Диссертация (1173091), страница 11
Текст из файла (страница 11)
По сравнению с другими способами металлизациишликерный метод имеет ряд преимуществ: более высокая технологичность и60экономичность,возможностьмногокомпонентногонасыщения,простотананесения покрытия на часть детали, сохранение микрогеометрии изделий.Использование порошка металла в качестве источника легирующего элемента пришликерной металлизации существенно упрощает и удешевляет процесс.В нашем эксперименте в составе твердой фазы шликера был порошок цинка(пусьера – 25%), наполнитель – кварцевый песок (70%) и хлорид аммония NH4Cl(5%). Наполнитель необходим для удерживания частиц цинка возле стальнойповерхности при его расплавлении (tплZn = 4300C) и создания эффекта кипящегослоя.
Хлорид аммония добавляли в качестве транспортного агента для переносацинка к стальной поверхности. В качестве связующего вещества использоваликлей ПВА.Образцы сталей предварительно отжигали при 8500С в защитной среде(аргон)дляобеспеченияисходнойравновеснойструктурысердцевины.Проводили механическую обработку поверхности – тонкое шлифование сиспользованием абразива Р2500 (5-7 мкм) для снятия слоя 40-50 мкм.
Наносилиобмазку тонким слоем шликерным способом, проводили сушку. Образцы снанесенной обмазкой загружали в печь для азотирования (рис. 2.1), продувалипечь аммиаком. Перед входом в печь установлен осушитель (активированныйуголь) для защиты от влаги, перед входом в рабочую зону печи помещенастружка титана для предотвращения окисления при нагреве выше 6000С.Для предотвращения окисления поверхности проводили медленный нагревдо 200С и выдержку для разложения связующего вещества на составляющие споследующим выдувом из рабочей зоны. Выдув осуществляется в 3 сосуда: маслоиндустриальное класса "А" – вода – вода. Масло вследствие своей вязкостипредотвращает обратный ход газов, вода растворяет в себе аммиак.
Последующийнагрев до температуры процесса осуществлялся с постоянной медленной подачейаммиака (примерно 1 см3 за 4-5 с). По окончании времени выдержки проводилиотключение печи и медленное охлаждение. Образцы очищали и готовили длядальнейших исследований.61Рисунок 2.1 – Азотирование образцов с нанесенной шликерной обмазкой.Температуру процесса выбирали, исходя из соображений достаточнойэффективности диффузии – 6000С, данная температура является минимальной длярежима антикоррозионного азотирования и максимальной температурой дляпредотвращениязначительногоразупрочнениястали.Дляисследованияпроисходящих физико-химических процессов при совместном насыщениицинком и азотом применяли также насыщение при температурах до 1000 0С.
Взависимости от температуры процесса время ХТО варьировали от 1 до 4 часов.2.2.2 Последовательный метод: азотирование цинкнаполненых покрытийКлассический метод холодного цинкования заключается в нанесении наповерхность металла цинкосодержащего состава стандартными способаминанесения лакокрасочных покрытий (рис. 2.2). Композиция содержит цинковыйпорошок и связующее вещество. Традиционно ЦНП изготавливают на основеорганических и неорганических связующих, водных растворов силикатовщелочных металлов – лития, калия, натрия.62123МеталлРисунок 2.2 – Схема цинкнаполненого покрытия:1 – пигмент (порошок цинка, оксида цинка); 2 – наполнитель (порошок стекла);3 – пленкообразователь (связующее).Разнообразные полимеризационные и поликонденсационные полимерыявляются органическими связующими.
К ним относятся главным образомэпоксидные смолы и полиуретаны, а в некоторых случаях – полистирол,полиэтилен высокого давления, циклохлоркаучуки и др.В лабораторном эксперименте формировали ЦНП с двумя видамисвязующего: органическим и силикатным.ЦинкнаполненнаякомпозицияЦНП-1наорганическомсвязующемизготавливалась на основе модифицированного полиуретанового предполимера,содержание цинка – более 85% по массе.Цинк-силикатная композиция ЦНП-2 содержала в качестве связующегостеклонатриевоепластифицирующейжидкоевысокомодульноедобавкой.Жидкоесплотностьюстекло1,2являетсяг/см3спожаро-взрывобезопасным и практически нетоксичным.
Рецептура цинк-силикатныхпокрытий отличалась составами композиций:1) цинковый порошок (Zn – 50%),порошок оксида цинка (ZnO – 5%), жидкоекалиевое стекло –35%, добавка (стекло) – 10%;2) цинковый порошок (Zn– 60%), порошок оксид цинка (ZnO – 5%), жидкоекалиевое стекло – 35%.Для электрохимических испытаний использовали композиции и с другимпроцентным содержанием цинка.63Известно, что цинк-силикатные покрытия по защитной способности иизносостойкости существенно превосходят покрытия на основе эпоксидного иполиуретановых связующих, поэтому оба вида этих покрытий были выбраны длялабораторных исследований.В таблице 2.5 даны сравнительные характеристики выбранных ЦНП наоснове работ [71, 93-98].Таблица 2.5 – Характеристики ЦНПСвойстваМеханизмзащитногодействияЦНП 1(органическоесвязующее)Преобладает барьерная защита(гидроизолирующая),электрохимическая активностьпокрытия мала из-за протеканияхимических взаимодействийЦНП 2 (силикатное связующее)Преобладает протекторная защита, примассовой концентрации порошка цинкавыше 65% скачкообразно возникаетэлектропроводность.
Условием реализациимеханизма является не наличие цинковогопорошка, а существование цепочек изчастиц, электрически связанных с основой иконтактирующих с электролитом. [71,93- 96]ХимическиеВозможно химическоеЭтилсиликатное связующее способнореакциивзаимодействие уретановыхвступать в реакцию с цинком ссвязей с оксидами металловобразованием связи Zn-O-Si, тем самымблокируя поверхность цинковых частиц,что приводит к снижениюэлектрохимической активности [97]Отверждение За счет влаги воздухаЗа счет дегидролиза влагой воздухаэтилсиликатаПористостьНизкая пористость ведет кЗначительная пористость приводит кпассивации покрытиябыстрому растворению цинка изпродуктами коррозии цинкапокрытия, к сокращению срока службыпокрытия [98]ЭксплуатаАтмосферы со средней иАтмосферы со средней и высокойционныевысокой коррозионнойкоррозионной активностью, открытаясредыактивностью, в водных средахвлажная атмосфера.
Частое увлажнениеповерхности за счет конденсации, брызг икратковременного погружения в растворысолейМеждународ- Допустимо применять толщиной Толщина ЦНП должна составлять не менееный стандарт 40мкм в системах с покрывными 80 мкм с целью сокращения сквозных порISO12944-5эмалямиКомпозицию готовили смешивая связующее и наполнитель вручную или спомощью механической мешалки в течение 15 минут, затем фильтровали черезслой марли или капрона.64Процесс формирования цинкнаполненных покрытий (ЦНП) в лабораторныхусловиях включает в себя следующие этапы: подготовка поверхности стальной подложки. Поверхность металла переднанесением цинкнаполненного покрытия очищалась с помощью абразивов(М20-М40), затем тщательно обезжиривалась теплым водным раствороммоющих средств и промывалась водой; нанесение ЦНП на поверхность образца методом окрашивания кистью(прикомнатной температуре и относительной влажности не более 90%), расходкомпозиции – 300-350 г/м2 на один слой; сушка ЦНП.Сушка первого слоя покрытия производится в течение 1-2 часов притемпературе 15-250С и относительной влажности не более 90%.
Для ускорениявремени сушки покрытия возможно применение предварительного нагреваповерхности изделия до 350С, при этом высыхание каждого слоя покрытияпроисходит за 10-20 мин.После полного высыхания первого слоя цинк-силикатного покрытия принеобходимости наносят второй или третий слой покрытия. Полное отверждениецинк-силикатного покрытия происходит после выдержки в течение 10-15 суток навоздухе при температуре 15-250С и относительной влажности не более 90%.Минимальноевремядонаборапокрытиемнеобходимыхфизико-механических и эксплуатационных характеристик составляет 48 часов.Проводилитакжевзвешиваниеобразцадоипосленанесенияцинкнаполненной композиции, определяли толщину цинкового покрытия спомощью толщиномера.Затем производилось газовое азотирование образцов с покрытиями притемпературе 540ºС в течение 24 часов в атмосфере чистого аммиака в электропечиСША 3.6/7 (рис.
2.3).65Рисунок 2.3 – Электропечь для азотирования США 3.6/7.2.3 Методы исследования структуры и фазового состава образцов2.3.1 Металлографический анализ микроструктурыМеталлографический микроанализ азотированных слоев проводили напоперечных микрошлифах по стандартной методике.
Операции подготовкимикрошлифов включали приготовление поверхности, заливку полученныхобразцов в карбодент, шлифование образцов на шлифовальной бумагезернистостью №20, 800, 1000, 1500, 2000.Полированиеобразцовпроводилисприменениемспециальнойполировальной пасты (содержащей смешанные углеводороды, минеральноемасло, абразивы, консервант) и дистиллированной воды. Травление микрошлифовпроизводилось с применением реактива 4% раствора азотной кислоты в этиловомспирте.Металлографическиедиффузионныхслоевисследованиявыполнялимикроструктурыспомощьюпокрытийиинвертированногометаллографического микроскопа AXIOVERT 25СА («Zeiss», Германия) приувеличениях от 200 до 1000.Исследования проводились в отраженном свете, результатом чего былополучение светлопольного или темнопольного изображения, а также вполяризованном свете.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
