Способ пассивации стальной поверхности


 


Владельцы патента RU 2533402:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") (RU)

Изобретение относится к области поверхностной обработки материалов и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости сталей в окислительных (кислород, воздух, водяной пар) средах. Способ включает нанесение на поверхность защитной пленки при повышенной температуре, при этом перед нанесением защитной пленки с поверхности при комнатной температуре в инертной среде полностью удаляют исходную оксидную пленку путем обработки стальной поверхности наждачной шкуркой с последующей полировкой, а далее на поверхность наносят защитную пленку оксида хрома толщиной 0,8÷1,0 мкм путем окисления стальной поверхности при парциальном давлении кислорода 10-8÷10-10 Па и температуре 830÷930°С. Изобретение позволяет повысить коррозионную стойкость защитных пленок под действием динамических нагрузок потока теплоносителя в энергетических установках. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области поверхностной обработки материалов и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости и тем самым для продления ресурса эксплуатации сталей и сплавов в окислительных (кислород, воздух, водяной пар) средах.

Кроме того, высокая коррозионная стойкость сталей и сплавов снижает последствия аварий на ядерных реакторах (А.С.Займовский и др. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1966, с.214).

Известен способ пассивации стали Х18Н10Т в растворе, содержащем от 5 до 57 об.% HNO3 с добавками 2% и 0,5% K2Cr2O7 при температуре 285÷291 К в течение 4 часов (Сб. «Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела энергетических установок.» Минск: Наука и техника, 1970, с.121). Недостаток известного способа заключается в значительной толщине (100 мкм) образующейся оксидной пленки. При такой толщине пленка не выдерживает динамических нагрузок потока теплоносителя, характеризуемого числом Рейнольдса на уровне 105.

Re = u d ν ,

где u - линейная скорость теплоносителя, м/с;

d - размер зазора в канале, м;

ν - кинематическая вязкость теплоносителя, м2/с.

Дело в том, что керамика оксидных защитных пленок обладает значительно меньшей теплопроводностью по сравнению с металлами и поэтому турбулентные пульсации потока теплоносителя повреждают не рассеивающую тепло оксидную пленку.

Известен способ пассивации внутриреакторных элементов, эксплуатируемых в восстановительной среде жидкого свинца, заключающийся в нанесении на поверхность сталей покрытий из материалов с микротвердостью, превышающей микротвердость защищаемого материала и его окислов (патент РФ №2195027, МПК7 G21C 3/02, G21C 3/04, опубл. 20.12.2002). Недостаток способа заключается в том, что сверхтвердое покрытие до определенного момента времени может выдерживать динамическое воздействие потока окислителя, но такое воздействие не выдерживают внутренние оксидные слои на поверхности металлов. Известно, что твердые и тем самым хрупкие материалы выдерживают сжимающие внешние нагрузки, но не выдерживают растягивающих внутренних нагрузок.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является способ пассивации сталей, заключающийся в обработке поверхности окислителем (для защиты от окислителя типа N2O4) при парциальном давлении кислорода на уровне 10-10 Па при температуре 830÷930°С (Исаков В.П. Коррозионная самозащита конструкционных материалов. Цветные металлы. 2007 г., №11, с.55). Существенным преимуществом такого способа пассивации является малая (порядка 1 мкм) толщина защитной пленки, что обеспечивает возможность ее деформации под действием механических напряжений.

Недостатком указанного способа является тот факт, что защитная пленка выращивается над пленкой оксидов, образующихся при термообработке сталей (разлив, центробежное получение труб и т.д.). Протекание теплоносителя, как указывалось выше, приводит к повреждениям внутренних оксидных пленок, что в свою очередь нарушает целостность защитных пленок из-за внутренних нагрузок.

В основу предлагаемого способа пассивации стальной поверхности положена задача повышения коррозионной стойкости защитных пленок под действием динамических нагрузок потока теплоносителя в энергетических установках.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что в способе пассивации стальной поверхности, включающем нанесение на поверхность защитной пленки при повышенной температуре, перед нанесением защитной пленки с поверхности при комнатной температуре в инертной среде полностью удаляют исходную оксидную пленку механическим путем, в частности путем обработки стальной поверхности наждачной шкуркой с последующей полировкой, а далее на поверхность наносят защитную пленку оксида хрома толщиной 0,8÷1,0 мкм путем окисления стальной поверхности при парциальном давлении кислорода 10-8÷10-10 Па и температуре 830÷930°С.

Условия удаления исходной оксидной пленки (комнатная температура, инертная атмосфера) выбраны исходя из того, что оксидная пленка может быстро формироваться вновь после ее удаления и переноса пассивируемых материалов из инертной среды на воздух. Естественно, что процесс роста пленки интенсифицируется с увеличением температуры.

Сущность предлагаемого способа пассивации стальной поверхности поясняется нижеследующим примером, в котором описан процесс пассивации стальной поверхности в окислительных средах пленками с p-типом проводимости, например Cr2O3, не имеющих дефектов в анионной подрешетке, через которую и происходит диффузия анионов окислителя (см. прототип).

Пример осуществления способа пассивации стальной поверхности

Коррозионные испытания дисков стали Г2Х18Н10Т диаметром 10 мм, толщиной 3 мм проводили в среде одномолярного раствора серной кислоты в воде. Указанный раствор применяли для уменьшения времени испытаний.

Толщина оксидной пленки на исходных дисках составляла 90-100 мкм. На половине из 10 образцов оксидную пленку удаляли в среде аргона при комнатной температуре медленной (для постоянства комнатной температуры) обработкой крупнозернистой наждачной шкуркой, далее мелкозернистой, а на последней стадии - полировкой.

Далее все 10 образцов покрывали защитной пленкой путем обработки кислородом при температуре 830°С в течение 30 минут (давление кислорода 10-10 Па). Толщина защитной пленки после такой обработки составляет 1 мкм. В процессе испытаний образцов в растворе серной кислоты механическую нагрузку потока теплоносителя моделировали термоударами, пропуская импульсы тока через образцы, при этом температура образцов изменялась от 20°С до 240°С. Импульсы на образцы подавали с частотой 1 импульс за 5 секунд. После 10 часов испытаний определяли скорость коррозии образцов (данные приведены в таблице).

Скорость коррозии образцов стали 18ХН10Т
№ образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Толщина удаляемой пленки, мкм 0 0 0 0 0 80 90 100 110 120
Скорость коррозии, мг/см2·ч 8 6 9 5 6 3 2 1 1 1

Как видно из таблицы, полное удаление исходной оксидной пленки позволило снизить примерно на порядок скорость коррозии в условиях механической нагрузки на образец. Таким образом, предложенное техническое решение позволило существенно снизить скорость коррозии стальных поверхностей в окислительных средах.

Способ пассивации стальной поверхности, включающий нанесение на поверхность защитной пленки при повышенной температуре, отличающийся тем, что перед нанесением защитной пленки с поверхности при комнатной температуре в среде аргона полностью удаляют исходную оксидную пленку путем обработки стальной поверхности наждачной шкуркой с последующей полировкой, а далее на поверхность наносят защитную пленку оксида хрома толщиной 0,8÷1,0 мкм путем окисления стальной поверхности при парциальном давлении кислорода 10-8÷10-10 Па и температуре 830÷930°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости стального листового изделия и обеспечения хорошей свариваемости осуществляют предварительное покрытие стальной полосы или листа алюминием, или алюминиевым сплавом, резку указанной стального листа или полосы с предварительным покрытием для получения стальной заготовки с предварительным покрытием, нагрев заготовки в предварительно нагретой печи до температуры и в течение времени согласно диаграмме в соответствии с толщиной заготовки при средней скорости нагрева Vc в температурном диапазоне от 20 до 700°C, составляющей от 4 до 12°C/с и при скорости нагрева Vc' в температурном диапазоне от 500 до 700°C, составляющей от 1,5 до 6°C/с, затем перемещение указанной нагретой заготовки к штамповочному прессу, горячую штамповку нагретой заготовки в штамповочном прессе для получения горячештампованного стального листового изделия, охлаждение нагретой заготовки от температуры на выходе из печи до температуры 400°C при средней скорости охлаждения, по меньшей мере, 30°C/с.

Изобретение относится к обработке металлической поверхности, позволяющей получить металлические детали, обладающие улучшенными коррозионной стойкостью и усталостными свойствами.

Изобретение относится к получению хорошо видимого нехроматного конверсионного покрытия на поверхностях магния и магниевых сплавов, к предназначенной для этого композиции и к использованию изделий с таким покрытием.

Изобретение относится к образованию конверсионного или пассивирующего покрытия на металлической поверхности. .

Изобретение относится к обработке стальных деталей перед фосфатной химической конверсионной обработкой. .

Изобретение относится к химической обработке поверхности деталей из алюминия и его сплавов и может быть использовано в авиационной и других отраслях промышленности для защиты от коррозии.
Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей, используемой при изготовлении изделий в авиастроении, судостроении и других отраслях.

Изобретение относится к нанесению покрытий на поверхности электропроводных подложек, в частности к водным композициям соли нещелочного металла для осаждения покрытия на поверхность, а также к нанесению на электропроводные подложки прочного покрытия из упомянутых композиций путем простого погружения, нанесения кистью или распыления.

Изобретение относится к получению биосовместимых покрытий на поверхностях твердых тел, содержащих ионы металлов переменной валентности, и может быть использовано в медицине, ветеринарии, в производстве косметических и гигиенических средств, а также в других областях техники, где необходимо нанесение белковых покрытий на металлические твердые тела, например частицы, пленки, мембраны.

Изобретение относится к формированию неорганическо-органической композитной пленки на поверхности листа из неориентированной электротехнической стали путем обжига нанесенной на его поверхность покровной жидкости, содержащей органическую смолу, фосфат в качестве неорганического компонента и неорганический порошок, имеющий удельную площадь поверхности по БЭТ 10 м2/г или более и демонстрирующий распределение размеров частиц с интегральным размером 50% частиц 5 мкм или менее и с интегральным размером 90% частиц 15 мкм или менее при измерении лазерным дифракционным анализатором размеров частиц, причем порошок содержится с долей не менее 1 мас.%, но не более 50 мас.%, по отношению к содержанию твердого вещества упомянутого фосфата.

Изобретение относится к листу электротехнической стали, содержащему стальную полосу (1) для листа электротехнической стали и изолирующую пленку (2), сформированную на поверхности стальной полосы (1) и содержащую фосфат металла и органическую смолу.

Изобретение относится к защите от коррозии металлов и их порошков, функционирующих во влажной воздушной атмосфере с агрессивными примесями и в составах индустриальных смазочных материалов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из магнитной стали с полуорганическим изоляционным покрытием. Покрытие содержит неорганический компонент и органическую смолу. Неорганический компонент содержит соединение Zr в количестве 20-70 мас.% (в расчете на ZrO2), соединение Si, содержащее пластинчатый диоксид кремния в количестве 10-50 мас.% (в расчете на SiO2) в расчете на сухое покрытие и соединение В в количестве 0,1-5 мас.% (в расчете на В2О3) в расчете на сухое покрытие. Лист с нанесенным покрытием обладает высокой коррозионной стойкостью и водостойкостью, высокой стойкостью к осыпанию, царапанию, прилипанию, высокой свариваемостью TIG и штампуемостью, а также высокими показателями внешнего вида покрытия. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 10 табл., 2 пр.
Наверх