Диссертация (1173091), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Образец с покрытием с исходнымсодержанием цинка 85% имеет скорость равномерной коррозии одного порядка споказателем для нержавеющей стали. Этот показатель, в свою очередь, напорядок меньше скорости коррозии стали без покрытия.Влияние концентрации цинка в исходной композиции ЦНП на скоростьравномерной коррозии аналогично влиянию на показатели коррозии, полученныепри исследованиях образцов стали 45 с азотированными покрытиями в соляномтумане.Испытания сталей в соляном тумане показали, что стойкость образцов сЦНП, обработанными в аммиаке, зависит от концентрации в них цинка: чембольше содержание цинка в поверхностном слое покрытия, тем медленнеепротекают коррозионные процессы (рис.
5.9, табл. 5.9).175а)б)в)Рисунок 5.9 – Внешний вид образцов стали 45 с покрытиями, содержащими85%Zn (1) и 65%Zn (2):а – после 24 часов; б – после 100 часов; в – после 240 часов испытаний на коррозию в камересоляного тумана.176После 24 часов испытаний на образцах стали с покрытиями наблюдаютсяочаги продуктов так называемой «белой коррозии», основу которых составляетгидроокись цинка. После 100 часов испытаний покрытие с меньшей исходнойконцентрацией цинка начинает растворяться до металла-основы.
После 240 часовиспытаний данное цинковое покрытие полностью утрачивает защитные свойства:появляются продукты «красной коррозии», т.е. происходило коррозионноеразрушение железа, площадь разрушенной поверхности составила примерно 10%.На образце с более высоким содержанием цинка в исходной композициипосле 240 часов испытаний покрытие осталось целостным, т.к. продукты «белойкоррозии» выполняют защитную функцию. Об этом косвенно свидетельствуетнекоторое увеличение массы образцов после испытаний.Таблица 5.9 – Характеристики коррозионного поврежденияпри испытаниях в соляном туманеВремяиспытаний, ч2472100240%Zn65%85%65%85%65%85%65%85%Характер коррозионного поврежденияОчаги «белой коррозии»Очаги «белой коррозии»Продукты «белой коррозии»Продукты «белой коррозии»Очаги «красной коррозии»Продукты «белой коррозии»Продукты «красной коррозии», 10% площадиПродукты «белой коррозии»Состав продуктовкоррозииZn(OH)2Zn(OH)2ZnO2·CO2·4H2OZnO2·CO2·4H2OFe2O3·nH2OZnO2·CO2·4H2OFe2O3·nH2OZnO2·CO2·4H2OЭкспериментально установлено, что на образцах стали 45 с азотированнымцинкнаполненным покрытием с содержанием цинка более 80% установившаясяскорость равномерной коррозии в 5%-ном растворе NaCl в несколько раз меньшепо сравнению со скоростью коррозии стали без покрытия.
Таким образом, привысокомсодержаниицинкавкомпозицииактивизируетсякатодный(протекторный) механизм защиты от коррозии в сочетании с барьерныммеханизмом, который обеспечивают продукты «белой коррозии», защищающиеот коррозии основы.1775.1.4 Сравнение показателей коррозии после различных видов обработкиКоррозионные испытания образцов в камере соляного тумана проведенытакже для образцов сталей 10 и 09Г2С после различных вариантов диффузионнойметаллизации цинком: процесс ДМЦ при 600⁰С в инертном газе (аргоне), ДМЦ всреде аммиака (с одновременным азотированием) при 600 ⁰С и при 1000⁰С.
Вкачестве показателей коррозии использовали площадь коррозионного пораженияповерхности S36 после 36 часов испытаний и время до появления очагов краснойкоррозии.На образцах стали 09Г2С без покрытия первые очаги коррозионногопоражения наблюдаются через 15-20 мин испытаний в соляном тумане; за 36часов площадь коррозионного поражения составляет >80%поверхности (рис.5.10). Процесс ДМЦ+азотированние в аммиаке при 6000С увеличивают время допоявления очагов коррозионного поражения до 3 часов; площадь коррозии S36снижается до 28%.τ,час543210а)б)в)Рисунок 5.10 – Площадь коррозионного поражения за 36 часов испытаний всоляном тумане S36 и время до появления очагов красной коррозии (τ, час)образцов стали 09Г2С при различных режимах:а) без обработки, б) ДМЦ+азотирование при 6000С 4 ч, в) ДМЦ+азотирование при 10000С 1 ч.178При проведении процесса ДМЦ в аргоне площадь поражения поверхностикоррозией за 36 часов примерно такая же, как у образца без покрытия (рис.
5.11).Время коррозионного поражения составляет чуть более 1,5 часа, что выше, чем уобразца без покрытия, но в 2 раза меньше, чем у образца с азотированным ДМЦпри 6000С слоем.τ,час543210Рисунок 5.11 – Площадь коррозионного поражения за 36 часов испытаний всоляном тумане S36 (%) и время до появления очагов красной коррозии (τ, час)образцов стали 10 после проведения ДМЦ в аргоне и в аммиаке.Показатели коррозионного поражения поверхности покрытий зависят оттемпературы процесса ДМЦ в аммиаке. Проведение процесса при температуре10000С дает примерно такие же показатели времени до появления очаговкоррозии (около 2 часов), как и проведение процесса при 600 0С в аргоне; площадькоррозионного поражения возрастает до 92%.Характерно, что химический состав стали оказывает влияние на показателикоррозии азотированных ДМЦ слоев в соляном тумане: у стали 09Г2С,отличающейся от стали 10 повышенным содержанием марганца и кремния,площадь коррозионного поражения S36 оказывается примерно в 1,5 раза ниже.При этом время до появления очагов коррозии больше у ДМЦ слоев вуглеродистой стали 10.179Таким образом, процесс ДМЦ в аммиаке при 6000С обеспечиваетнаименьшую площадь коррозионного поражения S и максимальное время допоявления очагов коррозии по сравнению с процессами в других условиях как дляуглеродистой, так и для низколегированной стали.Сравнение показателей коррозии ДМЦ слоев с данным, полученными дляЦНП, показало однозначное преимущество азотированных цинкнаполненныхпокрытийпередоптимальныхпроцессамипараметрахдиффузионнойцинковогометаллизациипокрытияплощадьцинком.Прикоррозионногопоражения за 36 часов испытаний в соляном тумане составляет 12-18%, а времядо появления первых признаков коррозии – не менее 24 часов (см.
табл. 5.9).5.2 Испытания механических свойств комбинированных цинковыхпокрытий5.2.1 Сравнительные испытания адгезионной стойкостиАдгезия определяется силой химического взаимодействия молекул наповерхности раздела покрытие - стальной образец. Степень адгезии зависит нетолько от прочности химических связей, но и от состояния подложки. Так,пористость или шероховатость поверхности подложки увеличивают адгезию.Адгезия ЦНП к стальной поверхности по ГОСТ 15140 составляла 1 балл.Низкая адгезия покрытия, причиной которой является отсутствие диффузионныхпроцессов между покрытием и подложкой, приводит к его отслаиванию (рис.
5.12).Рисунок 5.12 – Примеры образцов с ЦНП с низкой адгезией.180Азотирование ЦНП проводилось, в том числе, с целью повышения адгезиипокрытия, предпосылкой чего является установленный в Гл.4 эффект образованиядиффузионного переходного слоя.Сравнительныеиспытанияпослеразличныхметодовцинкованияпроводились методом отрыва по методике, изложенной в Гл.2. Прочностьсцепления покрытий с подложкой R (МПа) определяли как отношение силыотрыва F грибка/пластины, кН, к площади поперечного сечения S пятна отрыва, см2.Адгезионные испытания проводились на следующих образцах:1) пластина из стали 09Г2С с цинковым покрытием ЦИНОТАН, нанесеннымметодом холодного цинкования; толщина цинкового покрытия 56 мкм (рис.5.13а);2) болт М20 «BERVEL» из стали 40Х с горячецинковым покрытием (ГЦП);толщина покрытия 60 мкм (5.13б);3) шайба из стали 45 диаметром 20 мм, обработанная комбинированнымспособом, включающим нанесение ЦНП на силикатной основе (толщина 50-60мкм) с азотированием при 5400С 24 ч;4) шайба из стали 45 диаметром 20 мм, обработанная комбинированнымспособом ДМЦ+азотирование при 6000С 4 ч.а)б)Рисунок 5.13 – Внешний вид образца стали 90Г2С с приклеенной алюминиевойпластиной (а) и болта «BERVEL» (б).Вид поверхностей отрыва после испытаний приведен на рисунке 5.14,результаты испытаний представлены в таблице 5.10.181а)б)в)Рисунок 5.14 – Вид поверхностей отрыва после адгезионных испытаний: пластина09Г2С с покрытием ЦИНОТАН и Al-пластина после отрыва (а), шляпка болта сГЦП и Al-грибок (б), поверхности образца №3 после ЦНП+азотированиес Al- грибком (в).Таблица 5.10 – Результаты адгезионных испытаний образцов.1ПластинаЦИНОТАН09Г2С/8.94Размерыповерхностиотрыва, мм50х502Болт «BERVEL» 40Х/ ГЦП1.60D 205,093Шайба, сталь 45/ЦНП+азотирование1,86D 205,924Шайба, сталь 45/ДМЦ+азотирование1,90D 206,05№Образец/ обработкаF, кНПрочностьсцепления R,МПа3,57Вид поверхностиотрыва на образце ина грибкеНа поверхностяхотрыва имеютсянебольшиенеровностиНа поверхностяхотрыва наблюдаютсясколы и нарушениесплошностиПоверхности отрываимеют равномернуюокраску серого цветаПоверхности отрываимеют равномернуюокраску серого цветаИспытания показали, что прочность сцепления покрытия с подложкойоказаласьпримерноодинаковадляпроцессовЦНП+азотированиеиДМЦ+азотирование, так как они обладают схожим строением переходного слоя(ср.
рис. 4.20 и 4.39 в Гл. 4). Азотирование ЦНП увеличивает адгезионнуюпрочностьпокрытийдоуровняадгезионнойпрочностидиффузионно-182металлизированных цинковых слоев. Оба комбинированных способа обработкипо показателю адгезии являются конкурентоспособными по отношению не толькок стандартному покрытию, полученным методом холодного цинкования,(прочность сцепления более чем в 1,5 раза выше), но и к покрытию, полученномуметодом горячего цинкования.5.2.2 Износостойкость комбинированных цинковых покрытийИзносостойкость характеризует способность материала покрытия оказыватьсопротивление изнашиванию в условиях скольжения и зависит от структурыпокрытия,исходнойтвердости,шероховатостиповерхности,технологииобработки, эксплуатационных условий.Испытания на износ проводили по методике, изложенной в Гл. 2; основныеопределяемые параметры: коэффициенты трения и его временные зависимости, атакже объемные показатели механического износа за время испытаний.Испытания проводили на образцах после различных видов обработки (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
