during the UIT process. Compressive residual stresses (up to 550 MPa) are also registered in the surface layer at UIT. These structural factors lead to an increase in the microhardness of the surface layer up to 2.9 GPa. As shown using energy dispersive X-ray analysis, the degree of oxygen saturation into the surface layer at UIT and strength of oxide films formed in the NaCl solution depend on the environment used at the UIT processing (air or argon). Higher oxygen saturation into the surface layer at the air UIT process promotes formation of thicker ZrO₂ oxide films on the specimen surface. Corrosion tests in 3.5% NaCl water solution with using open circuit potential and dynamically changed potential schemes show a determining role of the oxide passivation film in the enhanced corrosion resistance of Zr—1% Nb alloy.