Дослідження захисно-зміцнюючого алюмінідного покриття арматурної сталі

Воденнікова Ольга
(Запоріжжя,Україна)
ТЕХНІЧНІ НАУКИ
(Металургія)
ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАХИСНО-ЗМІЦНЮЮЧОГО АЛЮМІНІДНОГО ПОКРИТТЯ АРМАТУРНОЇ СТАЛІ
Сучасний рівень розвитку науково-технічного процесу, зокрема в галузі створення надійних конструкційних матеріалів для будівельних металоконструкцій, являє швидкозростаючі вимоги до розробки нових матеріалів, що поєднують високу експлуатаційну надійність і міцності при підвищеній корозійної стійкості [1].
В процесі осадження алюмінію з іонного розплаву при поверхневому шарі сталі формується композиційний шар на основі інтерметалідних з’єднань систем Fe-Al, твердих розчинів Fe і Al, а також оксидної поверхневої плівки на основі Al2O3 [2]. Інтерметаліди системи FeAl (FeAl, FeAl3, Fe3Al, FeAl6, Fe2Al5, Fe3Al2) мають унікальними хіміко-механічними характеристиками.
Металографічний аналіз зразків арматурної сталі марки 10ГТ з алюмінідним покриттям виконаний в поперечному перерізі на растровому електронному мікроскопі РЕМ-106 з енергодисперсійним мікроаналізом показав, що поверхневий шар рівний, суцільний, глибина дифузії алюмінію складає 180 ÷ 200мкм (рис. 1).
Структура поверхневого шару має п’ять фазових складових. Зовнішній шар складається з алюмінію (≈50 мкм) з незначними по протяжності оксидними складовими у вигляді плівки (≈2 ÷ 3 мкм). За зовнішнім шаром в глибині зразка, сформована протяжна дифузійна зона глибиною до 200 мкм. У свою чергу дифузійна зона неоднорідна і складається з окремих шарів. Фазовий склад цих шарів обумовлений концентрацією Al в Fe, що в свою чергу відповідає інтерметалідним складовим системи Fe-Al. Ідентифікація цих складових, відповідна до певної концентрації алюмінію і заліза за глибиною дифузійного шару (рис.2) показав, що в процесі електролітичного осадження алюмінію утворені інтерметаліди FeAl3, Fe2Al5, Fe3Al.

Рис.1. Мікроструктура стали з алюмінідним покриттям, * 40

Рис. 2. Ренгенограмм алюмінідного покриття: (нижняя лінія-алюміній, верхняя лінія–залізо)

Інтерметаліди Fe3Al3 (40,7% Fe), найбільш протяжні в дифузійному шарі, мають мікротвердість до 7000 МПа і межу міцності при розтягуванні 1500 МПа. Поряд з підвищеними характеристиками міцності ці інтерметаліди володіють сильно вираженою корозійною стійкістю [3], щодозволяє значно підняти стійкість металу до впливу агресивних середовищ. За інтерметалідом FeAl3 спостерігаються шари з Fe3Al далі Fe2Al5. Визначення міцності (межіміцності на розрив і вигин) проводили на розривної машині P-10. Експериментальні характеристики зразків з покриттям і без нього представлені в табл. 1.
З даних табл. 1 випливає, що межа плинності зразків з покриттям збільшується на 11,7%, а межа міцності – на 13,9%. Випробування на вигин проводилися у відповідність з ДСТУ ISO 7438:2005. Зразки діаметром 10 мм вигиналися до кута 90 градусів на базі вигину 90 мм. Згинальний момент складав 18,5 кН × см для зразків без покриття і 20,9 кН × см для зразків з покриттям. Для зразків з покриттям вигинає момент збільшився майже на 13%. На всіх зразках з покриттями були відсутні злами, а також видимі розшарування і тріщини. Отже, алюмінідні покриття мають гарантовану міцність і високу адгезію зі сталлю марки 10ГТ.
Таблиця 1
Механічні характеристики стали 10ГТ
№
п/п Вид зразків Діаметр,
мм Довжина,
мм Межа текучості, МПа Межа міцності,
МПа Відносне подовження, % Відносне звуження, %
1 Без покриття 10±0,1 50,0 283±2 422±6 21,4 ±0,2 22,8 ±1
2 З покриттям 10,3±0,2 50,0 316±2 481±8 16,4 ±0,3 17,3 ±0,3

Оцінка корозійної стійкості проводилася в режимі електрохімічного окислення в електроліті з концентрацією 200 г / л сірчаної кислоти в дистильованої воді. Швидкість окислення зразків без покриття склала в межах 7,6 … 10,4 × 10-6 г / (з × мм2), а зразків з покриттями 7,1 … 8,2 × 10-6 г / (з × мм2).
Запропоноване композиційне алюмінідне покриття може надійно підвищити терміни експлуатації сталі, при цьому характеристики міцності металу підвищуються.
Література:
1. Кайдриков Р. А., Виноградова С. С. Питтинговая коррозия металлов и многослойны систем (исследование, моделирование, прогнозирование, мориторинг). Вестник Казанского технологического университета, 2010. №4.213 –227c.
2. Реформатская, И. И. Влияние структурообразующих факторов на коррозионно-электрохимическое поведение железа и нержавеющих сталей // Рос.хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). – 2008. – Т. LII. – № 5. – С. 16-24.
3. Экилик, В. В. Теория коррозии и защиты металлов [Текст] / В. В Экилик. – Ростов-на Дона: РГУ, 2004.-67с