23 февраля 2016г.
Алюминирование является одним из эффективных методов увеличения долговечности металлических конструкций и экономии черных металлов. В литературе нет единого мнения о строении диффузионных алюминиевых покрытий [1], что объясняется, прежде всего, способностью системы алюминий – железо образовывать большое количество различных соединений с высокой чувствительностью процесса диффузионного насыщения к условиям его существования [2]. В результате при жидкофазном алюминировании или получении слоистых композиционных материалов углеродистая сталь – алюминий на границе раздела металлов образуется переходный интерметаллидный слой [3]. Переходный слой может состоять из следующих интерметаллидов: FeAl3, Fe2Al5, FeAl2, FeAl, Fe3Al и твердого раствора алюминия в железе (α - фазы) [2].
Скорость диффузии алюминия в сталь достаточно высока, поэтому при контакте стального листа с расплавом алюминия на стали сначала появляется интерметаллидный слой, по которому происходит дальнейшее смачивание стали жидким алюминием. Причем чем дольше контакт стали и алюминия, тем толще интерметаллидный слой и тем больше фаз он в себя включает. Данные о влияние образующегося переходного слоя на процессы смачивания противоречивы. В ряде работ говорится, что переходный слой препятствует процессу смачивания стали алюминиевым расплавом.
Для проведения исследований смачивания алюминием переходных слоев были изготовлены интерметаллиды следующих фаз: FeAl3, Fe2Al5, FeAl2, FeAl, Fe3Al. Интерметаллиды изготавливались путем сплавления стали 08кп и алюминия марки А7 в индукционной печи в атмосфере аргона. Затем из интерметаллида изготавливались пластинки размером 40х40 и толщиной 3 мм. Исследование смачивания интерметаллида алюминием марки А7 проводилось в соответствии с ГОСТ 23904-79 «Пайка. Метод определения смачивания материалов припоями». Для активации поверхности интерметаллида были выбраны хлористо-фтористые и фтористые флюсы систем: KCl-NaCl-Na3AlF6-NaF, KF-LiF, K2F6Ti, K2F6Zr, KF-AlF3, широко применяемые при литье, сварке и пайке алюминиевых сплавов [4].
Исследования процессов смачивания проводились при температурах 700ºС, 800 ºС, 900 ºС и времени выдержки 10 минут.
Исследуя процессы смачивания стали алюминием [4] было установлено, что максимальные значения характеристик смачивания достигаются при активации стальной поверхности флюсом на основе эвтектической системы KF-AlF3, поэтому при дальнейших исследованиях предпочтения отдавалось этому составу активирующего флюса.
В ходе исследований смачивания алюминием интерметаллидных cплавов было установлено, что характер смачивания определяется не только температурой процесса но и составом интерметаллидных фаз (Рисунок 1).
При активации
поверхности флюсом эвтектической системы KF-AlF3 наименьшая площадь растекания наблюдается
при химическом составе
образцов, соответствующем интерметаллиду Fe3Al. Интерметаллид Fe3Al содержит минимальное количество алюминия из интерметаллидов, образующихся в системе железо-алюминий. Площадь растекания алюминия
заметно повышается при использовании образцов
на основе интерметаллидов с большим содержанием алюминия. Максимальная площадь растекания наблюдается при использовании образцов из сплавов
на основе фазы FeAl3 (Рисунок 1).
Эта тенденция
просматривается и при использовании в качестве
активаторов других флюсовых составов (Рисунок 2).
Использование для активации флюса на основе эвтектики
KF-LiF незначительно уменьшило площадь растекания алюминия по поверхности интерметаллидов (Рисунок 2). Это связано с одной стороны
с большей растворимостью оксида
алюминия в калиевом
криолите, чем в литиевом, а с другой
стороны фторид калия
более значительно снижает межфазное натяжение на границе
алюминиевый расплав-флюс [5].
При использовании многокомпонентный флюса KCl-NaCl-Na3AlF6-NaF активное растекание начинается при температурах выше 800 ºС (Рисунок 2). Такая же ситуация
наблюдается и при растекании алюминия
по стали [4].
Низкие значения площади растекания алюминия по поверхности интерметаллидов наблюдались при использовании флюсов K2F6Ti и K2F6Zr, в то время как при растекании по стали, в ранее проведенных исследованиях, характеристики смачивания были одними из самых высоких [4].
Выводы:
1. Максимальные значения площади растекания алюминия по поверхности интерметаллидов системы железо-алюминий (Fe3Al, FeAl, FeAl2, Fe2Al5, FeAl3) наблюдаются при использовании в качестве активатора флюсов системы KF-AlF3 и KF-LiF.
2. С повышением содержания алюминия в интерметаллидах системы железо-алюминий увеличивается площадь растекания алюминия по их поверхности с активацией хлористо-фтористыми или фтористыми флюсами.
Список литературы
1.
Пахмурский В.И., Пих B.C., Бродяк Д.Д. / / Антикоррозионные покрытия. Л» Наука, 1983. С.22—28.
2.
Тюрин, А.Г. Диаграммы химической и электрохимической устойчивости горячих металлических покрытий на низкоуглеродистой стали
/ А. Г. Тюрин // Вестн. Челяб. ун та. Серия 4. Химия. - 1996. -№1(1). - С. 81-92.
3.
Аксенова Э.В., Дорошевич Э.И. / / Совместимость и адгезионное взаимодействие расплавов
с металлами.
Киев: Наук, думка,
1978. СД54—162.
4. Ковтунов А. И., Мямин С.В., Чермашенцева Т.В. Исследование процессов
смачивания стали алюминием при производстве слоистых
композитов/А. И. Ковтунов,
С.В. Мямин, Т.В. Чермашенцева // Сварочное производство, 2011,№ 3.-С.8-11
5.
Рабкин Д.М. Металлургия сварки
плавлением алюминия
и его сплавов. Киев: Наук, думка, 1986. С.256
