Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Горячее цинкование является одним из основных способов антикоррозийной защиты металлоконструкций. Обычный срок службы оцинкованных изделий составляет 50–70 лет. Цинковые покрытия нашли широкое применение в областях, где требуется надежность и долговечность металлоконструкций.

Под термином горячее цинкование понимают нанесение цинкового покрытия на поверхность металлических изделий, преимущественно из стали, ковкого, а также серого чугуна, путем погружения изделия в расплав цинка.

Как любая обработка поверхности, горячее цинкование требует правильной подготовки поверхности для того, чтобы во время погружения деталей в ванну цинкования реакция железа и цинка была однородной. Подготовка включает в себя кислотное обезжиривание, травление, промывку, флюсование, сушку. Именно после такой тщательной подготовки поверхности адгезия (прочность сцепления) цинкового покрытия с основным металлом очень высока, а, значит, оцинкованный металл будет на долгие годы защищен от воздействия коррозии.

1. Актуальность темы

Процесс горячего цинкования, помимо того, что защищает изделие от ржавчины, улучшает некоторые его характеристики; среди них самые очевидные: эстетичный внешний вид и большее сопротивление износу, что увеличивает его предел выносливости по отношению к химическим и механическим воздействиям. Срок службы цинкового покрытия толщиной 100 мкм составляет в среднем 25–50 лет, без затрат средств на обследование и поддержание защитных свойств покрытия.

Однако при низком качестве покрытий возникает необходимость исправления дефектного покрытия, иногда с полным удалением последнего, с повторной подготовкой поверхности и повторным цинкованием, что приводит к перерасходу цинка и других материалов, резко снижает производительность и эффективность производства [1].

Данная магистерская работа посвящена актуальной научной задаче повышения адгезионной прочности защитных покрытий стали, наносимых методом горячего цинкования. Это позволит улучшить коррозионную стойкость металлоконструкций и продлить срок их эксплуатации.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью является определение проблем, возникающих при осуществлении процесса горячего цинкования.

Для достижения данной цели были поставлены следующие основные задачи:

  1. Аналитический обзор и исследование видов нарушения целостности.
  2. Изучить процесс нанесения защитных покрытий методом горячего цинкования.
  3. Выделить факторы, влияющие на адгезионную прочность защитных покрытий.
  4. Определить факторы, приводящие к нарушению целостности цинкового покрытия.

Объектом исследования является низколегированная конструкционная сталь, подвергаемая горячему цинкованию.

Результатом работы будут являться рекомендации для получения защитных покрытий металлоконструкций с повышенными адгезионными свойствами методом горячего цинкования.

3. Обзор исследований и разработок

Горячее цинкование—самый старый и простой способ нанесения цинка на поверхность изделия. При горячем цинковании защищаемый металл погружают в ванну с расплавленным цинком, температура которого составляет около 450 oС. Горячее цинкование применяют для нанесения покрытий главным образом на крупногабаритные изделия простых форм. Для покрытия резьбы, узких отверстий, других сложные элементов горячее цинкование применяют редко. Методом горячего цинкования наносят покрытие на листы кровельного железа, трубы, детали машин, балки, уголки, проволоку.

Метод горячего цинковании появился и впервые был применен во Франции (1742 год), химик Поль Жак Малуэн погрузил в расплавленный цинк стальные изделия. В результате на них образовался слой цинка. В этом же году Малуэн выступил с докладом во французской Королевской академии, где подробно описал процесс получения цинкового покрытия на стальных деталях.

Запатентован метод был французским химиком С. Сорелем (1836 год). Он предложил предварительно очищать поверхность стального изделия сначала в 9 % растворе серной кислоты (H2SO4), а затем флюсованием в хлориде аммония (NH4Cl). Только после этих операций применять горячее цинкование. В 1847 году в Золингене (Германия) открылся первый цех горячего цинкования. Через четыре года начал функционировать еще один цех в Австрии (на предприятии Винивартер & Герсхайм).

Во второй половине XX века метод горячего цинкования был признан международным стандартом в области антикоррозийной защиты.

Многочисленные исследования подтвердили высокие эксплуатационные свойства горячеоцинкованной стали. Она получила широкое применение как в промышленной, так и сельскохозяйственной сферах. Цинковые покрытия применяют во всех эксплуатационных средах, кроме сильных щелочных и кислых.

В наше время только в Европе действует больше тысячи заводов, на которых применяют метод горячего цинкования. И ежегодно около 400 тыс. тонн цинка расходуется на покрытие стали горячим способом.

Под термином горячее цинкование понимают нанесение цинкового покрытия на поверхность металлических изделий, преимущественно из стали, ковкого, а также серого чугуна. Метод горячего цинкования основан на погружении металлоконструкций в ванну с расплавом цинка [2].

В Донецком регионе расположено одно из крупнейших специализированных предприятий по изготовлению металлических конструкций опор высоковольтных линий, порталов открытых распределительных устройств подстанций, дорожных ограждений барьерного типа и др. — ЧАО Донецкий завод высоковольтных опор, на котором осуществляется нанесение защитных покрытий методом горячего цинкования.

4. Технология нанесения антикоррозионного покрытия

Технология нанесения антикоррозионного покрытия состоит из нескольких стадий. После промывки изделие подвергается травлению в водном растворе соляной кислоты с начальной концентрацией 150 г/дм3, с целью удаления ржавчины и окалины. Дальнейшая обработка ведется при температуре 60 oС концентрированным раствором флюса (400–600 г/дм3), для окончательного удаления оставшихся оксидов. В ходе основной операции горячего цинкования стальное изделие полностью погружается в ванну с расплавленным цинком. Ванна содержит не менее 98 % чистого цинка и имеет температуру около 449 oС. Расплавленный цинк реагирует с железом в стали с образованием слоев из железоцинковых сплавов. Сцепление цинкового слоя с поверхностью изделия достигается в результате диффузионного процесса между цинком и железом. При вынимании изделия из ванны горячего цинкования, поверх железоцинкового сплава ложится тонкий слой расплавленного цинка, который застывает после охлаждения изделия. Время выдержки изделия в расплаве должно быть по возможности минимальным с целью воспрепятствовать росту хрупких слоев железоцинковых сплавов и увеличению толщины цинкового покрытия.

Горячее цинковое покрытие должно соответствовать ГОСТ 9.307–89 [3] и Техническим требованиям [4]. Контроль внешнего вида производят на 100 % изделий. Поверхность цинкового покрытия должна быть гладкой, покрытие должно быть сплошным. Цвет покрытия — от серебристо-блестящего до матового темно-серого. Толщина покрытия должна составлять не менее 40 мкм и не более 200 мкм. Толщину цинкового покрытия измеряют магнитным методом, а также металлографическим или гравиметрическим методами.

Для контроля прочности сцепления покрытия применяют следующие методы:

Горячее оцинкование пригодно для защиты низкоуглеродистых сталей (содержание углерода не более 0,25 %) с содержанием кремния до 0,37 % и при относительно малом содержании легирующих элементов [2].

На Донецком заводе высоковольтных опор работают с основными конструкционными марками сталей 09Г2С, S355, С345. Эти стали относятся к классу конструкционных низколегированных для сварных конструкций с содержанием углерода 0,09–0,2 %, 1,3–1,7 % марганца, 0,5–0,8 % кремния.

При работе с указанными марками сталей было отмечено, что при одинаковых условиях цинкования, полученная адгезионная прочность различна. Наблюдалось нарушение качества покрытий, они становились рыхлыми, уменьшался блеск, а в некоторых случаях было замечено отслаивание.

Наиболее вероятной причиной данного процесса является тот факт, что в стальных конструкциях с содержанием кремния 0,03–0,12 % и выше 0,2 % может образовываться рыхлый слой вместо плотного слоя железоцинкового сплава. Он увеличивается в зависимости от длительности погружения. Такая быстрая реакция ведет к тому, что образуется толстое цинковое покрытие, вследствие которого внешний цинковый слой отсутствует из-за увеличения слоя сплава во время охлаждения изделия.

Характер влияния содержания кремния на толщину цинкового покрытия представлен на рисунке 1 [2].

Влияние кремния (Si) на толщину цинкового покрытия

Рисунок 1 — Влияние кремния (Si) на толщину цинкового покрытия
(анимация: 7 кадров, 5 циклов повторения, 57 килобайт)

Во время цинкования стальных конструкций с критичным содержанием кремния часто можно увидеть серое покрытие, так как стальные конструкции очень быстро взаимодействуют с цинком и поэтому очень трудно избежать проникновения слоя железоцинкового сплава во время охлаждения.

Выводы

Современная технология непрерывной разливки стали не позволяет с достаточной точностью предсказывать остаточное содержание легирующих элементов в готовом продукте и его равномерное распределение по всему образцу. И хотя каждая партия стальной продукции сопровождается сертификатом, в которой указан химический состав стали, с качеством цинкования могут возникать проблемы. Поэтому в дальнейшем необходимо проводить определение содержания легирующего элемента кремния в образцах стали при соответствующей выборке.

Достоинство метода горячего цинкования: высокая коррозионная устойчивость покрытого изделия; относительная дешевизна горячего цинкования; простота реализации; простота обслуживания установок; высокая производительность; способность цинкового покрытия защищать основной металл даже после механического повреждения или нарушения сплошности покрытия; высокая электропроводность покрытия; хорошая теплопроводность; покрытие препятствует водородному охрупчиванию основного металла.

Недостатки метода горячего цинкования: ограниченные размеры изделия, предназначенного для горячего цинкования (зависит от размера ванны); трудности при сварке и дальнейшей обработке оцинкованных изделий; относительная неравномерность покрытия; невозможность получить очень тонкие покрытия; относительно большой расход цинка.

С помощью метода горячего цинкования получают покрытие толщиной от нескольких микрон до одного миллиметра.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2017 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Алексеев А. А. Организация эффективного технологического процесса горячего цинкования на судостроительных предприятиях путем внедрения ресурсосберегающих технологий: дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук: 05.08.04: защищена 24.05.07 / Алексеев Александр Алексеевич. — Санкт-Петербург, 2007. — 127 с.
  2. Рекомендации пользователям услуг цинкования ООО Агрисовгаз
  3. ГОСТ 9.307–89. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля.
  4. Технические требования, предъявляемые к металлоконструкциям, подвергающимся антикоррозийному покрытию методом горячего цинкования.