RU2572115C1 - Способ коррозионной защиты поверхностей сталей и сплавов - Google Patents
Способ коррозионной защиты поверхностей сталей и сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572115C1 RU2572115C1 RU2014149256/02A RU2014149256A RU2572115C1 RU 2572115 C1 RU2572115 C1 RU 2572115C1 RU 2014149256/02 A RU2014149256/02 A RU 2014149256/02A RU 2014149256 A RU2014149256 A RU 2014149256A RU 2572115 C1 RU2572115 C1 RU 2572115C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- samples
- film
- titanium
- protective film
- titanium nitride
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к коррозионной защите, а именно к способу нанесения защитной коррозионно-стойкой пленки из нитрида титана на поверхность образцов из стали и сплава на основе хрома. Перед нанесением защитной пленки с поверхности образцов при комнатной температуре в инертной среде механическим путем полностью удаляют исходную оксидную пленку и наносят защитную пленку из нитрида титана, который осаждают из эвтектического расплава Na-K, содержащего титан, при концентрации азота в реакционном объеме 0,05-0,10 мас.%, содержании титана в количестве 0,5-1,0% от массы образцов из стали и сплава на основе хрома и при температуре в пределах 720-750°C. В частном случае осуществления изобретения защитную пленку из нитрида титана наносят толщиной 100-150 нм. Повышается коррозионная стойкость защитных пленок под действием динамических нагрузок потока теплоносителя в энергетических установках. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.
Description
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 восстановительных (жидкие металлы) 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.
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 защиты внутриреакторных элементов от разрушения, 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°C (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 положена задача повышения коррозионной стойкости поверхностей сталей и сплава на основе хрома в среде восстановителей, например в среде жидких металлов, при эксплуатации под действием динамических нагрузок потока теплоносителя в энергетических установках.
Эта задача решается в способе нанесения защитной коррозионно-стойкой пленки из нитрида титана на поверхность образцов из стали и сплава на основе хрома, согласно изобретению перед нанесением защитной пленки с поверхности образцов при комнатной температуре в инертной среде механическим путем полностью удаляют исходную оксидную пленку и наносят защитную пленку из нитрида титана, который осаждают из эвтектического расплава Na-K, содержащего титан, при концентрации азота в реакционном объеме 0,05-0,10 мас. %, содержании титана в количестве 0,5-1,0% от массы образцов из стали и сплава на основе хрома и при температуре в пределах 720-750°C.
Защитную пленку наносят толщиной 100÷150 нм, поскольку при указанной толщине защитное покрытие обладает максимальной коррозионной стойкостью.
Существо предлагаемого способа защиты поверхности сталей и сплавов поясняется нижеследующими примерами.
В примерах описаны процессы коррозионной защиты сталей и сплавов пленками с n-типом проводимости в восстановительных средах (жидкие металлы), не имеющих дефектов в катионной подрешетке, через которые происходит диффузия катионов восстановителя.
Пример 1.
Коррозионные испытания дисков стали 12Х18Н10Т диаметром 10 мм, толщиной 3 мм проводили в эвтектическом расплаве Na-K при температуре 760°C в течение 1000 часов.
На двух образцах оксидную пленку не удаляли, на тринадцати - полностью удаляли в инертной среде аргона при комнатной температуре механическим способом: медленной обработкой крупнозернистой наждачной шкуркой, далее - мелкозернистой, а на последней стадии - полировкой. Далее диски стали вместе с трубками сплава ВХ-2К (см. пример 2) помещали в реакционный объем. Суммарная масса дисков и трубок составляла около 104 г. В эвтектику Na-K добавляли 0,6 г титана, отношение масс титана и трубок составляло 0,06 мас.%, концентрация азота составляла 0,08 мас.%, время процесса - 50 часов, температура 720°C. Процесс коррозионной защиты заключался в растворении титана, переносе титана к образцам и осаждении на них нитрида титана.
После окончания процесса 7 из 15 дисков стали и 7 из 15 трубок сплава ВХ-2К направляли на коррозионные испытания, оставшиеся образцы - на металлографические исследования. Толщину образующейся пленки измеряли методом рентгенофотоэлектронной микроскопии (РФЭС), проводя количественный анализ поверхности образцов, далее травили образцы на глубину 2-4 нм пучком ионов аргона, после чего определяли количественный состав и т.д. до тех пор, пока анализ не обнаруживал TiN.
В процессе испытаний образцов в эвтектике Na-K в статических условиях динамическую нагрузку потока теплоносителя моделировали импульсами тока с соответствующим изменением температуры образцов от 760°C до 880°C.
В таблице 1 представлены результаты коррозионных испытаний дисков из стали 12Х18Н10Т с защитной пленкой (образцы 3-7) и без пленки (образцы 1,2).
Видно, что полное удаление исходной оксидной пленки позволяет снизить примерно на порядок скорость коррозии стали.
Пример 2.
Коррозионные испытания трубок диаметром 6 мм, высотой 100 мм, с толщиной стенки 0,5 мм из сплава ВХ-2К (0,6 Fe-0.4 Cr) проводили в эвтектическом расплаве Na-K при температуре 760°C в течение 1000 часов.
На двух образцах оксидную пленку не удаляли, на тринадцати - полностью удаляли по технологии примера 1. Далее трубки помещали в реакционный объем совместно с образцами стали (см. пример 1), 0,8 г титана, концентрация азота составляла 0,08 мас. %, время процесса - 50 часов. Толщину образующегося осадка измеряли методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). В таблице 2 представлены результаты испытаний.
Таким образом, как видно из приведенных примеров, предложенное техническое решение позволило снизить скорость коррозии поверхностей образцов из стали и сплава на основе хрома в восстановительных средах.
Claims (2)
1. Способ нанесения защитной коррозионно-стойкой пленки из нитрида титана на поверхность образцов из стали и сплава на основе хрома, характеризующийся тем, что перед нанесением защитной пленки с поверхности образцов при комнатной температуре в инертной среде механическим путем полностью удаляют исходную оксидную пленку и наносят защитную пленку из нитрида титана, который осаждают из эвтектического расплава Na-K, содержащего титан, при концентрации азота в реакционном объеме 0,05-0,10 мас.%, содержании титана в количестве 0,5-1,0% от массы образцов из стали и сплава на основе хрома и при температуре в пределах 720-750°C.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутую пленку из нитрида титана наносят толщиной 100-150 нм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149256/02A RU2572115C1 (ru) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | Способ коррозионной защиты поверхностей сталей и сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149256/02A RU2572115C1 (ru) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | Способ коррозионной защиты поверхностей сталей и сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2572115C1 true RU2572115C1 (ru) | 2015-12-27 |
Family
ID=55023486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014149256/02A RU2572115C1 (ru) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | Способ коррозионной защиты поверхностей сталей и сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572115C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4837091A (en) * | 1983-07-07 | 1989-06-06 | Inland Steel Company | Diffusion alloy steel foil |
US5072689A (en) * | 1988-06-15 | 1991-12-17 | Hitachi, Ltd. | Continuous hot-dip plating apparatus |
RU2105081C1 (ru) * | 1997-01-15 | 1998-02-20 | Николай Владимирович Корчевский | Состав расплава для нанесения защитных металлических покрытий в ультразвуковом поле, способ и установка для его нанесения |
RU2451094C2 (ru) * | 2007-06-29 | 2012-05-20 | Арселормитталь Франс | Оцинкованная или оцинкованная и отожжённая кремниевая сталь |
RU2509822C2 (ru) * | 2009-05-14 | 2014-03-20 | Арселормитталь Инвестигасьон И Десарролло Сл | Способ изготовления металлической полосы с покрытием с улучшенным внешним видом |
-
2014
- 2014-12-08 RU RU2014149256/02A patent/RU2572115C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4837091A (en) * | 1983-07-07 | 1989-06-06 | Inland Steel Company | Diffusion alloy steel foil |
US5072689A (en) * | 1988-06-15 | 1991-12-17 | Hitachi, Ltd. | Continuous hot-dip plating apparatus |
RU2105081C1 (ru) * | 1997-01-15 | 1998-02-20 | Николай Владимирович Корчевский | Состав расплава для нанесения защитных металлических покрытий в ультразвуковом поле, способ и установка для его нанесения |
RU2451094C2 (ru) * | 2007-06-29 | 2012-05-20 | Арселормитталь Франс | Оцинкованная или оцинкованная и отожжённая кремниевая сталь |
RU2509822C2 (ru) * | 2009-05-14 | 2014-03-20 | Арселормитталь Инвестигасьон И Десарролло Сл | Способ изготовления металлической полосы с покрытием с улучшенным внешним видом |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jebaraj et al. | Hydrogen diffusion coefficients through Inconel 718 in different metallurgical conditions | |
Singh et al. | Stress-reorientation of hydrides and hydride embrittlement of Zr–2.5 wt% Nb pressure tube alloy | |
Yevtushenko et al. | Corrosion behavior of steels for CO2 injection | |
Hémery et al. | Liquid metal embrittlement of an austenitic stainless steel in liquid sodium | |
Zhang et al. | Effects of surface oxide films on hydrogen permeation and susceptibility to embrittlement of X80 steel under hydrogen atmosphere | |
Scenini et al. | Stress corrosion cracking of sensitized type 304 stainless steel in high-temperature water with anionic impurities contamination | |
Mendonça et al. | Effect of temperature and dissolved hydrogen on oxide films formed on Ni and Alloy 182 in simulated PWR water | |
Günen et al. | Corrosion behavior of borided AISI 304 austenitic stainless steel | |
Chaudhry et al. | Fretting studies on self-mated stainless steel and chromium carbide coated surfaces under controlled environment conditions | |
Chen et al. | Factors affecting the electrochemical behavior and stress corrosion cracking of Alloy 690 in chloride environments | |
Giuranno et al. | Surface tension and wetting behaviour of molten Bi–Pb alloys | |
Scenini et al. | Oxidation and SCC initiation studies of type 304L SS in PWR primary water | |
Li et al. | Experimental kinetic study of interdiffusion behavior and intermetallic compound Zr (Fe, Cr) 2 formation at the Cr/Zry4 interface under elevated temperatures | |
Chandra et al. | Temper embrittlement and corrosion behaviour of martensitic stainless steel 420 | |
RU2572115C1 (ru) | Способ коррозионной защиты поверхностей сталей и сплавов | |
Balbaud-Célérier et al. | Corrosion of structural materials by liquid metals used in fusion, fission, and spallation | |
Chen et al. | Effect of solution pH on the electrochemical polarization and stress corrosion cracking of Alloy 690 in 5 M NaCl at room temperature | |
Chen et al. | Carburization of ethylene pyrolysis furnace tube in a petrochemical plant | |
Kumar et al. | Short Communication on “Self-welding susceptibility of NiCr-B hardfaced coating with and without NiCr-B coating on 316LN stainless steel in flowing sodium at elevated temperature” | |
Tsisar et al. | Effect of structural state and surface finishing on corrosion behavior of 1.4970 austenitic steel at 400 and 500 C in flowing Pb-Bi eutectic with dissolved oxygen | |
Baker et al. | Evaluation of liquid metal embrittlement susceptibility of oxide dispersion strengthened steel MA956 | |
Prasanthi et al. | Failure analysis of a 304 steel component aged at 623 K | |
Lee et al. | Effect of pre-oxidation temperature on the ductility of a zirconium alloy cladding under simulated accident conditions | |
Shirvani et al. | The effect of aluminide coating on the steam oxidation behavior of SS321 steel at 700° C | |
Yang et al. | Corrosion behavior of AlCrFeTiNb and AlCrFeTiNb/(AlCrFeTiNb) N coatings in flowing lead–bismuth eutectic alloy with saturated oxygen concentration at 550℃ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201209 |