CC BY
27
Ивахненко Александр Геннадьевич, д-р техн. наук, профессор, ivakhnenko2002@mail.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет
DEVELOPMENT OF THE VARIATIONAL METHOD FOR CALCULATING THE ACCURACY OF METAL-CUTTING SYSTEMS
O.V. Anikeeva, A.V. Antsev, A.G. Ivakhnenko
The work considers the problem of the joint influence of the geometric accuracy parameters of metal-cutting machines and cutting tools on the accuracy of surface machining of machine parts. The main dependences for the development of the variational method for calculating the accuracy of metal-cutting machines into the method for calculating the accuracy of metal-cutting systems are presented.
Key words: metal-cutting machines, cutting tools, geometric accuracy, machining errors, variational method.
Anikeeva Olesya Vladimirovna, candidate of technical science, docent, docent, olesya-anikeeva@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Antsev Alexander Vitalyievich, candidate of technical science, docent, docent, a. antsev@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Ivakhnenko Alexander Gennadievich, doctor of technical sciences, professor, professor, ivakhnenko2002@mail.ru, Russia, Kursk, Southwest State University
УДК 621.45.038.72; 620.193.2; 620.193.4
МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ И КОРРОЗИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ, НАПЫЛЯЕМЫХ НА СТАЛЬ
12Х18Н9Т
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 металлических порошковых покрытий, наносимых с использованием плазменного напыления на сталь 12Х18Н9Т. Показано, что покрытия, нанесенные на сталь 12Х18Н9Т, имеют качественное сцепление с металлом основы. Покрытие хастеллой, нанесенное на сталь 12Х18Н9Т, имело меньшее количество дефектов. Остальные покрытия можно расположить в порядке ухудшения их качества - хромистой, ВТН-26, ХВС-3, ХТН-23.
Ключевые слова: коррозионная стойкость, металлические покрытия, пористость, агрессивные среды.
В настоящее время одной из наиболее значимых проблем связанных с эксплуатацией металлоконструкций в условиях химических и металлургических производств является их низкая коррозионная стойкость. Поэтому при проектировании металлоконструкций особое внимание следует уделять защитным мероприятиям, позволяющим повысить их
16
долговечность при работе в экстремальных условиях. Учитывая, что в процессе эксплуатации изделия подвергаются одновременному воздействию как агрессивных сред, так и растягивающих напряжений, следует уделять большее внимание коррозионному растрескиванию, которое приводит к выходу из строя металлоконструкций и оборудования и является преобладающим при их хрупком разрушении [1, 2].
На сегодняшний день существует большое разнообразие методов повышения коррозионной стойкости изделий, изготавливаемых из конструкционных сталей, применение которых обусловлено спецификой эксплуатации, а также экономическими факторами.
Одним из эффективных методов защиты сталей от коррозионного растрескивания является использование покрытий (металлических и неметаллических), наносимых на поверхность металла [3, 4]. Не менее эффективным способом повышения стойкости сталей против коррозионного растрескивания является их легирование различными химическими элементами [4, 5]. Однако к легированию сталей необходимо относится весьма осторожно, поскольку в некоторых случаях повышение концентрации легирующих элементов свыше порогового значения резко ухудшает коррозионные свойства стали [6]. В этой связи весьма актуальной задачей является проведение коррозионных испытаний конструкционных легированных сталей для оценки их сопротивляемости коррозионному растрескиванию и выработка рекомендаций по их защите от данного вида разрушения.
Цель данной работы - исследование коррозионной стойкости металлических покрытий, наносимых на нержавеющую сталь 12Х18Н9Т.
1. Материалы и методы исследования. Коррозионная стойкость металлических покрытий зависит от химического состава и физико-механических свойств. Наибольшее влияние на процессы коррозии оказывают: пористость, остаточные напряжения и адгезионная прочность. Адгезия покрытия к основному материалу в большей степени зависит от качества подготовки поверхности напыляемой детали. При увеличении толщины покрытия адгезия уменьшается. Причиной этого служат напряжения, вызванные различием коэффициентов термического расширения основного материала и наносимых слоев покрытия. С целью уменьшения действия этого явления можно применить интенсивное охлаждение, которое способствует выравниванию температуры. При этом значение адгезии увеличивается, и наносимые слои могут быть большей толщины. Однако, как по техническим, так и экономическим соображениям напыляемые покрытия должны обладать минимальной толщиной.
Для определения защитных свойств покрытий, испытываемых в агрессивных средах, напыляли слой толщиной 0,4...0,6 мм. При выборе толщины покрытия учитывали припуск на окончательную обработку -шлифование - примерно 0,1.0,3 мм.
Образцы для испытания (016 и 20 мм и I = 20 мм) изготавливали из нержавеющей стали 12Х18Н9Т следующего химического состава: 0,1 % С; 1,8 % Мп; 0,6 % 81; 18,5 % Сг; 8,3 % N1; 0,25 % Си; 0,8 % Т1; 0,010 % 8;
17
0,028 % P. Перед нанесением покрытия производили подготовку поверхности образцов в дробеструйной камере корундом (грануляция 0,8... 1,2 мм при 2,5...3 атм.). В качестве плазмообразующего газа использовали смесь аргона с азотом. Напыление каждого покрытия производили по оптимальным режимам, позволяющим получить лучшее качество защитного слоя.
Коррозионную стойкость исследуемых материалов определяли гравиметрическим методом. В качестве агрессивных сред были взяты водные растворы H2SO4, HNO3, HCl, KOH, NaCl различных концентраций. Экспериментальные исследования по определению коррозионной стойкости исследуемых сталей в растворах электролитов проводили в открытых стаканчиках при комнатной температуре. Испытания на коррозионное растрескивание проводили на разрывной машине Р-5 на специальных образцах [7]. 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, 1440 часов.
Коррозионным испытаниям предшествовали механические и металлографические исследования микроструктуры покрытий, позволившие судить о их качестве и характере сцепления с материалом основы.
Определение сравнительной коррозионной стойкости проводили на образцах с покрытиями хромистой, хастеллой, ВТН-26, ХТН-23, НВ-7. Часть образцов подвергалась дополнительной обработке - шлифованию. Перед испытанием образцы обезжиривали и на торцевую поверхность наносили покрытие из пентопласта.
Металлографические исследования проводили на образцах с покрытиями: хромистой, хастеллой, ВТН-26; ХТН-23, С-28, которые были нанесены методом плазменного напыления. Шлифы вырезались из бочкообразных образцов со шлифованной и нешлифованной поверхностью покрытий. Для травления образцов применяли 4 % спиртовой раствор HNO3. Металлографические исследования проводили на металломикроскопе МИМ-8.
2. Результаты и их обсуждение
2.1. Коррозионная стойкость покрытия хромистой. На рис. 1 представлена микроструктура покрытия хромистой, нанесенного на сталь 12Х18Н9Т со шлифованной и нешлифованной поверхностями. Характер покрытия слоистый, вдоль слоев расположены вытянутые поры, которые в приповерхностном слое могут образовывать продольные трещины. В нешлифованном образце (рис. 1, б) наблюдается отслоение металла, а в шлифованном (рис. 1, а) - поверхность сглажена. В покрытии присутствуют крупные сфероидизированные частицы.
Образцы с напыленным покрытием хромистой на сталь 12Х18Н9Т имели удовлетворительную коррозионную стойкость в 20 % растворах H2SO4 и HCl (табл. 1).
Через 48 часов после начала эксперимента в 20 % растворе HCl происходило активное растворение, поверхность образцов темнела, а цвет электролита приобретал темно-зеленый оттенок. Процесс коррозии протекал избирательно, преимущественно по границам элементарных частиц, имеющих вытянутую вдоль поверхности форму.
а б
Рис. 1. Микроструктура покрытия хромистой (неоплавленного) -основа сталь 12Х18Н9Т, *200: а - шлифованного; б - нешлифованного
Таблица 1
Изменение веса образцов из стали 12Х18Н9Т с покрытием хромистой __в агрессивных средах__
Раствор электролита Изменение веса образцов, г / м2 Время
Периодичность осмотра образцов, час испытаний,
48 144 336 720 1440 час
5 % H2SO4 -1039 -1120 -1205 -1172 -2001 1440
-1043 -1140 -1248 -1635 -1985 1440
20 % H2SO4 -1101 -1110 -1493 -1566 -1734 -1854 -1821 -2923 * * 1340 1343
5 % HNO3 -1073 -1103 -1121 -1155 -1170 1440
-1077 -1115 -1114 -1151 -1183 1440
20 % HNO3 -537 -1037 -565 -1083 -588 -1100 -634 -1158 -670 -1212 1440 1440
5 % HCl -190 -545 -591 -1161 -1617 1440
-687 -946 -1010 -1484 -1904 1440
20 % HCl -2476 -2740 -2739 * * 540
-1111 -2136 -2129 * * 540
5 % KOH +12,0 +19,0 +23,0 +15,0 +45,0 1440
+7,00 +22,0 -12,0 +21,0 6,0 1440
20 % KOH +14,0 +22,0 +29,0 +28,0 +36,0 1440
+18,0 +28,0 +31,0 +65,0 +49,0 1440
Примечания: 1. В числителе приведены данные об изменении веса шлифованных образцов, а в знаменателе - нешлифованных; 2. *Образцы разрушились.
В процессе напыления при многократных проходах, позволяющих получать покрытие различной толщины, образуется слоистость, с границами раздела, в которых сосредоточены поры, окисные пленки. Наличие
этих дефектных участков способствует протеканию коррозионного процесса, и приводит к отслоению части покрытия и целых блоков. Те же изменения происходили через 72 часа с образцами, находящимися в 20 % растворе H2SO4. Наибольшую устойчивость к коррозионному разрушению испытываемое покрытие показало в растворах НЫ03, где имело наименьшие весовые потери (табл. 1). При визуальном осмотре образцы после испытаний имели незначительные изменения поверхности.
2.2. Коррозионная стойкость покрытия хастеллой. Микроструктура покрытия хастеллой, нанесенного на сталь 12Х18Н9Т, имела слоистый характер, множество пор относительно крупных размеров и неправильной формы (рис. 2). В покрытии присутствуют сфероидизиро-ванные частицы, вокруг которых образуются зоны с повышенной пористостью.
- -v;- W ¿* \ iV * if 1 л. . ^
Рис. 2. Микроструктура покрытия хастеллой (неоплавленного) - основа
сталь 12Х18Н9Т, *200
При испытании покрытия хастеллой, нанесенного на сталь 12Х18Н9Т, в 20 % растворах HCl наблюдали особенно интенсивное протекание химических процессов, приводящих к обильному выделению газов, потемнению шлифованной поверхности образцов и растворению верхнего слоя, что приводило к образованию шероховатости. Образцы в данной среде имели небольшие весовые потери и скорость коррозии. Во всех остальных агрессивных средах образцы с покрытием за время испытаний (2 месяца) подвергались внешним изменениям. Только в 20 % растворе H2SO4 через 720 часов произошло образование продольной трещины у образцов со шлифованной поверхностью (табл. 2).
Из анализа результатов исследований видно, что коррозионная стойкость металлического покрытия хастеллой на стали 12Х18Н9Т намного выше в испытываемых агрессивных средах, за исключением 20 % раствора H2SO4 (табл. 2).
Испытания всех металлических покрытий в растворах KOH показали высокую коррозионную стойкость и лишь в процессе исследований были зафиксированы незначительные изменения в весе (табл. 2).
20
Таблица 2
Изменение веса образцов из стали 12Х18Н9Т с покрытием хастеллой
Раствор электролита Изменение веса образцов, г / м2 Время
Периодичность осмотра образцов, час испытаний,
48 144 336 720 1440 час
5 % H2SO4 -67,0 -185,0 -228,0 -280,0 -572,0 1440
-118,0 -234,0 -313,0 -382,0 -722,0 1440
20 % H2SO4 -64,0 -165,0 -283,0 * * 720
-128,0 -233,0 -1064 -1782 -2351 1440
5 % HNO3 -43,0 -48,0 -45,0 -54,0 -22,0 1440
-133,0 -147,0 -149,0 -154,0 -139,0 1440
20 % HNO3 -48,0 -56,0 -58,0 -75,0 -69,0 1440
-40,0 -50,0 -66,0 -90,0 -105,0 1440
5 % HCl -39,0 -69,0 -163,0 -219,0 -319,0 1440
-67,0 -101,0 -241,0 -284,0 -361,0 1440
20 % HCl -914 -1006 -1114 -1785 * 1284
-1004 -1127 -1183 -1973 * 1392
5 % KOH +7,0 +1,0 +15,0 +11,0 +31,0 1440
+4,0 +4,0 +6,0 +7,0 +26,0 1440
20 % KOH +25,0 +14,0 +31,0 +28,0 +42,0 1440
+15,0 +18,0 +22,0 +24,0 +36,0 1440
Примечания: 1. В числителе приведены данные об изменении веса шлифованных образцов, а в знаменателе - нешлифованных; 2. *Образцы разрушились.
2.3. Коррозионная стойкость покрытия ВТН-26. Микроструктура металлического покрытия ВТН-26 представлена напыленного на сталь 12Х18Н9Т на рис. 3. На нешлифованной поверхности покрытия видны глубокие открытые поры, которые снижают коррозионную стойкость покрытия. Механическая обработка поверхности шлифование не приводила к увеличению коррозионной стойкости металлического покрытия, т. к. вероятно при примененных режимах вносились дополнительные остаточные напряжения, которые и способствовали интенсификации процесса растворения и раскрытия поверхностной пористости (рис. 3).
При определении сравнительной коррозионной стойкости в растворах Н2804 и НЫ03 наблюдали почернение поверхности образцов, потерю блеска и появление питтингов, перераставших в последствии в язвы. В 5 % растворах рассматриваемых кислот произошли незначительные изменения параметров, определяющих коррозионный процесс.
При увеличении концентрации раствора наблюдали уменьшение коррозионной стойкости металлического покрытия ВТН-26. Образцы, испытываемые в растворах НЫ03, показали удовлетворительную коррозионную стойкость и имели незначительные внешние изменения. Все данные проведенных экспериментов по определению сравнительной коррозионной стойкости представлены в табл. 3.
Рис. 3. Микроструктура покрытия ВТН-26 (неоплавленного) - основа сталь 12Х18Н9Т (нешлифованная поверхность), *200
Таблица 3
Изменение веса образцов из стали 12Х18Н9Т с покрытием ВТН-26 __в агрессивных средах__
Раствор электролита Изменение веса образцов, г / м2 Время
Периодичность осмотра образцов, час испытаний,
48 144 336 720 1440 час
5 % H2SO4 -67,0 -371,0 -1043 -1038 -1037 1440
-67,0 -368,0 -988 -1800 -2098 1440
20 % H2SO4 -241,0 -250,0 -1229 -1126 * * * * * * 312 312
5 % HNO3 -39,0 -52,0 -94,0 -101,0 -76,0 1440
-54,0 -59,0 -63,0 -69,0 -76,0 1440
20 % HNO3 -38,0 -52,0 -66,0 -66,0 -67,0 1440
-38,0 -58,0 -82,0 -100,0 -142,0 1440
5 % HCl -109,0 -281,0 -577,0 -980,0 -1081 1440
-62,0 -254,0 -410,0 -590,0 -792 1440
20 % HCl -303,0 -627,0 -1275 -1402 * 1008
-287,0 -771,0 -1686 -2427 * 1200
5 % KOH +3,0 +2,0 +8,0 +11,0 +19,0 1440
+4,0 +8,0 +14,0 +31,0 +47,0 1440
20 % KOH +6,0 +9,0 +30,0 +36,0 +40,0 1440
+5,0 +17,0 +20,0 +27,0 +41,0 1440
Примечания: 1. В числителе приведены данные об изменении веса шлифованных образцов, а в знаменателе - нешлифованных; 2. *Образцы разрушились.
2.4. Коррозионная стойкость покрытия ХТН-23. На рис. 4 представлена микроструктура покрытия ХТН-23 на стали 12Х18Н9Т. Характер покрытия слоистый, имеются сфероидизированные частицы, вокруг которых образуются зоны повышенной пористости. При подготовке шлифов
22
для металлографических исследований покрытие ХТН-23 отделялось от основы, что объясняется его высокой хрупкостью и незначительной коге-зионной и адгезионной прочностью.
Результаты проведенных исследований приведены в табл. 4. В начальный период в растворах И2804 происходит частичное отслоение покрытия и потеря блеска, а затем общее растворение поверхности, приводящее к образованию питтингов. В процессе дальнейших испытаний происходит появление нитевидных трещин и увеличение количества питтин-гов. Разрушение покрытия, происходит в результате образования сети трещин.
Рис. 4. Микроструктура покрытия ХТН-23 (неоплавленного) - основа
сталь 12Х18Н9Т, *200
Таблица 4
Изменение веса образцов из стали 12Х18Н9Т с покрытием ХТН-23 __в агрессивных средах__
Раствор электролита Изменение веса образцов, г / м2 Время
Периодичность осмотра образцов, час испытаний,
48 144 336 720 1440 час
5 % H2SO4 -454,0 -430,0 -633,0 -885,0 -1284 -1527 -1656 -2339 * -3755 1416 1440
20 % H2SO4 -1548 -1574 -2116 -3456 -4505 -5473 * * * * 696 528
5 % HNO3 -91,0 -147,0 -266,0 -283,0 -300,0 1440
-82,0 -141,0 -184,0 -202,0 -272,0 1440
20 % HNO3 -107,0 -186,0 -236,0 -270,0 -337,0 1440
-110,0 -190,0 -231,0 -277,0 -295,0 1440
5 % HCl -216,0 -253,0 -771,0 -800,0 -1169 1440
-263,0 -574,0 -662,0 -687,0 * 1400
20 % HCl -1088 -1106 -2484 -2593 * 1416
-1096 -1704 -2097 -2170 * 1392
5 % KOH +26,0 +31,0 +34,0 +30,0 +51,0 1440
+46,0 +56,0 +54,0 +67,0 +69,0 1440
20 % KOH +12,0 +18,0 +19,0 +18,0 +25,0 1440
+21,0 34,0 +28,0 +34,0 +70,0 1440
Примечания: 1. В числителе приведены данные об изменении веса шлифованных образцов, а в знаменателе - нешлифованных; 2. *Образцы разрушились.
В растворах HCl наблюдали потемнение поверхности образцов и потерю блеска, в дальнейшем происходило растворение покрытия и образование язв. В 5 и 20% растворах HNO3 образцы за время испытаний не разрушились, но подверглись растворению.
Испытания также проводили на образцах с покрытиями, на нержавеющую сталь с последующим оплавлением поверхности по режимам, приведенным ранее. Данные весовых изменений представлены в табл. 5. Кинетика разрушения металлического покрытия ХТН-23, нанесенного на сталь 12Х18Н9Т с последующим оплавлением в 5 % растворе H2SO4 можно представить следующим образом: через 72 часа от начала эксперимента наблюдали небольшое растворение поверхности, появление питтингов, образующих цепочки. При увеличении времени эксперимента происходило увеличении размера питтингов, возникновение микротрещин.
Таблица 5
Изменение веса образцов из стали 12Х18Н9Т с оплавленным покрыти-__ем ХТН-23 в агрессивных средах__
Раствор электролита Изменение веса образцов, г / м2 Периодичность осмотра образцов, час Время испытаний, час
48 144 336 720 1440
5 % H2SO4 -51,0 -260,0 64,0 -710,0 * -1531 * * * * 312 480
20 % H2SO4 -184,0 -897,0 -199,0 -1400 * * * * * * 312 168
5 % HNO3 -184,0 -139,0 -176,0 * -180,0 * * * * * 134 708
20 % HNO3 -32,0 -57,0 -43,0 -62,0 * -72,0 * -96,0 * -231,0 360 1440
5 % HCl -307,0 -187,0 -348,0 -637,0 * -663,0 * 1027 * * 312 1360
20 % HCl -848,0 -960,0 * -1635 * 1710 * -2537 * * 120 1051
5 % KOH +7,0 +15,0 +31,0 +41,0 +41,0 1440
20 % KOH +5,0 +10,0 +16,0 +20,0 +21,0 1440
Примечания: 1. В числителе приведены данные об изменении веса шлифованных образцов, а в знаменателе - нешлифованных; 2. *Образцы разрушились.
В результате действия агрессивной среды на поверхности покрытия появились трещины, однако механизм их образования нельзя сводить только к коррозионному растрескиванию. Вид трещин, их расположение в продольном и поперечном направлениях позволяет предположить влияние остаточных термических напряжений после оплавления и напряжений после механической обработки поверхности.
2.5. Коррозионная стойкость покрытия ХВС-3. Металлографические исследования покрытия ХВС-3, напыленного на сталь 12Х18Н9Т показали слоистый характер микроструктуры, в покрытии имеются много-
24
численные поры, вытянутые в продольном направлении. Были обнаружены сфероидизированные частицы, продольные трещины, отслоения (рис. 5).
При испытании этого покрытия в агрессивных средах происходило постепенное растворение, а не механическое растрескивание и образование продольных и поперечных трещин. Вероятно, это связано с коррозионной стойкость материала подложки.
Рис. 5. Микроструктура нешлифованного покрытия ХВС-3 (неоплавленного) - основа сталь 12Х18Н9Т, *200
В растворах H2SO4 покрытие ХВС-3 показало наименьшую коррозионную стойкость (табл. 6), так, например, в 20 % растворе покрытие полностью растворилось до основного металла.
Таблица 6
Изменение веса образцов из стали 12Х18Н9Т с покрытием ХВС-3 __в агрессивных средах__
Раствор электролита Изменение веса образцов, г / м2 Периодичность осмотра образцов, час Время испытаний, час
48 144 336 720 1440
5 % H2SO4 -240,0 -190,0 -534,0 -432,0 * * * * * * 336 336
20 % H2SO4 -1500 -1700 -2967 -2964 * * * * * * 264 168
5 % HNO3 -95,0 -93,0 -187,0 -181,0 -378,6 -410,0 +855,7 -1664 * * 1068 1440
20 % HNO3 -454,0 -240,0 -728,0 -481,0 -884,0 -537,0 -1877 -947 -2114 -1702 1440 1440
5 % HCl -140,0 -135,0 -233,0 -271,0 -574,0 -618,0 -1001 -1034 * -1071 1404 1440
20 % HCl -570,0 -487,0 -1127 -999 -1722 -2272 * * 600 744
5 % KOH +6,0 +13,5 +23,0 +23,5 +27,0 +18,0 * +20,0 * +41,0 720 1440
20 % KOH +14,0 +10,0 +26,0 +23,0 +55,6 +50,0 +49,8 +49,0 89,5 +111,0 1440 1440
Примечания: 1. В числителе приведены данные об изменении веса шлифованных образцов, а в знаменателе - нешлифованных; 2. *Образцы разрушились.
В растворах HNO3 образцы показали наименьшую чувствительность к воздействию агрессивной среды. Внешний вид поверхности образцов изменился от светлого-серого до черного. Разрушение шлифованного металлического покрытия, находящегося в 5 % растворе HNO3, произошло из-за некачественной изоляции торцев образца
В растворах HCl на поверхности образцов через 144 часа появляются темные пятна с медным отливом, поверхность рыхлая, ячеистая. Коррозионная стойкость в данном электролите несколько выше, чем в растворах H2SO4 (табл. 6).
Проведенные испытания с покрытием ХВС-3 позволили сделать выводы, что коррозионная стойкость зависит не только от имеющихся пор, агрессивной среды, ее концентрации, продолжительности эксперимента, но и от остаточных напряжений, стойкости подложки, микротрещин, образование которых зависит от режимов шлифования и оплавления.
Покрытие ХВС-3, нанесенное на сталь 12Х18Н9Т с последующим оплавлением, при испытании на коррозионную стойкость показало высокие результаты. Все образцы, кроме тех, что находились в 20 % растворе H2SO4 в течение 1440 часов не разрушились (табл. 7).
Таблица 7
Изменение веса образцов из стали 12Х18Н9Т с оплавленным
покрытием ХВС-3 в агрессивных средах _
Раствор электролита Изменение веса образцов, г / м2 Время
Периодичность осмотра образцов, час испытаний,
48 144 336 720 1440 час
5 % H2SO4 -58,0 -101,0 -337,0 -501,0 -837,0 1440
20 % H2SO4 -32,0 -56,0 * * * 292
5 % HNO3 -170,0 -246,0 -430,0 -482,0 -579,0 1440
20 % HNO3 -232,0 -338,0 -425,0 -645,0 -888,0 1440
5 % HCl -91,0 -575,0 -1043 -1120 -1313 1440
20 % HCl -293,0 -828,0 -1420 -1724 -2093 1440
5 % KOH +6,0 +12,40 +18,0 +27,0 +41,0 1440
20 % KOH +17,0 +13,0 +13,50 +16,0 +24,0 1440
Примечание: *Образцы разрушились.
При взаимодействии агрессивных сред с поверхностью покрытия происходило активное выделение газов, изменение цвета электролитов от бесцветного до темно-зеленого и изменение цвета образцов от серого до черного. Поверхность оплавленного покрытия приобрела изрытую форму, имела характерный налет меди, который удалялся при механическом воздействии.
Выводы:
1. Показано, что покрытия, нанесенные на сталь 12Х18Н9Т, имеют качественное сцепление с металлом основы. Покрытие хастеллой, нанесенное на сталь 12Х18Н9Т, имело меньшее количество дефектов. Остальные покрытия можно расположить в порядке ухудшения их качества -хромистой, ВТН-26, ХВС-3, ХТН-23.
2. Установлено, что металлические покрытия, нанесенные на нержавеющую сталь, имеют коррозионную стойкость выше, по сравнению с теми же покрытиями, наносимыми на сталь 30ХГСА. Это указывает на то, что сами покрытия коррозионностойкие, но по имеющимся проникающим порам агрессивная среда воздействует прежде всего на основу металла, что способствует ее активному растворению, накоплению продуктов коррозии и газов. В результате в большинстве случаев происходит механическое растрескивание нанесенного покрытия, чего не наблюдается если в качестве металла-основы выступает нержавеющая сталь.
Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки материалов [8-27].
Работа выполнена по проекту №11.6682.2017/8.9.
Список литературы
1. Карпенко Г.В. Влияние среды на прочность и долговечность металлов. Киев.: Наукова думка, 1976. 127 с.
2. Нечаев Ю.С. Физические комплексные проблемы старения, охрупчивания и разрушения металлических материалов водородной энергетики и магистральных газопроводов // Успехи физических наук. 2008. Т. 178. № 7. С. 709-726.
3. 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.
4. Петров Л.Н., Сопрунюк Н.Г. Коррозионно-механическое разрушение металлов и сплавов.; отв. ред. АН Украины Р.К. Мелехов. Киев: Наукова думка, 1991. 216 с.
5. Исследование влияния легирования на механические и коррозионные свойства арматурного проката / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Чуканов, С.Н. Кутепов, О.В. Пантюхин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 7. С. 117-131.
6. Кутепов С.Н. Исследование влияния толщины покрытия и уровня растягивающих напряжений на коррозионную стойкость // Сб. трудов XV Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». (16-19 октября 2018, Москва). М.: ИМЕТ РАН, 2018. С. 401-403.
7. Потак Я.М. Высокопрочные стали. М.: Металлургия, 1972.
208 с.
8. Взаимодействие дисперсных компонентов смазочного композиционного материала, содержащего наночастицы дихалькогенидов вольфрама / А. Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2015. Вып. 5. Ч. 2. С. 136-144.
9. Технология конструкционных, эксплуатационных и инструментальных материалов: учебник 2 изд., доп./ А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Н.Н. Сергеев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А. Д. Бреки. Изд-во ТулГУ, 2018. 406 с.
10. Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М.Х. Шоршоров, 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.
11. Новые конструкционные материалы: учебное пособие / Н.Е. Стариков, В.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.
12. 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. 32-40.
13. Программный комплекс для расчета напряженного и деформированного состояния металлических, порошковых, аморфных, неметаллических, наноструктурных композиционных систем и материалов конструкционного, инструментального и триботехнического назначения в различных условиях: а. с. № 2018664179 Российская Федерация / А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, Д.В. Малий, М.В. Казаков, С.Н. Кутепов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ТГПУ им. Л.Н. Толстого». № 2018660758; заявл. 05.10.2018; опубл. 12.11.2018.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. Физико-механические и коррозионные свойства металлических материалов, эксплуатируемых в агрессивных средах / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, М.В. Ушаков, В.В. Извольский. Тула: Издательство ТулГУ, 2019. 553 с.
19. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов. Ч.1 (обзор) / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев // 2018. Материаловедение. № 3. С. 27-33.
20. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов. 4.II (обзор) / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев // Материаловедение. 2018. № 4. С. 20-29
21. 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.
22. Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М.Х. Шоршоров, 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: Издательство ТулГУ, 2016. 235 с.
23. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов первого рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 1. С. 15-21.
24. Влияние деформационной повреждаемости на формирование механических свойств малоуглеродистых сталей / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 12. С. 9-13.
25. Программный комплекс расчета мощности сил, определяющих процессы пластического деформирования, поверхностного формоизменения и фрикционного взаимодействия слитковых, порошковых и наноком-позиционных металлических систем: а. с. № 2018661010 Российская Федерация / А.Е. Гвоздев, А.Д. Бреки, Ю.С. Дорохин, Г.М. Журавлев, Д.С. Клементьев, С.Н. Кутепов, Д.В. Малий, П.Н. Медведев, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ТГПУ им. Л. Н. Толстого». № 2018618274; заявл. 31.07.2018; опубл. 30.08.2018.
26. Synthesis and dry sliding behavior of composite coating with (R-OOO)FT polyimide 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.
27. Composite coatings based on A-OOO polyimide and WS2 nanoparti-cles 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. Ser-geyev, D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin, A.G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 56-59.
29
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, imstulgu@pochta.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сергеев Александр Николаевич, д-р пед. наук, профессор, ansergueev@mail. 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.alexandr2013qyandex.ru Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого,
Калинин Антон Алексеевич, инженер, antony-akamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METALLOGRAPHIC AND CORROSION RESEARCH OF METAL COATINGS DEPOSITED
ON STEEL 12Kh18N9T
N.N. Sergeev, M. V. Ushakov, A.N. Sergeev, S.N. Kutepov, A.E. Gvozdev, A.A. Kalinin
The article presents the results of the study of corrosion resistance of metal powder coatings applied using plasma spraying on steel 12Kh18N9T. It is shown that the coatings applied to the steel 12Kh18N9T have high-quality adhesion to the base metal. Coating Hastelloy deposited on steel 12Kh18N9T, had fewer defects. The remaining coatings can be arranged in order of deterioration of their quality - chromium, VTN-26, HVS-3, KhTN-23.
Key words: corrosion resistance, metal coatings, porosity, aggressive media.
Sergeev Nikolay Nikolaevich, doctor of technical science, professor, technolo-gy@tspu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Ushakov Mikhail Vital'yevich, doctor of technical science, professor, imstul-gu@pochta.ru, 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. sergeia mail. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Kalinin Anton Alekseevich, engineer, antony-ak@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
