Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Коррозионную стойкость покрытий испытывали в аппарате переменного погружения при комнатной температуре, сначала в среде 3%-ного раствора хлористого натрия (1 мин), а затем на воздухе (14 мин). Испытания в этом аппарате являются ускоренными; они очень жестки и при выбранных режимах воспроизводят условия «ватерлинии». Общая продолжительность испытаний составляла 4600 ч.
В течение первых 800—1000 ч испытаний через каждые две недели отбирали пробы осадка и раствора, в который погружали образцы, чтобы определить содержание цинка и железа. Наибольшее количество цинка в растворе (до 50—80 мг/л) и осадке (до 36—54% от общего количества осадка) наблюдалось в течение первого месяца испытаний.
По окончании испытаний образцы осматривали визуально; некоторые из них фотографировали. Затем с образцов удаляли продукты коррозии по методике, описанной выше.
Структуру цинкового покрытия и характер разрушения его после испытаний на коррозию изучали металлографическим методом.
Результаты испытаний оценивали по внешнему виду образцов, по убыли их массы, а также по характеру разрушения покрытия. При неравномерной коррозии покрытия глубину ее проникновения определяли путем замера индикатором с иглой.
На рис. 113 приведены результаты коррозионных испытаний цинковых покрытий, полученных в расплаве цинка с 0,04% Al и прошедших диффузионный отжиг в печи при 450 и 600° С в течение 10, 20 и 30 мин, а также при 500 и 550° С с выдержкой 5, 10, 15, 20 и 30 мин. Коррозионная стойкость термически обработанных покрытий неодинакова и в зависимости от режима отжига может превышать стойкость покрытий в исходном со-стоянии от 1,1 до 2 раз.
Наиболее высокой коррозионной стойкостью отличались покрытия, отожженные при температуре 500° С в течение 15 мин или при 550° С в течение 5 и 10 мин (см. рис. 113).
На образцах, прошедших отжиг по указанным режимам неравномерного разрушения покрытия после коррозионных испытаний не обнаружено. Скорость разрушения этих покрытий при испытаниях в течение 4600 ч составила 48—52 мкм в год, что почти в два раза ниже скорости разрушения цинковых покрытий, не подвергнутых термической обработке.
Структура цинковых покрытий после отжига при 500 и 550° С с выдержкой соответственно 15 и 10 мин состоит из однородного сплошного столбчатого слоя δ1-фазы и тонкого слоя Г-фазы. Под воздействием переменной среды равномерному коррозионному разрушению подвергся лишь верхний слой покрытия. Только на отдельных участках отмечается коррозионное разрушение по границам столбчатых кристаллов δ1-фазы (рис. 114).
Цинковые покрытия, отожженные при 450 и 600° С с выдержкой 10, 20 и 30 мин, после испытаний были покрыты неравномерным слоем продуктов коррозии с отдельными пятнами, язвами и полосами ржавчины. Особенно резко язвенный характер разрушения проявился в случае покрытий, прошедших отжиг при 450° С, выдержка 10 мин. Глубина отдельных язвин после 4600 ч испытаний достигала 50—60 мкм.
Следовательно, диффузионный отжиг при 450° С в течение 10, 20 и 30 мин не позволяет получить однородного коррозионностойкого железоцинкового слоя. Эти покрытия многофазны: наряду с Г- и δ1-фазами в них отчетливо обнаруживается хрупкий слой ζ-фазы столбчатой структуры. Понижение коррозионной стойкости покрытий, отожженных при 600° С в течение 10, 20 и 30 мин, по сравнению с покрытиями, обработанными при 500 и 550 С, можно объяснить наличием микротрещин в верхнем слое покрытия, а также повышенным содержанием в нем железа. Это подтверждается результатами микроскопического и микрорентгеноспектрального анализов. По данным микрорентгеноспектрального анализа, среднее содержание железа в слое покрытия, прошедшего отжиг при 600° С, составляло 12—14% против 7,5— 8% в случае покрытий, отожженных при 500 и 550° С.
Диффузионный отжиг покрытий, полученных в расплаве цинка с добавкой 0,12% Al, также заметно повышает их коррозионную стойкость в условиях переменного погружения (рис. 115). Она оказывается примерно в 2,2—3,8 раза выше, чем у покрытия, не прошедшего отжига. При этом у неотожженных покрытий разрушение происходило неравномерно и на отдельных участках отмечалось начало разрушения слоя железоцинкового сплава.
Сопоставляя результаты коррозионных испытаний, можно видеть, что существенного различия, в скорости коррозии цинковых покрытий, обработанных по различным режимам, не наблюдается. Незначительные колебания в зависимости от режима отжига можно объяснить различным содержанием железа в слое покрытия и наличием в некоторых покрытиях микротрещин.
Металлографическое исследование покрытий после коррозионных испытаний показало, что независимо от режима термической обработки покрытия разрушаются одинаково: наблюдается общее незначительное разрушение верхнего слоя и в отдельных местах разрушение по границам столбчатых кристаллов δ1-фазы.
Однако, несмотря на сходство структуры и незначительную разницу в скорости коррозии, лучшими все же следует считать покрытия, полученные при диффузионном отжиге при 500° С, 10 мин, или при 550° С, 5 и 10 мин. Скорость коррозии таких покрытий в переменной среде за 4600 ч составила 36—43 мкм/год.
Результаты испытаний покрытий, полученных в расплаве цинка с 0,12% Al и прошедших диффузионный отжиг по различным режимам в индукторе, приведены на рис. 116.
Как показали исследования, в результате отжига в индукторе при 550° С в течение 10 мин можно получить покрытие из железоцинкового Сплава высокой коррозионной стойкости. По структуре такое покрытие подобно диффузионному цинковому покрытию, полученному в порошковых смесях.
Микроструктура и характер разрушения при испытаниях цинкового покрытия, отожженного по указанному режиму, показаны на рис. 117. Скорость разрушения этого покрытия за 4600 ч составила 37 мкм/год, т. е. была примерно в 3,8 раза ниже по сравнению со скоростью разрушения покрытия без термической обработки.
Как видно из рисунка, покрытие разрушается в основном равномерно, хотя на отдельных участках и наблюдается незначительное разрушение по границам столбчатых кристаллов δ1-фазы.
Коррозионная стойкость цинковых покрытий, отожженных в индукторе при 465 и 500° С в течение 3,5 и 10 мин, более низкая (примерно в 1,5—2,9 раза), чем покрытий, термически обработанных при 550°С, 10 мин.
Для покрытия, прошедшего термическую обработку при 500°С характерно более интенсивное развитие коррозии по границам кристаллов δ1-фазы, причем в отдельных местах это разрушение проникает почти сквозь все покрытие.
Большой практический интерес представляло также изучение коррозионных свойств цинковых покрытий, полученных электролитическим способом и подвергнутых диффузионному отжигу.
Коррозионные испытания в переменной среде (3%-ный раствор NaCl — воздух) показали, что диффузионный отжиг повышает коррозионную стойкость таких покрытий, причем наибольшей стойкостью отличаются покрытия, полученные в результате отжига при 500° С с выдержкой 20 мин и при 550° С с выдержкой 10 мин. После удаления продуктов коррозии, возникших при испытаниях на образцах, прошедших указанную обработку, наблюдался слой цинкового покрытия. Глубина коррозионного разрушения таких покрытий за 4600 ч составила 46 мкм. Электролитическое цинковое покрытие, не подвергнутое диффузионному отжигу, за это время полностью разрушилось (исходная толщина покрытия составляла 60—70 мкм) и начала разрушаться стальная основа.
Разрушение термически обработанных электролитических цинковых покрытий аналогично по характеру разрушению в переменной среде интерметаллического железоцинкового слоя, полученного в расплаве цинка и прошедшего диффузионный отжиг.
С повышением температуры отжига до 600° С стойкость диффузионного цинкового покрытия, несколько уменьшается. Вероятно, это связано с повышением содержания железа в покрытии и наличием в нем микротрещин.