CC BY
12МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННОГО ОТЖИГА НА СВОЙСТВА ГОРЯЧИХ ЦИНКОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Фролова Анна Андреевна,
Студент Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королева, Г.Самара.
Алимова Кристина Евгеньевна, Студент Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королева, Г.Самара.
Бондарева Ольга Сергеевна Кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры технологий металлов и авиационного материаловедения Самарского национального исследовательского университета имени академика
С.П.Королева, Г.Самара.
Аннотация: целью данной работы было изучение влияния диффузионного отжига на свойства горячих цинковых покрытий. Определяли пористость и микротвердость цинковых покрытий, прошедших диффузионный отжиг при 500°С и 600°С. Оценивали коррозионную стойкость с помощью ускоренных коррозионных испытаний оцинкованной стали, описанный Маху. Для исследования на коррозионную стойкость были взяты образцы в исходном состоянии и прошедшие диффузионный отжиг при температуре 500°С, т.к. пористость покрытий при таком температурном режиме меньше.
Установлено, что предложенная заключительная термообработка цинковых покрытий, заключающаяся в диффузионном отжиге при 500С, выдержка 5 минут, позволяет значительно увеличить их коррозионную стойкость при сохранении физико-механических свойств.
Горячее цинкование является одним из наиболее надежных методов защиты стальных изделий от коррозии. Эффективность защиты цинкового покрытия зависит от толщины этого покрытия, его сцепления с основным металлом, а также от фазового состава покрытия [3, с 37][4]. В процессе горячего цинкования происходит взаимная диффузия железа и цинка и на поверхности стали образуются интерметаллидные слои: Г-фаза (Бе37п10), Г1-фаза(Ее57п21), 5-фаза^е7п10), ^-фаза^е7п13) и поверхностная фаза п-практически чистый цинк. Известно, что интерметаллидные фазы более коррозионно-стойкие, чем чистый цинк [2][6], поэтому было решено провести диффузионный отжиг, чтобы все покрытие представляло собой ин-терметаллидные фазы. Таким образом, целью данной работы было установить влияние диффузионного отжига на физико-механические свойства и коррозионную стойкость горячих цинковых покрытий.
Для решения данной задачи были оцинкованы образцы из листовой стали Cr3(Si=0,15-0,4%), температура расплава 450°С, выдержка 10 минут. Затем был проведен диффузионный отжиг при температурах 500°С и 600°С с выдержкой в печи 5 и 10 минут [1]. Микротвердость цинкового покрытия измеряли под нагрузкой 50 г. на микротвердомере. С каждого образца было снято 10 измерений. Определение пористости проводили с использованием микроскопического (металлографического) метода на нетравленых шлифах. Процентную долю пор в покрытии рассчитываликак отношение площади пор к площади покрытия на полученном изображении микроструктуры. Для расчета использовали программное обеспечение электронного сканирующего микроскопа TESCAN Vega SB. Замеры проводили не менее чем в 10 местах на каждом образце.
Влияние диффузионного отжига на коррозионную стойкость оценивали с помощью ускоренных коррозионных испытаний оцинкованной стали, описанных Маху [7].Образцы погрузили в раствор 5% NaCl и 1% H2O2 30%-ной в воде на 48 часов при температуре 23°С. Затем, образцы извлекли из раствора и высушили. После снятия продуктов коррозии оценивали площадь пораженных участков образцов.
Исследования показали, что средняя пористость цинкового покрытия до отжига составляет 2,5% , размеры пор 1-12 мкм, средний размер пор - 7 мкм. После отжига размер пор увеличивается, средняя пористость покрытия напрямую зависит как от времени выдержки, так и от температуры диффузионного отжига (рис. 1).
Время выдержки, мин
Рисунок 1 - Зависимость пористости от времени выдержки.
Анализ полученных данных показал, что с увеличением времени выдержки пористость покрытия увеличивается. Причем при 500С примерно в 2 раза, а при 600С - в 4 раза. Увеличение пористости покрытия не желательно, т.к. в процессе эксплуатации при окислении поверхностного слоя
поры будут способствовать проникновению агрессивной среды вглубь покрытия.
Твердость является важной характеристикой физико-механических свойств цинковых и других покрытий. Величина микротвердости позволяет косвенно судить о других характеристиках покрытия - прочности, пластичности, хрупкости и др [5]. Влияние диффузионного отжига на микротвердость покрытия показано на рисунке 2.
250
диф.отжиг 500°С диф.отжиг 600°С
к к
£ 50 01 а и
2 4 6 8
Время выдержки, мин
10
12
0
Рисунок 2 - Зависимость микротвердости от времени выдержки.
Исследования показали, что с увеличением времени выдержки микротвердость покрытия уменьшается, следовательно, уменьшается его прочность. Особенно значительное падение микротвердости наблюдается при режиме отжига 500С, 10 минут.
Для исследования на коррозионную стойкость были взяты образцы в исходном состоянии и прошедшие диффузионный отжиг при температуре 500°С, т.к. пористость покрытий при таком температурном режиме меньше.
Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Коррозия, появившаяся на образцах в процентном отношении.
Образец Коррозия,%
Исходный 30%
500°С 5 мин 2,5%
500°С 10 мин 15%
Исследования показали, что наименьшая коррозия покрытия наблюдается на образце после диффузионного отжига при 500С, выдержка 5 минут. Этому же режиму соответствует минимальная пористость и удовлетворительная микротвердость.
Таким образом, предложенная заключительная термообработка цинковых покрытий, заключающаяся в диффузионном отжиге при 500C, выдержка 5 минут, позволяет значительно увеличить их коррозионную стойкость при сохранении физико-механических свойств.
Список литературы
1. Алимова, К.Е. Влияние диффузионного отжига на структуру горячих цинковых покрытий [Текст] / К.Е. Алимова, А.А. Фролова // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: сб. статей. -Магнитогорск, 2018. - С. 44-46.
2. Бондарева, О.С. Исследование физико-механических и коррозионных свойств горячих цинковых покрытий на строительных профилях / О. С. Бондарева, И.В. Таразанов, К.Н. Петрова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2015. - Т. 17, No 6 (2). - С.488-492.
3. Проскуркин, Е.В. Диффузионные цинковые покрытия [Текст] / Е.В. Проскуркин - М.: Металлургия, 1972. - 248 c.
4. Проскуркин, Е.В. Защитные цинковые покрытия: сопоставительный анализ свойств, рациональные области применения [Текст] / Е.В. Проскуркин // Национальная металлургия. - 2005. - № 66. - С. 66-71.
5. Пластичность диффузионного цинкового покрытия и механические свойства оцинкованной стали [Электронный ресурс] - URL: http://metal-archive.ru/cinkovye-pokxytiya/81-plastichnost-diffuzionnogo-cinkovogo-pokrytiya-i-mehanicheskie-svoystva-ocinkovannoy-stali.html (дата обращения 25.01.19)
6. Повышение коррозионной стойкости горячих цинковых покрытий в результате диффузионного отжига [Электронный ресурс]. - URL: http://www.stroitelstvo-new.ru/metal/povyshenie-korrozionnoy-stoykosti.shtml (дата обращения: 25.12.2016)
7. Полимерное покрытие. Ускоренное испытание на коррозионную стойкость [Электронный ресурс] - URL: http://vseokxaskah.net/news/polimemoe-pokrytie-uskorennoe-ispytanie-na-korrozionnuyu-stojkost-test-machu.html ( дата обращения 13.09.18)
