Диссертация (1173091), страница 8
Текст из файла (страница 8)
1.6) [50,60].Диффузионные цинковые покрытия, полученные в порошковых смесях,рекомендуются для использования в жёстких условиях эксплуатации [51]: приодновременномвоздействиикоррозионно-эрозионнойсредыизнакопеременных механических нагрузок; в морских условиях: в морской атмосфере, в морской и океанской воде, припеременном смачивании морской водой с притоком воздуха (уровеньватерлинии), при наличии воды или водяной плёнки с повышеннойконцентрацией растворённых солей и др.; в комбинированных условиях, например, при наличии морской воды всистемах хранения нефтепродуктов, в нефтесодержащей, балластовой воде и др.; в условиях нефтедобычи, нефтеперерабатывающих и коксохимическихзаводов;41 в условиях работы системы горячего и холодного водоснабжения.Длядальнейшегоповышениякоррозионнойстойкоститермо-диффузионных цинковых покрытий применяются способы дополнительнойобработки.
Например, получение твердой, хорошо сцепленной с покрытиемтонкойпленки(1…2мкм) на поверхностив результатехимическоговзаимодействия реактивов с поверхностным слоем, позволяет использовать его нетолько для мелких крепежных изделий, но и для крупных изделий [61,62]. Пленкаобразуеттонкийводоотталкивающий,пластичныйслойнарезьбовыхповерхностях, поэтому не препятствует свинчиванию деталей. Нанесение наповерхностьизделийполимернойпленкитолщиной10…50мкмилидробеструйная обработка поверхности с применением стальной дроби приводиттакжекповышениюкоррозионнойстойкостипокрытияитвердостиповерхностного слоя.Способ термодиффузионного цинкования применяется не только дляметаллоконструкций, но и для деталей машин.
Показана возможность применениятермодиффузионного цинкования для антикоррозионной защиты улучшаемых ипружинных сталей [63-67]. Термодиффузионное цинкование проводится вкачестве заключительной операции термообработки в интервале температур 3507000С с после закалки, при этом происходит снятие внутренних напряжений.Наиболее эффективным является проведение термодиффузионного цинкованиявместоотпусказакаленныхизделийвинтервалетемператур380-4500С.Вместе с тем, использование способа термодиффузионного цинкования дляантикоррозионной защиты деталей, прошедших окончательную термическуюобработку, может приводить к разупрочнению деталей и снижению его классапрочности вследствие дополнительного термического воздействия на структуруметалла.Разупрочнение стали при термодиффузионном цинковании связано сактивацией диффузионных процессов.
Так, в работе [68] наблюдали снижениезначений предела прочности σв и условного предела текучести σ0,2, в ходе42испытанийобразцовсразличнымиклассамипрочности,подверженныхтермодиффузионному цинкованию (4500С, 1 ч) и отпуску (4500С, 1 ч). У изделийсо структурой сорбита (высокопрочного крепежа с классами прочности 9,8…10,6)отпуск, нагрев и выдержка свыше 6500С приводит к распаду “игольчатой”структуры цементитных пластин и формированию мелких равноосных зерен [69].Дальнейшее повышение температуры приводит к процессам возврата ирекристаллизации, чем объясняют снижение прочности металла.В связи с возможным разупрочнением данный способ антикоррозионнойзащиты рекомендуют применять с учетом класса прочности обрабатываемогоизделия (до 8,8) и выбора температурного режима.Для предотвращения разупрочнения стали возможно использованиетермодиффузионного цинкования в сочетании с упрочняющими видами ХТО,например, с азотированием, которое сопровождается образованием нитридныхфаз.
Данная комбинация может быть довольно просто реализована путемпроведения процесса термодиффузионного цинкования в аммиаке.1.3.3 Цинкнаполненные покрытия, получаемые способом холодногоцинкованияОсобоеместосредиприменяемыхзащитныхпокрытийзанимаютцинкнаполненные лакокрасочные материалы. Первоначально их использовали вкачестве замены горячего цинкования, т.к. этот традиционный метод непригодендля ремонта крупногабаритных металлических конструкций в полевых условиях.Технология холодного цинкования была создана для защиты крупных объектов,поскольку цинкнаполненные покрытия (ЦНП) наносят на металлическиеконструкции традиционными лакокрасочными методами с помощью кисти илираспылением состава по поверхности конструкции.Для нанесения ЦНП используются специальные композиции лакокрасочныхматериалов, в составы которых вместо пигментов входит высокодисперсныйметаллический цинковый порошок (или цинковая пыль), а в качестве43пленкообразующего – органические (алкидные, эпоксидные и др.) илинеорганические (силикаты – жидкое стекло, фосфаты) составы.Средизарубежныхцинкнаполненныхпокрытийширокоизвестныкомпозиции: "galvalume" (США) (55% Al, 43,4% Zn, 1,6% Si), "galfan"(до 95% Zn,до 5% Al, Ce, La), "crackfree" – многослойное цинковое покрытие, "zinga" – (96%Zn, 4% – органическое связующее).В России используется широкий ассортимент цинкнаполненных покрытий,состав которых отличается содержанием цинка, размером и формой его частиц,видом пленкообразующего.
Процентное содержание цинка может варьироватьсяот 65% до 95%. Компанией «Высокодисперсные металлические порошки»(г. Екатеринбург) выпускаются цинксодержащие грунтовкиЦИНЕП (наэпоксидной основе), ЦИНОТАН (на полиуретановой основе), ЦИНОЛ и др.,которые используются в системе противокоррозионной защиты мостовыхсооружений (табл. 1.7) [2].Таблица 1.7 – Характеристики цинкнаполненных полимерных покрытий [70,71].Марка цинкТипМассовоеМеханизмнаполненного пленкообразующего содержание защитногополимерногополимерацинка вдействияпокрытияпокрытии, %ЦИНОЛТермопластичный,96Преимувысокомолекулярщественноный полимеркатодныйЦВЭСКремний89-92Смешанныйорганический,МодифицированныйэтилсиликатЦИНЭПЭпоксидная смола,87СмешанныйтермореактивныйЦИНОТАНПолиуретан,отверждаемыйвлагой воздуха85ПреимущественнобарьерныйОсобенности протеканиякоррозионно-защитныхпроцессовВысокаяэлектрохимическаяактивность цинкаВозможно быстроерастворение цинка изпокрытия из-за высокойпористости этилсиликатаАктивность цинкапринебольшом егосодержании и низкойпористости обусловленасмачивающимисвойствами полимераЭлектрохимическаяактивность цинка сниженаиз-за высокой плотностисшивки полимера ивозможности химическоговзаимодействияуретановых связей соксидами металлов44Эффективность применения ЦНП зависит от природы пленкообразователя,егопористости,способностисовмещатьсясцинковымпорошком,непрепятствовать контакту частиц цинка со стальной поверхностью.
Цинковыйпорошок должен быть устойчивым в интервале pH = 6…12,5. Пленкообразовательне должен вступать в активное взаимодействие с цинком с образованиемсоединений,вкоторыхцинкнеактивен,например,оксидовцинка.Пленкообразующее вещество должно при высыхании иметь определеннуюпористость для проникновения электролита и взаимодействия с ним цинка. Этоусловие является необходимым для реализации протекторных свойств покрытия.С другой стороны, увеличение пористости образующейся пленки нежелательноиз-забыстройвыработкицинковогопротектора.Различныедобавкиккомпозиции не должны препятствовать непосредственному контакту цинка состалью и снижать его электрохимическую активность.Цинксодержащие покрытия на эпоксидной и этилсиликатной основе имеютряд недостатков: покрытия, содержащие более 90% цинка, обладают хрупкостью,повышенной влаго- и солепроницаемостью. При толщине более 60 мкм в нихмогут появляться трещины и вспучивания, т.н.
«цинковое» растрескивание.В таблице 1.8 приведены примеры параметров отечественных покрытий длязащиты сталей от коррозии.Таблица 1.8 – Характеристики распространенных цинкнаполненных покрытий [2].Грунтовочный лакокрасочныйматериалМаркаТолщина,мкмЦИНОТАН80ЦИНОТАН80ЦИНЭП40ЦИНЭП40ЦВЭС80ЦВЭС80Промежуточныйлакокрасочный материалТолщина, мкм6010060-Толщинакомплексногопокрытия,мкм200160200140200160Срок службыпокрытия(годы)241520152015Как уже отмечалось, низкая адгезия покрытия является препятствием дляболее широкого применения способа нанесения ЦНП. В настоящей работе45предпринята попытка преодоления этого слабого места путем проведенияазотирования ЦНП в аммиаке для развития диффузионных процессов ивозможности дополнительного упрочнения.1.4 Защита стали от коррозии при помощи современных способов химикотермической обработкиСреди процессов химико-термической обработки (ХТО), заключающихся вдиффузионном насыщении поверхности металла каким-либоодним илинесколькими элементами, имеются способы, эффективно решающие проблемузащиты от коррозии.
Формирование коррозионно-стойких слоев и покрытийпроисходит, например, при определенных способах азотирования, диффузионномхромировании, алитировании и т.п. [72,73]. Анализ показывает, что наиболееэффективнымиспособами,обеспечивающимиповышениекоррозионнойстойкости сталей, являются многокомпонентные способы ХТО. Такие процессыклассифицируют на два вида: ХТО в многокомпонентных газовых атмосферах,например, оксиазотирование в среде аммиака и воздуха, и комбинированныеХТО, сочетающие несколько видов поверхностного насыщения, например,диффузионную металлизацию и азотирование.1.4.1 Антикоррозионное азотированиеАзотирование заключается в насыщении поверхности стали азотом,традиционнопроводитсяваммиакеисопровождаетсяформированиеммногослойного покрытия, состоящего из поверхностной нитридной зоны и зонывнутреннего азотирования (твердого раствора на основе железа с выделениямидисперсных нитридов).
Ю. М. Лахтиным показано, что коррозионная стойкостьазотированной стали определяется строением нитридной зоны, а именноналичием ε-фазы определенного состава (высокоазотистого нитрида Fe2-3N) [74],которая блокирует проникновение атомов кислорода в железо.46Именно ε-фаза обладает наивысшей среди всех нитридов коррозионнойстойкостью в атмосферных условиях: испытания в различных климатическихзонах не показывают внешних изменений азотированной поверхности в течениегода. Поверхностная ε-фаза обладает высокой коррозионной стойкостью ввоздушной среде и в атмосфере с повышенной влажностью до температуры500°С. Коррозионное поведение ε-нитрида относится к механизму катоднойзащиты и аналогично по механизму поведению металлического хрома.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
