Улучшение коррозионной стойкости металлопродукции путём плазменно-электролитной обработки её поверхности

25. Усанов М.Ю. Моделирование в программном комплексе Deform 3d процессов волочения и радиально-сдвиговой протяжки проволоки // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: междунар. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Салганика. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова, 2012. С. 80-85.

26. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Модель формирования наноструктуры в высокоуглеродистой проволоке в процессе радиально-сдвиговой протяжки // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общ. ред.

B.М.Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. Тверь: Твер. гос. ун-т, 2012. Вып. 4. С. 309-313.

27. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Состояние и направления развития непрерывных способов наноструктурирования круглой проволоки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета. 2013. № 3 . С. 69-73.

28. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Исследование радиально-сдвиговой протяжки проволоки на основе моделирования // Металлург. 2013. № 11. С. 83-87.

29. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Методика расчета режимов деформации при радиально-сдвиговой протяжке // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2013. № 1 (39).

C. 38-41.

30. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Анализ напряженного состояния проволоки при волочении и радиально-сдвиговой протяжке. Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: междунар. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Салганика. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. Вып. 20. С. 77-82.

31. Патент РФ №2498870 МПКВ21С 1/00. Опубл. БИ. 20.11.2013.

32. Патент РФ №2502573 МПКВ21С1/00. Опубл. БИ. 27.12.2013.

УДК 620.197.5

УЛУЧШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ ПУТЁМ ПЛАЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЕЁ ПОВЕРХНОСТИ

Стеблянко В.Л., Пономарев А.П.

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия

Введение

Защита металла от коррозии является одной из актуальных проблем современной промышленности. Для борьбы с проявлениями коррозии создают коррозионностойкие марки стали, применяют различные защитные покрытия. Плазменно-электролитная обработка является перспективной альтернативой существующим способам защиты от коррозии. Данная технология, будучи экологически безопасной, может использоваться для очистки металлической поверхности, нанесения защитных покрытий, а также в совмещённых процессах очистки и нанесения покрытий. Она является ресурсосберегающей, так как позволяет существенно снизить капитальные затраты средств и производственных площадей путём создания компактных агрегатов для её реализации.

Методы исследования

В лаборатории слоистых композитов и покрытий Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова в развитие инновационной деятельности вуза [1] под руководством профессора В.Л. Стеблянко проводятся исследования по оценке эффективности применения плазменно-электролитной обработки для защиты от коррозии.

Контроль качества обработки поверхности осуществляли по величине её электрического потенциала [2]. Он непосредственно связан со многими фундаментальными физическими и химическими характеристиками, отражающими энергетическое состояние вещества и его строение. Использование электрического потенциала как интегральной оценки и учет взаимосвязи этого параметра с другими физическими величинами, такими как энергия активации самодиффузии, электроотрицательность, изобарно-изотермический потенциал, дает возможность системно оценивать состояние поверхности [3, 4]. Посредством измеренного потенциала можно контролировать коррозионную стойкость. Известно, что с ростом потенциала сопротивление коррозии возрастает [5].

Оценка коррозионной стойкости образцов из низкоуглеродистой марки стали, очищенных от окалины плазменно-электролитным способом, осуществлялась по результатам их выдержки в течение шести месяцев в среде со 100 %-ой влажностью. Испытанию были подвергнуты образцы с зонами с высоким электрическим потенциалом (310-380 мВ по отношению к никелевому электроду) и с зонами с существенно меньшим потенциалом (130-180 мВ по отношению к никелевому электроду). Величина электрического потенциала на образцах до плазменно-электролитной обработки имела порядок значений от 40 до 80 мВ. Наблюдаемое существенное изменение потенциала поверхности в результате плазменно-электролитной обработки связано как с высококачественным удалением с поверхности окалины, так и с модифицированием поверхностного слоя.

Для сравнения коррозионной стойкости образцов, подвергнутых разным способам обработки, проведено исследование по определению скорости коррозии гравитационным методом (по убыли массы после пребывания в течение определённого времени в 10 %-ом растворе серной кислоты). Для испытания использовались необработанные образцы и образцы, подвергнутые плазменно-электролитной обработке, механической обработке и химическому травлению [6].

Как было отмечено ранее, плазменно-электролитная обработка может применяться непосредственно для нанесения покрытий [7]. Для исследования защитной способности покрытий, полученных плазменно-электролитным способом, были проведены сравнительные испытания образцов с цинковым покрытием, сформированным по данной технологии, горячим и гальваническим способами.

Качество цинкового покрытия, оцениваемое по ГОСТ 792-67, определялось как показатель стойкости покрытия к стравливанию его в растворе медного купороса.

Результаты исследования и их обсуждение

Эксперимент по определению коррозионной стойкости в среде со 100 %-ой влажностью показал, что области с высокими значениями электрического потенциала не были подвержены коррозии за весь период выдержки во влажной среде и сохранили первоначальный вид, а в зонах с низким потенциалом в течение первых двух недель образовалась коррозия, которая в дальнейшем не получила развития [2].

Полученные результаты объективно отражают взаимосвязь электрического потенциала с качеством обработки поверхности и её коррозионной стойкостью.

Сравнительная оценка коррозионной стойкости (табл. 1) образцов, подвергнутых плаз-менно-электролитной обработке, механической обработке и химическому травлению, в 10 %-ом растворе серной кислоты позволила сделать вывод о невозможности достижения при применении традиционных методов обработки металлической поверхности коррозионной стойкости, сопоставимой по уровню с коррозионной стойкостью образцов после плазменно-электролитной обработки.

Таблица 1

Результаты определения коррозионных свойств при различных способах обработки металлической поверхности

Вид обработки Скорость коррозии, г/м2ч Проницаемость, мм/год

Плазменно-электролитная обработка 0,0197 0,022

Химическое травление 0,0470 0,053

Механическая обработка 0,1530 0,172

Без обработки 0,8280 0,930

Применение электроразрядной плазмы для обработки образцов из низкоуглеродистой марки стали привело к значительному снижению скорости коррозии и позволило перевести их из группы «пониженно-стойкие» (7 баллов по шкале коррозионной стойкости по ГОСТ 5272-68) в группу «стойкие» (4 балла), к которой относятся и некоторые марки нержавеющих и легированных сталей [6]. Важным в сравнительной оценке коррозионных свойств является то, что наилучшие результаты достигаются при реализации экологически безопасной технологии.

Результаты испытаний на качество цинкового покрытия представлены в табл. 2 [7]. Благодаря использованию электроразрядной плазмы было получено покрытие более высокого качества, чем при применении традиционных способов. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что требуемое высокое качество цинкового покрытия может быть обеспечено покрытием нового вида с существенно меньшей поверхностной плотностью. Это следует рассматривать как эффективное направление экономии дефицитного цветного металла.

Таблица 2

Результаты испытаний на качество цинкового покрытия

Вид покрытия Поверхностная плотность, г/м2 Количество погружений

Плазменно-электролитное 117 12

Горячее 235 6

Гальваническое 112 3

Улучшенное качество образцов с плазменно-электролитным покрытием объясняется теми процессами, которые протекают в ходе его формирования. В результате воздействия электроразрядной плазмы на обрабатываемой поверхности происходит сварка плавлением частиц цинка в местах привязки микродуг, а также сварка давлением их вследствие явления кавитации, при котором осуществляется перенос частиц покрытия в эти зоны. В итоге, в покрытии образуются сваренные области, которые имеют несплошный характер за счёт дискретности воздействия электроразрядной плазмы, а также за счёт внутренних напряжений, возникающих в процессе формирования покрытий. Между границами этих областей и происходит, в первую очередь, процесс разрушения покрытия под действием раствора медного купороса. Безусловно, повышением сплошности сваренных областей можно достичь ещё более высокой стойкости покрытия [8].

Заключение

Результаты проведённых исследований говорят о том, что плазменно-электролитная обработка существенно повышает коррозионную стойкость стали и позволяет снижать затраты на производство металлопродукции с защитными покрытиями за счёт экономии цветных металлов, расходуемых на получение покрытий.

Список литературы

1. Гун Г.С. Инновационные методы и решения в процессах обработки материалов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова: журнал. -2014. -№ 4. - С. 99-113.

2. Стеблянко B.JI., Пономарев А.П., Адаев А.Р. Повышение качества обработки и эксплуатационных свойств металлической поверхности на основе контроля и управления её электрическим потенциалом // Черные металлы: ежемесячный журнал. - 2011. - Июнь (специальный выпуск). - С. 47-50.

3. Стеблянко B.JI., Адаев А.Р. Совершенствование управления качеством очистки металлической поверхности путём контроля её физико-химического состояния по величине электрического потенциала // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2008. - № 3. - С. 60-63.

4. Стеблянко B.JI., Пономарев А.П. Системный подход к управлению качеством модифицирования металлической поверхности по величине её электрического потенциала // Управление большими системами: материалы VIII Всероссийской школы-конференции молодых ученых. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. -С. 321-324.

5. Малахов А.И., Жуков А.П. Основы металловедения и теории коррозии. - М.: Высшая школа, 1978. - 192 с.

6. Стеблянко B.JI., Пономарев А.П. Исследование комплексного влияния модифицирования поверхности металлоизделий электроразрядной плазмой на их эксплуатационные свойства // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия»: ежемесячный журнал. - 2012. - № 6. - С. 52-55.

7. Стеблянко B.JI., Пономарев А.П. Улучшение эксплуатационных свойств цинкового покрытия на основе формирования особенностей его структуры при плазменно-электролитной обработке поверхности // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова: журнал. - 2012. - № 3. - С. 37-41.

8. Стеблянко B.JI., Пономарев А.П. Новые достижения в защите металлопродукции от коррозии с применением плазменно-электролитной обработки // XV International scientific conference «New technologies and achievements in metallurgy, material engineering and production engineering»: a collective monograph / edited by Monika Zajemska. - Poland, Cz^stochova, 2014. - C. 472-475.