2.7 Визначення мікропористості покриттів

Наскрізну мікропористість захисних покриттів визначали за методикою, яка полягає в наступному: знежирені в етиловому спирті зразки притискали до фільтровального паперу, попередньо змоченого в спеціальному реактиві наступного складу: 60 мг/л хлористого натрію, 10 мг/л червоної кров’яної солі, 60 мг/л хлористого літію, 1,0 л дистильованої води. Час витримки – 10 хвилин. Мікропористість оцінювали за кількістю відбитків пор на 1,0 см² поверхні покриттів. Візуальний огляд одержаних макрокартин дозволяє визначити розміщення на поверхні ділянок із підвищеною або зниженою концентрацією пор [41].

3 Експирементальні дослідження

3.1 Фізико-хімічні умови хромоалітування сталі 12х18н10т в середовищі хлору

Нанесення покриттів супроводжується масообміном між оброблюваним матеріалом і активним газовим середовищем, яке утворюється в реакційному просторі. Це пов'язано з тим, що в єдиній системі, яка об'єднує активне газове середовище й оброблюваний матеріал, при веденні процесу протікають певні хімічні реакції.

При нанесенні покриттів у замкненому реакційному просторі з використанням в якості вихідних реагентів порошків перехідних металів і галоїдних сполук можна виділити наступні основні стадії масообміну: утворення компоненту переносника насичуючого елементу; дифузія утвореного компоненту в газовій фазі до поверхні оброблюваного матеріалу; хемосорбція утвореного компоненту поверхнею оброблюваного матеріалу; протікання хімічних реакцій у хемосорбованому на поверхні оброблюваного матеріалу шарі, які супроводжуються виділенням насичуючого елемента в атомарному стані та видаленням продуктів реакції в газову фазу; адсорбція насичуючого елемента поверхнею оброблюваного матеріалу; взаємодія дифундуючого елемента з компонентами оброблюваного матеріалу, яка супроводжується утворенням твердих розчинів або хімічних сполук.

На швидкість масообміну впливають як хімічні, так і фізичні фактори. Тому, дані про масообмін одержують шляхом детального вивчення протікаючих у реакційному просторі хімічних реакцій й визначення з їх числа провідних. Це дозволяє знаходити способи впливу на окремі стадії процесу ХТО з метою його вдосконалення, розробляти раціональні склади реакційних середовищ і створювати науково обґрунтовану технологію одержання захисних покриттів із заданими властивостями [54, 55].

Правильний вибір технологічних параметрів процесу хромоалітування (вміст активатору, інертної засипки, порошків хрому і алюмінію у вихідній суміші відповідно, температура та час процесу) грунтується на аналізі фізико-хімічних умов насичення. В роботах [56-58] показано можливість використання результатів термодинамічних розрахунків для визначення парціального тиску насичуючих компонентів газової фази та оцінки гіпотетичного фазового складу покриттів.

В роботі при аналізі та оцінці фізико-хімічних умов насичення було використано термодинамічний підхід, направлений на теоретичне визначення рівноважного складу закритих систем. Для розрахунків використовували пакет прикладних програм «Астра» з базою термодинамічних даних, які дозволяють здійснювати пошук рівноважного складу закритої системи з максимальною ентропією [59, 60].

При цьому було вирішено наступні задачі: визначено за прийнятих умов рівноважний склад реакційного середовища із врахуванням існування різних сполук у газовому та конденсованому станах; виявлено вплив хрому і алюмінію, елементів основи та повітря, тиску, температури на склад реакційного простору. Як припущення, реакційне середовище з точки зору формування хромоалітованого покриття має відповідати таким вимогам:

• парціальний тиск хлоридів хрому і алюмінію повинен бути достатньо високим для протікання процесу насичення;

• серед конденсованих фаз мають бути речовини, які відповідають типу покриття, що наносять;

• у газовій фазі повинні бути хлориди хрому і алюмінію різної валентності, що робить вірогідним протікання зворотних транспортних реакцій;

• вміст у газовій та конденсованій фазах баластних шкідливих домішок в інтервалі температур насичення має бути мінімальним.

При одночасному насиченні хромом і алюмінієм можливість транспортування буде визначатися парціальним тиском їх хлоридів, а фазовий склад покриття – складом конденсованих речовин при температурах насичення. Для визначення складу реакційного середовища використовували методику аналізу термодинамічної рівноваги між різними складовими закритої багатокомпонентної системи, яка основана на похідній другого закону термодинаміки. Необхідність використання даної методики обумовлена неможливістю врахування при використанні інших методів усіх складових компонентів і речовин, що утворюються в закритому реакційному просторі [61].

Для закритих систем за участю:

• хрому, алюмінію, хлору, вуглецю, азоту, кисню рівновагу оцінювали в інтервалі температур 100-1200 ºС.

При визначенні рівноважного складу враховували можливість присутності в закритій системі в газовій та конденсованих фазах понад 200 речовин.