Тема 1. 3 Основы термической и химико – термической обработки металлов

Термической обработкой называют процессы теплового воздей­ствия по определенным режимам с целью изменения структуры и свойств сплава. От термической обработки зависит качество и стой­кость в работе деталей и инструмента.

Основоположником теории и рациональных методов термической обработки стали является русский ученый Д. К. Чернов.

Теория термической обработки стали основана на общей теории фазовых превращений, протекающих в сплавах в твердом состоянии. Знание теории фазовых и структурных превращений, протекающих при нагреве и охлаждении стали с различной скоростью, позволяет управлять процессами термической обработки и получать сталь с необходимыми структурой и свойствами.

«Превращения в стали при нагреве»

Превращение перлита в аустенит. В исходном состоянии сталь представляет собой смесь фаз феррита и цементита. Затем начинается образо­вание мелких зерен аустенита (рис. 11, а), в которых растворяется цементит. Затем образовавшиеся зерна растут, зарождаются новые мелкие зерна аустенита (рис. 11, б, в) и продолжается растворение цементита. Процесс заканчивается заполнением объема бывшего пер­литного зерна зернами аустенита (рис. 11, г).

Рисунок 11 Схема образования аустенитных зерен

Превращение перлита в аустенит — процесс кристаллизацион­ного типа и носит диффузионный характер, так как сопровождается перемещением атомов углерода на расстояния больше межатомных.

Рост зерна аустенита при нагреве. Образующиеся при нагреве из зерен перлита зерна аустенита получаются мел­кими и называются начальными зернами аустенита. При повышении температуры происходит рост зерен и тем в большей степени, чем выше температура нагрева. Но склон­ность к росту зерен с повышением температуры у сталей различная. Стали, раскисленные в процессе выплавки кремнием и марганцем, обладают склонностью к непрерыв­ному росту зерна с повышением температуры. Такие стали назы­вают наследственно крупнозерни­стыми (рис. 12). Стали, раскислен­ные в процессе выплавки дополни­тельно алюминием, не обнаружи­вают роста зерна при нагреве до значительно более высоких темпе­ратур (900—950 °С). Такие стали называют наследственно мелкозер­нистыми (рис. 12). Благоприятное влияние алюминия объясняется образованием ни­трида алюминия A1N, который в виде мелких включений располага­ется по границам зерен и тормозит их рост. При определенной темпе­ратуре происходит растворение включений в аустените, и зерна начи­нают расти очень быстро. Наследственную зернистость оценивают баллами по специальной шкале зернистости.

Рисунок 12 Схема роста зерна аустенита в наследственно мелкозернистой (а) и крупнозернистой (б) сталях.

«Превращения в стали при охлаждении»

Превращение аустенита в перлит может происходить только при температурах ниже 727° С Для распада аустенита должно быть его переохлаждение.

Образцы стали, нагретые до аустенитного состояния, быстро переносят в ванну с жидкой сре­дой, имеющей температуру ниже 727⁰ С и выдерживают до завер­шения превращения.

Видов термической обработки: собственно терми­ческая обработка—только термическое воздействие на сталь; термомеханическая —сочетание термического воздействия и пластической деформации; химико-термическая—сочетание термического и хими­ческого воздействия.

Собственно термическая обработка подразде­ляется на отжиг (первого и второго рода), закалку и отпуск.

«Отжиг стали»

Отжигом называется нагрев стали до определенной температуры, выдержка и последующее медленное охлаждение (в печи) с целью получения более равновесной структуры.

Отжиг первого рода – это отжиг, при котором не происходит фазовых превращений (перекристаллизации), а происходит приведение структуры из неравновесного состояния в более равновесное. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный и рекристаллизационный.

_ Гомогенизационный отжиг - это отжиг с длительной выдержкой

при температуре выше 950 °С (обычно при 1100—1200 °С) с целью выравнивания химического состава в результате диффузии.

Рекристаллизационный отжиг применяют для заготовок, обработанных давлением (прокаткой, волочением, ковкой, штамповкой). С увеличением в металле количества дислокаций прочность сначала понижается, а затем повышается. Упрочнение металла при избытке дислокаций объясняется тем, что они препятствуют перемещению друг друга и поэтому затрудняют пластическую деформацию. Упрочнение металла в результате пластической деформации, проводимой при комнатной температуре (холодная деформация), например прокатка, волочение, называется наклепом. При рекристализационном отжиге деформированные вытянутые зерна становятся равноосными, в результате твердость снижается, а пластичность и ударная вязкость повышаются. Для полного снятия внутреннего напряжения в стали нужна температура не менее 600 ⁰С. Охлаждение после выдержки при заданной температуре должно быть достаточно медленным; при ускоренном охлаждении вновь возникают внутренние напряжения

Отжиг второго рода - это отжиг, при котором изменяется структура сплава (перекристаллизация). Раз­личают следующие разновидности отжига второго рода: полный, не­полный, изотермический, нормализационный (нормализация).

При полном отжиге понижаются твердость и прочность стали. В результате полного отжига структура стали ста­новится близкой к равновесной, что способствует лучшей обраба­тываемости резанием и штамповкой. Полный отжиг используют также как окончательную операцию термической обработки заготовок.

Отжигом достигается также измельчение зерна. Крупнозерни­стая структура получается, например, в результате перегрева стали, такая структура называется видманштетовой.

С ростом зерна снижается ударная вяз­кость, особенно при высокой твердости (после закалки и низкого отпуска), повы­шается склонность к закалочным трещинам.

Неполный отжиг применяют после горячей обработки давлением, когда у заготовок мелкозернистая структура.

При изотермическом отжиге после нагрева и выдержки заготовки быстро охлаждают и выдерживают при этой температуре, после чего охлаждают на воздухе.

При нормализации сталь после нагрева охлаждается не в печи, а на воздухе в цехе, что экономичнее. Нагрев ведется до полной перекристаллизации. В результате нормализации сталь приобретает мелкозернистую и однородную структуру. Твердость и прочность после нормализации выше, чем после отжига. Часто нормализацией улучшают структуру перед закалкой.

«Закалка стали»

Закалкой называют процесс термической обработки — нагрев стали до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры. В резуль­тате закалки повышается прочность и твердость и понижается пластич­ность стали. Основные параметры при закалке —температура на­грева и скорость охлаждения.

В зависимости от размеров деталей и теплопровод­ности стали выбирают время нагрева. Время выдержки при темпера­туре закалки выбирают таким, чтобы полностью завершились фазо­вые превращения. Практически время нагрева в электропечах при­нято 1,5—2 мин на 1 мм сечения.

Скорость охлаждения стали, нагретой до температуры закалки, оказывает решающее влияние на результат закалки. Наиболее распространенные закалочные среды — вода, вод­ные растворы солей и щелочей, масло, воздух, расплавленные соли.

Вода охлаждает гораздо быстрее, чем масло: в 6 раз быстрее при 550—650 °С и в 28 раз быстрее при 200 °С. Поэтому воду применяют для охлаждения сталей с большой критической скоростью закалки (углеродистых сталей), а в масле охлаждают стали с малой крити­ческой скоростью закалки (легированные стали). Основной недо­статок воды как охладителя —высокая скорость охлаждения при пониженных температурах приводит к возникновению больших структурных напряжений и создает опасность возникновения трещин.

Добавление к воде солей, щелочей увеличивает ее закаливающую способность.

Масло охлаждает значительно медленнее, чем вода. Но преиму­щество масла как охладителя заключается также в том, что оно обла­дает небольшой скоростью охлаждения, поэтому при охлаждении в масле опас­ность образования трещин резко уменьшается. Недостатки масла — это легкая воспламеняемость, пригорание к поверхности деталей.

Способы закалки. В зависимости от формы детали, марки стали и требуемого комплекса свойств применяют различные способы закалки.

1) Закалка в одном охладителе. Деталь нагревают до температуры

закалки и охлаждают в одном охладителе (вода, масло).

2) Ступенчатая закалка. Нагретую до температуры закалки деталь охлаждают в расплавленных солях. После выдержки в течение времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь охлаждают на воздухе, что способствует уменьшению закалочных напряжений. Недостаток ступенчатой закалки — ограниченность ее применения (для углеродистых

сталей —только для мелких деталей диаметром до 10 мм).

3) Изотермическая закалка. Так же как и при ступенчатой закалке,

нагретые до температуры закалки детали охлаждают в соляной ванне,

где выдерживают в течение времени, после чего охлаждают на воздухе.

Отпуск смягчает действие закалки, снимает или уменьшает остаточное напряжение, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева заготовок до температуры ниже критической.

В зависимости от темпе­ратуры отпуск делят на низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск — нагрев стали до температуры 250 °С и охлаж­дение.

Средний отпуск—нагрев стали от 350 до 450 °С и охлаждение.

Высокий отпуск —нагрев стали от 450 до 650 °С и охлаждение. Закалку с высоким от­пуском называют улучшением.

Поверхностной закалкой называют процесс термической обработки, представляющий собой нагрев поверхностного слоя стали до температуры выше критической и последующие охлаждение. Поверхностную закалку применяют для повышения износостойкости деталей при сохранении высокого сопротивления динамическим нагрузкам.

«Химико-термическая обработка стали»

Химико-термической обработкой называют процесс, представ­ляющий собой сочетание термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали, а, следовательно, и всей детали в целом.

При химико-термической обработке протекают следующие про­цессы: распад молекул во внешней среде и образование атомов диф­фундирующего элемента (диссоциация); поглощение атомов поверх­ностью стали (адсорбция); проникновение атомов в глубь стали (диф­фузия).

Диффузионное насыщение поверхности деталей проводят раз­личными элементами: углеродом, азотом, хромом, алюминием, крем­нием и др. Если используют углерод, то такой процесс называют цементацией, если азот — азотированием, хром — хромированием, кремний —силицированием и т. д.

«Цементация стали»

Цементация — процесс химико-термической обработки, представ­ляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в соответствующей среде.

Цель цементации —получить высокую поверхностную твердость и износостойкость при вязкой сердцевине, что достигается обога­щением поверхностного слоя стали углеродом в пределах 0,8—1 % и последующей термической обработкой. Цементации подвергают детали, изготовленные из сталей с низким содержанием углерода (обычно до 0,25 %).

В зависимости от агрегатного состояния внешней среды, в кото­рую помещают обрабатываемые детали, различают цементацию в твер­дой, жидкой и газовой средах. Наиболее широкое применение имеет цементация в газовых средах (газовая цементация).

При газовой цементации детали нагревают до 900—950 °С в спе­циальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подают цементующий углеродсодержащий газ [естественный (природный) или искусственный газ]. Атомарный углерод, необходи­мый для цементации, образуется при разложении углеводородов и окиси углерода, содержащихся в цементующих газах. Основным угле­водородом является метан СН₄.

Заданную концентрацию углерода (0,8—1 %) в поверхностном слое получают путем автоматического регулирования состава газа и применения газа-разбавителя, например эндотермического газа (эндо-газа), состоящего из окиси углерода (20 %), водорода (40 %) и азота (40 %). Для повышения активности газовой среды к эндогазу добав­ляют природный газ.

В цементованной детали содержание углерода уменьшается от по­верхности к центру.

Цементованные детали подвергают термической обработке, наи­более часто закалке с 820—850 °С и низкому отпуску. Для деталей, изготовленных из наследственно мелкозернистых сталей, широко применяют непосредственную закалку из печи с предварительным охлаждением до 840—860 °С.

Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые пальцы, червяки, крупногабаритные кольца, ролики подшипников и др.

«Азотирование, цианирование и нитроцементация стали»

Азотирование—процесс химико-термической обработки, представляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом. Цель азотирования — получение поверхности деталей высо­кой твердости и износостойкости или устойчивости против коррозии (антикоррозионное азотирование).

Для азотирования детали нагревают (при 500—700 °С) в специ­альной герметически закрытой печи, через которую пропускают аммиак NH₃. При нагреве аммиак разлагается с образованием ато­марного азота, который поглощается поверхностью стали и проникает в глубь детали. Для получения высокой твердости и износостойкости слоя применяют специальные стали, например сталь, содержащую хром, молибден, алюминий.

При азотировании такой стали при 500—550 °С азот образует химические соединения, называемые нитридами (нитриды железа Fe₂N, хрома CrN, алюминия A1N и др.), придающие слою очень высокую твердость. Недостаток азотирования —длительность процесса (до 90 ч). Азотированию подвергают цилиндры моторов и насосов, зубчатые колеса, штампы, пуансоны и др. Антикоррозион­ному азотированию подвергают в основном углеродистые стали при 600—700 °С с выдержкой 0,5—1 ч.

Поверхностное насыщение стали одновременно углеродом и азо­том в расплавленной цианистой соли называют цианированием, а в га­зовой среде—нитроцементацией. Цель этих процессов —получе­ние высокой твердости и износостойкости поверхности деталей с со­хранением пластичной сердцевины. Цианированию и нитроцементации подвергают детали из сталей с 0,2—0,4 % С.

При цианировании детали нагревают при 820—960 °С в расплав­ленных солях, содержащих цианистый натрий NaCN. Для получе­ния слоя толщиной до 0,3 мм цианирование ведут при 820—860 °С в цианистых солях, содержащих NaCN, NaCl, Na₂C0₃. При нагреве образующиеся в ванне атомарный азот и углерод диффундируют в сталь. Слой содержит ~ 0,7 % С и ~ 1 % N. Затем детали зака­ливают непосредственно из ванны и подвергают низкому отпуску.

Для получения слоя толщиной до 2 мм цианирование ведут при 930—960 °С в цианистой ванне, содержащей NaCN, NaCl, ВаС1₂. Слой содержит ~ 1 %С и ~ 0,3 % N. Затем детали охлаждают на воздухе, проводят закалку и низкий отпуск. Недостаток цианирова­ния — ядовитость цианистых солей.

При нитроцементации детали нагревают при 850—870 °С в газо­вой смеси, обычно состоящей из эндогаза, к которому добавляют 5—15 % природного газа и 3—8 % аммиака. После насыщения по­верхности деталей углеродом и азотом их подвергают закалке и низ­кому отпуску. Нитроцементацию применяют для обра­ботки широкой номенклатуры деталей.

«Диффузионное насыщение металлами и металлоидами»

Диффузионное насыщение металлами (алюминием, хромом и др.) и металлоидами (кремнием, бором и др.), называемое диффузионной металлизацией, проводят с целью повышения жаростойкости (до 1000 °С), коррозионной стойкости, твердости и износо­стойкости деталей.

Насыщение (при 1000—1200 °С) проводят в твердых, жидких и газовых средах.

При насыщении в твердой среде детали помещают в ящик со смесью ферросплава (например, ферроалюминия, феррохрома и др.) и хло­ристого аммония NH₄C1. При нагреве, в связи с взаимодействием! ферросплава и хлористого водорода НС1, получающегося при разложении NH4CI, образуется летучее соединение (хлорид) хлора с ме­таллом (металлоидом), например хлорид алюминия А1С1₃, хлорид хрома СгС1₂ и др., которое при контакте с деталью распадается с обра­зованием атомов данного металла (металлоида), проникающих в сталь.

При насыщении в жидкой среде детали нагревают в ванне с расплавленным металлом (например, алюминием и др.).

При насыщении в газовой среде детали нагревают в среде летучих хлоридов различных металлов (металлоидов).

«Коррозия металлов и меры борьбы с ней»

Коррозией металлов и сплавов называют процесс превра­щения их в окисленное состояние, разрушение под влиянием внеш­ней среды. Примером коррозии может служить ржавление железа на воздухе, разъедание подводных частей судов, порча химической аппаратуры от действия различных растворов, а также кислот и щелочей. Коррозия приводит изделия в негодность. Потери от кор­розии сплавов на основе железа велики: каждая пятая тонна из выплавленных черных металлов расходуется на восполнение потерь по изделиям, пришедшим в негодность от коррозии.

«Основы теории коррозии металлов»

По виду коррозионного процесса различают электрохими­ческую, химическую и смешанную коррозию; в зависимости от кор­розионной среды ее относят к природной (под действием атмосферы, морской, речной, озерной воды, почвы) или промышленной (под действием солей, кислот, щелочей). По характеру коррозионного разрушения выделяют равномерную (рис. 13, а), неравномерную (б), избирательную, воздействующую на определенную фазу (в), пят­нами (г), язвенную (д), точечную (е), сквозную (ж), ножевую (з), трещинами (и), межкристаллитную (к), подповерхностную (л) и послойную (м) коррозии.

Рисунок 13 Виды коррозийных разрушений

Электрохимической коррозией называют процесс самопроизволь­ного взаимодействия металла с жидкостью—электролитом, в ходе которого последовательно протекает окисление металла и восста­новление окислительного компонента; окислительный компонент при этом не входит в состав продукта коррозии. По процессу электрохимической коррозии корродирует подавляющее большинство металлических изделий. Электролитами могут быть всевозможные электропроводные жидкости, чаще всего щелочи, водные растворы кислот, солей, газов. При соприкосновении металла с электролитом ионы с поверхности металла переходят в электролит, определяя возникновение между ними электродвижущей силы. В отличие от обычного растворения (например, соли в воде), которое прекращается, когда раствор ста­новится насыщенным, при растворении металла в электролит пере­ходят лишь положительно заряженные ионы, в результате чего электролит, находящийся в контакте с металлом, заряжается поло­жительно, а металл — отрицательно (за счет оставшихся элек­тронов).

Металлы обладают различной способностью переходить в раствор, т. е. различной упругостью растворения. Поэтому, если пластинки (электроды) разных металлов поместить в один электролит, то они будут иметь различные потенциалы, причем, чем больше ионов ме­талла перейдет в раствор, тем больше будет его отрицательный потенциал.

Если соединить проводником электроды различных металлов, находящихся в электролите, то образуются гальванические пары, где анодом является электрод с более низким потенциалом, а като­дом — электрод с более высоким потенциалом. В гальванической паре переход ионов анода в раствор продолжается до полного растворения пластинки анода. Так, если пластинку цинка и пластинку железа поместить в электролит и соединить их проводником, то цинк будет растворяться до полного разрушения пластинки.

Структура металлов и сплавов в большинстве случаев неодно­родна и состоит из двух фаз (например, феррита и цементита). При погружении такого сплава в электролит отдельные фазы (зерна) его будут иметь различные потенциалы, а так как эти зерна соеди­нены друг с другом через массу металла, то сплав будет представ­лять собой множество гальванических микропар. Из сказанного следует, что чистые металлы и однофазные сплавы должны иметь большую кор­розионную стойкость, чем сплавы, состоящие из смеси фаз. Опыт подтверждает это; например, сталь, закаленная на мартенсит, корро­дирует значительно меньше, чем та же сталь после отжига или отпуска (состояние перлита, сорбита, троостита). Однако и однофазные металлы имеют дефекты структуры- дислокации, субзерна, загряз­нения и примеси, обладающие различными значениями электродного потенциала; то же относится и к наклепанным участкам металла. Все это определяет электрохимическую гетерогенность металлов. Поэтому электрохимическая коррозия может наблюдаться также и у однофазных металлов.

Слой электролита при коррозии может быть весьма незначитель­ным: достаточно небольшой конденсации влаги из воздуха на поверх­ности металла, как начинается процесс коррозии, поэтому электро­химическая коррозия наблюдается и в закрытых помещениях.

Наличие сплошной прочной оксидной пленки предохраняет ме­талл и от электрохимической коррозии, так как изолирует его от действия электролита. Этим объясняется тот факт, что некоторые металлы (например, алюминий, хром, титан), имеющие весьма низ­кие электродные потенциалы, обладают большей коррозионной стойкостью, чем, например, железо, имеющее более высокий электродный потенциал, но не образующее при коррозии сплошной прочной оксид­ной пленки. Металлы, на поверхности которых об­разуются прочные, предохра­няющие от коррозии плен­ки, называют пассивирующимися.

Химической коррозией называют процесс самопроизвольного взаи­модействия металла с окислительным компонентом коррозионной среды, не зависящий от электродного потенциала металла. Продук­том коррозии является химическое соединение металла с окисли­тельным компонентом, Химическая коррозия протекает при действии на металл сухих газов, например, продуктов сгорания топлива, воздуха или жидких органических веществ (бензина, мазута, смолы и др.).

В чистом виде химическая коррозия наблюдается, например, при горячей обработке металлов (продуктом является окалина), на деталях топок и котлов, тепловых двигателей, танкеров, газо- и нефтепроводов и пр.

Атмосферная коррозия совмещает особенности химической и

электрохимической коррозии.

Мерой коррозионной стойкости металлов является скорость коррозии в данной среде и данных условиях. Скорость коррозии выражают массой металла в граммах, превращенной в продукты коррозии за единицу времени (1 ч) и отнесенной к единице его по­верхности (1 м²). На скорость коррозии влияют состав металлов, их механическая и термическая обработка, а также среда (воз­дух, вода, растворы кислот), температура, давление и характер нагрузки.

Наиболее опасной является межкристаллитная коррозия. Она распространяется по границам зерен и мало заметна при осмотре, однако изделия становятся негодными, так как нарушается металли­ческая сплошность их и резко снижается прочность.

«Способы предохранения металлов от коррозии»

Все конструкционные и инструментальные металлы и сплавы подвержены коррозии. Сталь и чугун составляют основную массу металлических изделий, поэтому защита их от коррозии тре­бует особого внимания.

Производство коррозионно-стойких сплавов (например, высоко­легированной хромовой и хромоникелевой стали) само по себе уже является способом борьбы с коррозией. Нержавеющая сталь и чу­гун, так же как и коррозионно-стойкие сплавы цветных металлов, — весьма ценный антикоррозионный материал, однако применение таких сплавов не всегда возможно из-за их высокой стоимости или по техническим соображениям.

На практике применяются следующие способы защиты металли­ческих изделий от коррозии: металлические и неметаллические по­крытия, ингибиторы коррозии, электрохимическая защита.

Металлические покрытия широко применяют для защиты от коррозии изделий и деталей машин, приборов, металло­конструкций. Наряду с защитой от коррозии металлические покрытия повышают износостойкость, жаро­прочность.

Различают анодные и катодные металлические покрытия. Анод­ные покрытия производят металлами, электродный потенциал кото­рых в данном электролите ниже потенциала покрываемого (основного) металла, например, покрытие железа цинком. Анодное покрытие защищает основной металл готовых изделий электрохимически. Срок службы анодных покрытий возрастает при увеличении их тол­щины. Катодные покрытия производят металлами, электродный потенциал которых в данном электролите выше потенциала основного металла. Катодные покрытия создают механическую защиту основ­ного металла. Нарушение сплошности покрытия (разъединение, механические повреждения) влечет за собой усиленную электро­химическую коррозию основного металла. Во многих случаях сплош­ность покрытия может сохраняться довольно долго; столь же про­должительной будет и защита основного металла. Примером катод­ного покрытия является никелирование сплавов железа.

Металлические покрытия наносят гальваническим, термодиффу­зионным, горячим способами, а также напылением, плакированием, припеканием.

Галъванические покрытия получают при электрокристаллиза­ции — осаждении на изделии — катоде положительно заряженных ионов металлов из электролитов при пропускании через них по­стоянного тока. В качестве анодов применяют металлы покрытия (хром, никель, медь, цинк, олово, серебро, золото), которые в ходе процесса растворяются в электролите и пополняют его катионами, разряжающимися на катоде. При гальванических покрытиях обеспе­чивается нанесение покрытия из любого металла на заготовки также из любого металла.

Наряду с гальваническими существуют химические покры­тия, осаждаемые на поверхность заготовки без внешней поля­ризации, когда в разогретый электролит загружают холодные за­готовки.

Термодиффузионный способ состоит в поглощении защитного металла поверхностным слоем заготовок и осуществляется при вы­соких температурах. Этим способом производят алитирование (защитный металл — алюминий), хромирование, силицирование (за­щитный элемент — кремний).

Горячий способ применяют для нанесения тонкого слоя легко­плавких металлов: олова (лужение), цинка (цинкование) или свинца (свинцевание). Очищенную заготовку при этом погружают в рас­плавленный защитный металл, который смачивает ее.

Лужение применяют в основном в производстве белой жести и для медной посуды; цинкование — для проволоки, кровельного же­леза, труб; свинцевание — для химической аппаратуры и труб.

Напыление плазменной струей получает все большее распростра­нение. Напыляемый материал расплавляется в потоке газоразрядной плазмы аргона, азота, аммиака или водорода. Материалом покрытия могут являться металлы (Zn, Al, Си, Ti, W, Сг, Мо и др.), оксиды (А1₂0₃, С1_а0₃, Si0₂ и др.), кар­биды (В₄С, TiC, NbC и др.), бориды, силициды, нитриды металлов, которые применяют в виде проволоки и прутков (диаметром 0,5—3 мм) или порошков сферической формы (диаметром 20— 100 мкм).

Напыление используют для изделий из стали, сплавов алюминия, меди, титана и других металлов. Преимуществами плазменного способа являются универсальность, формование покрытий высокой плотности при хорошей сцепляемости с основным металлом, легкость управления процессом.

Плакирование (термомеханическое покрытие) заключается в сов­местной горячей прокатке или волочении основного и защитного металлов. Сцепление между металлами осуществляется в результате диффузии под влиянием совместной деформации горячей заготовки. Защищаемый металл (сталь, сплавы титана) покрывают с одной или с обеих сторон медью, томпаком, коррозионно-стойкой сталью, алюминием.

Припекание (металлирование) — это новый способ нанесения покрытий, образующихся из порошков металлов (железных, медных, титановых, никелевых, хромовых), а также нитридов, боридов, силицидов металлов и пластмасс. Операция припекания состоит в на­несении на подготовленную поверхность заготовки порошкового слоя и нагрева, в процессе которого порошок спекается, образуя сплошной защитный слой, и одновременно припекается к поверхности основного металла.

Помимо защиты от коррозии, припекание (металлирование) используют для восстановления изношенных поверхностных слоев деталей.

Неметаллические покрытия относятся по­крытия лаками, красками, смазкой, эмалями, а также резиной и эбонитом.

Лакокрасочные покрытия имеют самое широкое распространение для защиты металлоконструкций, машин и механизмов в различных агрессивных средах. Входящие в состав лакокрасочных покрытий пленкообразователи обеспечивают получение сплошной, эластичной и беспористой пленки, изолирующей металл от коррозионной среды.

Технологический процесс лакокрасочного покрытия включает в себя подготовку поверхности, приготовление лакокрасочных мате­риалов, нанесение покрытий и сушку. Лакокрасочные материалы наносят кистью, валиками, распылением, окунанием, струйным обливом.

Срок службы противокоррозионных лакокрасочных покрытий от 1 до 5 лет. К недостаткам этих покрытий относится снижение эффектив­ности защиты со временем в результате порообразования и проник­новения агрессивной среды, а также обгорание при высоких тем­пературах.

В качестве смазок применяют минеральные масла и жиры. За­щита смазкой производится при хранении и перевозке металличе­ских изделий. Смазку периодически обновляют.

Покрытие резиной и эбонитом называют гуммированием; его при­меняют для защиты химической аппаратуры (сосуды, трубопроводы, травильные и гальванические ванны, краны, цистерны) от корро­зионного действия кислот, щелочей, растворов солей. Для гумми­рования поверхности заготовок обезжиривают, покрывают резиновым клеем и листами сырой резины или эбонита, затем производят вулка­низацию и отделку.

Ингибиторами коррозии являются неко­торые органические и неорганические соединения, которые вводят в небольших количествах в агрессивную среду, чем обеспечивается предотвращение или уменьшение скорости коррозии вследствие изме­нения механизма и кинетики электродных процессов. Ингибиторы используют для защиты металлоконструкций буровых скважин, трубопроводов, теплообменных аппаратов, химического оборудо­вания.

Химическая защита состоит в искусственном создании на поверхности изделий защитных неметаллических пленок (чаще всего оксидных) за счет окисления поверхностного слоя металла. Наведение оксидных пленок называют оксидированием, а на железе и стали — воронением в связи с сине-черным цветом покрытия. Для воронения сталей наиболее распро­странен способ погружения заготовок в растворы азотно-кислых солей при температуре 140 °С. Оксидирование применяют для алю­миния, магния и их сплавов. Этим способом осуществляют защиту изделий от воздуха и осадков. Для изделий, подверженных действию более агрессивных сред, этот способ неприемлем. Кроме оксидных пленок, на стальных изделиях наводят пленки фосфорно-кислых солей железа и марганца (фосфатирование); эти пленки в сравнении с оксидными являются более прочными.

Электрохимическая защита разделяется на протекторную и ка­тодную.

Протекторную защиту применяют для изделий, соприкасающихся с электролитами. Вблизи поверхности, подлежащей защите, уста­навливают протекторы из металла, имеющего в данном электролите

меньший электродный потенциал, чем потенциал основного металла. При этом образуется гальваническая пара протектор — основной металл, в которой протектор будет анодом, а основной металл — катодом. В таких условиях протектор будет постепенно разрушаться, защищая тем самым основной металл. После полного разрушения протектор заменяют.

Так, например, с помощью цинкового протектора защищают от коррозии подводные части судна (винты и киль).

Катодную защиту применяют для подземных металлических соору­жений (трубопроводов, кабелей и т. д.), которые присоединяются к отрицательному полюсу источника постоянного тока; положи­тельный полюс заземлен.

Date: 2016-05-25; view: 1360; Нарушение авторских прав