Применением индукционного нагрева при реализации технологий термодиффузионного цинкования в порошковых насыщающих средах

Одним из наиболее перспективных направлений антикоррози- онной защиты на основе цинка является использование индукционно- го нагрева для формирования цинковых покрытий и диффузионных слоев. При реализации стандартных процессов термодиффузионого цинкования в порошковых насыщающих средах (ТДЦ) с использова- нием печного нагрева значительные энергозатраты тратятся на про- грев садки с порошковой насыщающей смесью, а так же самой ретор- ты, что снижает эффективность технологий в производственных усло- виях. Применение индукционного нагрева позволит увеличить ско- рость прогрева контейнера для насыщения, в значительной степени сократив общее время цинкования и энергозатраты на термообработку [1, 2]. Следует отметить, что, данные технологии все еще не получили достаточного практического применения. Связано это с недостатком исследований ряда процессов, протекающих при индукционном на- греве в условиях порошковых насыщающих сред. Не изучена кинети- ка роста и особенности строения диффузионных слоев, формируемых при кратковременных выдержках до 30 секунд, при которых в макси- мальной степени реализуются преимущества скоростного индукцион- ного нагрева. Не разработаны достаточно простые и надежные прие- мы и устройства для осуществления процессов диффузионного насы- щения в условиях производства на машиностроительных предприяти- ях. Тем не менее, потенциальные возможности диффузионного цин- кования в плане интенсификации ХТО оцениваются достаточно высо- ко, что обусловлено сокращением длительности прогрева садки, уве- личением производительности труда, и уменьшением энергозатрат. Последние факторы особенно актуальны в современных белорусских условиях. Согласно данным [3], использование способа диффузионного цинкования в электромагнитном поле целесообразно для широкой номенклатуры обрабатываемых изделий при сохранении качества за- щитного покрытия, в то время как традиционные технологии цинко- вания в расплавах не обеспечивают в ряде случаев требуемого уровня эксплуатационных характеристик формируемого на изделии покры- тия. Связано это с различием в фазовом составе диффузионных слоев, формируемых на изделии. Принципиальной особенностью способа 15 термодиффузионного цинкования в электромагнитном поле является целенаправленное создание значительного температурного градиента с его убыванием вглубь шихты. Более высокая, в сравнении с радиа- ционным нагревом, температура вблизи поверхности цинкуемых из- делий обеспечивает значительное активирующее воздействие как на стальную поверхность, так и на порошковую цинксодержащую среду [3]. В результате чего, возникают быстропротекающие двухсторонние процессы диффузии железа в цинк и цинка в железо с образованием интерметаллических соединений. При этом, сформированный цинко- вый слой имеет гомогенизированную структуру и не содержит хруп- кую столбчатого вида ς-фазу [3]. Выполненный анализ свидетельствует, что в сравнение с клас- сическими методами формирования защитных покрытий на основе цинка, технологии термодиффузионного цинкования в электромаг- нитном поле обеспечивают: - нанесение ультрадисперсных защитных покрытий повышен- ной коррозионной стойкости и механической прочности; - получение по всей покрываемой площади равномерного гомо- генизированного покрытия требуемой стойкости к коррозии, жаро- стойкости, ударной вязкости и твердости с высоким сопротивлением абразивному изнашиванию; - получение диффузионного слоя в широком интервале толщин (от 6 до 300 мкм) с высокой регулируемостью и равномерностью; - восстановление защитного покрывного слоя в случае его по- вреждения; - увеличение срока эксплуатации изделий по сравнению с ре- сурсом работы изделий, покрытых традиционным способом термо- диффузионного цинкования; - сохранение при цинковании резьбовых соединений геометрии, профиля и диаметра резьбы; - сокращение вредных выбросов в окружающую среду. Определяющим фактором вышеуказанных преимуществ являет- ся значительное отличие структуры обсуждаемых слоев. На рисунках 3 (а, б) приведено сравнение структур защитных слоев, получаемых при цинковании в расплавах и при диффузионном цинковании в элек- тромагнитном поле с использованием токов высокой частоты. Таким образом, на основании проведенного анализа термодиф- фузионное цинкование с применением индукционного нагрева имеет ряд преимуществ связанных как с производительностью применяемо- го способа нагрева, обеспечивающего меньшие энергозатраты, так и с особенностями формируемого на изделии диффузионного слоя, обла- дающего более высокими эксплуатационными характеристиками в 16 сравнении с покрытиями, наносимыми традиционными методами цинкования. а) б) Рисунок 3 – Сравнение структуры цинковых диффузионных слоев, полученных при цинковании в расплавах (горячее цинкование) (а) и цинковании в электромагнитном поле с применением индукционного нагрева (б) [3] В сравнение с традиционными способами формирования цинко- вых интерметаллидных диффузионных слоев индукционное термо- диффузионное цинкование позволяет формировать цинковые диффу- зионные слои с преимущественным формированием δ-фазы в поверх- ностной зоне насыщаемого изделия, обладающей наиболее выгодной совокупностью эксплуатационных характеристик (сочетание парамет- ров микротвердости, пластичности и коррозионной стойкости).