Влияние содержания насыщающего компонента в системе гартцинк- Al2O3 на толщину покрытия, изменения размеров и массы образцов при термодиффузионном цинковании

яти сгшшгг гг:г 2 (60), 2011-

The results of investigation of influence of hard lead-zinc quantity in saturating mixture on thickness of zinc layer, change of sizes and mass after thermodiffusion processing are presented.

Н. И. УРБАНОВИЧ, О. С. КОМАРОВ, В. И. ВОЛОСАТИКОВ, БНТУ, А. И. ЛЕЦКО, ГНПО ПМ

УДК 621.785.52

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НАСЫЩАЮЩЕГО КОМПОНЕНТА В СИСТЕМЕ ГАРТЦИНК- А!203 НА ТОЛЩИНУ ПОКРЫТИЯ, ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРОВ И МАССЫ ОБРАЗЦОВ ПРИ ТЕРМОДИФФУЗИОННОМ ЦИНКОВАНИИ

сравнения систему 2п-А120з- Количество порошка гартцинка и цинка в насыщающих средах изменялось от 20 до 80 мас.% и составляло 20, 40, 60 и 80%. В качестве активатора при исследовании вышеуказанных порошковых сред использовали хлористый аммоний (Ы^О) в количестве 1 мас.%.

Процесс насыщения термодиффузионным способом осуществляли в течение 4 ч при температуре 450 °С. На рис. 2, 3 показаны зависимости влияния насыщающих сред 2п-А^0з и гартцинк-А^Оз на толщину формирующихся диффузионных слоев, а на рис. 4, 5 - на изменение размеров и массы образцов соответственно.

Анализ зависимостей показал, что для насыщающей среды 2п-А^0з с повышением количества цинка увеличиваются значения толщины слоев от 62 до 135 мкм. Причем значения толщин слоев соизмеримы с увеличением размеров образцов, значения которых меняются от 0,05 до 0,14 мм (см. рис. 2, 4). Некоторое отличие от соизмеримости толщины слоя и размеров отмечено у тех образцов для данной системы, процесс насыщения которых

Основным методом борьбы с поверхностной коррозией черных металлов является нанесение на их поверхность различных покрытий. Наиболее эффективная защита для данных металлов - это оцинкование. Для термодиффузионного цинкования в порошковых смесях используют порошок цинка, который относительно недорогой, но в Республике Беларусь он не производится, поэтому необходима валюта для его закупки. В то же время на имеющихся участках по горячему цинкованию машиностроительных предприятий Республики Беларусь образуется цинксодержащий отход -гартцинк. Гартцинк состоит из цинка и интерме-таллидов в виде FemZnи, содержание цинка в котором составляет около 80%, остальное - оксиды кремния и кальция. В результате проведенных исследований было установлено, что гартцинк можно использовать для цинкования термодиффузионным методом [1].

Цель данной работы - исследование влияния количества гартцинка в насыщающей смеси на толщину цинкового слоя, изменения размеров и массы после термодиффузионной обработки. Объектом исследования являлись толщина цинкового слоя, изменения размеров и массы образцов.

Для микроструктурных исследований использовали образцы размерами 12^14^3 мм. Образцы, очищенные от загрязнений и обезжиренные, упаковывали со смесью в металлический контейнер, изготовленный из углеродистой стали. Для наведения плавкого затвора, толщина которого составляла около 10 мм, использовали борный ангидрид. Схема упаковки контейнера показана на рис. 1.

В качестве насыщающих сред для термодиффузионного цинкования образцов из стали марки СтЗ использовали систему гартцинк-А^Оз и для

Рис. 1. Схема упакованного контейнера с плавким затвором: 1 - контейнер; 2 - плавкий затвор; 3 - асбест; 4 - песок; 5 -образцы; 6 - насыщающая смесь

гггттг^ г: гсгшотпта /» -2 (60). 2011/ 1111

40 60

Массовая доля цинка в среде, '

Рис. 2. Влияние цинка в насыщающей смеси на толщину диффузионного цинкового слоя на стали Ст3 при температуре обработки 450 °С

0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02

1

2_

Рис. 3. Влияние гартцинка в насыщающей смеси на толщину диффузионного цинкового слоя на стали Ст3 при температуре обработки 450 °С

20 40 60 80

Массовая доля насыщающего компонента в среде, %

Рис. 4. Влияние состава насыщающей смеси на изменение размеров образцов после диффузионного цинкования стали Ст3 при температуре обработки 450 °С: 1 - цинк; 2 -гартцинк

проводили в смесях, содержащих 20% цинка. Толщина цинкового слоя в данном случае превышает увеличение их размера, что свидетельствует о росте слоя внутрь образца. Увеличение количества насыщающего компонента в системе 2п-А^03 приводит и к росту массы образцов от 0,03 до 0,09 г/см2 (рис. 5). В случае насыщения в смесях гартцинк-А12О3 закономерность по увеличению толщины слоя с повышением количества гартцинка сохраняется, но характер зависимости несколько иной. Следует отметить, что более интенсивное наращивание цин-кидного слоя в составах 2п-А^03 наблюдается при содержании цинка от 40 до 60%, а в составах гартцинк-А^Оз наращивание слоя с повышением содержания гартцинка носит более плавный характер, о чем свидетельствуют зависимости на рис. 2, 3. Толщина цинкидного слоя в среде гартцинк-А^Оз с повышением количества гартцинка меняется от 40 до 102 мкм, размер образцов - от 0,025 до 0,075 мм и масса - от 0,014 до 0,042 г/см2 (рис. 3-5). Необходимо отметить, что толщина цинковых слоев в системе гартцинк-А1203 превышает увеличение размера образца на 25-35%, т. е. наблюдается процесс роста слоя внутрь образца, что имеет весьма важное значение для сохранения геометрических размеров, особенно для резьбовых поверхностей.

0,11

0,09

0,07

0,01

2

1

Массовая доля насыщающего компонента, %

Рис. 5. Влияние состава насыщающей смеси на изменение массы образцов после диффузионного цинкования стали Ст3 при температуре обработки 450 °С: 1 - цинк; 2 - гартцинк

Таким образом, общий характер для всех сред зависимостей толщины слоя, увеличения размеров и массы образцов от количества цинка и соответственно гартцинка в насыщающей среде повторяется, т. е. при повышении количества цинка и гарт-цинка в насыщающей среде увеличиваются толщина слоя, прирост размера и массы образцов. При этом, несмотря на более низкую насыщающую способность порошковой среды гартцинк-А12О3, формирование цинковых слоев в ней идет внутрь образца, т. е. их толщина превосходит увеличение размеров.

Выводы

1. Показано, что повышение содержания гарт-цинка в насыщающей смеси гартцинк-А1203 приводит к увеличению толщины покрытия.

2. Установлено, что увеличение толщины покрытия в порошковой среде на основе гартцинка происходит медленнее, но при этом формирование цинкидных слоев идет внутрь образца, что имеет весьма важное значение для сохранения геометрических размеров, особенно для резьбовых поверхностей.

3. Доказано, что измельченный гартцинк может быть использован вместо порошкового цинка для цинкования стальных изделий.

Литература

1. У р б а н о в и ч Н. И., К о м а р о в О. С., П р о в о р о в а И. Б., Н и с с В. С. Применение гартцинка для цинкования стальных изделий методом термодиффузионного насыщения // Материалы VIII МНТК «Наука - образованию, производству, экономике». Мн., 2010. Т. 1. С. 302.