ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОРЯЧЕЦИНКОВЫХ ПОКРЫТИЙ С ПОМОЩЬЮ ДИФФУЗИОННОГО ОТЖИГА

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Frontier Materials & Technologies. 2020; : 25-33

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОРЯЧЕЦИНКОВЫХ ПОКРЫТИЙ С ПОМОЩЬЮ ДИФФУЗИОННОГО ОТЖИГА

Родина А. А., Добычина К. Е., Бондарева О. С.

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-4-25-33

Аннотация

Цинковые покрытия широко применяются для защиты стальных изделий от коррозии. Физическая сущность методов нанесения цинка на сталь определяет морфологию покрытия. Горячецинковые и термодиффузионные покрытия образуются на стали по диффузионному механизму и содержат интерметаллидные фазы согласно диаграмме Fe-Zn, однако имеют различное фазовое строение, коррозионную стойкость и, соответственно, разные рабочие коррозионно-активные среды. Наибольшей коррозионной стойкостью обладают термодиффузионные покрытия. Однако технология их нанесения накладывает ограничение на размеры изделий в связи с небольшими размерами камеры, а также требует гораздо больше времени - несколько часов, по сравнению с нанесением горячецинковых покрытий в течение нескольких минут. В связи с этим было предложено использовать диффузионный отжиг изделий, оцинкованных погружением в расплав, для получения полностью интерметаллидной структуры покрытия. Целью работы было изучение влияния режимов диффузионного отжига на микроструктуру и свойства горячецинковых покрытий. В работе показано изменение микроструктуры и элементного состава фаз цинкового покрытия в результате выдержки 5 и 10 мин при температурах 500 и 600 °С. Исследовано влияние режимов отжига на пористость покрытия и его микротвердость. Проведены ускоренные испытания на коррозионную стойкость покрытий в исходном состоянии и после термической обработки. В результате диффузионного отжига цинковое покрытие становится полностью интерметаллидным, более однородным, выравнивается его химический состав. Установлено, что для получения оптимального сочетания физико-механических и технологических свойств можно рекомендовать режим диффузионного отжига с температурой 500 °С и выдержкой в печи 5 мин.

Список литературы

1. Березовская В.В., Чижов И.А. Цинковые покрытия. Структура, свойства, прогнозирование эксплуатационной надежности. Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. 136 с.

2. Проскуркин Е.В. Защитные цинковые покрытия: сопоставительный анализ свойств, рациональные области применения // Технический альманах Оборудование. 2005. № 3. С. 66-71.

3. Окулов В.В. Цинкование. Техника и технология. М.: Глобус, 2008. 252 с.

4. Smith W.J., Goodwin F.E. Hot Dipped Coatings // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. 2017. P. 1-19. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.09214-6.

5. Kuklík V., Kudláček J. Hot-Dip Galvanizing of Steel Structures. Amsterdam: Elsevier, 2016. 234 p. DOI: 10.1016/C2014-0-03512-5.

6. Диаграммы состояния двойных металлических систем : справочник : в 3 т. / под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996.

7. Проскуркин Е.В., Геловани В.А., Сонк А.Н., Петров И.В., Ярема И.П., Сухомлин Д.А. Цинковые покрытия - основные современные системы защиты труб от коррозии // Сталь. 2018. № 6. С. 32-37.

8. Бондарева О.С., Таразанов И.В., Петрова К.Н. Исследование физико-механических и коррозионных свойств горячих цинковых покрытий на строительных профилях // Известия Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17. № 6-2. С. 397-401.

9. Thierry D., Persson D., Le Bozec N. Atmospheric corrosion of zinc and zinc alloyed coated steel // Encyclopedia of Interfacial Chemistry: Surface Science and Electrochemistry. Elsevier, 2018. P. 55-78.

10. Проскуркин Е.В., Поликарпов М.П., Петров И.В., Журавлев А.Ю., Сухомлин Д.А. Диффузионные цинковые покрытия для защиты труб и других металлоизделий // Сталь. 2016. № 4. С. 31-34.

11. Biryukov А.I., Galin R.G., Zakharyevich D.А., Wassilkowska A.V., Batmanova Т.V. The effect of the chemical composition of intermetallic phases on the corrosion of thermal diffusion zinc coatings // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 372. P. 166-172.

12. Проскуркин Е.В., Петров И.В., Журавлев А.Ю., Филиппова М.И., Пучков А.В., Большаков В.И., Сухомлин Д.А. Вопросы качества диффузионных цинковых покрытий в свете требований международного стандарта ISO/FDIS 17668:2015 // Сталь. 2016. № 10. С. 40-43.

13. Бирюков А.И., Захарьевич Д.А., Галин Р.Г., Путилова А.В. Коррозионная стойкость термодиффузионных цинковых покрытий в средах горячего и холодного водоснабжения // Практика противокоррозионной защиты. 2016. № 4. С. 7-13.

14. Проскуркин Е.В., Сухомлин Д.А. Исследование коррозионной стойкости насосно-компрессорных труб с диффузионным цинковым покрытием в осложненных условиях газодобывающих скважин // Коррозия: материалы, защита. 2016. № 5. С. 41-48.

15. Сотсков Н.И. Термодиффузионное цинкование - эффективный метод антикоррозионной защиты высокопрочного крепежа. Методы контроля // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 9. С. 1066-1077. DOI: 10.32339/0135-5910-2019-9-1066-1076.

16. Biryukov A., Zakharyevich D., Kolesnikov A., Batmanova T., Galin R., Wassilkowska A. A layer-by-layer analysis of the corrosion properties of diffusion zinc coatings // Archives of Metallurgy and Materials. 2020. Vol. 65. № 1. P. 99-102. DOI: 10.24425/amm.2019.131101.

17. Петрова Л.Г., Тимофеева Г.Ю., Косачев А.В., Морщилов М.В. Повышение надежности коррозионной защиты стальных изделий с цинковыми покрытиями путем азотирования // Технология металлов. 2020. № 4. С. 27-34.

18. Wang J.-Q., Wang S.-M., Liu H.-W., Zhao X.-J., Huang G.-X. Effect of heating temperature on microstructure and property of mechanical galvanized diffusion layer // Cailiao Rechuli Xuebao/Transactions of Materials and Heat Treatment. 2018. Vol. 39. № 2. P. 125-131. DOI: www.doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0444.

19. Kania H., Sipa J. Microstructure characterization and corrosion resistance of zinc coating obtained on high-strength grade 10.9 bolts using a new thermal diffusion process // Materials. 2019. Vol. 12. № 9. P. 1400. DOI: 10.3390/ma12091400.

20. Petrova L.G., Demin P.E., Barabanov S.I., Kosachev A.V. Application of diffusion techniques for formation of zinc coatings to improve corrosion resistance of structural steels // Polymer Science - Series D. 2017. Vol. 10. № 2. P. 179-184. DOI: 10.1134/S1995421217020162.

21. Сенин А.В., Винник Д.А., Чернуха А.С., Забейворота Н.С. Физико-химические методы исследования материалов. Состав, структура. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2018. 119 с.

Frontier Materials & Technologies. 2020; : 25-33

CHANGING THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF HOT-DIP ZINC COATINGS USING DIFFUSION ANNEALING

Rodina A. A., Dobychina K. E., Bondareva O. S.

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-4-25-33

Abstract

Zinc coatings are widely used to protect steel goods from corrosion. The physics of methods of zinc applying to steel determines the coating morphology. Hot-dip zinc and thermodiffusion coatings are produced on steel by a diffusion mechanism and contain intermetallic phases according to the Fe-Zn diagram; however, they have different phase morphology, corrosion resistance, and consequently, different operating corrosive media. Thermodiffusion coatings have the highest corrosion resistance. However, their applying technique imposes a restraint on the dimensions of goods due to the small size of a chamber, and it requires much more time (several hours) compared to hot-dip zinc coatings applying for several minutes. In this respect, the authors suggest using the diffusion annealing of hot-dip galvanized goods to produce the entire intermetallic structure of the coating. The goal of the paper was to study the influence of the diffusion annealing modes on the microstructure and properties of hot-dip zinc coatings. The study showed the changes in the microstructure and elemental composition of the zinc coating phases as the result of soaking at the temperatures of 500 and 600 °С for 5 and 10 minutes. The authors researched the influence of annealing modes on the porosity of a coating and its microhardness. The coatings were quickly tested for corrosion resistance in the initial state and after thermal treatment. As a result of diffusion annealing, zinc coating becomes completely intermetallic, more homogeneous; its chemical composition becomes uniform. The study identified that to obtain the balance of physical-mechanical and technological properties, it is recommended to use the diffusion annealing mode with a temperature of 500 °С and soaking in a furnace for 5 minutes.

References

1. Berezovskaya V.V., Chizhov I.A. Tsinkovye pokrytiya. Struktura, svoistva, prognozirovanie ekspluatatsionnoi nadezhnosti. Saarbryukken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. 136 s.

2. Proskurkin E.V. Zashchitnye tsinkovye pokrytiya: sopostavitel'nyi analiz svoistv, ratsional'nye oblasti primeneniya // Tekhnicheskii al'manakh Oborudovanie. 2005. № 3. S. 66-71.

3. Okulov V.V. Tsinkovanie. Tekhnika i tekhnologiya. M.: Globus, 2008. 252 s.

4. Smith W.J., Goodwin F.E. Hot Dipped Coatings // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. 2017. P. 1-19. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.09214-6.

5. Kuklík V., Kudláček J. Hot-Dip Galvanizing of Steel Structures. Amsterdam: Elsevier, 2016. 234 p. DOI: 10.1016/C2014-0-03512-5.

6. Diagrammy sostoyaniya dvoinykh metallicheskikh sistem : spravochnik : v 3 t. / pod obshch. red. N.P. Lyakisheva. M.: Mashinostroenie, 1996.

7. Proskurkin E.V., Gelovani V.A., Sonk A.N., Petrov I.V., Yarema I.P., Sukhomlin D.A. Tsinkovye pokrytiya - osnovnye sovremennye sistemy zashchity trub ot korrozii // Stal'. 2018. № 6. S. 32-37.

8. Bondareva O.S., Tarazanov I.V., Petrova K.N. Issledovanie fiziko-mekhanicheskikh i korrozionnykh svoistv goryachikh tsinkovykh pokrytii na stroitel'nykh profilyakh // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2015. T. 17. № 6-2. S. 397-401.

10. Proskurkin E.V., Polikarpov M.P., Petrov I.V., Zhuravlev A.Yu., Sukhomlin D.A. Diffuzionnye tsinkovye pokrytiya dlya zashchity trub i drugikh metalloizdelii // Stal'. 2016. № 4. S. 31-34.

11. Biryukov A.I., Galin R.G., Zakharyevich D.A., Wassilkowska A.V., Batmanova T.V. The effect of the chemical composition of intermetallic phases on the corrosion of thermal diffusion zinc coatings // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 372. P. 166-172.

12. Proskurkin E.V., Petrov I.V., Zhuravlev A.Yu., Filippova M.I., Puchkov A.V., Bol'shakov V.I., Sukhomlin D.A. Voprosy kachestva diffuzionnykh tsinkovykh pokrytii v svete trebovanii mezhdunarodnogo standarta ISO/FDIS 17668:2015 // Stal'. 2016. № 10. S. 40-43.

13. Biryukov A.I., Zakhar'evich D.A., Galin R.G., Putilova A.V. Korrozionnaya stoikost' termodiffuzionnykh tsinkovykh pokrytii v sredakh goryachego i kholodnogo vodosnabzheniya // Praktika protivokorrozionnoi zashchity. 2016. № 4. S. 7-13.

14. Proskurkin E.V., Sukhomlin D.A. Issledovanie korrozionnoi stoikosti nasosno-kompressornykh trub s diffuzionnym tsinkovym pokrytiem v oslozhnennykh usloviyakh gazodobyvayushchikh skvazhin // Korroziya: materialy, zashchita. 2016. № 5. S. 41-48.

15. Sotskov N.I. Termodiffuzionnoe tsinkovanie - effektivnyi metod antikorrozionnoi zashchity vysokoprochnogo krepezha. Metody kontrolya // Chernaya metallurgiya. Byulleten' nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii. 2019. T. 75. № 9. S. 1066-1077. DOI: 10.32339/0135-5910-2019-9-1066-1076.

17. Petrova L.G., Timofeeva G.Yu., Kosachev A.V., Morshchilov M.V. Povyshenie nadezhnosti korrozionnoi zashchity stal'nykh izdelii s tsinkovymi pokrytiyami putem azotirovaniya // Tekhnologiya metallov. 2020. № 4. S. 27-34.

21. Senin A.V., Vinnik D.A., Chernukha A.S., Zabeivorota N.S. Fiziko-khimicheskie metody issledovaniya materialov. Sostav, struktura. Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGU, 2018. 119 s.

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГОРЯЧЕЦИНКОВЫХ ПОКРЫТИЙ С ПОМОЩЬЮ ДИФФУЗИОННОГО ОТЖИГА

Аннотация

CHANGING THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF HOT-DIP ZINC COATINGS USING DIFFUSION ANNEALING

Abstract

События

EasyCookieInfo