Коррозионная защита внутренних поверхностей труб тепловых и водопроводных систем вакуумно-диффузионным хромированием
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?у насыщению различными элементами. В последнее время такие покрытия получают все более широкое распространение.
Парофазный метод нанесения покрытий применяют для защиты поверхности стали хромом. Пропускание парообразного хлорида хрома над поверхностью стали, нагретой до 1000С, обеспечивает формирование хромового покрытия, прочно сцепленного с основой через промежуточный слой сплава Fe-Cr с содержанием хрома до 30%. Преимущества метода - малая пористость покрытий и возможность металлизации внутренних поверхностей и деталей сложной конфигурации, недостаток - низкая производительность, обусловленная диффузионными процессами или химическими реакциями на поверхности раздела.
При парофазном способе диффундирующий металл (хром) переносится к покрываемой поверхности посредством паровой фазы, образующейся в процессе нагрева металла. Хромирование из паровой фазы может осуществляться контактным, и неконтактным или вакуумным способами. При хромировании контактным способом изделия и хромосодержащее вещество (чистый хром, феррохром и др.) помещают в герметически закрытые контейнеры. Испарение металла происходит в реакционном пространстве в непосредственной близости от мест соприкосновения кусочков или порошка хрома с поверхностью изделия. Режим процесса выбирают таким образом, чтобы получить диффузионный слой определенной толщины с необходимой концентрацией хрома на его поверхности.
При неконтактном способе испарение хрома происходит на некотором расстоянии от поверхности обрабатываемого изделия. Неконтактный способ позволяет получать поверхность более высокого качества, однако концентрация хрома и глубина насыщения при этом меньше.
Из-за малой упругости паров хрома хромирование парофазным способом проводят при высоких температурах (1200-1400С) и продолжительных выдержках (более десятки часов).
Парофазный способ лучше осуществлять в нейтральной (азот, аргон, аммиак и др.) или восстановительной (водород) атмосфере, или в вакууме. При вакуумном способе хромируемые изделия находятся или в контакте с порошком хрома, или на некотором расстоянии от него.
Вакуум облегчает испарение хрома и его перенос к обрабатываемой поверхности. Насыщение поверхности хромом происходит благодаря образованию при высокой температуре паровой фазы, содержащей хром. Наиболее применим для металлизации рулонных материалов, однако в последнее время ее применяют для получения покрытий на готовых изделиях. Для промышленной реализации метода используют специальные вакуум-термические печи. К недостаткам метода, наряду с отмеченными следует отнести большую продолжительность процесса нанесения покрытий. Так, при нанесении хромирующей смеси, состоящей из 40% феррохрома (70% хрома), 20% железа, 35% окиси алюминия и 5% хлористого аммония, на сталь 6ХВГ при температурах 900; 1000 и 1100С время процесса фракционирования покрытия составляет соответственно 4; 6 и 10 ч.
1.2 Кинетика образования диффузионных хромовых покрытий
При рассмотрении формирования диффузионного слоя обычно делают попытку проследить за этим процессом, используя диаграммы состояния сплавов. При этом исходят из положения, что формирование слоя на изотерме диффузии следует за повышением концентрации и диффундирующего элемента в системе сплавов и подчиняется законам фазовых превращений.
В этом случае вначале должны возникать фазы низшего состава, затем среднего и, наконец, высшего (теория чистой или атомной диффузии). Согласно другой теории (теории реакционной диффузии) формирование диффузионного слоя может начаться с образованием фазы высшего или среднего состава, минуя стадию образования фазы низшего состава, если термодинамические условия для образования этих фаз окажутся более благоприятными, чем для фаз низшего состава.
Формирование фазы высшего состава в этом случае является завершающей стадией диффузионного процесса.
Имеющийся обширный теоретический и экспериментальный материал, основанный на применении прецизионных методов исследования фазового и химического состава диффузионного слоя, убеждает нас в том, что во многих случаях практики ХТО формирование диффузионного слоя не подчиняется равновесным условиям, а протекает прерывисто и может начаться с образованием фазы высшего или среднего состава. Структура диффузионного слоя в этом случае не отвечает равновесной.
Образование неравновесной структуры диффузионного слоя происходит при насыщении элементами чистых металлов и особенно часто при насыщении элементами сплавов. Среди различных факторов, оказывающих влияния на механизм формирования диффузионного слоя с неравновесной структурой, главными являются начальные условия, предшествующие процессу диффузии элементов в металл, которые прямо или косвенно зависят от физико-химических и кинетических факторов насыщения [8].
Физико-химические факторы:
.термодинамическая характеристика фаз в системе взаимодействующих элементов;
2.термодинамическая характеристика насыпающей среды (газ, пар, жидкая и твердая фазы). Насыщение металлов и сплавов элементами атомами газовых, жидких или паровых фаз способствует образованию диффузионного слоя с неравновесной структурой в отличие от насыщения в средах с низкой концентрацией активных атомов, приводящего к образованию диффузионного слоя с равновесной структурой;
.степень неравномерного состояния насыщающей среды в реакционном пространстве;
.давление паров (газов),