Химико-термической обработкой (ХТО) называется процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев стальных деталей. Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой, твердой, жидкой или газообразной, в которой осуществляют нагрев. В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются также его фазовый состав и микроструктура.
Основные параметры ХТО - температура нагрева и продолжительность выдержки. Основные процессы любого вида ХТО: диссоциация-абсорбция-диффузия.
Диссоциация - получение насыщающего элемента в более активном, атомарном состоянии: 2NH 3 = 2N + 3Н 2 ; СН 4 = С + 2Н 2 и т. д.
Абсорбция - захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.
Диффузия -перемещение захваченного поверхностью атома в глубь изделия.
Термодинамика и кинетика ХТО. Теоретические и экспериментальные данные, полученные с помощью прецизионных методов исследования фазового и химического состава диффузионных слоев, указывают на то, что по многих случаях формирование диффузионного слоя протекает в условиях, значительно отличающихся от равновесных (при больших пересыщениях). В этой связи можно выделить совокупность физико-химических и кинетических факторов, определяющих механизм формирования диффузионного слоя с неравновесными составом и структурой.
Физико-химические факторы : термодинамические функции фаз в системе взаимодействующих элементов; равновесный состав насыщающей среды; степень неравновесности состояния окружающей среды; адсорбционные характеристики элементов и соединений; структурно-энергетические условия образования фазы на поверхности сплава; степень пластической деформации в зоне диффузии.
Кинетические факторы : соотношение между скоростью поступления элемента на поверхность и скорость его диффузии в твердом материале; скорость реакции взаимодействия на границе сплав - насыщающая среда; скорость нагрева до изотермы процесса и скорость охлаждения по окончании насыщения; продолжительность процесса диффузии на изотерме; соотношение между скоростью диффузии инородного элемента в поверхностном слое и скоростью самодиффузии компонентой насыщаемого сплава.
Учесть влияние всех перечисленных факторов на механизмы формирования диффузионных слоев с помощью теоретических методик исследования не представляется возможным, поэтому при анализе процессов насыщения широко применяют методы планирования эксперимента. Например, с их помощью изучалось влияние теоретических параметров процесса насыщения на скорость формирования диффузионного слоя, его фазовый и химический состав, оптимизировались по свойствам многие способы нанесения диффузионных покрытий, исследовалась корреляционная связь между структурными характеристиками модифицированного слоя и его свойствами и т.д.
При анализе кинетических закономерностей процессов ХТО обычно используется эмпирическая зависимость глубины диффузионного слоя от продолжительности процесса: (9.1)
где k и n - постоянные, определяемые экспериментальным путем. 206-208 с..
Цементация – это химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных деталей насыщается углеродом. Изделия нагревают в среде, легко отдающей углерод. Цементации подвергают, как правило, стали с низким содержанием углерода (0,1- 0,2% С). Подобрав режим, слой насыщают углеродом до нужной глубины.
Глубиной цементации условно считают расстояние от поверхности детали до половины зоны, где в структуре наряду с перлитом имеется примерно такое же количество феррита. Глубина цементованного слоя обычно составляет 1-2 мм, но при желании может быть и больше.
Степень цементации - это среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно не более 1,2% С).
После цементации изделия подвергаю закалке с низким отпуском. Это обеспечивает получение в поверхностном слое изделий высокой твердости при сохранении мягкой и вязкой сердцевины. На поверхности после цементации возникают напряжения сжатия, увеличивающие предел выносливости и долговечность деталей. Цементацию проводят в твердом, жидком и газообразном карбюризаторах.
Наиболее распространенной является газовая цементация, имеющая ряд преимуществ перед другими способами.
При газовой цементации детали нагревают в герметических печах и атмосфере углеродсодержащих газов. Для газовой цементации используют природный газ (содержит до 92-96% метана) или искусственные газы, полученные пиролизом жидких углеводородов - керосина, бензола: СН 4 = С + 2Н 2 ; 2СО = С + СО 2 . По сравнению с окисью углерода метан - более активный карбюризатор. Fe почти не растворяет углерода, поэтому при цементации изделия нагревают до температур выше A s (930-950 °С). При таких температурах сталь приобретает структуру аустенита, растворяющего до 2% С. Глубина цементованного слоя зависит не только от температуры, при которой осуществлялся процесс, но и от времени выдержки при этой температуре.
Обычно скорость цементации составляет примерно 0,1 мм за час выдержки. Поскольку глубина цементованного слоя редко требуется более 1,0-1,5 мм, процесс осуществляют за 8-12 ч. При больших выдержках или значительном увеличении температуры цементации может сильно вырасти зерно аустенита, что существенно ухудшает свойства цементованного слоя и потребует для исправления дополнительной закалки.
Газовая цементация малоуглеродистых сталей (содержащих менее 0,2 % С) проводится при температурах 920 - 950 °С, при этом оптимальная концентрация углерода в модифицированном
слое толщиной (0,5 - 2 мм) равна 0,8 - 0,9 % (но не более 1,2 %). Так как посредством диффузионного насыщения удается только зафиксировать необходимый концентрационный профиль, то для получения высокой твердости и износоустойчивости поверхностного слоя при относительно вязкой сердцевине заготовки поем цементации подвергают закалке (850 - 900 о С) и такому отпуску (180 - 200 о С). В результате такой термообработки цементируемый слой приобретает структуру высокоуглеродистого мартенсита или мартенсита с карбидными включениями и небольшим количеством остаточного аустенита. Поверхностный слой после трехступенчатой XТО имеет твердость HRC 58 - 62, а матрица - HRC 25 - 35.
Цементации подвергают контактные рабочие поверхности шестерен, валов, пальцев поршней, клапанов, кулачковых шайб и других деталей. Степень упрочнения зависит от марки стали, содержания углерода в цементированном слое, глубины цементированного слоя, прочности, вязкости и твердости матрицы.
Жидкая цементация представляет собой процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя материала углеродом из жидкой среды и осуществляется в расплаве солей с. добавкой карбида кремния (например 75 - 85 % Nа 2 СО 3 , 10 - 15 % NaCl, 5 - 10 % SiC). Карбид кремния реагирует с содой с образованием свободного углерода, который диффундирует в материал. Процесс, насыщения проводится при 815 - 850 °С (в зависимости от состава стали) и применяется в основном для упрочнения сталей на малые глубины (до 200 мкм).
Цементация твердым карбюризатором . При таком способе цементации изделия помещают в металлические ящики, пересыпая их твердым карбюризатором - смесью древесного угля (75-80% объема) с активизаторами, которыми являются ВаСО 3 и Na 2 CO 3 . Ящики закрывают крышками, которые для большей герметичности обмазывают огнеупорной глиной. Затем их помещают в печь, где и нагревают до нужной температуры (900-950 °С). После окончания процесса ящики вынимают из печи, охлаждают и извлекают из них детали.
Процесс твердой цементации по сравнению с газовой имеет ряд недостатков: на его осуществление требуется больше времени (много вспомогательных операций); трудно поддается автоматизации и контролю; требуется больше обслуживающего персонала; оборудование громоздкое и т.п. Все это делает газовую цементацию более дешевым и современным процессом и сокращает применение твердой цементации.
После цементации на поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящей из перлита и вторичного цементита. Постепенно, по мере удаления от поверхности, содержание углерода уменьшается и следующая зона состоит уже только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество по мере удаления от поверхности увеличивается и, наконец, структура становится отвечающей составу стали. Непосредственно после цементации изделие не приобретает требуемых свойств. Это достигается термической обработкой. Все детали независимо от способа цементации обязательно подвергают закалке с низким отпуском.
Если сталь наследственно мелкозернистая или изделия не ответственного назначения, то закалку проводят один раз с 820- 850 °С. При этом обеспечивается получение мартенсита в цементованном слое и частичную перекристаллизацию и измельчение зерна сердцевины. При газовой цементации изделия по окончании процесса подстуживают до этих температур и затем проводят закалку.
Для более ответственных изделии применяют другой режим термической обработки:
1) закалку (или нормализацию) с 880-900 °С для исправления структуры сердцевины;
2) вторую закалку с 760-780 °С для получения мелкоигольчатого мартенсита в поверхностном слое.
Отпуск всегда проводят низкий при 160-180 о С, в результате в поверхностном слое получается структура отпущенного мартенсита, частично снимаются внутренние напряжения.
В поверхностном слое мартенсит отпущенный постепенно переходит и троостит, сорбит, а в сердцевине изделия сохраняется феррит с небольшим количеством перлита, как и до цементации.
После цементации и термической обработки твердость поверхностных слоев составляет 60-63 HRC .
Цементации подвергают разнообразные детали: зубчатые колеса, поршневые пальцы, червяки, оси и другие детали, иногда значительных размеров (например, крупногабаритные кольца и ролики шарикоподшипников).
Азотирование . Азотированием называется ХТО, при которой поверхностный слой детали насыщается азотом. При этом увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается и коррозионная стойкость.
Впервые азотирование осуществил Чижевский Н.П. в 1913 г.
Согласно диаграмме состояния Fe-N, азот образует с железом несколько фаз:
1) -фаза - азотистый феррит, содержащий при 20° С около 0,015 %N 2 , при 591° С - 0,42% N 2 ;
2) ’-фаза - твердый раствор на основе нитрида железа Fe 4 N (5,6-5,95 %" N a);
3) -фаза - твердый раствор на основе нитрида железа ;
4) -фаза- твердый раствор азота в -железе. Существует выше температуры эвтектоидного превращения (591 °С).
При азотировании изделии загружают в герметические печи, куда поступает аммиак NH 3 с определенной скоростью, который при нагреве диссоциирует по реакции 2NH 3 - 2N + 6Н. Атомарный азот, обладающий высокой активностью, поглощается поверхностью и диффундирует в глубь детали. Структура азотированного слоя (от поверхности в глубь изделия) состоит из фаз: + ’ - ’ - + ’ - + ’ изб. Фазы, получающиеся в азотированном слое углеродистой стали, не обеспечивают достаточно высокой твердости и образующийся слой хрупкий. Поэтому для азотировании применяют легированные стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан и другие элементы. Нитриды этих элементов очень дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью. Типовыми азотируемыми сталями являются 38ХМ10А и 35ХМ10А.
В зависимости от условий работы деталей различают две разновидности азотирования: для повышения поверхностной твердости и износостойкости (“твердостное” азотирование) и для улучшения коррозионной стойкости (антикоррозионное азотирование).
При “твердостном” азотировании детали азотируют при 500-520 °С, процесс продолжается от 21 до 90 ч (скорость азотирования составляет около 0,01 мм в час). Содержание азота в поверхностном слое достигает 10-12%, толщина слоя -- порядка 0,3-0,6 мм, твердость достигает 1000-1200 HV . Азотированию подвергают цилиндры моторов и насосов, шестерни, пресс-формы для литья под давлением, штампы, пуансоны и т.д.
При антикоррозионном азотировании азотированию подвергают изделия как из легированных, так и из углеродистых сталей. В этом случае азотирование проводят при 650-700 °С. Скорость диффузии увеличивается, продолжительность процесса сокращается до нескольких часов. На поверхности изделий образуется слой -фазы (0,01-0,03 мм), который обладает высокой стойкостью против коррозии.
Азотирование - окончательная, завершающая операция при изготовлении детали. Детали подвергают азотированию после окончательной механической и термической обработок - закалки с высоким отпуском. После такой термической обработки в деталях получается структура сорбита, которая сохранится в сердцевине изделияи после азотировании и обеспечит повышенную прочность и вязкость.
Сравнивая цементацию и азотирование, можно отметить следующее:
1) продолжительность цементации меньше продолжительности азотирования;
2) упрочненный слои получается более глубоким и допускает большие удельные давлении при эксплуатации;
3) твердость цементованного слоя в 1,5-2 раза меньше азотированного и сохраняется при нагреве только до 180 – 250 о С, в то время как азотированный слой сохраняет свою твердость до 600 – 650 о С
Цианирование и нитроцементация. Цианированием называется ХТО, при которой поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом. Цианированный слой обладает высокой твердостью, сопротивлением износу. Повышаются также усталостная прочность и коррозионная стойкость. Совместная диффузии углерода и азота происходит быстрее, чем каждого из этих элементов в отдельности, поэтому продолжительность цианирования обычно 0,5-2 ч. Цианирование бывает высокотемпературным при 800 - 950 °С и низкотемпературным при 540-560 °С. При высокотемпературном цианировании поверхность насыщается больше углеродом, чем азотом, т.е. этот процесс приближается к цементации. После такого цианировании изделия подвергают закалке с низким отпуском. Поверхностный слой после глубокого цианирования содержит 0,8 - 1,2% С и 0,2-0,3% N. Низкотемпературному цианированию подвергают детали, уже прошедшие термическую обработку, как и при азотировании. При таком цианировании поверхность насыщается главным образом азотом, глубина слоя составляет 0,015-0,03 мм.
По аналогии с цементацией цианирование подразделяют на жидкое и газовое, газовое цианирование называют нитроцементацией.
Жидкое цианирование , обеспечивающее высокую производительность, наиболее часто используют для обработки сталей. Его проводят в расплавленных цианистых солях, являющихся поставщиками активных атомов углерода и азота, например Na(CN) или Ca(CN) 2 .
Главный недостаток жидкостного цианирования - ядовитость цианистых солей. Этого недостатка нет при газовом цианировании.
Нитроцементация - газовое цианирование проводят в газовых смесях, содержащих 70-80% цементирующего газа и 20-30% аммиака. Состав газа и температура определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры процесса и продолжительности выдержки.
По сравнению с газовой цементацией нитроцементания имеет ряд преимуществ: меньше деформация и коробление изделий, больше сопротивление износу и коррозионная стойкость.
Нитроцементация осуществляется следующим образом: в контейнер загружается карбюризатор, в состав которого входят цианистые и углекислые соли (например 30- 40% K 4 Fe(CN) 6 , 10 % Nа 2 CO 3 и древесный уголь), которые, при нагревании разлагаются с выделением CO 2 и азота. Процесс насыщения может лимитироваться кинетикой химических реакций, доставкой CO 2 и азота к поверхности детали или диффузией C и N в матрицу, поэтому производительность такого способа невысока.
Обработку деталей производят в среде науглероживающих и азотирующих газов (например, аммиак 2 – 6 % с пропаном или светильным газом).
Основными характеристиками физико-химического состояния упрочненного при цианировании поверхностного слоя являются твердость, толщина, а также зафиксированные значения концентраций углерода и азота. На эти характеристики особое влияние оказывает температура процесса (при повышении температуры содержание углерода в поверхностном слое растет, а при ее снижении - увеличивается концентрация азота). Так как цианирование является по сути дела суперпозицией цементации и азотирования, то можно сказать, что при высокой температуре процесс больше приближается к цементации, а при низкой - к азотированию, поэтому цианирование разделяют на высокотемпературное (800 - 950 °С) и низкотемпературное (500 - 600 °С).
Низкотемпературному цианированию подвергают режущий инструмент из быстрорежущей стали (фрезы, метчики, сверла, зенкеры), а также углеродистые стали. Сущность процесса цианирования углеродистых сталей состоит в насыщении сталей азотом и углеродом, которое осуществляется в цианистых солях (40 % K,CN + 60 % NaCN) при пропускании сухого воздуха. В результате такой обработки, которая реализуется при 570 °С в течение 0,5 - 3 ч, на поверхности детали формируется тонкий (10 - 15 мкм) карбонитридный слой Fe 3 (CN), менее хрупкий, чем чистые карбиды и нитриды (Fe 3 C и Fe 3 N) и в то же время обладающий хорошим сопротивлением износу. Между этим слоем и матрицей образуется подслой азотистого твердого феррита (на легированных сталях твердость достигает 600 - 1000 HV) толщиной 200 - 500 мкм.
Высокотемпературное цианирование применяют для обработки простых и легированных средне- и низкоуглеродистых сталей. Насыщение обычно проводят в расплавленных солях следующих составов: 40 % NaCN, 40 % NaCl, 20 % Na 2 CO 3 (температура расплава 820 - 850 °С) или 6 % NaCN, 80 % BaCl 2 , 14 % NaCl (900 - 950 °C). Увеличение содержания цианистых солей способствует повышению концентрации С и N в поверхностном слое.
Толщина модифицированной зоны зависит от состава расплава, температуры и продолжительности процесса. Средняя скорость высокотемпературной нитроцементации составляет 80 - 100 мкм/ч. Для конструкционных сталей = 15 - 500 мкм, а твердость превышает HRС э 58 (для быстрорежущих сталей - 10 - 60 мкм и HRС э 60 - 72 соответственно). Цианированный слой по сравнению с цементированным обладает большей твердостью и более высоким сопротивлением износу и коррозии. 208-214 c..
Удаление кислорода
Кислород, остающийся после деаэрации может быть полностью удален добавлением в питательную воду химического поглотителя кислорода, такого как гидразин, диэтилгидроксиламин или сульфит натрия.
В результате реакции обработки гидразином получаются вода и азот, который является нейтральным газом и не взаимодействует с металлом системы. Эти продукты реакции не увеличивают содержание твердых частиц в котловой воде, как это имеет место при использовании других поглотителей кислорода, таких как сульфит натрия.
N 2 H 4 + O 2 → 2H 2 O + N 2
Ввод гидразина имеет преимущества. При надлежащей обработке воды и необходимой концентрации гидразина после работы котельной установки в течении короткого времени образуется защитная пленка черного окисла железа - магнетита Fe 3 O 4 . В это же время не защищающий поверхность металла окисел железа красного цвета Fe 2 O 3 - гематит медленно превращается в магнетит. Эта пленка магнетита пассивирует поверхность металла.
Если допустить отсутствие избытка гидразина, кислород не будет удален из системы. При этом пленка магнетита будет превращаться в гематит и коррозия металла начнется снова.
В связи с тем, что гидразин является летучим, часть его уносится вместе с паром. Поэтому металл конденсатной системы также может быть защищен. В результате ряда реакций, подобных приведенной выше для металлов, содержащих железо, цветные металлы также в меньшей степени подвергаются коррозии. Так например, окисел меди CuO преобразуется в защищающий окисел Cu 2 O.
4CuO + N 2 H 4 → 2Cu 2 O + 2H 2 O + N 2
Последний из появившихся в морской практике поглотителей кислорода - диэтилгидроксиламина, известный также как DEHA. В дополнение к поглощению кислорода DEHA образует пассивирующую пленку магнетита, препятствующую коррозии.
В результате реакции поглощения кислорода при использовании DEHA образуются уксусная кислота, азот и вода. В котловой воде основная щелочность нейтрализуется уксусной кислотой и удаляется с продуванием в виде уксуснокислого натрия.
4(C 2 H 5)2NOH + 9O 2 → 8CH 3 COOH + 2N 2 + 6H 2 O
Другой особенностью DEHA является летучесть, подобная летучести морфолина. Она имеет место в питательной воде, котле и конденсатной системе, где происходит поглощение кислорода,
пассивация поверхности металла и нейтрализация конденсата остаточным содержанием DEHA.
Альтернативным поглотителем кислорода является сульфит натрия (Na 2 SO 3). Это соединение вступает в реакцию с растворенным в воде кислородом с образованием более стойкого соединения - сульфата натрия (Na 2 SO 4). В результате этого процесса происходит эффективное удаление растворенного кислорода с одновременным добавлением в воду растворимых твердых веществ. Поэтому сульфит натрия обычно не рекомендуется для котлов высокого давления, где выдвигается требование минимизации содержания растворимых твердых веществ.
Сульфит натрия не является летучим и не является пассиватором металла. Он остается в котловой воде, и не способствует защите конденсатной системы.
Na 2 SO 3 + 1/2О 2 = Na 2 SO 4
(Сульфит натрия) + (Кислород) = (Сульфат натрия)
Контроль уровня рН конденсата
Как было разъяснено ранее, СО 2 в газообразном виде вступает в реакцию с конденсатом с образованием угольной кислоты. При отсутствии химической водообработки эта угольная кислота уменьшает уровень рН конденсата. Уровень рН может поддерживаться в заданных пределах, безопасных по условиям коррозии, непрерывным дозированным вводом нейтрализующего амина, такого как морфолин или циклогексамин.
КИСЛОТНАЯ КОРРОЗИЯ
Кислотная коррозия трубок и барабанов котлов обычно проявляется в форме общего утонения всей поверхности металла.
Кислотная коррозия, за исключением вызываемой присутствием СО 2 , имеет место в случае, когда в питательную воду попадает вода, содержащая соли, унесенные в испарителе, или протечки морской воды в конденсаторе. При поступлении в систему котловой воды содержащегося в морской воде хлористого магния (MgCl 2), происходит диссоциация его с образованием ионов магния (Mg +2) и хлора (Cl -). Ионы хлора (Cl -) взаимодействуют с ионами водорода, что приводит к уменьшению уровня рН котловой воды и кислотной коррозии поверхности металла.
Ионы магния (Mg +2) взаимодействуют с фосфатами (PO 4 -3) и ионами гидроксила (ОН -), если они имеются в воде, с образованием шлама. Ионы магния вступают в реакцию только с ионами фосфатов с образованием фосфата магния - мягкого липкого осадка, который имеет тенденцию удерживать все другие осадки на поверхности труб.
Все отложения на поверхности труб ухудшают передачу тепла и способствуют возникновению условий их разрушения. В воде, удерживаемой на напряженной теплопередающей поверхности под этими отложениями, будет увеличиваться концентрация кислоты или щелочи. В этом случае скорости коррозии становятся очень большими и в течение очень короткого времени происходят серьезные местные повреждения.
ВОДОРОДНОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ
Этот тип коррозии заключается в охрупчивании или растрескивании металла труб, нарушении структуры металла.
Ионы водорода образуются в результате повышения концентрации кислот под слоем твердого осадка. Ионы водорода (Н +) - самые маленькие из всех элементов и могут проникать через границы зерен металла труб. Они вступают в реакцию с атомами углерода, имеющимися в стали, с образованием метана.
Метан (СН 4) имеет большие молекулы газа, которые вызывают образование давления внутри металла. Высокое давление, наряду с ослаблением связей, вызванным вымыванием графита, побуждают зерна стали к отделению. Таким образом, в металле образуются трещины.
Водородное охрупчивание развивается очень быстро. Металл труб разрушается, когда поврежденная часть не может более противостоять внутреннему давлению.
ЩЕЛОЧНАЯ КОРРОЗИЯ
Щелочная коррозия характеризуется неоднородным характером разрушения металла. Ее часто называют "щелочное растрескивание".
Щелочная коррозия является следствием избыточного содержания свободных ионов гидроксила (ОН) в котловой воде, на что указывает очень высокое значение рН.
Подобно кислотной, щелочная коррозия может возникать под слоем отложений, образующихся на теплопередающих поверхностях, способствующих повышению концентрации ионов гидроксила и вызывающих развитие местной коррозии.
Щелочная коррозия имеет место в горизонтальных или наклонных трубах, когда из-за сильного кипения или сепарации пара и воды их внутренняя поверхность оказывается покрытой паром. Котловая вода, содержащая ионы гидроксила, может в виде брызг попадать на покрытые паром поверхности нагрева, на которых после упаривания воды увеличивается концентрация ионов гидроксила.
КАУСТИЧЕСКОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ
Эта форма коррозии является разновидностью межкристаллитного растрескивания. При вступлении воды, имеющей высокую концентрацию каустической щелочи, в контакт со сталью, испытывающей механические напряжения, возникает межкристаллитная коррозия. (Металлы могут быть подвергнуты релаксации остаточных напряжений). Коррозия этого типа имеет место на границах кристаллов металла или сплава.
КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ
Коррозионное растрескивание проявляется в виде ряда тонких трещин на стенках труб. Наличие этих трещин усугубляется условиями, способствующими развитию коррозии других видов, что, в конце концов, приводит к разрушению трубы.
Этот вид коррозии обычно характерен для стенок труб котлов высокого давления. Она обычно возникает в высокотемпературной части труб, где циркуляция носит неустойчивый характер, и материал труб испытывает переменные напряжения.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КОРРОЗИИ
Следует следить за работой испарителя, чтобы не допускать уноса солей, который вызовет появление их в котловой воде, как описано выше. Следует следить за состоянием труб конденсатора, чтобы не допустить протечек, приводящих к поступлению в систему морской воды.
Чтобы не превысить паропроизводительность котла, что может привести к нарушению циркуляции и контакту стенок труб с паром, котел должен эксплуатироваться на спецификационных режимах.
Для предотвращения касания пламенем факела труб, стенки которых контактируют с паром, очень важно следить за формой и направлением факела и распылом топлива.
ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Кислотная коррозия может быть предотвращена поддержанием заданной щелочности котловой воды. Правильная дозировка щелочных препаратов, таких, как едкий натр ( жидкая концентрированная щелочь) позволит поддерживать щелочность в рекомендованных пределах и не допустить возникновения кислотной коррозии.
Пожалуйста, имейте в виду: уровень щелочности может быть измерен непосредственно в "ppm" или косвенно по значению pH. Поддерживайте значение щелочности или pH в рекомендованных пределах в соответствии с программой водообработки.
Щелочная коррозия чаще всего возникает в котлах высокого давления (60 кгс/см 2 и более) в присутствии свободной каустической щелочи. Drew ULTRAMARINE координированный фосфат - pH, используемая в котлах высокого давления, не допускает наличие свободных ионов гидроксила (ОН -) в котловой воде. Поддержание баланса препаратов, используемых для обработки воды, минимизирует концентрации свободной каустической щелочности.
Применение программы водообработки котловой воды Drew ULTRAMARINE координированный фосфат - pH способствует уменьшению водородного охрупчивания, в первую очередь благодаря действию фосфатов и поддержанию pH в котловой воде.
Вы можете сообщить о неточности в описании - выделите её и нажмите
Химическая обработка в производстве полупроводниковых приборов охватывает основные технологические операции, перечисленные ниже.
Химическая обработка фосфатами и танинами на силикатные растворы не действует.
Питатель ванны ЬТШ-18. Химическая обработка производится в баках, заполненных льняным маслоя. Затем электроды помещаются в баки для хлорирования. Хлорирование графита в холодной воде продолжается п течение суток. Этим процесс химической обработки, анодов заканчивается.
Химические обработки до цветения и сразу после цветения в борьбе с вредителями почек и листьев (смородинный почковый клещ, пилильщики, пяденицы, тли), генеративных органов (крыжов-никовая огневка) и скелетных частей (стеклянница и златка), а также в борьбе с мучнистой росой и антракнозом.
Химическая обработка заключается в последовательном травлении в растворах соляной и азотной кислот определенной концентрации при определенных температурах с промежуточными промывками в воде и должна проводиться тщательно и осторожно во избежание существенной порчи выпрямителя.
Химическая обработка начинается в растворе азотнокислого серебра, причем картина получается очень четкой. Пленка сульфида, образующаяся при дополнительной обработке реактивом На, независимо от химического состава должна вызывать такой же эффект, как и оксидная пленка при термическом травлении.
Химическая обработка осуществляется путем введения химического реагента в промежуточный блок с ОА, который оборудован гидравлическими переме-шивателями или комбинированными системами гидравлических и механических пере-мешивател ей.
Химическая обработка (фосфатирование, травление с пассивированием покрываемой поверхности) необходима для получения высококачественных покрытий, так как она улучшает адгезию полимерного покрытия к металлической основе.
Влияние термообработки на свойства волокон из поли-д-бензамида, полученного в присутствии. Химическая обработка широко применяется для модификации алифатических полиамидов. По отношению к ароматическим полиамидам это направление к настоящему времени развито недостаточно, хотя имеющиеся данные указывают на плодотворность химической обработки.
Химическая обработка также сопровождается удалением на некоторую толщину поверхностных слоев материала матрицы. Обычно эта обработка включает операции обезжиривания, щелочное или кислотное травление, и иногда сочетание того и другого, пассивирование поверхности. После каждой из перечисленных операций обязательно применяется промывка. Реактивы для химической обработки подбирают индивидуально для каждой матрицы. Технологические параметры процесса химической обработки, включающие концентрацию травителей, температуру и время обработки, определяют экспериментально из условий обеспечения необходимого качества поверхностных слоев, сохранения этого качества в течение некоторого времени (включающего промежуток между операциями химической обработки и диффузионной сварки) и съема поверхностных слоев матрицы заданной толщины. Последнее условие связано с тем, что в качестве матрицы обычно применяют фольги малой толщины (0 007 - 0 1 мм) и удаление с поверхности слоя в несколько микрон в дальнейшем может значительно изменить соотношение матрицы и упрочнителя в композиционном материале.
Диаграмма прочности сварного соединения конструкционной стали 45 стали 45 от способа обезжиривания. Режим сварки. 1000 С, т5 мин., Р20 - 4 мм рт. ст., Р2 кг / мм2. Химическая обработка и промывка - поверхности позволяют стабилизировать прочностные характеристики соединения. Причем действия различных сред различны. При обезжиривании, например, четыреххлористым углеродом прочность повышается на 14 %, по сравнению с протиркой ацетоном.
Химическая обработка газообразным хлором или водным раствором хромпика, являющихся сильными окислителями, дает хорошие результаты, но нетехнологична из-за трудности регулирования степени обработки, применения вредных веществ и проблемы их удаления после использования, многостадийности процесса.
Химическая обработка и способы получения и очищения золота и платины.
Схематическое изображение анодов с гладкой (а и шероховатой (б поверхностью. Химическая обработка представляет собой травление анодной фольги в растворах, разъедающих алюминий. Чаще всего используются такие варианты травящих растворов: а) 400 - 600 ел3 НС1 на 1000 см3 Н3О при 70 - 90 С; б) 250 - 600 см3 НС1 и 0 15 - 1 25 г СиС12 на 1000 см3 Н2О при 65 - 85 С; в) 200 - 300 см3 НС1 и 150 - 200 см3 HNOS на 1000 см3 Н2О при 90 - 95 С.
Схематическое изображение анодов с гладкой (а и шероховатой (б поверхностью. Химическая обработка позволяет получить увеличение Суд анодов до 8 - 10 раз по сравнению с гладкими анодами. Дальнейшее увеличение удельной емкости требует применения чрезмерной глубины травления, связанной с необходимостью использования анодной фольги увеличенной толщины и затрудняющей отмывку ионов хлора, остающихся в порах после травления.
Химическая обработка может применяться как самостоятельно, так и в сочетании с ультразвуковой. Существенным недостатком химической очистки подложек является необходимость контролировать чистоту моющего раствора для предотвращения загрязнения подложки веществами, ранее растворенными в моющем растворе. Обязательным условием финишной промывки является постоянное обновление моющей среды.
Химические обработки не освобождают растения полностью от сиреневого клеща. После прекращения химических обработок зараженность сирени клещом через 1 - 2 года восстанавливается до первоначальной. Поэтому были испытаны также другие методы борьбы с ним.
Химическая обработка (травление) трубопроводов для систем состоит из следующих операций: а) травление в растворе кислоты; б) промывка проточной водой; в) нейтрализация; г) промывка горячей водой; д) сушка; е) смазка машинным маслом; ж) заглушка концов труб деревянными пробками.
Химические обработки позволяют сохранить на каждом гектаре около 2 5 ц зерна.
Химическая обработка менее трудоемка и может быть более производительна, чем механическое фрезерование.
Химическая обработка применяется чаще всего для защиты деталей от коррозии (оксидирование, фосфатирсвание); в качестве грунта под краски и лаки (фосфатирование); для окрашивания металлов; с целью улучшения прирабатываемое трущихся поверхностей.
Химическая обработка в зависимости от типа прибора и стадии технологического процесса может быть выполнена различными методами и является обязательной операцией, предшествующей всем термическим операциям. После механической обработки химическую обработку проводят для удаления механически нарушенного слоя полупроводника и очистки поверхности.
Химическая обработка может не дать должного эффекта, если ядохимикат будет смыт дождем с растений или после обработки прилетят новые партии клопов на эти массивы, или резко снизится температура воздуха.
Химическая обработка является основным средством приведения свойств бурового раствора в соответствии с конкретными геолого-техническими условиями. Считается целесообразным применение более дорогих реагентов, если желаемый эффект достигается небольшими редко вводимыми добавками направленного действия, безопасными в экологическом отношении и хорошо сочетающимися с другими материалами.
Химическая обработка, компенсация дисбаланса, а также переделка (кроме калибровки профилирования и пропитки бакелитом) скоростных кругов не допускается.
Химические обработки и микробиопрепараты применяют дифференцированно по зонам хлопкосеяния.
Химическая обработка имеет целью за счет окисления поверхности создать на ней полярные группы (ОН, СО и др.), способные к химическому или адсорбционному взаимодействию с клеями. Для полиолефинов такими реагентами являются различные хромовые смеси, перманганат калия, концентрированная серная кислота и другие окислители. В частности, хорошие результаты получатся при обработке полиэтилена в течение 1 - 10 мин при температуре 70 - 100 С в смеси: 50 г К2Сг207, 880 г 98 % - й H2SO4 и 70 г Н2О с последующей промывкой в воде.
Химическая обработка показала, что на посевах кукурузы отпадает необходимость часто проводить механические рыхления междурядий. Использование гербицидов, особенно симазина и атразина, позволяет полностью перейти к возделыванию кукурузы без затрат ручного труда.
Химическая обработка не получила широкого распростра -, нения, так как применение этого метода осложняется большим количеством щелоков, сбрасываемых целлюлозными заводами, и, следовательно, большим расходом реагентов, а также большим объемом получающегося осадка.
Химическая обработка в растворе сульфата никеля при рН Зч-6 предварительно протравленных заготовок является важнейшей операцией в технологическом процессе подготовки стали к эмалированию. На поверхности стали образуется никелевая пленка, выполняющая функцию агента сцепления при обжиге грунта или эмали, не содержащих NiO. Однако в производственных условиях не всегда достигаются благоприятные результаты и поэтому эта обработка применяется не на всех заводах.
Химическая обработка значительно изменяется в зависимости от обрабатываемого материала.
Химическая обработка в растворе сульфата никеля при рН 3-ьб предварительно протравленных заготовок является важнейшей операцией в технологическом процессе подготовки стали к эмалированию. На поверхности стали образуется никелевая пленка, выполняющая функцию агента сцепления при обжиге грунта или эмали, не содержащих NiO. Однако в производственных условиях не всегда достигаются благоприятные результаты и поэтому эта обработка применяется не всегда.
Химическая обработка пестицидами должна проводиться только после предварительного обследования и установления специалистом по защите растений целесообразности такой обработки. Запрещается обработка пестицидами участков, не нуждающихся в ней. Внесение пестицидов в почву, обработка растений должны проводиться с учетом их фонового содержания в почве таким образом, чтобы суммарное количество препарата не превышало предельно допустимых количеств. Обработка пестицидами проводится в установленные сроки с обязательным соблюдением норм расхода и кратности внесения препарата.
Химическая обработка должна обеспечивать хорошее смешивание образца и индикатора. Она состоит в растворении или разложении образца и может включать превращение элемента образца и индикатора в одно и то же химическое соединение. Следует отметить следующие две особенности.
Химическая обработка может эффективно применяться как в сочетании с ультразвуковой, так и самостоятельно.
Химическая обработка обычно применяется для изделий сложной формы, в частности, крупных изделий, когда иные способы обработки неприменимы. Она включает погружение изделия (из ПЭНП или ПЭВП) в травящий раствор, например, в хромовую кислоту , перманганат, серную или хлорсульфо-новую кислоты. Исследования методом инфракрасной спектроскопии обнаруживают значительные химические изменения на поверхности в случае ПЭНП, но не ПЭВП или ПП.
Зависимость отношения показателей фильтрации корки 4 % - ой суспензии бентонита для воды (Г7К 10 8 105 с / м и для водных растворов реагентов и электролитов от концентрации. / - ГПАА. 2 - КМЦ-500. 3 - УЩР. 4 - Na2SiO3. 5 - NaCI. 6 - KCI. 7 - CaCI2. 8 - MgCI2.| Зависимость показателя фильтрации корок / 7К от концентрации полимерных реагентов, которыми обрабатывались исходные корки перед фильтрацией 20 % - ной суспензии каолина. 7 - ГПАА. 2 - метас. 3 - КМЦ-500. Химическая обработка дает возможность модифицировать поверхность поровых каналов в фильтрационной корке. Определяющую роль в этом случае играет активность структурообразующей фазы.
Химическая обработка основана на окислении ртути с превращением ее в оксид или хлорид. Метод, основанный на взаимодействии ртути с 20 % - ным водным раствором хлорида железа, считается одним из наиболее простых и надежных. Обрабатываемую поверхность обильно смачивают раствором и несколько раз протирают щеткой для лучшего эмульгирования ртути, а затем оставляют до полного высыхания.
Химическая обработка состоит из операций обезжиривания и травления поверхности.
Химическая обработка материалов в производстве полупроводниковых приборов производится обычно водными растворами кислот и щелочей и органическими растворителями. По мере приближения к конечным операциям сборки прибора чистоте воды и химикатов следует уделять все больше внимания.
Химическая обработка отходов должна применяться в сочетании с другими возможными способами обработки, например разделением.
Химическая обработка шпона производится в ваннах (рис. 46), оборудованных змеевиками для подачи пара и сжатого воздуха. Шпон укладывают в ванну таким образом, чтобы к его поверхности свободно проникал раствор щелочи.
Ванна для химической обработки шпона. Химическая обработка шпона производится в ваннах (рис. 103), оборудованных змеевиками для подачи пара и сжатого воздуха. Шпон укладывают в ванну таким образом, чтобы к его поверхности свободно проникал раствор щелочи.
Химическая обработка стекла преследует цель устранения дефектов, имеющихся на поверхностном слое. Это осуществляется травлением поверхности чаще всего плавиковой кислотой на глубину от 50 до 150 мк обработкой ее кремнийорганическими жидкостями, которые как бы залечивают дефекты.
Химическая обработка спирта является вспомогательной операцией, содействующей очистке спирта от примесей, трудно выделяемых методом ректификации. Химическая очистка рассчитана на устранения из сырца кислот, эфиров, альдегидов и непредельных соединений.
Химические обработки дают быструю отдачу с наименьшими затратами времени и средств, но применять их целесообразно в том случае, когда все другие методы не дают положительного эффекта. Такой подход обусловливается тем, что химические вещества, применяемые для защиты растений, особенно при условии неразумного их использования, загрязняют пищевые продукты и окружающую среду. Осторожность применения химических препаратов должна быть проявлена и потому, что еще недостаточно изучено действие многих из них на теплокровные организмы.
Вторичная химическая обработка заключается в поддержании свойств раствора, полученных при первичной обработке. Изменение свойств промывочного раствора в процессе бурения, определяемое характером влияния на раствор проходимых пород, степенью минерализации подземных вод и рядом других факторов, может потребовать многократную вторичную обработку. Интервал, через который необходимо производить дополнительную вторичную обработку, обусловлен интенсивностью изменения свойств раствора.
Химическая обработка пласта предусматривает закачку в него растворов химически активных реагентов (соляной кислоты, глинокислоты и т.п.) и их химическое взаимодействие с минеральным скелетом коллектора и заполняющим поро-вое пространство веществом.
Химическая обработка земель или их химическая активация заключается в продолжительном нагревании их при перемешивании с разбавленной соляной или серной кислотой.
Cтраница 1
Химическая обработка металлов состоит в образовании окисных и других соединений на поверхности металлов под действием специальных химических растворов. Качество образующихся пленок зависит от химического состава раствора, температурного режима обработки, времени выдержки деталей в растворе и качества подготовки поверхностей перед обработкой.
Сущность химической обработки металлов состоит в образовании окисных и других соединений на поверхности металлов под воздействием специальных химических растворов.
Способ химической обработки металлов известен с незапамятных времен, истоки его восходят к древним египтянам, которые задолго до нашей эры использовали травление в декоративных целях. С XVIII столетия химическая обработка широко применяется в граверном искусстве, а затем и в полиграфическом производстве.
При химической обработке металлов (травление, оксидирование, анодирование и др.) погружать в раствор изделие и вынимать из него следует только с помощью специальных приспособлений или подходящего инструмента.
Прочие методы химической обработки металла - фторирование, нитрирование и др. Нагревостойкая электроизоляционная пленка на поверхности А1, Ni, Cu, Mg, Сг может быть получена воздействием газообразного фтора на металл при повышенной температуре. На алюминии при этом получается пленка фторида алюминия A1F3, на меди - пленка фторида меди CuF2, на остальных металлах - соответствующие фториды. Так, пленка A1F3 толщиной 1 мкм может быть образована в потоке фтора при 500 С. Фторид алюминия может быть также получен при обработке алюминия фтористым водородом.
Гальванические покрытия и химическую обработку металлов широко попользуют при ремонте оборудования, технической оснастки и инструмента.
Ряд покрытий, получаемых химической обработкой металла, включает защитные покрытия, образующие непосредственно на поверхности металла. Образование на поверхности металлических изделий защитных оксидных пленок в технике называют оксидированием. Некоторые процессы имеют специальные названия. Так, например, процессы нанесения на сталь оксидных пленок иногда называют воронением, а электрохимическое оксидирование алюминия - анодированием.
К ряду покрытий, получаемых химической обработкой металла, относятся защитные покрытия, образующиеся непосредственно на поверхности металла. Образование на поверхности металлических изделий защитных оксидных пленок носит в технике общее название оксидирование. Некоторые процессы имеют специальные названия. Так, например, процессы нанесения на сталь оксидных пленок иногда называют воронением, а электрохимическое оксидирование алюминия - анодированием.
К разряду покрытий, получаемых химической обработкой металла, относятся защитные покрытия, образующиеся в результате химического взаимодействия непосредственно на поверхности металла.
Однако кислотное травление остается основным видом химической обработки металлов, широко распространенным на металлургических, машиностроительных и других предприятиях.
Таким образом, в растворах для электрохимической и химической обработки металлов на электроде в отсутствие тока устанавливается стационарный потенциал.
В табл. 4 указаны основные размеры типовых ванн электролитической и химической обработки металлов, разработанные НИИХИММАШЕМ.
Направление научных исследований: разработка клеев для эластомеров и прикладные исследования в этой области; продукты для химической обработки металлов.
Матовую поверхность или своеобразную фактуру, рисунок, который сохраняется после оксидирования, можно получить механической или химической обработкой металла, а в некоторых случаях их последовательным применением. Декоративный рисунок получают накаткой, тиснением, точением с применением алмазного инструмента. Своеобразная кристаллическая текстура выявляется при травлении металла после его механической и термической обработки. Алюминиевые детали подвергают ре-кристаллизационному отжигу в течение 30 мин при 500 - 550 С с последующим охлаждением на воздухе. После этого проводят анодное травление деталей в электролите, содержащем по 150 г / л NaCl и НМОз, при плотности тока 20 - 30 А / дм2 в течение 5 - 10 мин. При этом выявляется текстура металла, образовавшаяся в результате предшествующей обработки.
Химически стойкая керамика (табл. 42) находит применение для изготовления или футеровки различных емкостей, в которых осуществ ляется химическая обработка металлов. Химически стойкая керамика отличается малой пористостью, полной непроницаемостью для жидкостей, достаточно большой механической прочностью, а также удовлет - ворительной термостойкостью. Химически стойкую керамику подраз деляют на футеровочную, насадочную и аппаратурную.
Хи́мико-терми́ческая обрабо́тка мета́ллов, одновременное термическое и химическое воздействие на металл с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя обрабатываемого материала. Химико-термической обработке подвергаются изделия из различных сортов стали, чугуна, чистых металлов, сплавов на основе никеля, молибдена, вольфрама, кобальта, ниобия, меди, алюминия. В результате химико-термической обработки можно получить упрочнение поверхностных слоев этих материалов (повышение твердости, усталостной прочности, износостойкости), изменение физико-химических и других свойств (коррозионных, фракционных). От поверхностной закалки данный вид обработки отличается тем, что предварительно производят насыщение поверхности обрабатываемых изделий различными элементами: углерода - цементация , азота - азотирование , углерода и азота - нитроцементация , цианирование , бора - борирование , алюминия - алитирование , кремния - силицирование , хрома - хромирование . Проникая в основную решетку металла, атомы соответствующего элемента образуют твердый раствор внедрения или замещения, либо химическое соединение.
Процесс химико-термической обработки протекает в три последовательные стадии. На первой стадии происходит образование активных атомов в насыщающей среде вблизи поверхности или непосредственно на поверхности металла. Этот процесс обусловлен диссоциацией, которая заключается в распаде молекул и образовании активных атомов диффундирующего элемента (например, диссоциацией окиси углерода, сопровождающейся выделением элементарного углерода, или диссоциацией аммиака с выделением азота).
Далее происходит адсорбция (сорбция) образовавшихся активных атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и образуются химические связи с атомами металла. Адсорбция является сложным процессом, который протекает на поверхности насыщения нестационарным образом. Различают физическую (обратимую) адсорбцию и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При химико-термической обработке эти типы адсорбции накладываются друг на друга. Физическая адсорбция приводит к сцеплению адсорбированных атомов насыщающего элемента (адсорбата) с образовываемой поверхностью (адсорбентом) благодаря действию Ван-дер-ваальсовых сил притяжения , и для нее характерна легкая обратимость процесса адсорбции - десорбция. При хемосорбции происходит взаимодействие между атомами адсорбата и адсорбента, которое по своему характеру и силе близко к химическому.
Следующая стадия химико-термической обработки – диффузия, то есть перемещение адсорбированных атомов в решетке обрабатываемого металла. Процесс диффузии возможен только в том случае, когда диффундирующий элемент может растворяться в обрабатываемом материале, и происходит при достаточно высокой температуре, обеспечивающей энергию, необходимую для протекания процесса. Глубина диффузии, на которую элемент проникает вглубь материала, возрастает с повышением температуры (по экспоненциальному закону) и с увеличением продолжительности процесса (по параболическому закону). Диффузионный слой, образующийся, например, при химико-термической обработке деталей, изменяя структурно-энергетическое состояние поверхности, оказывает положительное влияние не только на физико-химические свойства поверхности, но и на их объёмные свойства. Мощность диффузионного потока, т. е. количество образующихся в единицу времени активных атомов, зависит от состава и агрегатного состояния насыщающей среды, которая может быть твердой, жидкой или газообразной, взаимодействия отдельных составляющих между собой, температуры, давления и химического состава обрабатываемого материала.
Толщина диффузионного слоя, а, следовательно, и толщина упрочненного слоя поверхности изделия, является наиболее важной характеристикой химико-термической обработки. Чем выше концентрация диффундирующего элемента на поверхности, тем больше толщина слоя. Чем выше температура процесса, тем больше скорость диффузии атомов, а следственно, возрастает толщина диффузионного слоя. Границы зерен являются участками, где диффузионные процессы облегчаются из-за наличия большого числа дефектов кристаллического строения. Если растворимость диффундирующего элемента в металле мала, то часто наблюдается преимущественная диффузия по границам зерен
Концентрация диффундирующего элемента на поверхности металла и сплава, а также структура и свойства диффузионного слоя зависят от метода химико-термической обработки. Химико-термическая обработка придает изделиям повышенную износостойкость , жаростойкость , коррозионную стойкость, усталостную прочность.
