Анализ коррозионной стойкости порошковых покрытий для защиты деталей лесных машин

В статье рассматривается эффективность использования защитных коррозионностойких порошковых покрытий, нанесенных на стальные элементы конструкции лесных машин методом холодного газодинамического напыления (ХГДН). Для нанесения защитных покрытий было изготовлено 32 образца размером 100×20×3 мм из стали марки Ст3сп. В качестве оборудования для напыления использовалась установка ХГДН с низким давлением «Димет-405». В исследовании были рассмотрены 4 вида покрытия: на основе меди – C-01-01; цинка – Z-00-11; никеля – N3-00-02; алюминия с добавлением цинка – A-80-13. Для каждого вида порошкового покрытия был произведен морфологический анализ частиц и определен гранулометрический состав. Полученные образцы испытывались в условиях: соляного тумана, соляного тумана и воздуха и морской воды. Продолжительность коррозионных испытаний составила 720 ч. По результатам испытаний определялись значения коррозионных потерь образцов. Была произведена статистическая обработка полученных данных. Кроме того, был проведен металлографический анализ образцов. Наилучшую коррозионную стойкость во всех испытаниях показали образцы с покрытиями на основе цинка (Z-00-11) и алюминия с цинком (A-80-13). Результаты металлографического анализа показали, что на образцах с покрытиями на основе цинка и алюминия с цинком не было выявлено очагов коррозии стали после завершения испытаний, а коррозионные потери были вызваны истончением защитных покрытий в результате воздействия агрессивной среды. При этом на остальных образцах присутствуют явные очаги коррозии стали. Результаты исследования показали, что для стальных элементов конструкции лесных машин наиболее предпочтительными являются композиционные покрытия на основе цинка и алюминия.

1. Алхимов А.П., Гулидов А.И., Косарев В.Ф., Нестерович Н.И. Особенности деформирования микрочастиц при ударе о твердую преграду // Прикладная механика и техническая физика. 2000. Т. 41, №1. С. 204–209.

2. Алхимов А.П., Клинков С.В., Косарев В.Ф., Фомин В.М. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. М.: Физматлит, 2010. 536 с.

3. Балданов К.П., Бураев М.К., Рязанов П.Г. К расчету параметров холодного газодинамического напыления деталей машин с использованием установки ДИ-МЕТ-405 // Вестник ВСГУТУ. 2019. № 1(72). С. 69–73.

4. Геращенков Д.А. Износо-коррозионностойкий сплав на основе алюминия для наноструктурированных покрытий: пат. 2413024 Рос. Федерация; заявл. 16.11.09; опубл. 27.02.11.

5. Павлов И.С. Определение влияния технологических параметров режимов напыления на структуру и свойства функциональных покрытий на основе Al2O3 и Cu, полученных методом холодного газодинамического напыления низкого давления // Международный научно-исследовательский журнал. 2023. №4 (130). С. 1–15.

6. Assadi H., Gartner F., Stoltenhoff T., Kreye H. Bonding mechanism in cold gas spraying // Acta Materialia. 2003. Vol. 51, no. 15. P. 4379–4394.

7. Champagne V., Helfritch D. The unique abilities of cold spray deposition // International Materials Reviews. 2016. Vol. 61 (7). P. 437–455. DOI: 10.1080/09506608.2016.1194948.

8. De Force B., Eden T., Potter J. Cold spray Al-5% Mg coatings for the corrosion protection of magnesium alloys // Journal of Thermal Spray Technology. 2011. Vol. 20, no. 6. P. 1352–1358.

9. Ghelichi R., Bagherifard S., Guagliano M., Verani M. Numerical simulation of cold spray coating // Surface and Coatings Technology. 2011. Vol. 205. P. 5294–5301. Jodoin B., Raletz F., Vardelle M. Cold spray modeling and validation using an optical diagnostic method // Surface and Coatings Technology. 2006. Vol. 200, iss. 14–15. P. 4424–4432.

10. Katanoda H., Fukuhara M., Iino N. Numerical study of combination parameters for particle impact velocity and temperature in cold spray // Journal of Thermal Spray Technology. 2007. Vol. 16, no. 5–6. P. 627–633. DOI: 10.1007/s11666-007-9087-7.

11. King P., Bae G., Zahiri S., Jahedi M., Lee C. An experimental and finite element study of cold spray copper impact onto two aluminum substrates // Journal of Thermal Spray Technology. 2010. Vol. 19, no. 3. P. 620–634.

12. Koh P.K., Cheang P., Loke K., Yu S., Siao Ming Ang A. Deposition of amorphous aluminium powder using cold spray // Thermal Spray 2012: Proceedings from the Int. Thermal Spray Conf. and Exposition. Houston, 2012. P. 22–24.

13. Lee K.A., Jung D.J., Park D.Y., Kang W.G., Lee J.K., Kim H.J. Study on the fabrication and physical properties of cold sprayed, Cu-based amorphous coating // Journal of Physics: Conference Series. 2009. Vol. 144. P. 12–15.

14. Li C.-J., Yang G.-J., Gao P.-H., Ma J., Wang Y.-Y., Li C.-X. Characterization of nanostructured WC-codeposited by cold spraying // Journal of Thermal Spray Technology. 2007. Vol. 16, no. 5–6. P. 1011–1020.

15. Li W.Y., Zhang C., Li C.J., Liao H.L. Modelling aspects of high velocity impact of particles in cold spraying by explicit finite element analysis // Journal of Thermal Spray Technology. 2009. Vol. 18, no. 5–6. P. 921–933.

16. Li W.Y., Zhang D.D., Huang C.J., Yin S., Yu M., Wang F.F., Liao H.L. Modelling of impact behaviour of cold spray particles: review // Surface Engineering. 2014. Vol. 30, no. 5. P. 299–308.

17. Rahmati S., Ghaei A. The use of particle/substrate material models in simulation of cold-gas dynamic-spray process // Journal of Thermal Spray Technology. 2014. Vol. 23, no. 3. P. 530–540.

18. Schmidt T., Assadi H., Gärtner F., Richter H., Stoltenhoff T., Kreye H., Klassen T. From particle acceleration to impact and bonding in cold spraying // Journal of Thermal Spray Technology. 2009. Vol. 18, no. 5–6. P. 794–808.