автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка технологии получения покрытий горячей металлизацией сплавами на основе меди

Л6

ХЕРСОНСЬКИЙ ШДУСТРИАЛЬНИЙ 1НСТИТУТ

На правах рукопису

СМИРНОВ 1ГОР ВОЛОДИМИРОВИЧ

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГИ ОТРИМАННЯ ПОКРИТЬ ГАРЯЧОЮ МЕТАЛ13АЦ16Ю СПЛАВАМИ НА OCHOBI М1Д1

05.02.01 - Матер1алознавстБо у машинобудуванш

Автореферат дисертацп на здобуття наукового ступени кандидата техшчних наук.

ХЕРСОН 1996 р.

Дисертащею е рукопис

Робота виконана на кафедр! матер1алознавства та деталей машин Херсонського ¡ндустр1ального шституту.

Науковий кер1вник: доктор техшчних наук,професор

Сошко Олександр 1ванович;

Офщшш опоненти: доктор техшчних наук.професор

Шатинський Вштор Федорович;

кандидат техшчних наук, Лукина Галина МикодаТвна

Провцдаа оргашзащя: Килвське Центральяе конструк-

торське бюро арматуробудування.

Захист вщбудеться " Р- о У ^ год, Нг

засшанш спещал13ованоУ вченоУ ради К 19.01.05 при Херсонськом) ¡ндустр1альному ¡нституту за адресою: 325008 М.Херсон, вул Береславське шосе, 24

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютеш Херсонсь кого шдустр1ального шституту.

Автореферат роз1еланий р.

Вчений секретар спешал^зованоУ вченоУ ради

Белоус Юр1Й Павлович

1. Загальна характеристика роботи.

Актузльшсть теми. Використання металевих покрить е актуальною матер!алознавчою проблемою, р!шення якоУ дозволить змшити витрату кольорових метал1в та зекономити енергетичш витрати. Ршення даноУ проблеми не може бути досягнено одним ушверсальним складом покриття та методом його одержання, тому дослщження по розробщ методш нанесения е актуальним у науковому та технолопчному аспект!.

Особливий штерес у цьому зв'язку мають засоби одержання покрить, засноваш на насиченш з металевих розплав1в, як найбшьш економ1чн1 та еколопчш. Вони дають можливкть також одержувати покриття на виробах сортового прокату з! складною конф1гурац1вю, з внутр!шшми поверхнями. На сьогодншшш день розроблеш технологи нанесення пор1вняно легкоплавильних сплавав на основ! Бп, Ъп, РЬ, А1 \ не прид^ено уваги нанесению сплав!в на основ1 мш, як! мають високую корозшну стштсть, ЗН0С0СТ1ЙК1СТЬ, мщшсть, декоратившсть. Тому актуальним е поширення кола покрить, отриманих гарячою метал1защею, шляхом розробки нових метод1в метатзаци сплавами на основ! м!д! з метою корозшного захисту, надання поверхш вироб1в нових електро-ф1зичних та декоративних властивостей.

Мета роботи. Метою дисертащйно1 роботи е теоретичне та експериментальне досл!дження можливост! одержання покрить мцщю та и сплавами методом гарячоУ метал1заца та розробка технолопчних положень для його реал1зацп. Вщповщно з постановленою метою необхщно було виршити наступи!' задач!:

- вивчити ф1зико-х1м1ч1н процеси, що проходить при контакт! конструкщйного твердого металу з розплавом на основ! мш;

- провести термодинам!чну оцшку процеслв видалення окисних шпвок та адсорбшУ розчинених в розплав1 компонент на поверхш металу виробу;

- дослщити можлив1Сть одержання покрить р1зномаштними системами на основ1 мш в умовах ¡зотермп та не1зотермн;

- вивчити кшетику формування покрить, розробити модельш схеми 1 провести оптим1защю технолопчних параметр1В процесу гарячо1 метал ¡защУ сплавами на основ! кпд!;

- дослщити ф^зико-мехашчш та ексилуатацшш властивоси покрить на основ! мад, яш були отримаш гарячою метал!защею.

Наукова новизна роботи.

- дослщжеш нов! засоби одержання покрить на основ1 мда гарячою метал!защею;

- розроблеш деяю термодинаничш положения про вста-новлення окисних шпвок на залт у розплавах на основ) мщ;

- встановлено мехашзм формування, а також модельш схеми при ¡зотерм1чних та не13отерм1чних вар!антах нанесення покрить на основ!' М1Д1;

- встановлеш активацшно-енергетичш та кшетичш характеристики процесу формування гарячих покрить на основ1 мщ;

- визначет оптимально за технолопчшстю та корозшною стшюстю сполуки покрить.

- розроблеш основш технолопчш положения одержання покрить на основ! мт гарячою метал!защею, яю вццизняються високою корозшною стшюстю та хорошою декоратившстю;

- отримаш даш з мехашчних якостей покрить на основ! мод на вуглецевих сталях та конструкцшнш мдо;

- розроблена нова принципова схема пристрию безперервноУ дн для нанесения покрить методами гарячоУ метал1защУ та електро-х1М1чного осадження.

Реал1зашя роботи. Результати роботи були використоваш при виконанш комплексноУ щльовоУ науково-техшчноУ программ по розвитку арматуробудування на УкраУш (Програма МЫстерства машинобудування, вшськово-промислового комплексу та конверсн УкраУни). Розроблена технолопя одержання покрить гарячою метал!зац1ею внпробована у КиУвському ЦКБА на деталях арматури р1зномаштного призначення.

Апробашя роботи. Основш результати роботи доповедеш та обговорен! на слщуючих конференщях: науково-техшчшй конференшУ "Проблеми якосп в умовах ринку" (м. Херсон, 1993 р.), науковш конференшУ викладач1в та сшвроб1тнишв (м. Херсон, 1993 р.), науково-практичнш конференцГУ "Науково-техшчний прогрес у перехдаий перюд розвитку УкраУни" (м. Херсон, 1995 р.), ьнжнародшй науково-техшчнш конференщУ '.'Сучасш проблеми машинобудування та техшчний прогрес" (м. Донецьк, 1996 р.).

Пуйлшаш. По результатам проведених досл1джень опубликовано 10 друкованих роб1т.

С1руктурда_обсж_р-О^оти. Дисерташя складается ¡з вступно! частини, п'яти роздшв, висновшв, списку л1тератури що включае 121 найменування, додатку про практичну реал1зацно результат1в роботи, викладена на 162 сторшках машинописного тексту, М1стить 68 ¡люстращй [ 5 таблидь.

2. Змкгг роботи..

_вступтй частит сформульоваш актуальшсть тематики

дисертацшноУ роботи 1 викладеш основш результати, висвгглеш ¡х

наукова новизна 1 практична цшшсть: обгрунтована IX В1ропдшсть, стисдо викладено положения, ям треба захистити.

В першому роздш проведено аналЬ л!тературних даних та викладеш основш положения ¡снуючих заеоб1в металевих покрить, заснованих на рщинно-фазовому методи 1 описаш д1юч! технологи нанесения покрить гарячою метал!зац1ей,

Л1тературний анал1з показав - дослщи з гарячо! метал1зацп розплавами на основ1 мци не проводились ш у теоретичному ш у практичному плаш. Проанал1зоваш сучасш уявлення про механизм та фазоутворення при вза1модн твердого металу з рщким. В умовах гарячо1 метал1зацн пронеси фазоутворення мають низку особливостей у пор!внянш з шшими рцшннофазними засобами, яю пов'язаш з очищениям металевих поверхшв вщ сжисних шивок, високою швидистю формування покриття, значким розчиненням металу тдкладки.

Проведен лггературинй анал13 сплав!в на основ! муц, як! широко використовуються у побиту, технвд та художш'й обробщ метал1в, в результат якого був визначений оркнтовний склад розплав1в для дослщження з метою ■ формування корозшно-стшких покрить 13 задовшьними ф!зико-мехашчними показниками.

При вибор! складу покрить поряд з функщональними влас-тивостями необхщно враховувати технолопчш особливоеп гарячоТ метал1зацп. При цьому дощ'льно намагатися створити склад, який би забезпечив низьку температуру розплаву, окислшть (шлакуем!сть) ванни .добре змачування та шш.

На основ1 усього викладеного у заключенш розд!лу сфор-мульована мета ! поставлен! завдання дослщжень.

описана методика проведения дослщжепь з використанням ампульно! технологи (надаш розм1ри ампул, методика ¡х заповнення, тдготовка поверхш зразюв. 1 т.д.) з

¡зотерлпчних та ие1зотерм1Чних техколопчних схем гарячси метал1зацГ1, дана характеристика використаних матер!ал1в. Насичуючими металами були стал! 10, 20, 30, 45, У8 та мщь М4, як компоненту покриття Си, 2п, Бп, А1, 'П (марки Х.Ч). Дослщжения мехашзму та юнетики формування проводили на зразках форми паралелешпеду з отв1ром на торщ, край я ко го служил точкоТ вГдлТку для визнзчення направления перемо'щення гпжфазних граничь.

ГНсля випробувань зразки обм1рпли, важили, готузали ишфи, яю травили разними травителями в ззлежност! вщ виду покриття та м.чтер!алу зразка. Об'ектами для дослщження мпсротермо е.р.с..,мшротвердост1 1 концентрацп компонентов у фазах були зразки у вигляд1 дисков, яга вир^зувались з ампули, яка у данному випадку була шдкладкою. Вивчення мшроструктури поверхневих шар1в проводили за допомогою металограф1чного микроскопу МйМ-7. Вим!рювання товщини покриття та окремих шар1в здшснювали за допомогою окуляр-мжрометру прибору ПМТ-3 з щною под1лки 0,3 мкм. На цьому ж прибор! визначали м1кротверд!сть поверхневих шар!В при навантаженш 50 г. по стандартшй методиш (ДОСТ 3450-60). Вим1рювання мжротермо е.р.с, проводили на пристрию ПМТ-3. Розпод|'лення елемент1в розплаву та металу пщкладки у покригп та прилеглих зонах вивчалось методом мжрорентгеноспектрального анал1зу на мшроанал1заторзх МАР-2 та "Камебакс" .Випробування на короткочасну мгдшсть проводили на плоских стандартних зразках (ДОСТ 1497-84) ¡з с.тал1 10 та мш М4 на уш'версальшй розривнш машиш.

1рш1й,_.р<131шд. присвятчуеться термод1нам!чному анал1зу формування покриття на основ! мвд гарячою метал1защею. Була проведена гермодинам1чна ощнка найбшьш вфопдних реакцш, яка

дозволила встановити ондуючи загальш формування покриття гарячоУ метал1заци.

1-. Видалення окисних гшвок з поверхш твердого металу;

2. Отримання елемента покриття в атомарному сташ;

3. Адсорбщя на поверхш твердого металу елемент покриття ¡з розплаву.

Поверхня зразюв попередньо очищена вщ окисних гшвок шляхом х1М1Чного травления 1 вже остаточно в розллав!, при цьому можлив1 слщуюч1 варианти видалення окисних пл!вок:

1. Шляхом вщновлення оксид!в атомами розплава;

2. Шляхом розчинення кисню в твердому метал1;

3. Шляхом розчинення кисню з окису в рщкому метали Використовуючи даш по вшьним енерпям реакцш утво-

рення окиав метал1в, а також розчиненост1 кисню в твердому та рщкому метал! були розраховаш константи р1вноваги 1п Кр по слщуючим залежностям:

- для реакщй вцдаовлення окисл1в зал1за 5 мцц елементами розплава:

1п Кр =--—--(1)

ИТ

- для реакщй розчинення кисню Аг окиса в твердому зал!з1 чи

мщк

1п Кр =--(2)

КГ

- для реакцш розчинення кисню в розплав1 при розпад1 твердих окисов (мил ,зал1за):

ДО°!01Мер (3)

ИТ

де: АО°,Мер)х0у; АО°(Мет)п0т - вцшовщно вшьт енергп утворення окиав метала розплава (Мер) та твердого метала виробу (Мет), А(л°[о|мет> ДО°[0|Мер - вщповщно вшьш енерп! розчинення кисню в твердому та рщкому метал!.

Зпдно положень термодинамши реакд1я буде мати М1сце при 1п Кр > 0.

Анал1з проведених розрахунюв показав, що найбшьш в1рог1Дним фактором очищения поверхш твердого металу при гаряч!Й метал1заци е розчинення окисно"! пл1вки в розплав1, можливо також вщновлення атомами розплава окиав мш та РеО, вщновлення Ре203 та Ре30< малов!ропдно.

3 метою шдтвердження зроблених висновюв, а також встановлення бшыи повноТ картини ф1зик0-х1м!чних процеав при видаленш окисних гшвок були проведен! експериментальш дослщження гарячоТ метал1зацц мщних та сталевих зразюв у двохкомпонентких розгглавах на основ! Си,5п,2п з елементами РЬ, Ей, А1, в кыькостях 10-15% яю можуть бути використаш як температурознижуюч1 додатки.

ДослЦження проводили в штервал1 600-1000°С, впродовж 530 хв., в результат! чого було встановлено, що в системах мщь, сталь-розплави Бп+РЬ, 2п+РЬ, Бп+В!, 2п+В1 проходить розчинення окисно! пл1вки без значного руйнування поверхневих шар1в. В розплавах ¡з вмктом А1 вище 10% вщбуваеться руйнування поверхш, яке зростае ¡з пщвищенням у стал! вм^сту вуглецю.

При розгляданш процеса отримання елеменпв покриття в атомарному сташ, анал1з зводився до вибору складу ванни, т.я. при гарячий металюацп елементи покриття знаходяться в розплав!, що значить в стан! атомарно'! активности ! непотр1бно спещальних

4мзико-х11шчних процеспв для отримання такого стану. Основою до складу ванни були рекомендацп по експлуатадшним властивостям стан1в типу бронзи та латуш, Д1аграми стану мщ1 \ зал1за з елементами (7.п, Бп, А1, Т!, РЬ, В1), дан! по розчинност!, текучосп, зволоженност! та ¡н.

На основ! чого були склгдеш розплави, яш вмктили - 2п до 30%, Эп до 15%, А1 до 5%, "Л до 5% решта мщь для ¡зо-терм(чного вар1анта гарячо'! метал!зацп, та розплави-розчини щх компонента в евтектищ РЬ-В1 для дослщження низько-терм1Чних вар1ант1в.

При дослаженш процеав адсорбдп на поверхш' твердого металу (виробу) елеменпв покриття при гарячш метал1зацп були розглянуп два вар1анти: ощнка по адгезшним показникам та по значению х1мпогенщал1в.По першому вар1анту на основ! даних по поверх1!евому натягу 1 залежност! змши вшьно" енерпУ системи оцшювали можлив!сть адсорбцп по -кожному компоненту. Для нашого випадку АЧ-' може бути виражений залежшстю:

Якщо А*Р > 0, а не буде при вщношенш ЕМе0 < ^ то адсорбд1я Mei може вщбутися. Ошнка по вщношенню до елемент, яш використовуються, показала, що найменша перевага вщдаеться вщцленню РЬ ] В1 , тобто вони можуть бут у використаш як транспорта! середовища. При другому вар!ант!, оцшку проводили щляхом зютавлення енерпй плавления ! визначення химнотеншала системи по такий залежност!.

2 АЕ

АТ =

1 + т|31па/с>т!

• /00

(4)

В нашому випадку якщо використати допущения, що розчини щеальш i a¡ = C¡, р1вняння (5) буде мати вигляд:

Лц1!м, = ДНПл, ¡1 ■ ] + RT 1п

v 1 П т j

С,

'[01

Q>|

При досягненш р1вноваги - О, тодк

(6)

1 - —— j = - RT 1п ——ÍHL (7)

■ ) С,[2] .

пм )/RT

звщкк C¡|2| = С,10| е (8)

де C¡[2] - концентрация i-ro компонента в твердому метал1 (фаза 2); Qro; - концетраийя i-ro компонента в розплав! (фаза 0); ДН -ентальшя i-ro компонента; Т - температура розплава; ТПл1 -температура плавления i-ro компонента.

Так як при ТПл, < Т згщно piBHHHHto (8), то на шдстав! (6) можна зробити висновок, що для bcíx елементш яш використаш в робот! ДМ-:[о-2] > ^ • тобто буде ароходити видшення íx на поверхш твердого металу.

Четвертий роздш присвячуется дослщженшо процеав фор-мування поверхонь на ochhobí м]'д! гарячою метал]защею в умовах ¡зотермп, термоциклування i терм^чного переноса маси у транспортуючому розплави

3 щею метою були поставлен! експерименти по встанов-ленню впливу температуря, концентра?«/ розплава, часу витримки на зм1ну ваги зразтв Дт, змшу положения початковоТ поверхш зразюв ДЬ i тсвщини покриття 1[Г При дослщженш ¡зотерьпчних умов були використаш як двохкомпонентн1 системи на ochobí мш,

з метою встановлення впливу ¡-го компонента, так 1 багатокомпонентш.

В результат була встановлена перевага багатокомпонентного розплава, який сприяе меньшом у розчиненн ю метала зразюв (рис.1) та визначен його оптимальний склад 25%2п, 15%5п, 5%А1, 5%"П решта Си. Додатки А1 1 И в юлькости 5% забезпечують корозшну стшшсть та мщшсть такого покриття.

На основ1 результат1в експеримент1в по мжротвердости, мшротермо е.р.с. 1 мшрорентгеноспектрального анал1зу був встановлен слщуючий механизм формування та модельна схема розподшу концентрации

1. При занурюванш твердого метала (фаза 2) в розплав (фаза 0) встановлюеться х1м1чний контакт (рис.2) м!ж металами Ме, та Меи по типу мегал1чного зв'язку через можфазш шари, яш ¡снують ¡з сторони кожноТ фази.

2. Адсорбщя компонентов Ме, з розплаву на поверхш Ме„ шляхом дифузшного переноса через перехщний шар завтовшки 1П (рис.2.а). На щей стади потж ]Меи незначний 1 адсорбщя визначаеться струмом ¡-го компонента через шар 1П, при цьому на гранищ 0-2 встановлюеться концентращя С,', яка може зростати до С" р1внш граничит розчинност1 Ме, у Меи.

&гп,г

* Си+(25%2п+15%5п+5%А1+ +5%Т0-4 при Т=1000°С

Рис.1 Змша ваги зразшв в

залежност1 в1д часу вит-римки в розплавк

75%Си+25%А1-1; 75%Си+ +25%2п-2; 85%Сц+15%8п-3;

3. Взаемна дифуз1я ¡-го компонента ! Меи в твердж фаз1 2 що приводить до формування фззи Цпокриття).

4. Розчикення Меи у фаз1 0, яке проходить з початку 2-1 стадп одночастно з адсорбщею 1 повинно продовжуватись до насичення розтлаву (С0). Але розчинення може продовжуватись при наявност1 спка, яким може бути виддшення х^мз'еднання Рех1у, наприклад РехА1у.

-Р^

6

Злдно модельноУ

■ С?

а

Рис.2. Модельна схема формування покриття гарячою метгл1защею в ¡зотерм1ч-них умовах:а)-основш фази 1 потоки (1-покриття, 2-ви-р1б,0-розплав); Ме, -метал в розплав!; Меп -метал покриття,-Ме,, -метал вироба. б-поле розподшу концентраций С(ХД) у фазах.

схеми, а також 13 1снуючими положениями

дифузи, були отримаш залежносп для ощню масн зразюв Дт, яка

визначалась як рпниця дифундуючо) <3Д речовини:

м1ж шльшсттю розчинено'У СХ I

V0C(

Меи

3-е

(9)

О,

■ш

• Б

(Ю)

де: V0 - об'ем розплава; С°и<,й-концентрацш насичення;0°Ме„ -коеф1щент дифузй' металу вироба в розплав!, STB -поверхня розчинення; 1п-товщина переходного шару; t-час насичення.

Метал'1зац!ю ¡з використанням термоциклування проводили по ташй схеш': у вану з розплавом (фаза 0),який складався ¡з розчину Cu-i ¡3 концентрашею по мщ! CCup (рис.3) занурювали твердий метал (вир1б, фаза 1) при температур! Тн (точка 1), Тн < Тпя i выключали n¡4. В результат! охолодження nini температура знижувалась до Тк (точка 2, рис.3.а) при чьому Тк < Ткр, (температура затвердження розплава концентрацп С,). В процеа' охолодження з моменту досягненння лшй лшвщус i дал1 до Ts рщка фаза (0) пересичуеться i вщбуваеться видшення твердого розчину аСц на поверхн1 вир1бу, ¡з концентращею CClls.

(&*[}" Рис-3- Схеми формування шару

Ж

гарячою метал!зац!ею в розплавах S

на основ! miaí при термоцикдуванш; аЫлянка д1аграми Cu-¡ в зош ¡снування аСц; б)фази в систем!; в)розпод!л температур; г) розподш концентрацш.

В результат! проведених експеримент по термоциклуванню можна вщмгтити сл!дуюче;

- даний метод найбшьш ефективний при отримакш покритя на ochobí системи Cu-Sn;

й,

е*

- оптимальним е насичення на протяз! 4-5 дикл1в збшьшення юлькостч цикл1в незначно впливае на зрют товщини шару (рис. 4) I приводить до видшення ¡ншоУ фази.

¿а /ЧМ

&т,г

12 15

18

Т,нии

Рис.4. Змша ваги Дт-1 1 товщини шару !„-2 при випробуванн! в розплав! Си-15%5п, Т„=1000°С, ТК=850°С, швщюсть охолодження 100 °С/хв,час витримки при 850 °С-3 хв.

Для ощню 1п була отримана слщуюча залежшсть: 1„ = ДСЧ 0-1/АСп-ДС5

(11)

де (див.рис.3): АС" = С5 - Ср; АС5 = С5 - С1; А С1 = Ср - Сь

Результати розрахунгав по залежност! (11) приведен! на рис.4. з1рочками.

При реал1зацп варианта ¡з використанням термомасопере-носа, транспортуючим розплавом була вибрина евтектика РЬ-Вк Метал1зац1я проводилась в трубщ 0 30 мм, нижня частина яко! назвалась до 800-900°С (Тг), верхня частина до 700-800°С (Тх), тобто максимальный град!'ент температур АТ вщповщав 100°С. Матер1алом покриття була стружка, виготовлена ¡з попередньо сплавлено"! л1гатури слщуючого складу: 20%2п, 8%5п, 5%А!, 5%"П решта м!дь. Температура плавления л!гатури 950°С.

Цикл проиесу терм!Чного переносу реал!зуеться таким чином: в зош (Т1) проходить розчинення компонента лнатури ! шдтримуеться постшшсть Ух концентращУ (Сг); в результат! град!ента температуря Тг > Тк утворюеться град!ент концентращУ в

розплав1 Сг > Сх по всш довжкш (1дТ) значить 1 град1ент густини Рх > Рг 1 утворюеться потж компонента розплава по?.пж зонами Тг 1 Тх. В результат! у зош "Р, на поверхш металу виробу, стшках ампули 1 в об'ем! пересиченого холодного розчину Vх проходить кристал1защя твердого розчину аСц мда ¡з 2п, Эп, А!, Ть

В результат! проведенних дослшв можно вда^тите наступне:

- у всьому д!апазош випробувань ДТ, Тх, Тг покриття утворюеться;

- залежшсть Дш, ДИ та 1П В1Д часу мае парабол!чний характер 13 показником меньшим 2;

- втрата ваги зразк!в вщсутня (рис.5);

- ¡з збьльшенням вьпсту вуглецю трвщина покриття змень-шуеться.

л Ш, г.

А

0.5 ' 0.4 0.3 0.2 0.1 г

ТЖМ Рис.5. Змша ваги

н 160

Дш-1,розм1р1в шару

-I

С

Ц 220 покриття ДЬ-2; ' 80 товщини шару 1п - 3 40 вщ часу шсля випробування при

10 20 30 40 50 60 Т-Ций

Тх=850сС, ТГ=950°.С.

При кинетичнш оцшщ, 1П визначалась як сума товщин шар1в

отриманих в результат! кристалшацп 1к 1 дифузп 1Д компонентов

покриття. Для оцшщ 1к 1 1я були отримаш наступи! залежност1.

0.5-и-Р

Зк'С„

ДС

0„-5т/5р-Р-и (1-е 1-х

(12)

(13)

де: ДСГХ = ДСГ - ДСХ; Э0 - коеф!щент диф'узн у рщкому метал!; §р -товщина переходного шару, 5Т -поверхня розчинелого металу 1,

Р - площина с!чення труби, т - час процесу, и - швидюсть потока, Сп - концентращя на поверхш.

Розрахукков1 значения 1П отримаш по залежностям (11) \ (10) зображеш на рис.5 з1рочками.

Дослдасенкя по гарячий метал13ащТ мщ проводились в однокомпонентнкх розплавах 2п, Бп, а також в багатокомпо-нентних ¡з складом Си+(2п,5п,А1,Т0 при температур! 600-800°С ¡з послщуючим в'щпалом при 500-800°С, що забезпечувало формування покриття складу латун! чн бронзи шляхом розчинення мщ у адсорбованному шар! в процеа вщпалу. При цьому формувались двохфазш (з двох шар1в) покриття, яю складались ¡з а та р фаз, змша товщши яких в залежност! в!д часу показана на рис.6.

' Рис.6. Зм1на товщини шару ■а твердого розчину ! р з'еднання вщ часу при . 7В|д=700°С-1, Тв1д=800°С-2; для аСи; та Т„,Д=700°С-3, Тв1д=800°С-4 для р.

0 900 1800 2700 3600 1'сек

При ощнад збшьшення товщини шар!в (1) в процес; вщпалу,

визначали енерпю активацп Од ! коефодент дифузп по таким

залежностям:

К2/К,

<Эл =

0,218-( 1 /Тг1 /Т2)

(14)

О = /е"Чд/кт; (15)

де: 00 - постшний попередекспоненщальний множник; Ки К2 -константи швидкост! зр!сту, яю визначаються на основ!

експериментальних даних необхщного часу t, при р1зних температурах Т, i Т2 по залежностям:

1, 12 Kj = ——i— ; (16)

VT VT^

Розрахунок значень 1 проводили згщно залежностк 1 = (17)

Розрахунков! значения 1 по злежносп (17) зображеш на рис. 6. з1рочками. У Bcix випадках похибка значень Дгп, 1П розрахованих по залежностям (9, 10, 11, 12, 13, 17) при пор!внянш 13 експериментальними значениями складала не бшьш 20%. Значения, отримане по залежносп (14) складае: Qtt=5708 кал/моль, значения коефщента дифузп D розраховане по залежност1 (15) складае 1,18 10'8 см2/с для 800°С.

Л'ятий роздш м!стить результати дослщжень деяких фкзико-мехашчних властивостей покриття на основ1 мш, результат патентного пошуку, опис i схему приладу, який пропонуеться для нанесення покриття.

Одержан! покриття вццювщал! вам основним характеристикам як1 пред'являються до метал1в i3 покриттям, тобто р1вном1рн1стю, сущльшстью, мщшстю зв'язку з шдкладкою, а також характерним золотистим кольором, який вщповщае бронз1, чи латуш.

KpiM цього були проведен! випробування на корозшну стшккть та короткочасну мщшсть. Корозшш випробування проводили при шмнатшй температур! в лужньому середовищи (у рщкому мил!), кислотному середовищи (1% соляноТ кислоти) i в 3% NaCl.

О стшкосл судили по зовшшньому вигляду та гю 3Mini ваги зразк!в. Зразками, як! витримали корозшш випробування рахувались таи, на поверхш яких не знаходились слэди корозшного

ушкодження, або утворювався не б1льш шж один осередок на 5-10 см2. В результат! ощни по десятибальнш шкал1 (ДОСТ 13819-68) корозшна стшюсть отриманих покрить в1дповщае 3-м балам, тобто "вельми стшкГ.

Проведери випробування на одноосьовий розтяг зразюв ¡з покриттям 1 без дозволяють роздшити вплив покриття на мщшсть сталевих I мщних зразшв на дв1 основш групи. До першоТ групи вщносяться покриття, як1 мають однофазну структуру аСи, до другоТ - двохфазну аСи + (3. I на сталь, 1 на мщь однофазш покриття впливають не1стотно, двохфазш покриття незначно шдвищують св 1 знижують 5, що може бути зв'язано з утворенням трщини в структур! покриття. Значения ов 1 8 наведено в таблиш 1.

Таблиця 1.

Обробка Мех. Власти- ВОСП Сталь 10 М1дь М4

Температура, "С Температура, "С

0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500

Без покриття МПа 375 361 343 332 292 225 228 205 176 154 132 71

3 однофаз-ним покр. 346 325 304 281 268 195 213 195 173 162 122 70

3 двохфаэ-ним покр. 412 334 265 244 223 237 305 261 238 205 156 122

Без покриття 8% 23 24 26 33 43 57 25 23 22 21 20 24

3 однофаз-ним покр. 26 28 31 35 42 53 28 26 25 23 22 21

3 двохфаз-ним покр. 16 18 22 37 49 16 16 16 16 17 18

Загальш висновки.

1. Процес формування покрить на основ1 мщ гарячою ме-тал!защ'ею в ¡зотерМ)'чних умовах вщбуваеться за короткий час 3-5 хв. при одночаснш участ! потоюв адсорбцп елеменлв розплаву,

розчинення твердого металу та дифуза у твердш фазь Збшьшення часу процесу приводить до значного розчинення металу виробу.

2. Використання багатокомпонентно! ванни склад 25%2п, 15%3п, 5%А1, 5%"П решта мщь дозволяе зменшити розчин металу виробу, а також проводити метал1зацпо при бшьш низьких температурах 800-850°С у ¡зотерм1Чному режимк

3. Не1зотерм1чш режими термоциклування у розплавах на основ! мда та масоперешс при град1ент1 температур у рознлав1 легкоплавкш евтектищ РЬ-В1 також дозволяе суттево зменшити процес розчинення металу виробу. При цьому вар1ант термоциклювання найбшыц ефективний для метал1зацн у розплав1 на основ1 системи Си-Зп.

4. Вщповщалышм за формування покрить е також процес зникнення окисних правок з гюверхню виробу. Те р м о д и н ам 1 чним анал1зом було встановлено, що найбиьш ефекгивним фактором очищения поверхш твердого металу виробу при гарячш метал1зацп е розчинення окисно'1 плавки у розплавк

5. Введения у розплав алюмшш штенсифшуе розчинення окисних шнвок, але при цьому вщбувается змищення поверхш, яке збипьшуеться з пщвищенням у стал1 вмюту зуглецю, тому необхщно обмежувати гальшсть алюмшш у розпл.ав1 до 5-10%.

6. Встановлено, що контролюючим процесом е кристал1защя верств покриття на поверхш виробу, т.я. дифуая у твердш ф'аз1 при да них умовах незначна, що тдтвержуеться кшетичним анал1зом.

7. Гаряча метал1защя мЫ з додатковим вщпалом дае можливкть одержувати двохверствовг (двохфазш) покриття, що значно поширюе Ь: експлуаташйш якост!.

8. Встаног!лен1 мехашзм формування гарячих покрить та модельш схеии розподшення концентращй елемент1в системи

метал-розплав, на основ) яких виведеш кшетичш залежност1, як! зображують змшу маси вироб1в та товинну шару покриття вщ часу та температури пронесу.

9. Встановлено, що при метал1защУ сталевих вироб1в за-лежносп Am=/(t) та Ah=/(t) можуть мати як лппйний, так i парабол1чний характер. При цьому лшшш залежност! вщповщае "шкубацшний" период формування покриття, тобго коли система далека вщ piBHOBicHHX значень концентраций на фазових межах.

10. Висока корозшна стшшсть у таких агресивних сере-довищах як рш.ке мило, 1% HCL та 3% NaCl у сполученш з ви-сокими механичними якостями дозволяе ycnimno виршувати справу шдвищення працездатност! деталей та елемент!в конс-трукщй.

11. Розроблено де-юлька нових методик та засоб1в одерлсання покрить на ochobi mw в умовах гарячоТ метал1защУ, а також ушверсальний пристрш непрепиненоУ дп для нанесения покрить методами гарячоУ метал1защУ, дифузшного насичення та електрох1м1чного осадження.

12. Отримаш результати використоваш при виконанш комплексно! щльовоУ науково-техшчноУ програми по розвитку арматуро-будування на УкраУш. Розроблена технология одерл<ання покрить випробована у КиУвськ^му Центральному Конструкторському Бюро Арматуробудування.

Основн1 публшацп за материалами дисерташйноУ роботи

1. Смирнов И.В. Интесификация процесса химико-термической обработки металлов в полимерсодержащих средах.// Тез. докл. конференции преподавателей и сотрудников ХИИ,-Херсон, 1993 г.- с.50.

2. Смирнов И.В. Экономичность процесса химико-термической обработки металлов в полимерсодержащих средах.//

3. Смирнов И.В. Повышение надежности деталей машин химико-термической обработкой в среде полистирола.//Тез. докл. н-т конференции "Пробелемы качества в условиях рынка".-Херсон, 1993 г.- с.113.

4. Смирнов И.В. Повышение надежности деталей машин химико-термической обработкой в полнмерсодержащих пастообразных карбюризаторах.// Тез. докл. н-т коференции "Пробелемы качества в условиях рынка".- Херсон, 1993 г.- с.87.

5. Смирнов И.В. Получение защитно-декоративных покрытий на меди. / / Тез. докл. н-п коференции преподавателей и сотрудников."Научно-технический прогресс в переходной период развития Украины",-Херсон, 1995 г.- с.222.

6. Смирнов И.В. Получение на стали многокомпонентных покрытий на основе меди.// Тез. докл. н-ri коференции преподавателей и сотрудников."Научно-технический прогресс в переходной период развития Украины".- Херсон, 1995 г.- с.215.

7. Смирнов И.В., Штанько М. Г. Нанесение на стали покрытий на основе меди горкчей металлизацией.// Тез. докл. международной и-ri конференции "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс".- Донецк, 1996 г.- с.214.

8. Смирнов И.В., Штанько М. Г. Меднение, латунирование и бронзировкние стальных изделий.// Тез. докл. Международной н-п конференции "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс",- Севастополь, 1996 г.- с.313.

9. Смирнов И.В. Получение на стали покрытий методом горячей металлизации в расплавах на основе меди./ / Сборник научных трудов преподавателей и сотрудников."Новые технологии на базе сырьевых запасов Украины".- Херсон, 1996г.- с.170.

10. Смирнов И.В. Получение на меди покрытий состава бронз и латуней./ / Сборник научных трудов преподавателей и сотрудников."Новые технологии на базе сырьевых запасов Украины",- Херсон, 1996г.- с. 179.

SUMMARY.

Smirnov I.V. The working out the thechnolodgy of covering receipt with hot metalling with alloy on the basis of copper

The dissertation presented for a candidate of scienc degree (technical) speciality 05.02.01 - material science in rnechine building, Kherson Iridastrial Institute, 1996.

10 scientific papers are being defended in whith new data on covering receipt on the basis of copper with hot metalling are presented; the result of physiko-chemical process thermo-dynamic and kinetic analysis during covering forming; established machinery and model schemes; the data on tensile strength, plastic and corrosion-proof coverin on the basis of copper.

Смирнов И. В. "Разработка технологии получения покрытий го рячей металлизацией сплавами на основе меди".

Диссертация на соискание ученой , степени кандидата тех-ничних наук по специальности 05.02.01.- материаловедение в машиностроении, Херсонский индустриальный институт. 1996.

Защищается 10 научных работ, в которых содержутся сведения о новых способах получения покрытий на основе меди горячей металлизацией; результаты термодинамического и кинетического анализа физико-химических процессов происходящих при формировании- покрытий; установленные механизмы и модельные схемы формирования; данные о прочности,. пластичности и коррозионной стойкости покрытий на основе меди.

Ключов! слова: сплави на основ! мш, корозшна стшшсть, горяча метал1защя, оюсш шпвки, розчинення металу шдкладки.

' Анотация