Способ определения коэффициента объемной взаимодиффузии в двухкомпонентном сплаве Советский патент 1992 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к определению электрохимических параметров сплавов и может быть использовано в металловедении, электрохимии, при коррозионных испытаниях для быстрого Определения диффузионной подвижности компонентов в химически измененном поверхностном слое сплава.

Известен способ определения диффузионных характеристик сплавов при их селективном анодном растворении в расплавах электролитов. Полученные коэффициенты взаимодиффузии не характеризуют диффузионную подвижность компонентов сплава при комнатной температуре.

Известен способ определения коэффициента взаимодиффузии компонентов в двухкомпонентном сплаве при комнатной температуре, когда электрод из сплава погружают в раствор электролита и при потенциале Е, исключающем растворение электрохимически положительного компонента, снимают зависимость тока во времени, затем корректируют кривую спада тока на величину фонового тока, полученного на электроде из чистого электроположительного компонента.

Недостатком этого метода является невысокая точность определения коэффициента взаимодиффузии из-за искажений в форме хроноамперограммы, поскольку используемая методика учета вклада побоч 4

4 О 00

N)

ных (фоновых) электрохимических процессов в регистрируемый ток не учитывает фи- зико-химических и электрохимических различий процессов на сплаве и его отдельных компонентах.

Целью изобретения является повышение точности определения коэффициента взаимодиффузии.

Поставленная цель достигается получением при постоянном потенциале Е, исклю- чающем растворение электрохимически положительного компонента, кривой спада тока во времени на электроде из сплава в растворе электролита, причем кривую спада тока регистрируют до уровня фонового тока, затем прекращают поляризацию, и после возвращения потенциала электрода к исходному значению повторно, без извлечения электрода из раствора и промежуточной зачистки, снимают на нем при том же постоянном потенциале Е и в течение того же времени кривую спада тока, после чего алгебраически суммируют обе кривые и по зависимости парциального тока растворения электрохимически отрицательного компонента сплава от времени определяют коэффициент взаимодиффузии.

На чертеже даны хроноамперограммы латуни.

Сущность способа заключается в следующем.

Если на электроде из А,В-сплава поддерживать постоянный потенциал Е, при котором растворение электрохимически положительного компонента В термодинамически невозможно, то сплав растворяет- ся селективно. Токоизмерительный прибор фиксирует сумму парциального тока д(т) растворения компонента А и фонового ф(т) побочных электрохимических процессов, протекающих на электроде при потенциале Е (выделения водорода, восстановления кислорода, оксидов, катионов металлов, окисления примесей сплава и т.п.):

i(t)iA(t)(t).(1)

При значительном различии стандарт- ных электродных потенциалов компонентов А и В концентрация А на поверхности сплава при его потенциостатической анодной поляризации практически мгновенно снижается до величины, близкой к нулю, поэто- му селективное растворение А из сплава осуществляется в режиме предельного диффузионного тока по фазе сплава. Коэффициент взаимодиффузии D в сплаве определяется по формуле:

JA(t)N%12

2дуРСЯ

где ZA - разряд катиона компонента; A, F - число Фарадея; NA° и СА° - атомная доля и мольная концентрация А в сплаве; у- параметр учитывающий смещение границы сплав/раствор во время растворения и определяемый соотношением

л1/2 у erfc( у)ехр( у2)NA°.(3)

При ,10; 0,20; 0,40 величина у составляет 0,055; 0,13; 0,31 соответственно. Из (1J и (2) следует, что точность определения D при данном NA° определяется тем, насколько корректно проведен учет (t). Необходимо иметь в виду, что поверхностный слой сплава, обогащенный компонентом В, находится в неравновесном состоянии, высокодефектен и по своим электрохимическим и физико-химическим свойствам заметно отличается от чистого компонента В, Несомненно, что и кинетика различных побочных процессов на поверхности А,В - сплава и компонента В будет разной.

Согласно изобретению, поправку на ф(т) в фиксируемый ток l(t) следует вводить по результатам повторных хроноамперо- метрических измерений на сплаве без его извлечения из раствора и зачистки. Поскольку величина д(1) в ходе первого цикла поляризации практически снижается до нуля, то при повторном снятии хроноамперограммы фиксируемый ток непосредственно определяет величину (t).

Пример. Рассмотрим хроноамперо- метрическое определение коэффициента взаимодиффузиивсплаве

Cu30Zn(,3). Чтобы исключить начальное коррозионное обесцинкование, латунный электрод с помощью скользящего шлифа резко погружают в деаэрированный раствор 0,9 М NaCI+0,1 M HCI, одновременно задавая от потенциостата П-5848 потенциал поляризации 33 В (х.с.э), при котором медь не растворяется. Регистрация тока на электронном потенциометре КСП-4 начинается в момент касания поверхности с электродом. Кривую спада тока снимают в течение 3-5 мин, пока ток не достигнет фоновых значений. Отключают поляризацию, ожидают возвращения потенциала электрода к исходному стационарному значению. Повторно регистрируют (i,t) зависимость, поддерживая на электроде из латуни потенциал -0,33 В. Суммируют первую и вторую хроноамперограммы латуни. Перестраивают суммарную кривую слада тока в критериальных для объемной взаимодиффузии координатах Im-f1 2, выявляют линейный участок и определяют по (2) и (3) коэффициент Ъ.

На чертеже представлены хроноампе- рограммы латуни CuSOZn, различающиеся способом введения поправки на фоновый ток по измерениям на медном электроде (кривая 1) и на предварительно обесцинко- ванной латуни (кривая 2), во втором случае ОгпД ) зависимости линейны в течение всего периода измерений Значения D jc pставляютсоответственно(11,5 ±1,8) (1,1 ±0,2) 10 20м2/с, что заметно превышает погрешность собственно хроноамперо- метрических измерений.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более корректно учесть вклад фоновых электрохимических процессов в результаты хроноамперометрических измерений на сплавах и, тем самым, заметно повысить точность определения коэффициента взаимодиффузии в поверхностных слоях сплавов при комнатных температурах. Это играет важную роль в оценке коррозионной стойкости и электрохимических характеристик двухкомпонентных сплавов.

Формула изобретения Способ определения коэффициента объемной взаимодиффузии в двухкомпо- нентном сплаве, заключающийся в получении при постоянном потенциале Е, исключающем растворение электрохимически положительного компонента, кривой спада тока во времени на электроде из сплава в растворе электролита, отличают, и0 и с я тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента взаимодиффузии, кривую спада тока регистрируют до уровня фонового тока, затем прекращают поляризацию и после возвращения потен5 циала электрода к исходному значению повторно, без извлечения электрода из раствора и промежуточной зачистки, снимают на нем при том же постоянном потенциале Е и в течение того же времени кривую

0 спада тока, после чего алгебраически суммируют обе кривые и по зависимости парци- альноготокарастворения

электрохимически отрицательного компонента сплава от времени определяют коэффициент взаимодиффузии.

Использование: электрохимические исследования. Сущность изобретения: получают хроноамперограмму сплава, в которую вносят поправку на вклад в регистрируемый ток фоновых электрохимических процессов, повторно снимая при том же потенциале кривую спада тока во времени на электроде из исследуемого сплава без его промежуточного извлечения из раствора и зачистки. Далее по зависимости парциального тока растворения электрохимически отрицательного компонента сплава от времени определяют коэффициент взаимодиффузии. 1 ил