Автореферат (1173090), страница 5
Текст из файла (страница 5)
3). Максимальная плотность токакоррозии в солевом растворе после проведения процесса ДМЦ+N снижается более чем в 3раза. Наиболее значительное повышение коррозионной стойкости наблюдается уазотированных ЦНП: максимальная плотность тока снижается более чем на 2 порядка. По17стандартной классификации азотированные ЦНП можно отнести к 1-му классу стойкости.Азотирование повышает коррозионную стойкость ЦНП в кислотной среде (табл.4): в 1,6…1,75 раз увеличивается отрицательный потенциал свободной коррозии (Ес –стационарный потенциал, при котором начинается анодное растворение металла) и в разыуменьшается максимальная плотность коррозионного тока.Таблица 3. Значения потенциала активации Еакт (при i=0) и максимальной плотности токакоррозии imax стали 09Г2С после различных способов обработки (на основе анализапотенциодинамических кривых)Вид обработкиСредаЕакт, мВimax, мА/см2Без обработки16,5 г/л р-р NaCI-41212,37ДМЦ+N16,5 г/л р-р NaCI-4033,7ДМЦ+NМорская вода-3959,1ЦНП+N16,5 г/л р-р NaCI-4600,58Таблица 4.
Электрохимические характеристики стали 09Г2С в 0,5М р-ре H2SO4,полученные при анализе пассивационных кривыхТип ЦНПНеазотированноеАзотированное2Ес, мВimax, мА/смЕс, мВimax, мА/см2на силикатном связующем-48611,32-6272,89на органическом1-слойное-45226,23-6903,14связующем2-слойное-58016,21-6302,48Стойкость ЦНП зависит от типа связующего и толщины предварительнонанесенного покрытия (количества наносимых слоев). Исследования кинетикикоррозионного процесса, проведенные при помощи коррозиметра «Эксперт-004»,показали, что скорость равномерной коррозии ЦНП на силикатной основе в 4…5 раз нижепо сравнению с ЦНП на органической основе.
Это преимущество связано, во-первых, сусилением катодной защиты за счет большой поверхности коррозионностойких фазвследствие значительной пористости силикатного покрытия. Во-вторых, заполнение порпродуктамианодногорастворениядополнительноактивируетбарьерный(гидроизолирующий) механизм защиты. Диффузионные процессы, происходящие принагреве ЦНП в аммиаке в значительной степени сглаживают влияние связующего:электрохимические параметры становятся близки для покрытий на силикатной иорганической основе (табл. 4).
Существенное влияние на коррозионную стойкость ЦНП, втом числе, азотированных, оказывает содержание цинка в исходной композиции.Повышение его концентрации с 65 до 85% в 2 раза снижает скорость равномернойкоррозии покрытия в солевом растворе (табл. 5).Испытания стали 45 с азотированными цинковыми покрытиями в соляном туманеподтвердили, что увеличение концентрации цинка в исходном составе ЦНП замедляеткоррозионные процессы; в этом явлении не последнюю роль играет изменение составапродуктов коррозии (табл.
6). В начальный период испытаний на всех образцахнаблюдаются очаги продуктов «белой коррозии», основу которых составляет гидроксид18цинка. По мере выдержки в соляном тумане покрытие с меньшей исходнойконцентрацией цинка (65%Zn) начинает растворяться до металла-основы и утрачиваетзащитные свойства. ЦНП с более высоким содержанием цинка в исходной композиции(85%Zn) после 240 часов испытаний остается целостным благодаря защитным барьернымсвойствам продуктов «белой коррозии».Таблица 5. Скорость равномерной коррозии (К) стали 10 в 16,5 г/л р-ре NaClПараметры покрытияК, мкм/годБез покрытия60-70ЦНП на органической основе (85%Zn)16-17ЦНП на силикатной основе (65% Zn)6-8ЦНП на силикатной основе (85%Zn)3-4Таблица 6.
Характеристики продуктов коррозии при испытаниях стали 40 сазотированными ЦНП в соляном туманеВремя%Zn вХарактер коррозионного поврежденияСостав продуктовисп., чЦНПкоррозии2465%Очаги «белой коррозии»Zn(OH)285%10065%Очаги «красной коррозии» основыFe2O3·nH2O85%Продукты «белой коррозии»ZnO2·CO2·4H2O24065%Продукты «красной коррозии» основы - Fe2O3·nH2O10% площади85%Продукты «белой коррозии»ZnO2·CO2·4H2OТаким образом, установлено повышение коррозионной стойкости азотированныхЦНП в различных средах: солевом растворе NaCl, кислотной среде (р-р H2SO4), имитатеморской воды и соляном тумане.
Сравнение электрохимических показателей коррозиипосле различных видов обработки показывает, что процесс ЦНП+N обеспечиваетнаиболее высокую коррозионную стойкость. Стойкость стали 09Г2С с азотированнымЦНП в серной кислоте, оцененная по показателю наименьшего значения тока коррозии,превосходит стойкость азотированной стали и стали с диффузионным цинк-азотистымслоем (ДМЦ+N), а также неазотированных ЦНП и промышленного покрытияЦИННОТАН (рис. 8).Оптимальный процесс холодного цинкования (ЦНП на силикатном связующем илидвухслойное ЦНП на органическом связующем с концентрацией 85%Zn в исходнойкомпозиции) с последующим азотированием обеспечивает снижение максимальнойплотности тока коррозии почти в 25 раз по сравнению с показателем для необработанногообразца и более чем 6-кратное снижение этого параметра по сравнению с показателем,достигающимся при нанесении промышленного покрытия ЦИНОТАН.Коррозионная стойкость стали с азотированным ЦНП обусловлена образованием наповерхности покрытия оксида цинка ZnO, обладающего пассивирующими свойствами иформированием под ним протяженной зоны интерметаллидной δ-фазы.
В отличие от19ДМЦ+N слоев строение и фазовый состав азотированных ЦНП не проявляет заметнойзависимости от химического состава стали-подложки. Поэтому антикоррозионныесвойства покрытия, полученного в низколегированной стали, актуальны и для покрытий,сформированных в сталях углеродистых.70,0imax, мА/см260,050,040,030,020,010,00,012345Образец678Рисунок 8 – Плотность тока коррозии в р-ре 0.5M H2SO4 образцов стали 09Г2С послеразличных видов обработки: 1 – без обработки; 2 – ДМЦ+азотирование 600⁰С 4 ч;3 – ЦНП на органическом связующем; 4 – азотирование 5400С 24 ч;5 – стандартное покрытие ЦИНОТАН; 6 – ЦНП на силикатном связующем;7 – азотированное ЦНП на органическом связующем; 8 - азотированное ЦНП насиликатном связующемБлагодаря образованию диффузионного слоя при азотировании ЦНП повышаетсяадгезия цинкового покрытия к стальной подложке.
Испытания показали, что прочностьсцепления покрытия с подложкой модифицированных слоев после процессов ЦНП+N иДМЦ+N примерно одинакова (табл. 7), поскольку они имеют схожее строение. Обакомбинированныхспособаобработкипопоказателюадгезииявляютсяконкурентоспособными по отношению не только к стандартному покрытию, полученнымметодом холодного цинкования, (прочность сцепления более чем в 1,5 раза выше), но и кгорячецинковому покрытию.Таблица 7. Результаты адгезионных испытаний образцовОбразецПокрытиеF, кНПоверхностьотрываПластина, 09Г2СЦИНОТАН8.9450х50 ммБолт «BERVEL», 40ХГЦП1.60d=20 ммШайба, сталь 45ЦНП+N1,86d=20 ммШайба, сталь 45ДМЦ+N1,90d=20 ммПрочностьсцепления R, МПа3,575,095,926,05Азотированные цинковые покрытия, как диффузионное, так и получаемое методомхолодного цинкования, обладают повышенной износостойкостью.
Показатель20механического износа цинкового покрытия W, определяемый как объем бороздки Vб,вытертой за единицу времени испытаний, после азотирования ЦНП снижается более чем в5 раз (табл. 8). Азотирование меняет вид кинетических зависимостей коэффициентатрения ЦНП (рис. 9 а, б), переход к стадии установившегося износа приобретаетградиентный характер, что благоприятно для приработки пар трения.Наиболее высокая износостойкость достигается в результате диффузионнойметаллизации цинком в сочетании с азотированием.
Это связано с повышеннойконцентрацией азота в модифицированном слое, что увеличивает эффект упрочнения.Процесс ДМЦ+N обеспечивает более низкий по сравнению с ЦНП коэффициент тренияηмакс, соответствующий стадии установившегося износа. Характер поведениякинетических кривых коэффициента трения образцов, прошедших обработку ДМЦ+N,более стабильный, чем образцов с ЦНП (рис. 9 в) благодаря однородности структуры слояпо толщине.Таблица 8. Показатели механического износа W и коэффициенты трения сталей послекомбинированной обработкиОбработкаW, мм3/чηминηмаксЦНП на силикатной основе (85%Zn)1,500,0060,650ЦНП на силикатной основе0,260,1130,895(85%Zn)+азотирование 5400С 24 чДМЦ+азотирование 6000С 4 ч0,200,2250,446а)б)в)Рисунок 9 – Кривые изменения коэффициентов трения во времени стали 09Г2С,полученные после нанесения ЦНП (а), процессов ЦНП+N (б), ДМЦ+N (в)21Анализ полученных данных по свойствам модифицированных слоев, полученныхкомбинированными способами ХТО, позволил предложить рекомендации по ихиспользованию для упрочнения стальных деталей, работающих в различных условияхэксплуатации.Процесс нанесения ЦНП с последующим азотированием эффективен дляформирования покрытий с высокой коррозионной стойкостью в солевой и слабокислотной средах и может рассматриваться как альтернатива диффузионному способуцинкования.
Азотированные ЦНП могут использоваться для деталей металлоконструкцийи закладных деталей, работающих в жидких средах или в условиях агрессивнойатмосферной среды. Процесс позволяет придать антикоррозионные свойства сталинезависимо от ее исходного химического состава, поскольку при заданном режимеазотирования требуемый уровень защиты обеспечивается выбором параметровнаносимого покрытия. При выборе оптимального процесса ЦНП+N для максимальногоповышения коррозионной стойкости необходимо обеспечить следующие параметрыисходного цинкнаполненного покрытия. Максимально возможная концентрация цинка висходной композиции, и выбор силикатного связующего, формирующего покрытие свысокой пористостью и значительной поверхностью коррозионностойких фаз, повышаютэффективность катодной защиты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
