Диссертация (Повышение коррозионной стойкости конструкционных сталей комбинированными методами хто, включающими цинкование и азотирование)

Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)»На правах рукописиКОСАЧЕВ Артем ВячеславовичПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХСТАЛЕЙ КОМБИНИРОВАННЫМИ МЕТОДАМИ ХТО,ВКЛЮЧАЮЩИМИ ЦИНКОВАНИЕ И АЗОТИРОВАНИЕСпециальность 05.16.09 «Материаловедение (машиностроение)»Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель: доктор технических наук,профессор Петрова Л.Г.Москва, 20192ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................

5ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ СТАЛЕЙ ............................ 15ОТ АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ................................................................................................. 151.1 Проблема коррозии в машиностроении и основные тенденции ее решения ............... 151.1.1 Особенности коррозии деталей и металлоконструкций в атмосферных ипромышленных условиях ......................................................................................................... 151.1.2 Стали, применяемые для деталей и металлоконструкций, эксплуатируемых вусловиях атмосферной коррозии ............................................................................................ 191.2 Физико-химические механизмы коррозионных процессов .............................................

211.2.1 Виды коррозии ................................................................................................................... 211.2.2 Электрохимические процессы коррозии металлов ..................................................... 231.2.3 Показатели коррозии и модели коррозионного износа ............................................... 271.2.4 Сопоставление способов защиты сталей от электрохимической коррозии ............ 301.3 Защита от коррозии путем нанесения цинковых покрытий.............................................

341.3.1 Сравнительный анализ способов нанесения цинковых покрытий .......................... 341.3.2 Термодиффузионный способ формирования цинковых покрытий.......................... 391.3.3 Цинкнаполненные покрытия, получаемые способом холодного цинкования ..... 421.4 Защита стали от коррозии при помощи современных способов химико-термическойобработки ......................................................................................................................................... 451.4.1 Антикоррозионное азотирование ...................................................................................

451.4.2 Создание коррозионностойких покрытий методами многокомпонентных ХТО,включающих металлизацию и азотирование ....................................................................... 481.4.3 Критерии выбора металлов для поверхностного легирования железа в сочетаниис насыщением азотом ................................................................................................................ 51Выводы по первой главе ................................................................................................................... 55ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ............................................................. 572.1 Обоснование выбора сталей для исследования .................................................................

572.2 Методы нанесения покрытий, включающие цинкование и азотирование .................. 592.2.1 Одновременный метод: диффузионная металлизация цинком, совмещенная сазотированием............................................................................................................................. 592.2.2 Последовательный метод: азотирование цинкнаполненых покрытий ................. 612.3 Методы исследования структуры и фазового состава образцов ....................................

652.3.1 Металлографический анализ микроструктуры ......................................................... 652.3.2 Дюрометрический анализ ................................................................................................ 662.3.3 Определение химического состава поверхностных слоев образцов методомрастровой электронной микроскопии.................................................................................... 662.3.4 Определение химического состава поверхностных слоев образцов стали методомОже-спектроскопии ................................................................................................................... 6732.4 Методы коррозионных испытаний ......................................................................................

692.4.1 Электрохимический метод испытаний на коррозию ................................................. 692.4.2 Испытания на равномерную коррозию методом поляризационногосопротивления ............................................................................................................................ 762.4.3 Испытания на коррозионную стойкость в соляном тумане .....................................

812.5 Испытания механических свойств образцов с покрытиями ........................................... 832.5.1 Трибологические испытания .......................................................................................... 832.5.2 Адгезионные испытания .................................................................................................. 85Выводы по второй главе ................................................................................................................... 87ГЛАВА 3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ,ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ДИФФУЗИОННОМ НАСЫЩЕНИИ ЖЕЛЕЗА И СТАЛЕЙЦИНКОМ И АЗОТОМ ......................................................................................................................

883.1 Физико-химический анализ взаимодействий в системе Fe-Zn-N ................................... 883.1.1 Взаимодействие в системе Fe-Zn .................................................................................... 893.1.2 Взаимодействие в системе Fe-N ...................................................................................... 923.1.3 Взаимодействие в многокомпонентных системах на основе Fe-Zn-N ....................

953.2 Описание кинетики насыщения железа цинком на основе диффузионной модели ... 993.2.1 Моделирование кинетики формирования многофазных диффузионных слоев 1003.2.2 Анализ модельных концентрационных кривых при диффузионном насыщениижелеза цинком........................................................................................................................... 1023.2.3 Решение диффузионной задачи с учетом диффузии железа в цинковое покрытие......................................................................................................................................................

1063.2.4 Анализ механизмов формирования диффузионных слоев при взаимодействии всистеме Fe-Zn ............................................................................................................................ 1083.3 Анализ механизмов коррозионной защиты цинковых покрытий ............................... 1123.3.1 Анализ механизмов защиты от коррозии цинкнаполненных покрытий ............ 1123.3.2 Влияние различных факторов на механизм коррозии цинкнаполненногопокрытия ...................................................................................................................................

1163.3.3 Влияние фазового состава цинкового покрытия на коррозионную стойкость .. 118Выводы по третьей главе ............................................................................................................... 122ГЛАВА 4 СТРОЕНИЕ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СЛОЕВПОСЛЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ, СОЧЕТАЮЩИХ ДИФФУЗИОННОЕНАСЫЩЕНИЕ ЦИНКОМ И АЗОТОМ ...................................................................................... 1244.1 Строение диффузионных слоев в сталях после диффузионной металлизации цинкомв среде аммиака (ДМЦ +азотирование) ................................................................................... 1244.1.1 Микроструктура и характеристики диффузионных слоев .....................................

1244.1.2 Исследование химического и фазового состава модифицированных слоевметодом растровой электронной микроскопии ................................................................. 1274.1.3 Исследование распределения элементов по толщине модифицированного ДМЦслоя .............................................................................................................................................. 1304.1.4 Исследование фазового состава поверхностного цинкового покрытия .............. 13544.1.5 Исследование состава переходной зоны диффузионного слоя методом Ожеспектроскопии........................................................................................................................... 1384.2 Строение азотированных цинкнаполненных покрытий ............................................... 1444.2.1 Микроструктура и характеристики азотированных цинкнаполненных покрытий......................................................................................................................................................