CC BY
12
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, kutepov. sergei@mail. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Pantjuhin Oleg Viktorovich, candidate of echnical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.45.038.72; 620.193.2; 620.193.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ
Н.Н. Сергеев, М.В. Ушаков, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, А.А. Калинин
В статье приведены результаты исследования коррозионной стойкости интерметаллических защитных покрытий систем Ni—Al и Ti—Ni, наносимых на сталь методом плазменного напыления. Проведенные испытания шлифованных интерметаллических покрытий в концентрированных растворах неорганических кислот H2SO4, HCl, HNO3 и растворах KOH и NaCl показали, что в кислых средах они активно растворяются, а в KOH и NaCl - коррозионно устойчивы. Из нешлифованных интерметаллических покрытий типа Ni-Al наиболее устойчиво к коррозионному разрушению покрытие ПН85Ю15. Из нешлифованных покрытий типа Ti-Ni наиболее устойчиво покрытие ПТ88Н12.
Ключевые слова: коррозионная стойкость, интерметаллические покрытия, сравнительная стойкость, механическая обработка.
Любой тип металлоконструкций, в особенности эксплуатируемых в химической и металлургической промышленностях, подвержен воздействию агрессивной атмосферы. Большинство конструкций, узлов и механизмов изготавливаются из углеродистых сталей, обладающих невысокой коррозионной стойкостью. Поэтому при проектировании рассматриваемых конструкций особое внимание следует уделять защитным мероприятиям, позволяющим повысить их долговечность и работоспособность. В настоящее время существует большое количество методов повышения коррозионной стойкости изделий, изготавливаемых из углеродистых сталей, применение которых обусловлено спецификой эксплуатации, а также экономическими факторами. Метод плазменного напыления порошковых материалов позволяет наносить на поверхность изделий практически любой конфигурации как чистые металлы, так и их композиции [1, 2]. Поэтому представляет интерес изучение защитных свойств интерметаллических покрытий систем Ni-Al и Ti-Ni, наносимых методом плазменного напыления на детали из углеродистых сталей при их эксплуатации в агрессивных средах.
Цель данной работы - исследование коррозионной стойкости интерметаллических покрытий систем Ni-Al и Ti-Ni подвергнутых дополнительной механической обработке.
1. Материалы и методы исследования
Для исследования были взяты интерметаллические покрытия четырех типов, состав которых приведен в табл. 1. Нанесение защитных порошковых покрытий на образцы из сталей 30Г2 и сталь 60 осуществляли методом плазменного напыления
на установке УПУ-3 с помощью горелки 1111-25. В качестве плазмообразующего газа использовали смесь аргона с азотом (расход смеси 45...50 л/мин) при J = 325...350 A; U = 43.47 В. Напыление производили на вращающуюся деталь (n = 45 об/мин) при подаче горелки вдоль оси образца (S = 75 мм/мин). Коррозионную стойкость исследуемых покрытий определяли гравиметрическим методом. В качестве агрессивных сред были взяты водные растворы H2SO4, HNO3, HCl, KOH, NaCl различных концентраций. Экспериментальные исследования по определению коррозионной стойкости интерметаллических покрытий в растворах электролитов проводили в открытых стаканчиках при комнатной температуре. Для каждой концентрации коррозионные потери на единицу площади определяли на трех образцах. На различных этапах проводили осмотры для описания характера коррозии. Периодичность замеров составила 48, 96, 144, 240, 336, 720 и 1440 часов.
Таблица 1
Химический состав исследуемых интерметаллических покрытий
Марка покрытия Химический состав, %
Ni Al Ti Ca S C N2 O2 Fe Si H2O
ПН70Ю30 68,58 31,2 - 0,08 0,04 0,03 0,004 0,063 - - -
ПН85Ю15 83,55 16,0 - 0,10 - 0,03 0,018 0,17 0,2 следы 0,08
ПН55Т45 55,7 - 44,0 0,10 - 0,06 0,06 - - - 0,07
ПТ88Н12 ~ 12 - ~ 88 - - - - - - - -
Для определения влияния чистоты поверхности и механической обработки на коррозионную стойкость покрытий в начальный период испытывали шлифованные образцы. Предварительные исследования показали низкую коррозионную стойкость покрытий. Поэтому за критерий оценки стойкости принимали время до разрушения и также учитывали скорость коррозии.
Поверхность напыленных образцов подвергали мокрому шлифованию, в качестве режущего инструмент применяли круги из зеленого карборунда при скорости 30 м/с и подачах, не превышающих 0,025 мм. После шлифования образцы тщательно промывали и просушивали в вакуумном шкафу. В результате механической обработки изменяется геометрия поверхности и ее состояние. В зависимости от режимов резания, геометрии инструмента и вида охлаждающей жидкости в поверхностном слое могут протекать структурные превращения и деформационные процессы, приводящие к формированию остаточных напряжений, а иногда и к образованию микротрещин (рис. 1).
Перед проведением коррозионных испытаний проводили металлографическое исследование микроструктуры покрытий, позволившие судить о их качестве и характере сцепления с материалом основы - углеродистой сталью.
Рис. 1. Образование трещины в напыленном слое при шлифовании покрытия
ПТ88Н12, *300
2. Результаты и их обсуждение
Из представленных фотографий микроструктур (рис. 2 и 3) исследуемых покрытий видно, что наибольшую пористость имеет покрытие ПТ88Н12 затем ПН55Т45 и меньшую ПН70Ю30 и ПН85Ю15, но последние - большее содержание окислов.
в г
Рис. 2. Микроструктура контактной зоны интерметаллических покрытий, *52: а - ПН70Ю30; б - ПН85Ю15; в - ПТ88Н12; г - ПН55Т45
в б
Рис. 3. Микроструктура контактной зоны интерметаллических покрытий, нанесенных на углеродистую сталь 30Г2, *300: а - ПН70Ю30; б) ПН85Ю15;
в - ПТ88Н12; г - ПН55Т45
В шлифованном покрытии ПН70Ю30 обнаружены трещины, располагающиеся в покрытии вблизи поверхности основы, а в покрытии ПН55Т45 на самой границе. Наличие таких дефектов, имеющих значительную протяженность, свидетельствует о несовершенстве технологии, так как такое покрытие заведомо будет обладать низкими значениями механических характеристик и пониженной коррозионной стойкостью. В шлифованном покрытии ПН70Ю30 аналогичные трещины были обнаружены и в приповерхностном слое, что тоже оказало отрицательное воздействие на стойкость покрытия в агрессивных средах - привело к отслаиванию.
Образцы с покрытием ПН70Ю30 при испытании в кислых средах (рис. 4, а-в) показали худшую коррозионную стойкость по сравнению с образцами покрытия ПН85Ю15 (рис. 4, г-е). В 5, 10, 15% растворах H2SO4 они простояли до разрушения 324 часа (рис. 4, а). В 8% HCl время до разрушения составило 348 часа, а коррозионные потери 1032 г/м2 (рис. 4, в).
Am/S, г/м2
о -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
3 -
2
1 —
0
48
96
144 192
240
288
336 т, час
Am/S, г/м2
-200
-400 -600
-800 -1000
1 -л
3-\ ---
48
96
144
192 240
288 336 т, час
а
Am/S, г/м-0
-30 -60 -90
144
288
432
576
720
б
Am/S, г/м2
о -200 -400 -600 -800
Am/S, г/м2 0
—*-
' —.— Нч
144
288
432
576 т, час
-600
-1200
-1800
48
96
144 192 240
288 336 384 т, час
в е
Рис. 4. Коррозионная стойкость покрытий ПН70Ю30 (а-в) и ПН85Ю15 (г-е) в растворах агрессивных сред: а, г — 1 - 5% H2SO4; 2) 10% H2SO4; 3) 15% H2SO4; б, д - 5% HNO3; 2 - 10% HNO3; в, е - 1 - 2% HCl; 2 - 4% HCl; 3 - 8% HCl; 4 - 16% HCl
Покрытие ПН70Ю30 в 5% HNO3 сохранилось после 720 часов испытаний (рис. 4, б), но имело сверху неглубокие точечные дефекты. В 10% растворе покрытие полностью разрушилось через 20 часов, а в 15 и 30% растворах - через 48 часов. В 10 и 15% H2SO4 стойкость покрытия выше, чем в HNO3 (рис. 4, а). Во всех концентрациях HCl время до разрушения покрытия составило 348 часов (рис. 4, в).
г
д
При испытании образцов с покрытием ПН85Ю15 стойкость во всех концентрациях H2SO4 не превышала 336 часов (рис. 4, г), а в растворах HNO3 (рис. 4, д) 5 и 10% концентрациях - 540 часов. В растворах HCl долговечность покрытия не превышала 348 часов (рис. 4, е), скорость коррозии повышалась с увеличением концентрации среды.
Исследование коррозионной стойкости покрытия ПТ88Н12 (рис. 5, а-б) позволило получить следующие результаты: в растворах HNO3 концентраций 5, 10, 15% покрытие полностью сохранилось, цвет образцов не изменился за 336 часов, а через 528 часов наступило разрушение (рис. 5, а). В 30% растворе HNO3 на образцах через 30 часов появились продольные трещины, параллельное расположение которых привело к отрыву больших участков покрытия. Стойкость покрытия ПТ88Н12 в 5, 10 и 30% растворах H2SO4 незначительная. Через 24 часов наблюдали скол элементов покрытия, в испытываемой среде появлялись взвешенные частицы порошка. В 30% растворе H2SO4 произошло полное расслоение, а в 15% растворе покрытие сохранялось до 336 часов (рис. 5, б). Стойкость покрытия в растворе HCl не превышала 48 часов.
Исследование коррозионной стойкости покрытия ПН55Т45 (рис. 5, в) позволило получить следующие результаты: после 336 часов испытаний в растворах 5 и 10% HNO3 покрытие полностью сохранилось, поверхность осталась блестящей, разрушение произошло через 528 часов (рис. 5, в). В 15 и 30% кислоте наблюдали образование трещин через 40 часов. В H2SO4 и HCl покрытие разрушилось через 24 часа.
а
Am/S, г/м2 200 -200 -600 -1000 -1400
б
■ —I 1 1 1
——
2д
144
288
432
576
т, час
Рис. 5. Коррозионная стойкость покрытий ПТ88Н12 (а-б) и ПН55Т45 (в) в растворах агрессивных сред: а; в — 1 - 5% HNO3; 2 - 10% HNO3; 3 - 15% HNO3;
4 - 30% HNO3; б —15% H2SO4
в
В растворах КОН и №С1 видимых изменений с интерметаллическими покрытиями не обнаружили. Гравиметрический метод показал незначительные потери и прибыль в массе. В меньшей степени подвержены коррозии в данных растворах образцы с покрытиями ПН85Ю15 и ПТ88Н12.
Для более полной картины определения коррозионной стойкости интерметаллических покрытий типа ПН55Т45, ПТ88Н12, ПН85Ю15, ПН70Ю30 наряду со шлифованной поверхностью образца испытанию в кислых средах подвергали образцы с нешлифованной поверхностью (табл. 2, 3).
Оценка коррозионной стойкости образцов с N1
Таблица 2 Al покрытиями е> кислых средах
Концентрация электролита
ПН70Ю30 шлифованное
Тр, час
П, мм/год
ПН70Ю30 нешлифованное
Тр, час
П, мм/год
ПН85Ю15 шлифованное
Тр, час
П, мм/год
ПН85Ю15 нешлифованное
Тр, час
П, мм/год
5% H2SO4 10% H2SO4 15% H2SO4 30% H2SO4
324 324 324 48
3,425 4,192 6,290 11,437
64 184 304 160
4,435 4,540 2,430 3,266
336 336 304 336
1,264 2,647 9,772 12,601
120 176 473 208
0,26 2,197 0,643 3,820
5% HNO3 10% HNO3 15% HNO3 30% HNO3
720 48 48 48
0,333 1,151 3,431 7,256
136 240 64 24
4,665 3,500 12,80
540 540 48 48
0,493 1,015 2,986 6,531
176 184 168 112
2,523 1,383 5,152 13,455
2% НС1 4% НС1 8% НС1 16% НС1
348 348 348 348
1,270 3,050 3,310 8,214
1416 832 544 240
0,292 0,822 1,950 4,500
348 348 348 348
1,082 2,843 3,200 5,871
1776 2160 1872 528
0,280 1,074 1,851 3,285
Таблица 3
Оценка коррозионной стойкости образцов с Ti—Ni покрытиями
в кислых средах
Концентрация электролита ПТ88Н12 шлифованное ПТ88Н12 нешлифованное ПН55Т45 шлифованное ПН55Т45 нешлифованное
Тр, час П, мм/год Тр, час П, мм/год Тр, час П, мм/год Тр, час П, мм/год
5% H2SO4 <24 - 96 0,056 <24 - 181 0,165
10% H2SO4 <24 - 96 0,094 <24 - 64 0,5
15% H2SO4 336 1,891 96 0,023 <24 - 48 0,895
30% H2SO4 <24 - 136 0,024 <24 - 28 -
5% HNO3 544 0,170 88 0,218 528 0,423 144 0,312
10% HNO3 544 0,263 96 0,403 528 0,992 120 0,55
15% HNO3 544 2,053 112 0,234 40 2,496 24 -
30% HNO3 30 31,385 80 0,238 40 - 24 -
2% HCl 48 30,222 55 1,427 48 30,021 72 0,43
4% HCl 48 25,573 80 0,625 48 33,304 48 0,83
8% HCl 48 25,922 57 0,96 48 25,904 24 -
16% HCl 48 37,461 51 0,182 48 44,171 24 -
Испытания проводили на трех образцах для каждой концентрации и имеющийся большой разброс времени до разрушения покрытия указывал на наличие дефектов (некачественное напыление покрытия, наличие микротрещин, некачественная изоляция торцев и т.д.).
Покрытие ПН70Ю30 в 5% растворе НКОз незначительно отслаивается по прошествии 40 часов, после чего происходит растрескивание покрытия. Среднее время до разрушения покрытия составляет 136 часов. Поверхность образцов имеет серебристо белый цвет, характерный исходному состоянию, а изменение цвета электролита (зеленая окраска) свидетельствовало о растворении никеля. В 10% растворе НКОэ наблюдали более сильное отслоение покрытия ПН70Ю30, что привело к образованию язвенной коррозии через 240 часов. Интенсивность окрашивания раствора электролита возросла до бурого.
В 15 и 30% растворах НЫОэ отслоение покрытия настолько быстрое, что нарушение целостности покрытия произошло соответственно через 64 и 24 часа. Коррозия неравномерная, растворы электролитов имели темно коричневый цвет.
Стойкость покрытия ПН70Ю30 в растворах ШБ04 несколько выше, чем в растворах НЫОэ. В 5% растворе ШБ04 покрытие не отслаивается, а растрескивается через 64 часа; за время испытания образцы не изменили первоначальный цвет, лишь около образовавшихся продольных трещин наблюдали цвета побежалости. Образцы, находившиеся в 10% растворе ШБ04, на первой стадии разрушения имели небольшое от-
слоение покрытия, из которых впоследствии образовались продольные трещины. Время до разрушения покрытия весьма различно у трех образцов - 48; 92 и 312 часов, что указывает на наличие микродефектов, обусловленных технологией напыления.
В 15% растворе электролита среднее время до разрушения - 304 часа, в 30% растворе - 160 часов. Как и в предыдущих растворах растрескивание покрытия происходит в результате отслоения и образования продольных трещин. Растворы электролитов всех концентраций H2SO4 имеют по окончании эксперимента ярко-зеленый цвет, что указывает на активное растворение никеля.
В растворах HCl покрытие ПН70Ю30 наиболее устойчиво к коррозии нежели в растворах H2SO4 и HNO3. В 2% HCl коррозионная стойкость интерметаллического покрытия наибольшая - 1416 часов. Испытания в растворах HCl отличаются от предыдущих растворов тем, что здесь не происходит отслоение покрытия, а нарушение целостности обнаруживается за счет появления тонких продольных трещин. Стойкость образцов с покрытием ПН70Ю30 при испытании в растворах HCl, в значительной степени зависела от концентрации.
При испытании образцов с покрытием ПН85Ю15 отмечено одновременное разрушение трех образцов через 120 часов в 5% растворе H2SO4. Образцы цвет не изменили, отслоение покрытия не наблюдали, разрушение произошло за счет щелевой коррозии. В 10, 15 и 30% растворах H2SO4 время до разрушения составило 176, 473 и 208 часов соответственно. На образцах образовывались кольцевые вспучивания, которые затем растрескивались. С увеличением концентрации кислоты растворы электролитов изменяли свой цвет от светло-зеленого до ярко зеленого, что указывало на наличие и увеличение содержания ионов никеля.
Стойкость покрытия ПН85Ю15 в растворах HNO3 несколько ниже, чем в растворах H2SO4. Характер разрушения покрытия во всех растворах HNO3 идентичен предыдущему покрытию, т.е. в 5 и 10% растворах наблюдали небольшое отслоение покрытия с последующим растрескиванием. В 15 и 30% растворах отслоение значительное, после чего образуется язвенная коррозия. Среднее время до разрушения покрытия ПН85Ю15 в растворах HNO3 несколько больше, чем у покрытия ПН70Ю30.
В растворах HCl разрушение покрытия ПН85Ю15 протекало так же, как в покрытии ПН70Ю30, но время до разрушения покрытия ПН85Ю15 намного больше, чем у покрытия ПН70Ю30.
Стойкость покрытия ПТ88Н12 в 5, 10 и 15% растворах H2SO4 одинаковая -96 часов, в 30% растворе стойкость составила 136 часов. Через 24 часа от начала эксперимента наблюдали отслоение покрытия. В растворах HNO3 отслоение покрытия не происходит, как в покрытиях типа Ni-Al. На образцах появляются продольные и поперечные трещины, что приводит к отрыву больших участков покрытия. Наиболее устойчивым к коррозионному разрушению покрытие ПТ88Н12 оказалось в 15% растворе HNO3 - среднее время до разрушения 112 часов. Окраска раствора в коричневый цвет свидетельствовала об одновременном растворении никеля и титана.
Стойкость покрытия ПТ88Н12 в растворах HCl значительно меньше, чем HNO3 и H2SO4. В растворах 2, 4, 8 и 16% HCl уже через 18 часов наблюдали взвешенные частицы покрытия, образовывающиеся при его отслоении. Цвет растворов HCl в конце исследования - темно коричневый.
Покрытие ПН55Т45 в 5 и 10% растворах HNO3 проявляет лучшую коррозионную стойкость, чем покрытие ПТ88Н12 в данных электролитах. В 15 и 30% растворах HNO3 время до разрушения составило менее 24 часов. Растрескивание покрытия ПН55Т45 характеризовалось появлением продольных и поперечных трещин, что вызывало отрыв участков покрытия и оголение основного металла. Вначале растворы окрашивались в зеленый цвет, указывающий на наличие ионов никеля, впоследствии в фиолетовый, что свидетельствовало о присутствии ионов титана.
Время до разрушения покрытий ПН55Т45 в растворах H2SO4 обратно пропорционально концентрации растворов. Первоначальные признаки нарушения целостности покрытия - отслоение, позже - появление вздутий, трещин и отрыв отдельных участков. В 10% растворе H2SO4 покрытие полностью разрушилось через 64 часа.
Наименьшую стойкость покрытия ПН55Т45 проявили в 8 и 16% растворах HCl - 24 часа. Характер разрушения аналогичен разрушению покрытий ПТ88Н12 в растворах HCl.
Проведенные исследования образцов, поверхность которых не обрабатывалась механически и подвергались шлифованию, позволили расположить покрытия в зависимости от коррозионной стойкости в кислых средах в следующей последовательности: в H2SO4 - ПН85Ю15, ПН70Ю30 шлифованные; ПН85Ю15, ПН70Ю30 нешлифованные; ПН55Т45, ПТ88Н12 нешлифованные и ПТ88Н12, ПН55Т45 шлифованные; в HNO3 -ПТ88Н12, ПН85Ю15, ПН55Т45 шлифованные; ПН85Ю15, ПН70Ю30, ПТ88Н12 нешлифованные; ПН70Ю30 шлифованные и ПН55Т45 нешлифованные; в HCl -ПН85Ю15, ПН70Ю30 нешлифованные; ПН85Ю15, ПН70Ю30 шлифованные, ПТ88Н12, ПН55Т45 нешлифованные и ПТ88Н12, ПН55Т45 шлифованные
По приведенным данным трудно однозначно сказать о влиянии механической обработки, так как испытываемые покрытия обладают различной прочностью, пористостью и коррозионной стойкостью. Наблюдаемое повышение стойкости шлифованных покрытий в растворах H2SO4 и HNO3, вероятно связано с частичной герметизацией поверхностных пор и уплотнением слоя при обработке. Поэтому большей стойкостью будут обладать покрытия, имеющие лучшую пластичность и меньшую пористость, как ПН85Ю15 и ПН70Ю30.
Далее образцы с четырьмя видами покрытий подвергали металлографическим исследованиям до и после длительных коррозионных испытаний. Материал образцов, на которых покрытие полностью или частично сохранилось после проведения коррозионных испытаний, состав покрытий и коррозионных сред приведены в табл. 4. Исследованию подвергали плоскость поперечную сечению образца.
Выявление микроструктуры покрытий и основного металла проводили в растворе для травления следующего состава: 10 мл пикриновой кислоты + 10 мл HNO3 + 20 мл глицерина. Травление проводили в течение нескольких секунд.
Таблица 4
Тип покрытия и условия проведения коррозионных испытаний_
Материал образца Марка покрытия Толщина покрытия Состав коррозионной среды Время коррозионных испытаний, час
Ст60 ПН85Ю15 0,45 15% H2SO4 360
30Г2 ПТ88Н12 0,50 30%)ЖЮэ 48
Ст60 ПТ88Н12 0,45 5%HNOs 800
30Г2 ПН55Т45 0,55 5%HNOs 800
Ст60 ПН70Ю30 0,50 5%HNOs 800
30Г2 ПН85Ю15 0,35 5% H2SO4 800
Структура основного металла стали 60 и стали 30Г2 состоит из феррита и перлита. Микроструктура всех типов покрытий не имеет существенных различий. На рис. 6 и 7 представлены микрофотографии всех типов исследованных покрытий.
В покрытиях имеются поры различной формы и размеров (рис. 7), неравномерно расположенные как по площади всего напыленного слоя (рис. 6), так и по направлению от границы «покрытие-основной металл» к периферии покрытия.
Граница перехода от покрытия к основному металлу носит волнообразный характер. При выявлении структуры границы имеют различную степень растравливаемо-сти.
При нарушении целостности покрытий (образование трещины на всю глубину покрытия, обусловленной действием коррозионной среды) дальнейшее протекание происходит преимущественно по границе раздела «покрытие-основной металл». Проникновение трещины в основной металл не наблюдали.
в г
Рис. 6. Микроструктура покрытий ПН70Ю30 + основной металл (а, б) и ПТ88Н12 + основной металл (в, г), *600: а, в — вблизи трещины; б, г — на некотором расстоянии от трещины
а б
Рис. 7. Микроструктура покрытия ПН85Ю15 + основной металл (а) и ПН55Т45 + основной металл (б), *600
Энергетически более выгодно протекание коррозии не в глубь образца, а в наиболее дефектную зону, которой является в данном случае контактная поверхность «покрытие-основной металл». Дефектность зоны контакта обусловлена рядом технологических приемов, связанных с нанесением покрытий (дробеструйная обработка и наклеп при нанесении покрытий) и наличием пор.
Сквозная трещина представляет собой своеобразный канал для проникновения коррозионной среды (электролита) к зоне контакта покрытия и основного металла. На рис. 6 показаны различные участки границы «покрытие-основной металл» одного и того же образца в месте проникновения электролита, т.е. вблизи трещины (рис. 6, а; в) и на некотором расстоянии от нее (рис. 6, б; г).
Подобное разъедание границы приводит к нарушению сцепления покрытия и основного металла и последующему отслоению покрытия. Исследование характер разрушения покрытия показало, что нарушение сплошности происходит за счет протекания различных коррозионных процессов, начиная от общей и до локальной (щелевой) коррозией. За счет развития щелевой коррозии на границе раздела покрытия и основы происходит нарушение сплошности, что и приводит к разрушению.
Выводы
1. Установлено, что покрытия, нанесенные на сталь 30Г2, с последующим шлифованием рабочей поверхности, в кислых средах показали невысокую стойкость. В растворах серной кислоты коррозионная стойкость выше у покрытия типа Ni-Al (ПН70Ю30 и ПН85Ю15). Покрытия типа Ti-Ni нестойкие, разрушение происходило через 24 часа после испытаний. Все виды покрытия в растворах HNO3 в 5 и 10% концентрациях имели до разрушения свыше 500 часов, а в 15 и 30% концентрациях меньшую коррозионную стойкость - 48 часов. В растворах HCl покрытия типа Ni-Al имели одинаковое время до разрушения - 348 часов, а покрытия Ti-Ni - 48 часов. Шлифованные интерметаллические покрытия после 720 часов испытаний в растворах KOH и NaCl не разрушались.
2. Показано, что нешлифованное покрытие ПН70Ю30 имеет лучшую коррозионную стойкость в 2% растворе HCl (время до разрушения 1416 часа), а худшую в 30% растворе HNO3 (время до разрушения 24 часа). Нешлифованное покрытие ПН85Ю15 меньше подвержено коррозионному разрушению в растворе HCl и больше в растворе HNO3. Из нешлифованных интерметаллических покрытий типа Ni-Al наиболее устойчиво к коррозионному разрушению покрытие ПН85Ю15; во всех испытуемых растворах H2SO4, HNO3 и HCl стойкость намного больше, чем у покрытия ПН70Ю30.
3. Выявлено, что нешлифованное покрытие ПТ88Н12 имеет лучшую коррозионную стойкость в растворах H2SO4 (время до разрушения в 5, 10, 15 и 30% растворах соответственно составляет - 96 часов, 96 часов, 96 часов, 136 часов); несколько хуже в растворах HNO3 (время до разрушения в 5, 10, 15 и 30% растворах соответственно составляет - 88 часов, 96 часов, 112 часов, 80 часов). В растворах HCl различной концентрации (2, 4, 8 и 16%) время до разрушения покрытия наихудшее - 55 часов, 80 часов, 57 часов, 51 час. Нешлифованное покрытие ПН55Т45 меньше подвержено коррозионному разрушению в 5% растворе H2SO4 (время до разрушения - 181 час) в 5 и 10% растворах HNO3 (время до разрушения - 144 часа и 120 часов). Из нешлифованных покрытий типа Ti-Ni наиболее устойчиво покрытие ПТ88Н12.
Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки материалов [3-32].
Работа выполнена по проекту №11.6682.2017/8.9.
Список литературы
1. Зеленко В.К., Сергеев Н.Н., Извольский В.В., Власов В.М. Физико-механические и эксплуатационные свойства защитных покрытий. Тула: Изд-во ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 1999. 213 с.
2. Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. 384 с.
3. Патент на полезную модель 2016122692/28 (166249) Образец для определения когезионной прочности газотермических порошковых покрытий / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, И.В. Тихонова, А.Д. Бреки, И.В. Минаев, О.В. Кузовлева, Д.В. Малий, А.А. Калинин, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, М.В. Ушаков; заявитель и патентообладатель Гвоздев Александр Евгеньевич. № 2016122692/28 заявл. 08.06.16; опубл. 20.11.16, Бюл. № 32.
4. Патент на полезную модель 2016142134 (170385) Образец для определения адгезионной прочности покрытий / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, И.В. Тихонова, А.Д. Бреки, И.В. Минаев, О.В. Кузовлева, Д.В. Малий,
A.А. Калинин, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, А.И. Кузнецова, А.В. Казакова, Д.Н. Романенко, Е.Ф. Романенко, В.Э. Лисицина; заявитель и патентообладатель Гвоздев Александр Евгеньевич. № 2016142134 (17385) заявл. 26.10.16; опубл. 24.04.17, Бюл. № 12. 6 с.
5. Синтез и триботехнические свойства композиционного покрытия с матрицей из полиимида (Р-ООО)ФТ и наполнителем из наночастиц дисульфида вольфрама при сухом трении скольжения / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев, Д.А. Провоторов, Н.Е. Стариков, Ю.А. Фа-дин // Материаловедение. 2016. № 4. С. 44-48.
6. Ресурсы деформационной способности различных материалов: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, А.А. Калинин, С.Е. Александров, Н.Е. Стариков, О.В. Кузовлева, Д.В. Малий, С.Н. Кутепов, Е.В. Цой, Д.С. Клементьев, Е.Б. Соломатникова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 172 с.
7. Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М.Х. Шоршо-ров, А.Е. Гвоздев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, А.Д. Бреки, Н.Н. Сергеев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Стариков, Д.В. Малий. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 235 с.
8. Новые конструкционные материалы: учебное пособие / Н.Е. Стариков,
B.К. Зеленко, О.В. Кузовлева, А.Н. Сергеев, В.Ю. Кузовлев, А.А. Калинин, А.В. Маляров; под. общ. ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 296 с.: ISBN 978-5-7679-3845-2.
9. Расчет кластерной структуры расплава, ее влияние на образование нано-аморфных твердых фаз и их структурную релаксацию при последующем нагреве / М.Х. Шоршоров, А.Е. Гвоздев, А.В. Афанаскин, Е.А. Гвоздев // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 6. С. 12-16.
10. Features of softening processes of aluminum, copper, and their alloys under hot deformation // A.E. Gvozdev, D.N. Bogolyubova, N.N. Sergeev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov, I.V. Tikhonova // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 1. P. 3240.
11. Role of nucleation in the of first-order phase transformations / A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, I.V. Minayev, A.G. Kolmakov, I.V. Tikhonova // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 4. P. 283-288.
12. Комплексные задачи теории пластичности: монография / Н.Д. Тутышкин, А.Е. Гвоздев, В.И. Трегубов, Ю.В. Полтавец, Е.М. Селедкин, А.С. Пустовгар, В.И. Золотухин, Г.М. Журавлев, В.И. Золотухин; 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 408 с.
13. Расчет деформационной повреждаемости в процессах обратного выдавливания металлических изделий / А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, А.Г. Колмаков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев // Технология металлов. 2016. № 1. С. 23-32.
14. О состоянии предпревращения металлов и сплавов: монография / О.В. Кузовлева, А.Е. Гвоздев, И.В. Тихонова, Н.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, Н.Е. Стариков, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, Д.В. Малий, Ю.Е. Титова, С.Е. Александров, Н.А. Крылов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 245 с.
15. Особенности структурных и фазовых превращений в титановых заготовках в процессе высокоскоростного пластического деформирования: монография / Н.А. Крылов, М.А. Скотникова, А.Д. Бреки, В.В. Медведева, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.В. Малий.; под ред. Н.А. Крылова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 202 с.
16. Жидкие и консистентные смазочные композиционные материалы, содержащие дисперсные частицы гидросиликатов магния, для узлов трения управляемых систем: монография / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Н.А. Крылов, С.Е. Александров, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.В. Малий; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 166 с.
17. Распределение температур и структура в зоне термического влияния для стальных листов после лазерной резки / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, А.Г. Колмаков, И.В. Тихонова, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, Д.В. Ма-лий, И.В. Голышев // Материаловедение. 2016. № 9. С. 3-7.
18. Сопряженные поля в упругих, пластических, сыпучих средах и металлических труднодеформируемых системах: монография / Э.С. Макаров, В.Э. Ульченкова, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 526 с.
19. Многоуровневый подход к проблеме замедленного разрушения высокопрочных конструкционных сталей под действием водорода / В.П. Баранов, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Н.Н. Сергеев, А.Н. Чуканов // Материаловедение. 2017. № 7. С.11-22.
20. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов, связанные с усилением дислокационной активности / Н.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 2(71).
C. 32-47.
21. Анализ теоретических представлений о механизмах водородного растрескивания металлов и сплавов / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 3(72). С. 6-33.
22. Перспективные стали для кожухов доменных агрегатов / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, С.Н. Кутепов, О.В. Кузовлева, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7, № 2(23). С. 6-15.
23. Принятие решений по статистическим моделям в управлении качеством продукции / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, С.В. Сапожников, С.Н. Кутепов, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 5(74). С. 7892.
24. Диффузия водорода в сварных соединениях конструкционных сталей / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 6(75). С. 85-95.
25. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, I.V. Minayev, I.V. Tikhonova, A.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze, D.V. Maliy, I.V. Golyshev, A.G. Kolmakov, D A. Provotorov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. T. 8. № 1. С. 148152.
26. On friction of metallic materials with consideration for superplasticity phenomenon / A.D. Breki, A.E. Gvozdev, A.G. Kolmakov, N.E. Starikov, D.A. Provotorov, N.N. Ser-geyev, D.M. Khonelidze // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 126129.
27. Synthesis and dry sliding behavior of composite coating with (R-OOO)FT poly-imide matrix and tungsten disulfide nanoparticle filler / A.D. Breki, A.L. Didenko, V.V. Kudryavtsev, E.S. Vasilyeva, O.V. Tolochko, A.G. Kolmakov, A.E. Gvozdev,
D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 32-36.
28. Composite coatings based on A-OOO polyimide and WS2 nanoparticles with enhanced dry sliding characteristics / A.D. Breki, A.L. Didenko, V.V. Kudryavtsev,
E.S. Vasilyeva, O.V. Tolochko, A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin, A.G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 56-59.
29. Maximum plastic strengthening in tool steels / G.M. Zhuravlev, A.E. Gvozdev, A.E. Cheglov, N.N. Sergeev, O.M. Gubanov // Steel in Translation. 2017. Vol. 47. № 6. P 399-411.
30. Материаловедение: учебник для вузов / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев., В.К. Зеленко, А.Н. Сергеев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Стариков, В.И. Золотухин, А.Д. Бреки; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. Изд. 2-е доп. и испр. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 469 с.: ISBN 978-5-7679-3776-9.
31. Технология металлов и сплавов: учебник / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, О.В. Кузовлева, Г.М. Журавлёв, Д.А. Провоторов.; Под ред. проф. Н.Н. Сергеева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 490 с. ISBN 978-5-7679-3777-6.
32. Вариант определения максимального пластического упрочнения в инструментальных сталях / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, А.Е. Чеглов, Н.Н. Сергеев, О.М. Губанов // Сталь. 2017. № 6. С. 26-39.
Сергеев Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, technology@,tspu. tula.ru, Россия Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Ушаков Михаил Витальевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сергеев Александр Николаевич, д-р пед. наук, профессор, ansergueevamail.ru, Россия Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук, kutepov. sergeiamail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого,
Гвоздев Александр Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, gwozdew.alexandr20I3ayandex.ru Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого,
Калинин Антон Алексеевич, инженер, antony-aka mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGA TION OF THE EFFECT OF MECHANICAL TREATMENT ON THE CORROSION STABILITY OF INTERMETALLIC COATINGS
N.N. Sergeev, M. V. Ushakov, A.N. Sergeev, S.N. Kutepov, A.E. Gvozdev, A.A. Kalinin
The article presents the results of a study of the corrosion resistance of intermetallic protective coatings of the Ni—Al and Ti—Ni systems applied to steel by the method of plasma spraying. The conducted tests of ground intermetallic coatings in concentrated solutions of inorganic acids H2SO4, HCl, HNO3 and solutions of KOH and NaCl showed that they dissolve actively in acidic media and are corrosion resistant in KOH and NaCl. Of unpolished intermetallic coatings of the Ni—Al type, PN85YI5 coating is the most resistant to corrosion destruction. Of the unpolished Ti—Ni coatings, the PT88NI2 coating is the most stable.
Key words: corrosion resistance, the intermetallic coating, comparative resistance, mechanical processing.
Sergeev Nikolay Nikolaevich, doctor of technical science, professor, technology@,tspu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Ushakov Mikhail Vital'yevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Sergeev Aleksandr Nikolaevich, doctor of pedagogical science, professor, an-sergueev@mail. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, kutepov. sergei@mail. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Kalinin Anton Alekseevich, engineer, antony-ak@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
