Corrosion electrochemical behavior of metal matrix composites “Al-nano-Al2O3” IN 0.5M NaCl aqueous solution

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The corrosion-electrochemical behavior of nanocomposites of the “aluminum-nano-aluminum oxide” system, formed by direct chemical interaction of molten aluminum with titanium nanooxide in an environment of molten alkali metal chlorides at temperatures above 700оC, has been studied. Nanoalumina crystals in the α-Al2O3 modification, uniformly distributed throughout the volume of the metal matrix, were detected by means of electron microscopy and X-ray diffraction. The corrosion rate in 0.5M NaCl, determined by the gravimetric method, decreases by 3–4 times when moving from initial aluminum to Al-Al2O3 composites, while the nature of corrosion changes from pitting to uniform and the corrosion resistance class from 3 (resistant) to 2 (very persistent). This is due to the formation of a denser single-phase hydroxide coating on the surface of the composite compared to a two-phase loose coating on aluminum. The corrosion potential is not affected by the incorporation of aluminum oxide nanoparticles into the aluminum matrix.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. G. Kvashnichev

Institute of High-Temperature Electrochemistry Ural Branch of RAS

Email: yolshina@ihte.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

L. A. Yolshina

Institute of High-Temperature Electrochemistry Ural Branch of RAS

Author for correspondence.
Email: yolshina@ihte.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

V. I. Pryakhina

Ural Federal University named by B.N. Yeltsin

Email: yolshina@ihte.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. B.F. Schultz, J.B. Ferguson, P.K. Rohatgi. Microstructure and hardness of Al2O3 nanoparticle reinforced Al-Mg composites fabricated by reactive wetting and stir mixing. // Materials Science and Engineering A. 2011. 530. Р. 87–97.
  2. H. Su, W. Gao, Zh. Feng, Zh. Lu. Processing, microstructure and tensile properties of nano-sized Al2O3 particle reinforced aluminum matrix composites // Materials and Design. 2012. 36. P. 590–596.
  3. L.A. Yolshina, R.V. Muradymov, D.I. Vichuzhanin, E.O. Smirnova, Enhancement of the mechanical properties of aluminum-graphene composites // AIP Conf. Proc. 2016. 1785. № 1. 040093.
  4. O.A. Chikova, A.B. Finkelstein, A. Schaefer, Microstructures, mechanical properties ingot AlSi7Fe1 after blowing oxygen through melt // Acta Metallurgica Slovaca. 2017. В23. № 1. P. 4–11.
  5. P. Ma, Y. Jia, P. Konda Gokuldoss, Zh. Yu, Sh. Yang, J. Zhao, Ch. Li. Effect of Al2O3 nanoparticles as reinforcement on the tensile behavior of Al-12Si composites // Metals. 2017. 359. № 7. Р. 11.
  6. S. Khireche, D. Boughrara, A. Kadri, L. Hamadou, N. Benbrahim. Corrosion mechanism of Al, Al–Zn and Al–Zn–Sn alloys in 3 wt% NaCl solution // Corrosion Science. 2014. 87. P. 504–516.
  7. D.K. Koli, G. Agnihotri, R. Purohit. A review on properties, behaviour and processing methods for Al-nano Al2O3 composites // Procedia Materials Science. 2014. 6. P. 567–589.
  8. B. Wang, L. Zhang, Y. Su, X. Mou, Y. Xiao, J. Liu. Investigation on the corrosion behavior of aluminum alloys 3A21 and 7A09 in chloride aqueous solution // Materials and Design.2013. 50. P. 15–21.
  9. J. Ma, J. Wen, J. Gao, Q. Li. Performance of Al-0.5 Mg-0.02 Ga-0.1 Sn-0.5 Mn as anode for Al-air battery in NaCl solutions // Journal of Power Sources. 2014. 253. P. 419–423.
  10. L.A. Yolshina, A.G. Kvashinchev. Chemical interaction of liquid aluminum with metal oxides in molten salts // Materials and Design. 2016. 105. P. 124–132.
  11. L.A. Yolshina, A.G. Kvashnichev, D.I. Vichuzhanin, E.O. Smirnova. mechanical and thermal properties of aluminum matrix composites reinforced by in situ Al2O3 nanoparticles fabricated via direct chemical reaction in molten salts // Appl. Sci. 2022. 12. № 17. Р. 8907.
  12. L.A. Elshina, A.G. Kvashnichev, D.V. Pelegov. Electrochemical synthesis of titanium oxide nanopowders in a molten mixture of alkali chlorides and nitrates // Russian Metallurgy. 2021. № 8. P. 1029–1035.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Cross-sectional image of the Al-Al2O3 composite in secondary electron radiation

Download (62KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. X-ray diffractogram of the aluminum-aluminum oxide composite

Download (31KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Electronic images of the surface of the samples after 3 months of exposure in 0.5 NaCl solution: a – aluminum, b – aluminum-oxide composite

Download (169KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Electron micrography (a) and a table of aluminum and oxygen contents at various points of the oxide coating on the surface of the composite Al-10.1Al2O3 (wt.%), obtained from microrentgenospectral analysis

Download (107KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. X-ray diffractogram of aluminum (a) and aluminum oxide composite (b) samples after 12 weeks of exposure in 0.5 M NaCl solution

Download (197KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Overview photoelectron spectrum of the Al-10.1 Al2O3 (wt.%) composite sample after a 12-week corrosion test in 0.5M NaCl solution.

Download (42KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. High-resolution Al2p spectrum of the Al-10.1 Al2O3 (wt.%) composite sample after a 12-week corrosion test in 0.5M NaCl solution.

Download (56KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Chronopotentiograms of the initial aluminum (1) and aluminum composites containing 2– Al-13.5Al2O3 (wt.%) and 3– Al-8.7al2o3 (wt.%) in 0.5M NaCl solution.

Download (34KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Polarization curves of the initial aluminum (1) and the studied aluminum composites containing aluminum oxide in the amount of: 2-8.2%, 3-7.8%, 4-13% in a neutral solution of 0.5M NaCl.

Download (35KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».