Способ предотвращения коррозии поверхности металлических изделий

 

Использование: машиностроение, а именно защита металлических поверхностей от коррозии. Сущность изобретения: осуществляют лазерную обработку части поверхности металлического изделия с удельной энергией излучения (8 - 20) 10³ Дж/см². 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к защите металлических поверхностей от коррозии.

Известен способ защиты поверхностей деталей от коррозии, согласно которому на защищаемую от коррозии поверхность наносят металлическое покрытие [1] Известен способ защиты от коррозии поверхности металлических изделий посредством обработки поверхностей металлов высокоэнергетическими методами обработки, при котором защищаемую поверхность подвергают лазерному переплаву, что делает потенциал коррозии более положительным, а критический ток пассивации снижается [2] Недостатками этого способа являются значительный расход энергии, трудоемкость операции обработки поверхности. Кроме того, при осуществлении этого способа происходит сильный переплав поверхности при удельной энергии лазерной обработки q > 25 Дж/см², что приводит к значительному изменению физико-механических характеристик поверхности (твердости, предела прочности, предела текучести и др.) и ее качества.

Задача изобретения снижение трудоемкости и энергоемкости при обработке поверхности изделия, а также сохранения физико-механических характеристик и качества большей части поверхности.

Это достигается тем, что при осуществлении предлагаемого способа предотвращения коррозии поверхности металличес- кого изделия осуществляют лазерную обработку части защищаемой поверхности изделия с удельной энергией излучения (8-20) x 10³ Дж/см², причем оптимальный размер площади обрабатываемой поверхности составляет (10-15)% площади защищаемой поверхности.

В результате обработки поверхности металлического изделия согласно предлагаемому способу повышается ее коррозионная стойкость за счет того, что при этом обеспечивается разность потенциалов между обработанной и необработанной частями защищаемой поверхности таким образом, что электрохимический потенциал обработанной части поверхности становится более электроотрицательным относительно необработанной части поверхности, благодаря чему возникает направленное протекание тока коррозии. Таким образом, за счет создания направленной гальванопары между обработанной-необработанной поверхностями осуществляется защита всей необработанной поверхности за счет корродирования обработанной поверхности, ставшей протектором. Вместе с тем обработанная поверхность (протектор) также обладает повышенной коррозинной стойкостью по сравнению с тем, если бы она не была подвергнута лазерной обработке. Это объясняется большей однородностью структуры после лазерного переплава поверхности.

При удельной энергии излучения q < <(6-8)10³ Дж/см² химический состав обработанных участков поверхности существенных изменений не претерпевает и ее электрохимический потенциал близок к значению исходной поверхности. В случае, когда значение удельной энергии превышает (20-25)10³ Дж/см² происходит значительное изменение физико-механических характеристик и качества поверхности, подвергнутой высокоэнергетическому воздействию.

Отличия предлагаемого способа от известного состоят в том, что лазерной обработке подвергают часть защищаемой поверхности изделия, причем лазерную обработку осуществляют с удельной энергией излучения (8-20)10³ Дж/см², а также в том, что величина части поверхности изделия, которую подвергают лазерной обработке, составляет 10-15% площади защищаемой поверхности.

Таким образом, создание разности потенциалов обеспечивается воздействием лазерного луча не на всю поверхность, а только на ее незначительную часть, в результате чего снижается трудоемкость и энергоемкость при обработке детали, а также сохраняются физико-механические характеристики большей части поверхности.

Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью лазерного излучения по схеме, приведенной на чертеже.

Устройство состоит из технологического лазера 1, поворотного зеркала 2, лазерной оптической головки с фокусирующей линзой 3 и стола 4. Обрабатываемое изделие 5 расположено под лазерной головкой. При осуществлении предлагаемого способа лазерное излучение, фокусируясь линзой 3, попадает на поверхность обрабатываемого изделия 5. Под действием лазерного луча при удельных энергиях q (8-20)10³ Дж/см²металл в области поглощения расплавляется. В зоне оплавления углерод частично выгорает, а также диффундирует в нижележащие нерасплавленные слои металла, где происходит закалка, и концентрация углерода превышает среднюю концентрацию по объему образца. Зона, подвергнутая расплавлению, характеризуется почти полным отсутствием в ней углерода, в силу чего электрохимический потенциал (ЭХП) этой зоны приближается к ЭХП чистого железа (около 660 В) относительно хлорсеребряного электрода сравнения.

Для реализации предлагаемого способа использовался непрерывный газовый СО лазер мощностью 3,5 кВт и двухкоординатный исполнительный механизм, работающий от числового программного управления. Обработке подвергались пластинки из стали 40ХМФА размерами 100х100х20 мм, предварительно прошедшие термообработку (закалку и отпуск при 660^оС) до твердости НВ 300-350. Лазерной обработке был подвергнут участок поверхности пластины размером 100х100 мм.

Режим лазерной обработки: диаметр пятна лазерного луча 3 мм, относительная скорость перемещения образца (пластинки) и лазерного луча составляла v 0,5 м/мин при мощности Р 3 кВт. После обработки получена обезуглероженная зона толщиной 50 мкм.

Лазерной обработке подвергали 10 образцов (пластинок).

Испытания на коррозионную стойкость образцов, подвергнутых описанной выше обработке, показали уменьшение коррозионных токов I_кор в 3-10 раз относительно необработанных образцов (см. таблицу).

Формула изобретения

1. Способ предотвращения коррозии поверхности металлических изделий путем ее лазерной обработки, отличающийся тем, что лазерной обработке подвергают часть защищаемой поверхности изделия, причем лазерную обработку осуществляют с удельной энергией излучения (8 20) 10³ Дж/см².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величина части поверхности изделия, которую подвергают лазерной обработке, составляет 10 15% от площади защищаемой поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2