Санкт-Петербург, г. Пушкин,
Красносельское шоссе, 14\28, Лит АИ
Схема проезда
+7 812 465-22-90
+7 931 337-17-65
termitspb2004@mail.ru

Металлографические исследования диффузионного цинкового покрытия

Диффузионное цинковое покрытие представляет собой ряд последовательных интерметаллидных фазовых состояний системы железо-цинк. Теоретически эти состояния могут быть представлены на диаграмме железоцинкового сплава (рис. 1), в зависимости от температуры, формирующей то или иное его состояние, и процентного соотношения каждого из составляющих элементов системы.

 

issled_01_1

Микроструктура сформированного диффузионного цинкового покрытия представлена на рис.2. Как видно, покрытие по сечению травленого шлифа состоит из нескольких промежуточных фаз, о6разующихся при встречной диффузии атомов железа и цинка в соответствии с диаграммой состояния системы Fe-Zn. При этом одновременно идут следующие процессы.

 

issled_02_1

В начале разогрева диффундирующий элемент (в нашем случае цинк) приводится в активное атомарное состояние — паровую фазу. Испарение цинка происходит в реакционном пространстве непосредственно вблизи со стальной подложкой.

В результате контакта с активными атомами цинка стальная подложка абсорбирует их и поглощает наиболее активные атомы с установлением химических связей цинка с железом.

Наконец, в результате того, что атомы железа под воздействием температуры также покидают кристаллическую решетку, освободившиеся вакансии заполняются атомами цинка, что вызывает дальнейшее проникновение абсорбированного цинка вглубь металла (10-12 мкм) под действием диффузии, чем объясняется прочность связи покрытия с основным металлом.

Освободившиеся атомы железа, в свою очередь, начинают диффундировать в формирующийся слой цинкового покрытия (рис. 3).

Взаимная диффузия может идти, если разница в диаметрах атомов диффундирующих веществ не превышает 15-16%. Поскольку диаметр атома железа 2,54 А0, а атома цинка – 2,74 А0, проникновение атомов цинка в решетку железа при высоких температурах происходит достаточно интенсивно.

Диффузия цинка может идти не только через объем зерен железа, но и по границам зерен — даже с большей интенсивностью, из-за большего количества вакансий на границах кристаллической решетки, где энергия активации атомов естественно повышается. Через некоторый период кристаллическая решетка стали, потерявшая значительное количество атомов железа вынуждена смыкаться, образуя все менее и менее дефектную решетчатую структуру. В результате этого диффузия цинка тормозится, происходит насыщение верхних слоев стали цинком.

 

issled_03_1

При остывании образуется твердый раствор цинка в железе (цинковый феррит), проявляющийся на шлифе в виде плохотравящейся светлой зоны в поверхностных слоях стальной подложки (а-фаза на рис. 2) с содержанием цинка до 4,5 % по массе. Микротвердость этой фазы составляет около 150 кГ/мм2.

С повышением температуры нагрева в результате встречной диффузии атомов цинка и железа путем местных флуктуационных усилений этих потоков происходит взаимное перемешивание и химическое взаимодействие цинка и железа. Быстрее, чем за 1 минуту на поверхности стальной подложки образуется хрупкая узкая (толщиной не более 4 мкм) зона интерметаллидного соединения Fe3Zn10 (так называемая Г-фаза), имеющая твердость до 5500 кГ/мм2. Г-фаза представляет собой поликристаллический слой, содержащий до 28% железа, и потому являющийся источником диффузионного потока железа в цинковую смесь. После образования Г-фазы ее толщина в дальнейшем практически не меняется. На рис.2 она представлена в виде тонкой черной полосы.

При продолжении диффузионных процессов поверх Г-фазы возникает следующая более бедная железом и вязкая гамма-фаза на базе соединения FeZn7 с содержанием железа от 7 до 75 %. Гамма-фаза составляет основную часть покрытия (80% его толщины). Эта зона также обладает высокой микротвердостью — до 4500 кГ/мм2 и высокой стойкостью к агрессивным и эрозионным воздействиям, что и отличает диффузионные покрытия от других цинковых покрытий.

Верхний слой покрытия представляет собой пси-фазу на базе интерметаллидного соединения FеZn13, содержащего от 6 до до 6,2 % железа. пси-фаза является наиболее рыхлой и хрупкой, содержит до 4,5 % глинозема и резко снижает пластичность верхнего слоя. Микротвердость пси-фазы составляет 2700 МН/м2. для снижения толщины пси-фазы цинкование проводят при температурах ниже 430 0С, максимально уменьшая длительность процесса.

Поскольку твердость диффузионного цинкового покрытия выше, чем у чистого цинка (80 кг/мм2) покрытия, полученные этим методом, более износостойкие за счет присутствия большого количества интерметаллидов.

В целом, с увеличением продолжительности цинкования структура покрытия не меняется. Изменяются только общая толщина покрытия и соотношение толщин слоев фаз.

Таким образом, при диффузионном цинковании в порошковых смесях на поверхности изделия образуется покрытие, состоящее не из металлического цинка, а из железоцинкового сплава, представляющего ряд интерметаллических соединений железа с цинком и твердые растворы цинка в железе и железа в цинке. Покрытие при этом получается практически бес пористым с ярко выраженной столбчатой, волокнистой структурой (рис. 2).

В связи с присутствием значительного количества железа в верхних слоях покрытия, для повышения его коррозионной стойкости и улучшения товарного вида покрытие можно фосфатировать и хроматировать.

Оставьте заявку и мы просчитаем стоимость вашего заказа

Наши клиенты