cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0021-3438-2019-6-70-74cvmet-1044Research ArticleКоррозия и защита металловCorrosion and Protection of MetalsКоррозия алюмоматричного композита in situ на основе Al–7Si–1FeThe corrosion of aluminum matrix composite in situ based on Al–7Si–1Fe alloyФинкельштейнА. Б.FinkelsteinA. B.

Доктор технических наук, профессор кафедры литейного производства и упрочняющих технологий

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

Dr. Sci. (Tech.), Full prof., Department of foundry engineering and strengthening technologies

620002, Russia, Ekaterinburg, Mira str., 19

avinkel@mail.ruШакА. В.ShakA. V.

Кандидат технических наук, зав. лабораторией кафедры редких металлов и наноматериалов

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

Cand. Sci. (Tech.), Head of Laboratory, Department of rare metals and nanomaterials

620002, Russia, Ekaterinburg, Mira str., 19

a.v.shak@urfu.ruШеферА. А.SchaeferA. A.

Ассистент кафедры литейного производства и упрочняющих технологий

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19 

Assistant, Department of foundry engineering and strengthening technologies

620002, Russia, Ekaterinburg, Mira str., 19

a.a.shefer91@gmail.comУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal UniversityRussian Federation201915122019067074Copyright © Финкельштейн А.Б., Шак А.В., Шефер А.А., 20192019Финкельштейн А.Б., Шак А.В., Шефер А.А.Finkelstein A.B., Shak A.V., Schaefer A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1044

Приведены результаты сравнительного исследования коррозионной стойкости алюмоматричного композита, полученного методом продувки кислородом предварительно гидрогенизированного расплава на основе сплава Al–Si–Fe с содержанием железа более 1 %, предназначенного для литья под давлением, и сплава Al–7Si с 0,3 % Fe, модифицированного лигатурой 5Al–Ti в количестве 2 %. Коррозия в алюминиевых сплавах обусловлена нарушением сплошности оксидной пленки на некоторых фазах, прежде всего на фазе Al5SiFe. Пары образцов из композита и сплава сравнения диаметром 15 мм и длиной 50 мм подверглись испытаниям в 7 %-ном растворе солевого тумана NaCl в камере КСТ-1 на подвесках при температуре 22 °С в течение 300 ч. Полученные результаты показали близкие значения убыли массы образцов, несмотря на значительно более высокое содержание железа в материале, поскольку сформировавшиеся в расплаве при продувке кислородом частицы Al2O3 размером 100–200 нм, осаждаясь на границах фаз, снижают площадь поверхности взаимодействия с коррозионной средой. Литературные данные показывают существенное отличие сопротивления коррозионному воздействию композитов ex situ от in situ вследствие различий в размерах и расположении в матрице упрочняющей фазы. Исследованный композиционный материал может быть рекомендован как коррозионно-стойкая альтернатива сплавам с повышенным содержанием железа, используемым для литья под давлением.

The paper provides the results of a comparative corrosion resistance study of the aluminum matrix composite produced by the method of oxygen lancing of pre–hydrogenated Al–Si–Fe aluminum alloy melt with an iron content of over 1.0 % and Al–7%Si alloy with an iron content of 0.3 % modified by the 5Al–Ti master alloy in the amount of 2 %. Corrosion in aluminum alloys is conditioned by the oxide film discontinuity in some phases, primarily Al5SiFe. Pairs of composite and reference alloy samples with a diameter of 15 mm and a length of 50 mm were tested in a 7 % solution of NaCl salt fog in SFC-1 chamber on suspension brackets at 22 °C for 300 hours. The obtained results show close values of mass losses for samples despite the significantly higher iron content in the material since 100–200 nm particles formed in the melt by oxygen lancing are deposited on the phase boundaries and reduce the area of the surface in contact with the corrosive environment. Literature data show a considerable difference in the corrosion resistance of composites ex situ from in situ due to different sizes and locations in the hardening phase matrix. The studied composite material can be recommended as a corrosion-resistant alternative to alloys with the high iron content that are used for high pressure die casting (HPDC).

алюмоматричный композиткоррозиялитье под давлениемaluminum matrix compositecorrosionhigh pressure die casting (HPDC).ReferencesSchuster D.M. The world won’t beat a path to your door. Key Eng. Mater. 1992. Vol. 77. P. 337—348. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.77-78.337.Schuster D.M. The world won’t beat a path to your door. Key Eng. Mater. 1992. Vol. 77. P. 337—348. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.77-78.337.Чикова О.А., Финкельштейн А.Б., Шефер А.А. Структура и наномеханические свойства сплава Al—Si—Fe, полученного путем продувания расплава кислородом. Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. No. 7. C. 730—735. DOI: 10.1134/S0031918X18070037.Chikova O.A., Finkel’shtein A.B., Shefer A.A. Structure and nanomechanical properties of the Al—Si—Fe alloy produced by blowing the melt with oxygen. Phys. Met. Metallograph. 2018. Vol. 119. No. 7. P. 685—690. DOI: 10.1134/S0031918X18070037.Pilling N.B., Bedworth R.E. The oxidation of metals at high temperatures. J. Inst. Met. 1923. No. 29. P. 529—582.Pilling N.B., Bedworth R.E. The oxidation of metals at high temperatures. J. Inst. Met. 1923. No. 29. P. 529—582.Ambat R., Davenport A.J., Scamans G.M., Afseth A. Effect of iron—containing intermetallic particles on the corrosion behaviour of aluminium. Corros. Sci. 2006. Vol. 48. No. 11. P. 3455—3471. DOI: 10.1016/j.corsci.2006.01.005.Ambat R., Davenport A.J., Scamans G.M., Afseth A. Effect of iron—containing intermetallic particles on the corrosion behaviour of aluminium. Corros. Sci. 2006. Vol. 48. No. 11. P. 3455—3471. DOI: 10.1016/j.corsci.2006.01.005.Park J.O., Paik C.H., Huang Y.H., Alkire R.C. Influence of Fe—rich intermetallic inclusions on pit initiation on aluminum alloys in aerated NaCl. J. Electrochem. Soc. 1999. Vol. 146. No. 2. P. 517—523. DOI: S0013—4651(97)12-009-2.Park J.O., Paik C.H., Huang Y.H., Alkire R.C. Influence of Fe—rich intermetallic inclusions on pit initiation on aluminum alloys in aerated NaCl. J. Electrochem. Soc. 1999. Vol. 146. No. 2. P. 517—523. DOI: S0013—4651(97)12-009-2.Nis K., Davanger K.Y., Strandmyr O., Holtan H. Cathodic behavior of impure aluminum in aqueous media. J. Electrochem. Soc. 1981. Vol. 128. No. 7. P. 1523—1526. DOI: 10.1149/1.2127675.Nis K., Davanger K.Y., Strandmyr O., Holtan H. Cathodic behavior of impure aluminum in aqueous media. J. Electrochem. Soc. 1981. Vol. 128. No. 7. P. 1523—1526. DOI: 10.1149/1.2127675.Zahavi J., Zangvil A., Metzger M. Structure and stability of anodic films formed on aluminum containing dispersed Al3Fe phase. J. Electrochem. Soc. 1978. Vol. 125. No. 3. P. 438—444. DOI: 10.1149/1.2131469.Zahavi J., Zangvil A., Metzger M. Structure and stability of anodic films formed on aluminum containing dispersed Al3Fe phase. J. Electrochem. Soc. 1978. Vol. 125. No. 3. P. 438—444. DOI: 10.1149/1.2131469.Seri O. The effect of NaCl concentration on the corrosion behavior of aluminum containing iron. Corros. Sci. 1994. Vol. 36. No. 10. P. 1789—1803. DOI: 10.1016/0010938X(94)90132-5.Seri O. The effect of NaCl concentration on the corrosion behavior of aluminum containing iron. Corros. Sci. 1994. Vol. 36. No. 10. P. 1789—1803. DOI: 10.1016/0010938X(94)90132-5.Samuel A.M., Samuel F.H., Doty H.W. Observations on the formation of β—Al5FeSi phase in 319 type Al—Si alloys. J. Mater. Sci. 1996. Vol. 31. No. 20. P. 5529—5539. DOI: 10.1007/BF01159327.Samuel A.M., Samuel F.H., Doty H.W. Observations on the formation of β—Al5FeSi phase in 319 type Al—Si alloys. J. Mater. Sci. 1996. Vol. 31. No. 20. P. 5529—5539. DOI: 10.1007/BF01159327.Mulazimoglu M.H., Zaluska A., Gruzleski J.E., Paray F. Electron microscope study of Al—Fe—Si intermetallics in 6201 aluminum alloy. Metal. Mater. Trans. A. 1996. Vol. 27. No. 4. P. 929—936. DOI: 10.1007/BF02649760.Mulazimoglu M.H., Zaluska A., Gruzleski J.E., Paray F. Electron microscope study of Al—Fe—Si intermetallics in 6201 aluminum alloy. Metal. Mater. Trans. A. 1996. Vol. 27. No. 4. P. 929—936. DOI: 10.1007/BF02649760.Syvertsen M. Oxide skin strength on molten aluminum. Metal. Mater. Trans. B. 2006. Vol. 37. No. 3. P. 495—504. DOI: 10.1007/s11663-006-0033-8.Syvertsen M. Oxide skin strength on molten aluminum. Metal. Mater. Trans. B. 2006. Vol. 37. No. 3. P. 495—504. DOI: 10.1007/s11663-006-0033-8.ASTM B85 / B85M-18e1. Standard specification for aluminum — alloy die castings. https://www.astm.org/ Standards/B85.htm (Accessed 2018).ASTM B85 / B85M-18e1. Standard specification for aluminum — alloy die castings. https://www.astm.org/Standards/B85.htm (Accessed 2018).Lucas K.A., Lucas K.A., Clarke H. Corrosion of aluminium—based metal matrix composites. Baldock: Research Studies Press, 1993.Lucas K.A., Lucas K.A., Clarke H. Corrosion of aluminium—based metal matrix composites. Baldock: Research Studies Press, 1993.Nielssen H., Hufnagel W., Ganoulis G. Aluminium — Taschenbuch. 13. Aufl., Düsseldorf: Aluminium-Verlag GmbH, 1974.Nielssen H., Hufnagel W., Ganoulis G. Aluminium — Taschenbuch. 13. Aufl., Düsseldorf: Aluminium-Verlag GmbH, 1974.Foley R.T. Localized corrosion of aluminum alloys — a review. Corrosion. 1986. Vol. 42. No. 5. P. 277—288. DOI: 10.5006/1.3584905.Foley R.T. Localized corrosion of aluminum alloys — a review. Corrosion. 1986. Vol. 42. No. 5. P. 277—288. DOI: 10.5006/1.3584905.Sobolev A., Wolicki I., Kossenko A., Zinigrad M., Borodianskiy K. Coating formation on Ti—6Al—4V alloy by micro arc oxidation in molten salt. Materials. 2018. Vol. 11. No. 9. P. 1611—1619. DOI: 10.3390/ma11091611.Sobolev A., Wolicki I., Kossenko A., Zinigrad M., Borodianskiy K. Coating formation on Ti—6Al—4V alloy by micro arc oxidation in molten salt. Materials. 2018. Vol. 11. No. 9. P. 1611—1619. DOI: 10.3390/ma11091611.Wen L., Wang Y., Zhou Y., Guo L., Ouyang J.H. Microstructure and corrosion resistance of modified 2024 Al alloy using surface mechanical attrition treatment combined with microarc oxidation process. Corros. Sci. 2011. Vol. 53. No. 1. P. 473—480. DOI: 10.1016/j.corsci.2010.09.061.Wen L., Wang Y., Zhou Y., Guo L., Ouyang J.H. Microstructure and corrosion resistance of modified 2024 Al alloy using surface mechanical attrition treatment combined with microarc oxidation process. Corros. Sci. 2011. Vol. 53. No. 1. P. 473—480. DOI: 10.1016/j.corsci.2010.09.061.Wei T., Yan F., Tian J. Characterization and wear—and corrosion—resistance of microarc oxidation ceramic coatings on aluminum alloy. J. Alloys Compd. 2005. Vol. 389. No. 1-2. P. 169—176. DOI: 10.1016/j.jallcom.2004.05.084.Wei T., Yan F., Tian J. Characterization and wear—and corrosion—resistance of microarc oxidation ceramic coatings on aluminum alloy. J. Alloys Compd. 2005. Vol. 389. No. 1-2. P. 169—176. DOI: 10.1016/j.jallcom.2004.05.084.Rao K.P., Ram G.J., Stucker B.E. Improvement in corrosion resistance of friction stir welded aluminum alloys with micro arc oxidation coatings. Scripta Mater. 2008. Vol. 58. No. 11. P. 998—1001.Rao K.P., Ram G.J., Stucker B.E. Improvement in corrosion resistance of friction stir welded aluminum alloys with micro arc oxidation coatings. Scripta Mater. 2008. Vol. 58. No. 11. P. 998—1001.Uludağ M., Kocabaş M., Dışpınar D., Çetin R., Cansever N. Effect of Sr and Ti addition on the corrosion behaviour of Al—7Si—0.3Mg alloy. Arch. Foundry Eng. 2017. Vol. 17. No. 2. P. 125—130. DOI: 10.1515/afe-2017-0063.Uludağ M., Kocabaş M., Dışpınar D., Çetin R., Cansever N. Effect of Sr and Ti addition on the corrosion behaviour of Al—7Si—0.3Mg alloy. Arch. Foundry Eng. 2017. Vol. 17. No. 2. P. 125—130. DOI: 10.1515/afe-2017-0063.ASTM B117-18. Standard practice for operating salt spray (fog) apparatus. https://www.astm.org/Standards/B117.htm (Accessed 2018). DOI: 10.1520/B0117-18.ASTM B117-18. Standard practice for operating salt spray (fog) apparatus. https://www.astm.org/Standards/B117.htm (Accessed 2018). DOI: 10.1520/B0117-18.De Salazar J.M.G., Urena A., Manzanedo S., Barrena M.I.Corrosion behaviour of AA6061 and AA7005 reinforced with Al2O3 particles in aerated 3.5 % chloride solutions: potentiodynamic measurements and microstructure evaluation. Corros. Sci. 1998. Vol. 41. No. 3. P. 529—545. DOI: 10.1016/S0010-938X(98)00135-8.De Salazar J.M.G., Urena A., Manzanedo S., Barrena M.I.Corrosion behaviour of AA6061 and AA7005 reinforced with Al2O3 particles in aerated 3.5 % chloride solutions: potentiodynamic measurements and microstructure evaluation. Corros. Sci. 1998. Vol. 41. No. 3. P. 529—545. DOI: 10.1016/S0010-938X(98)00135-8.Acevedo-Hurtado P.O., Sundaram P.A. Corrosion behavior of novel Al—Al2O3 composites in aerated 3.5 % chloride solution. J. Mater. Eng. Perf. 2017. Vol. 26. No. 1. P. 69—75. DOI: 10.1007/s11665-016-2420-x.Acevedo-Hurtado P.O., Sundaram P.A. Corrosion behavior of novel Al—Al2O3 composites in aerated 3.5 % chloride solution. J. Mater. Eng. Perf. 2017. Vol. 26. No. 1. P. 69—75. DOI: 10.1007/s11665-016-2420-x.Sherif E.S.M., Almajid A.A., Latif F.H., Junaedi H. Effects of graphite on the corrosion behavior of aluminum— graphite composite in sodium chloride solutions. Int. J. Electrochem. Sci. 2011. Vol. 6. P. 1085—1099.Sherif E.S.M., Almajid A.A., Latif F.H., Junaedi H. Effects of graphite on the corrosion behavior of aluminum— graphite composite in sodium chloride solutions. Int. J. Electrochem. Sci. 2011. Vol. 6. P. 1085—1099.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.