УДК 621.793

ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ И ИХ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

 

PROTECTIVE COATINGS APPLICATION AND MECHANICAL PROPERTIES

 

Сычев А.П. (Южный научный центр РАН, г.Ростов –на-Дону, РФ),

Сычева М.А. (Донской государственный технический университет, г.Ростов –на-Дону, РФ),

Белоцерковский М.А. (Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси, г.Минск, Беларусь)

 

Sychev A.P. (SSC RAS, Rostov-on-Don, Russia),

Sycheva M.A. (DSTU, Rostov-on-Don, Russia),

Belotserkovskiy M.A. (Joint Institute of Mechanical Engineering of the NAS of Belarus, Minsk, Belarus)

 

Рассмотрено применение алюминиевых покрытий для защиты окружающей среды от продуктов коррозии и разрушения металлоконструкций, в том числе при вибрационных нагрузках. Предложена методика исследования механических свойств стальных образцов с алюминиевым покрытием по глубине с учетом изменения микротвердости, модуля упругости, индекса пластичности.

 

The article consider aluminum coating as environment protection from corrosion products and metal structures’ destruction, including when exposed to vibration. Authors proposed technique to study the mechanical properties of steel samples with aluminum coating in depth, focusing on change in microhardness, modulus of elasticity, and the plasticity index.

 

Ключевые слова: алюминиевые покрытия, вибрационные нагрузки, защита окружающей среды.

Key words: aluminum coatings, vibration loads, environmental protection.

 

Для увеличения срока службы металлоконструкций и защиты окружающей среды от продуктов коррозии металлов и разрушения конструкций, в том числе при вибрационных нагрузках, противокоррозионную защиту наружных стальных поверхностей и профильного металлопроката необходимо производить на автоматизированных поточных линиях непосредственно на предприятиях, изготавливающих металлоконструкции, а также на ремонтных предприятиях. Широкое распространение получил метод электродуговой металлизации. Способ дает возможность наносить покрытия с заданными свойствами на детали, изготовленные из различных конструкционных металлов, характеризуется простотой и технологичностью, не требует значительных тепловложений (температура 100-120 С, что исключает деформацию деталей).

Для защиты от коррозии металлоконструкций различного назначения, труб, наружных и внутренних поверхностей резервуаров металлизируют алюминием, цинком и кадмием, которые имеют протекторные свойства. Покрытия наносят толщиной 0,2-0,3 мм. Перед металлизацией поверхность детали необходимо очистить от загрязнений и придать ей шероховатость для лучшего закрепления частиц напыляемого металла.

По сравнению с газопламенным напылением электрометаллизация позволяет получать более прочные покрытия, которые лучше соединяются с основой (таблица 1).

На основании данных ведущих зарубежных фирм, выпускающих металлизационное оборудование для поточных автоматизированных линий изготовления труб и профильного проката: “Metallisation Ltd” (Великобритания-США); “Societe Nouvelle de Metallisation Industries (Франция), ”Metco” (Италия, США), “OSU” (Германия) о эксплуатации данного типа линий и в сравнении с отечественными аналогами, в частности для труб и металлоконструкций, применяемых в вагоностроении, был проведен сравнительный анализ использования различных методов нанесения антикоррозионных покрытий [1, 2].

Для более эффективного снижения шума и вибраций перспективным является разработка многослойных материалов, в том числе покрытий, в которых каждый слой имеет свое функциональное назначение [3].

 

Таблица 1 –Сравнительная характеристика газотермических покрытий

Метод нанесения покрытия

Коэффициент полезного использования металла, Км, %

Средняя удельная себестоимость нанесения покрытия, руб/г

Прочность сцепления покрытия с металлом, МПа

Производительность процесса, кг/час

Газопламенный

Электродуговой

49,0

51,0

220,0

170,0

5,0

10,0

13,0

45,0

 

Было рассмотрено влияние металлизированного алюминиевого покрытия, полученного электродуговым способом, на механические свойства (микротвёрдость, модуль упругости, упругое восстановление) на изменение по глубине стальных образцов с использованием системы анализа механических свойств материалов Nanotest 600.

Были взяты плоские образцы размерами 10х10х2 мм (рисунок 1), вырезаемые из частичных вкладышей из исследуемого материала пластин из стали 09Г2С размерами 500´350´5 мм с односторонним покрытием алюминием 180…220 мкм, напыленного электродуговым методом проволокой АД-1.

Наноиндентирование представляет собой процесс многократного погружения алмазного индентора в исследуемый материал. В результате получают несколько наложенных друг на друга кривых гистерезиса «нагрузка – глубина внедрения». Исследования проводятся в помещении в специальной закрытой теплоизолированной кабине при постоянной температуре воздуха +25±1°С, относительной влажности не более 80±5% и атмосферном давлении в пределах от 630 до 800 мм рт. ст.

Рисунок 1 - Образец для исследования механических свойств

 

В ходе анализа изменения механических свойств стали, с напыленным алюминиевым покрытием, вглубь от поверхности определялись следующие характеристики: - максимальная глубина проникновения индентора; - пластическая глубина проникновения индентора; - максимальная нагрузка, приложенная к индентору; - микротвердость; - приведенный модуль упругости; - модуль упругости; - величина, характеризующая способность материала к изменению его размеров и формы в процессе деформации; - качественная сравнительная характеристика сопротивления пластической деформации. Результаты исследований приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Результаты испытания образца с алюминиевым покрытием

укола

Расстояние от поверхности, мкм

, нм

, нм

, мН

, ГПа

, ГПа

, ГПа

Упругое восстановление

Контактная жесткость, нм/мН

1

25

7838.89

7704.36

150.05

0.103

19.440

17.996

0.005733

0.000003

0.017461

1.195405

2

50

4516.01

4365.43

150.05

0.321

30.653

28.661

0.011213

0.000040

0.034493

1.338003

3

75

3251.59

3071.55

150.05

0.649

36.435

34.244

0.018957

0.000233

0.058617

1.599862

4

100

1628.49

1525.76

150.05

2.631

128.546

131.747

0.019969

0.001049

0.067333

0.912886

5

125

1499.48

1420.75

150.05

3.034

180.128

194.466

0.015602

0.000739

0.055417

0.699623

6

150

1338.15

1266.59

150.05

3.818

222.282

250.919

0.015215

0.000884

0.056505

0.635951

7

175

1421.97

1347.71

150.05

3.372

201.330

222.231

0.015173

0.000776

0.055101

0.659867

8

200

1429.04

1357.70

150.05

3.322

208.034

231.271

0.014366

0.000686

0.052543

0.633905

9

225

1393.60

1322.08

150.05

3.504

213.092

238.178

0.014711

0.000758

0.054098

0.635533

10

250

1331.98

1264.18

150.05

3.832

235.080

269.092

0.014241

0.000777

0.053632

0.602472

 

В ходе экспериментов материала с алюминиевым металлизационным покрытием выявлено, что все измеренные и вычисленные показатели, такие как микротвердость и модуль упругости увеличиваются, а контактная жесткость уменьшается по глубине покрытия. На основании проведенных исследований можно считать возможным использование данного покрытия, с учетом его протекторных свойств, для защиты от коррозионных поражений металлоконструкций. Кроме этого при вибрационных нагрузках металлизационные алюминиевые покрытия будут способствовать более высоким звукопоглащающим свойствам, что характеризуется снижением контактной жесткости образцов с покрытием.

Список использованных источников

1. Dcegan I.F. “Goorrosion in ships”// “Spec Shipe”. 2001, N3.  P.24-28.

2. Харламов Ю.А., Алексеев О.П. Перспективы применения газотермических покрытий в сельскохозяйственном машиностроении.  М.: Нива, 1998. 201 с.

3.Снижение шума и вибрации транспортных средств / В.П. Сергиенко, С.Н. Бухаров, И.В. Колесников и др.; под общ. ред. Акад. РАН В.И. Колесникова.  М.: Машиностроение, 2014.  297 с.

 

Исследование выполнено при поддержке РФФИ (грант 16-58-00165 Бел-а)