Диссертация (1173091), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Концентрациицинка и азота отличны от нуля за пределами покрытия, что подтверждаетгипотезу о формировании в переходном слое твердого раствора этих элементов вжелезе. Полученные данные позволяют обоснованно говорить о протеканиидиффузионного процесса между покрытием и подложкой и об образованиитвердого раствора цинка и азота в железе. «Пилообразный» профильконцентрации азота, симметричный с профилем железа является косвеннымпризнаком выделения в переходной зоне нитридов, что вносит дополнительныйвклад в ее упрочнение.159Рисунок 4.38 – Концентрационные профили распределения железа (а), азота (б) ицинка (в) от переходного слоя к покрытию (пунктирная линия – граница спокрытием)160Отличнаяотнуляконцентрацияжелезанаучасткепокрытиясвидетельствует в пользу наличия интерметаллидных фаз.В целом, профили распределения цинка и азота на рисунке 4.36 и рисунке4.38позволяютпредложитьсхемустроениямодифицированногослоя,получаемого при комбинированной обработке ЦНП+азотирование, аналогичнуюсхеме для процесса ДМЦ+азотирование: собственно цинковое покрытие, подкоторым располагается «цинк-азотистая» переходная зона и «азотистая»переходная зона (рис.
4.39). Отличие от структуры ДМЦ слоя заключается вменьшей толщине переходной зоны, обогащенной цинком, и в меньшей толщинедвухфазной области (α+Г) в покрытии.ЦНПη/ZnO→δ→Г→α+Г«цинк-азотистая»переходная зона«азотистая»переходная зонаFeα(Zn, N)Feα(N)Рисунок 4.39 – Схема строения модифицированного слоя в стали сазотированным цинкнаполненным покрытием.Выводы по четвертой главе1. Экспериментальноустановленообразованиеупрочненныхмодифицированных слоев в углеродистых и низколегированных сталях врезультате комбинированных процессов ХТО, включающих цинкование иазотирование.
Слои, получаемые в результате процессов диффузионнойметаллизации, совмещенной с азотированием (ДМЦ+азотирование), и послеазотированияцинк-наполненныхпокрытий(ЦНП+азотирование)имеютоднотипное строение: цинковый слой (покрытие) с образованием оксида цинкаZnO на поверхности и выделением интерметаллидов и переходная зона,формирующаяся в результате протекания диффузионных процессов, на основетвердых растворов цинка и азота в железе.1612. Показано,чтостроениемодифицированногослояпослеДМЦ+азотирование зависит от температуры и продолжительности насыщения, атакже от типа стали-основы.
Наиболее качественные диффузионные слои сплавным градиентом микротвердости наблюдаются в низколегированной стали09Г2С при температуре процесса 600◦С. Строение модифицированного слояпосле ЦНП+азотирование не зависит от типа стали-подложки, а зависит отколичества предварительно наносимых слоев ЦНП.3. Доказано методом Оже-спектроскопии, что происходит диффузия цинкаи азота в железо как при процессах ДМЦ+азотирование, так и при азотированииЦНП. Более высокая диффузионная подвижность азота способствует егопроникновению на большую глубину, чем цинк, поэтому переходный слой можетбыть условно поделен на «цинк-азотистую» зону и «азотистую» зону.4.
Сделан вывод о различии механизмов диффузии из порошка приДМЦ+азотирование и из предварительно нанесенного цинкового покрытия.Диффузия цинка из покрытия и азота из газовой фазы через покрытие приводит кобразованию переходного слоя, встречная диффузия железа из основы в цинковоепокрытие способствует выделению в нем интерметаллидных фаз.5. Различия в строении модифицированных слоев после исследуемыхкомбинированныхпроцессовсводятсякследующему.ВрезультатеЦНП+азотирование процесса наблюдается более значительная толщина покрытияZnO, большая толщина δ-фазы в покрытии и пренебрежимо малая толщинадвухфазной области (Г-фаза+α), а также меньшая толщина «цинк-азотистой» и«азотистой» переходной зоны по сравнению с процессом ДМЦ+азотирование.162ГЛАВА 5 СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ СЛОЕВ ПОСЛЕКОМБИНИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ, СОЧЕТАЮЩИХДИФФУЗИОННОЕ НАСЫЩЕНИЕ ЦИНКОМ И АЗОТОМ5.1 Коррозионная стойкость слоев и покрытий, формируемыхкомбинированными методами цинкования и азотирования5.1.1 Электрохимические испытания азотированных ДМЦ и ЦНП слоев накоррозию в слабоагрессивных средахДля проведения электрохимических коррозионных испытаний использовалиметодику, описанную в Гл.
2.Об интенсивности коррозионных процессов, протекающих на поверхностистали,однозначносвидетельствуетвеличинаплотностианодноготока,протекающего на границе раздела двух сред «образец стали-электролит».Для снятия зависимости силы анодного тока от времени применяли методхроноамперометрии [38, 161, 162]. При погружении образца стали в ячейкупотенциостата с электролитом при постоянном задаваемом значении потенциала стечением времени происходит анодное растворение рабочей поверхности образца,что приводит к появлению анодного (положительного) тока.ВыборпостоянногозначенияпотенциалаЕ=-300мВ(х.с.э.с.)длярассматриваемых условий (низколегированная сталь, испытательная среда –16,5 г/л раствор NaCl в дистиллированной воде) определялся характеромпротекающих процессов (табл. 5.1).
Время измерения выбрано достаточным дляустановления в системе тока насыщения, т.е. тока, не изменяющегося современем. Плотность тока определяли путем пересчета измеренной силы тока,отнесенной к известной величине площади рабочей поверхности образца.163Таблица 5.1 – Выбор значения потенциала для испытаний низколегированнойстали.E, мВСостояние≥ -150…-200 Активное-350…-300Протекающие процессыИнтенсивное равномерноерастворение матрицы метала(общая коррозия)Неустойчивое Слабая коррозия;пассивноепроявляется зависимость отструктуры и химическогосоставаУстойчивое≤ -400…-350 пассивноеКоррозионные процессызамедляются; придальнейшем снижении –прекращаютсяПригодность для измеренийРезультаты не адекватныреальной коррозионнойстойкостиОптимальный режим.Возможен анализ факторов,определяющих коррозионнуюстойкость (химическийсостав, наличие коррозионноактивных включений)Низкая скоростькоррозионных процессов непозволяет получатьдостоверные результатыЗависимость плотности анодного тока от времени для стали 09Г2С дляданных условий испытаний представлена на рисунке 5.1.
Экспериментальнополучено, что при испытаниях образцов стали 09Г2С в слабом солевом раствореток насыщения достигается примерно за 50 мин, что говорит о довольно высокойустойчивости стали в данной среде.Плотность тока (мА/см2)87654321005001000150020002500300035004000Время (с)Рисунок 5.1 – Зависимость плотности тока от времени при испытаниях образцастали 09Г2С в 16,5г/л растворе NaCl.Выбор испытательной среды для образцов с покрытиями проводили наоснове снятых потенциодинамических кривых (ПДК) в различных электролитах срабочими параметрами, указанными в Гл.2.164На рисунке 5.2 приведены ПДК образца стали 09Г2С с ДМЦ слоем,азотированным при 6000С 4 ч, в растворе NaCl, рН=6,0 (а) и в имитате морскойводы, рН=6,5 (б), состав которой представлен в таблице 5.2.а)i(мА/см2)Е (мВ)б)i(мА/см2)Е (мВ)Рисунок 5.2 – Зависимость плотности тока i(мА/см2) от потенциала Е(мВ) дляобразца стали 09Г2С после ДМЦ в сочетании с азотированием (6000С 4 ч)в16,5г/л растворе NaCl (а) и в растворе имитата морской воды (б).165Таблица 5.2 – Ионный состав морской воды, используемой в качествеиспытательной среды.ИоныХлориды (Cl-)Натрий (Na+)Сульфаты (SO42-)Магний (Mg2+)Кальций (Ca2+)Калий (K+)Доля, %55,0330,597,683,681,181,11ИоныГидрокарбонаты (HCO3-)Бром (Br-)Бораты (BO33-)Стронций (Sr2+)ФторОстальныеДоля, %0,410,190,080,040,0060,004На рисунке 5.3 представлена ПДК в режиме прямого и обратного хода тойже стали с однослойным ЦНП на органическом связующем после азотированияпри 5400С 24 ч.i(мА/см2)21Е (мВ)Рисунок 5.3 – Потенциодинамическая кривая азотированных (5400С 24 ч) ЦНП настали 09Г2С в растворе 16,5 г/л NaCl: 1 –прямой ход, 2 – обратный ход.Результаты электрохимических исследований поведения образцов стали09Г2С после диффузионной металлизации цинком в сочетании с азотированием(6000С, 4 ч) и после ЦНП с последующим азотированием (5400С, 24 ч) приведеныв таблице 5.3, где указаны значения потенциала активации Еакт (при166i=0),плотности тока i-300 при значении потенциала Е = - 300мВ, максимальноезначение плотности тока imax и соответствующее этому току значение потенциалаЕimax.Таблица 5.3 – Значения электрохимических параметров стали 09Г2С послеразличных способов обработки.Еакт, мВЕакт,Еimax,мВмВI-300,мАПлотность токаi-300,Imax,imax,мА/см2 мА мА/см2ОбразецСредаПлощадьобразцаS, см2ДМЦ+азотир.1,20-395-3219,457,910,099,1ДМЦ+азотир.МорскаяводаР-р NaCI1,62-403-3185,683,55,993,7ЦНП+азотир.Р-р NaCI1,0-460-<0,01<0,010,580,58Без покрытия[162]Р-р NaCI--412----12,3710ХСНД [162]Р-р NaCI--377----10,01Испытания показали высокую коррозионную стойкость в исследуемыхсредах стали 09Г2С после комбинированной обработки, включающей цинкованиеи азотирование.
Сравнение с параметрами той же стали без покрытия показало,чтозначениепотенциалаактивацииобразцов,прошедшихобработкуДМЦ+азотирование, оказывается на уровне необработанной стали 09Г2С, тогдакак максимальная плотность тока в солевом растворе более чем в 3 раза ниже.Стойкость стали с азотированным ДМЦ слоем в морской воде выше, чемстойкость необработанных сталей 09Г2С и 10ХСНД в слабом солевом растворе.Еще более значительное повышение коррозионной стойкости наблюдается уазотированных цинковых покрытий: максимальная плотность тока у образцов сЦНП снижается более чем в 20 раз при некотором увеличении отрицательногозначения потенциала.В соответствии с методикой ФГУП «ЦНИИчермет им.
И.П. Бардина» [163]различают три класса стойкости сталей против локальной коррозии. Интервалызначений определяемых параметров, принятые для каждого класса стойкости,приведены в таблице 5.4.167Таблица 5.4 – Значения параметров коррозионной стойкости, соответствующиеклассам стойкости.Класс стойкости1 -стойкие2 –удовлетворительно стойкие3-нестойкиеimax, мА/см<33-6>62Параметрыi–300, мА/см2<22-5>5Eimaxo.x., н.х.с.э., мВ<-350-350….- 320-320…- 300В соответствии с приведенной классификацией модифицированные слои,полученные диффузионным цинкованием и азотированием, могут быть отнесенык 2-му классу удовлетворительно стойких в солевой среде.
Тогда каказотированные ЦНП уверенно входят в группу 1 стойких покрытий. Послеэлектрохимических испытаний коррозионные повреждения образца стали с ЦНПминимальны: на поверхности наблюдаются редкие белые пятна размером до2-4 мм (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
