Обогащение поверхности

ПЕРКОЛЯЦИЯ (от лат. percolatio — процеживание, фильтрация) — извлечение металла или его хим. соединения пропусканием жидкого реагента (раствора) сквозь слой мелкой руды, песка и т. п., содержащих этот металл. П. осуществляют с помощью аппарата, наз. перколятором, и вспомогат. оборудования (конвейеров, распределителей, насосов, компрессоров и др.). По выходе из перколя-тора р-р продувается воздухом для обогащения кислородом.

Для сравнительных лабораторных исследований коррозионной усталости сварных соединений труб и основного металла вырезали образцы размером 180X38X10 мм из прямошовных (сталь 17ГС) и спирально-шовных (сталь 17Г2СФ) сварных труб диаметром 820 мм. Механические свойства и химический состав соответствовали ГОСТам и техническим условиям. Учитывая, что в реальных условиях эксплуатации концентраторы напряжений испытывают упруго-пластические деформации, тогда как остальное тело трубы деформируется упруго, т. е. в концентраторах имеет место жесткая схема нагружения, усталостные испытания проводили на машине с задаваемой амплитудой деформации (максимальная тангенциальная деформация 0,22 и 0,3% или интенсивность деформации 0,25 и 0,34% в наружных волокнах) чистым изгибом с частотой 50 циклов в минуту. Коррозионную среду подавали с помощью капельницы (для обогащения кислородом) или влажного тампона. Предварительно изучали влияние статических напряжений на скорость коррозии трубной стали на деформированных изгибом (по трехточечной схеме) образцах стали 17ГС в термостатированных условиях и перемешиваемой среде, представляющей смесь нефти с 3%-ным хлоридом натрия в отношении 1:1. Скорость коррозии определяли по потере массы за 720 ч выдержки. Как следует из рис. 104, с увеличением напряжений до предела текучести (350 МПа) скорость коррозии увеличивается, а затем при достижении текучести уменьшается вследствие наступления стадии легкого скольжения и релаксации напряжений, обусловленной выбранной схемой нагружения с заданной величиной деформации. Это указывает на возможность усиления коррозионного взаимодействия трубной стали с рабочей средой даже при нагружении в упругой области с возникновением коррозионных поражений, которые в дальнейшем могут стать концентраторами напряжений и после инкубационного периода инициировать возникновение коррозионно-механических трещин. Если в концентраторе отсутствуют условия для существенной релаксации напряжений, что обычно имеет место при циклическом (повторно-статическом) нагружении с накоплением микроискажений решетки, процесс коррозионного взаимодействия будет ускоряться на протяжении всей стадии деформационного упрочнения, как это указывалось в гл. II. При этом возможны два противоположных действия коррозионного растворения металла в концентраторе: обычный механохимический процесс, приводящий к появлению коррозионно-механической трещины, и растравливание металла с затуплением вершины концентратора, приводящее к уменьшению теоретического, коэффициента концентрации напряжений. Какое из них будет преобладающим, зависит от конкретных условий, степени агрессивности среды, формы концентратора, условий нагружении, микроструктурных и химических неод-нородностей и т. д.

В результате обогащения кислородом при газонасыщении температуры фазового превращения поверхностного слоя по сравнению с сердцевиной существенно повышаются. Поэтому нагрев до температуры некоторой точки а (рис. I. 19), приводящий в сердцевине к превращению а^*р, в газонасыщенном слое может не вызывать фазовой перекристаллизации. Вследствие этого, в самом слое в переходной зоне и в сердцевине при нагреве материала до определенной температуры и последующем охлаждении получаются разные структуры. Эти структуры ^ представлены на рис. I, 20. §.

Приводим примерную схему такого процесса, с энергетической стороны являющуюся схемой типичной комбинированной парогазовой установки (рис. 152), а также зависимость выхода окислов азота от температуры, коэффициента избытка окислителей и степени обогащения кислородом воздуха (рис. 153).

Зависимость выхода окислов азота от температуры коэффициента избытка окислителя а и степени обогащения кислородом воздуха Р при Р = 1 ата

обеспечивающих расчет только «эффективных» процессов преобразования энергии в канале МГД-генератора. Рассмотрение «неэффективных» процессов преобразования энергии в математическом плане может привести к появлению расходящегося процесса численного интегрирования уравнений магнитной газодинамики с помощью расчетных уравнений (5.29) — (5.31)1. Указанные ограничения, например, по максимальной величине начального давления при выбранных начальной температуре, степени обогащения кислородом окислителя, индукции магнитного поля должны иметь математическое описание и входить в качестве составной части в математическую модель МГД-генератора. Такое описание было получено на основе большой серии экспериментальных расчетов на модели.

Эффект от увеличения (или снижения) конечной проводимости имеет довольно четкие ограничения. Рассмотрим некоторые численные результаты в соответствии с приведенными рисунками. Для воздушного окислителя (рис. 5.9, б и 5.10, б) при Ток = 800—1500° С допустимая величина конечной проводимости лежит в пределах сг02 я^ 1 — 4 мо/м, а средняя удельная мощность не превышает 17 Mem/м3. С увеличением обогащения кислородом окислителя допустимая зона величин конечной проводимости сдвигается в сторону больших значений (рис. 5.9, а и 5.10, а). При этом следует иметь в виду, что повышение Сог на 15% (или повышение подогрева воздушного окислителя примерно на 200 — 300° С) вызывает увеличение длины канала МГД-генератора на 10 — 15 м. Это объясняется в первую очередь увеличением срабатываемого теплоперепада из-за существенного повышения температуры и давления в камере сгорания.

Как видно из приведенных данных, действительные характеристики как доменного, так и коксового газов (см. § 2.2) колеблются в значительных пределах, поэтому при конкретных расчетах необходимо уточнять их состав и характеристики применительно к режиму работы печей (степень обогащения кислородом, количество вдуваемого природного газа, температуру дутья).

Для изучения процессов повреждения материалов при аэродинамическом нагреве необходимо использовать систему программного изменения в потоке содержания свободного кислорода. К системам такого типа предъявляют ряд требований, важнейшими из которых являются: стабильность программы изменения расхода агрессивного компонента в процессе длительных испытаний; однородность распределения добавок по сечению испытательной камеры для создания идентичных условий испытаний образцов; минимальное влияние на режим термического нагружения для обеспечения сопоставимости результатов испытаний при наличии и отсутствии вводимых в поток добавок. Последнее требование не относится к системе обогащения кислородом. В комплексе газодинамических стендов она, как правило, выполняет две функции.

даемые либо теплоизолированные камеры сгорания и испытательные камеры, а также водоохлаждаемые манипуляторы. Система обогащения кислородом включает в себя кислородную рампу, дистанционно управляемую запорную и регулирующую арматуру.

В исходной воде растворено двухвалентное железо, которое в результате выделения растворенного углекислого газа и обогащения кислородом окисляется, превращаясь в гидроокись железа, хлопья которого выпадают в осадок.

Исследование низколегированных сталей марок Корелл ЛК 52 (ВНР), КТ S 30/45P4 (ГДР), ЮНА, ЮНАи (холоднокатаных); ЮНАу (горячекатаных) (ПНР), Атмофикс 52А, 10ХНД (СССР), углеродистой стали 11523 (ЧССР) на коррозионных станциях с различной степенью агрессивности атмосфер (где скорость коррозии Ст. 3 составляет, г/м2: Звенигород — 143, Батуми - 188, Мурманск - 302, Летняны - 438, Кописты — 584) показали решающее влияние состава и морфологии возникающих продуктов коррозии, экранирующих поверхность, а также условий селективного растворения отдельных компонентов, приводящих к перестройке границы раздела [5] . Обогащение поверхности более благоприятными, чем сталь, металлами (Си, Ni) или пассирующими элементами (Сг) приводит к повышению коррозионной стойкости конструкции. Исследования, приведенные в работе [22] , показывают, что в малоагрессивной атмосфере как на углеродистой, так и на низколегированной стали обнаруживают 7-и o-FeOOH, а в агрессивных атмосферных, кроме того, Рез 04, сульфат железа, примеси посторонних металлов, пыли, SiO2.- На малолегированных сталях обнаружен внутренний подслой продуктов коррозии, имеющий характерное слоистое строение и содержащий высокую концентрацию легирующих элементов (Сг, Си, Ni).

из-за которых растворение стали при этих потенциалах характеризуется преимущественным переходом в раствор хрома и накоплением на их поверхности железа [66,120]. При достаточно отрицательных потенциалах в области перепассивации хромистая сталь (Х28) растворяется в серной кислоте с преимущественным переходом в раствор железа [99], что также находится в соответствии с электрохимическими свойствами индивидуальных металлов. Обогащение поверхности стали хромом в этих условиях было доказано прямым методом (с применением рентгеновского микроанализа) [99].

Период приработки у нагартованных потенциометров меньше, чем у потенциометров, полированных абразивной суспензией. Это объясняется тем, что пластическая деформация при нагартовке приводит к усилию диффузионной подвижности атомов в поверхностном слое, в результате чего ускоряется окисление неблагородных добавок и обогащение поверхности золотом.

Добавление в науглероживающий эндотермический газ аммиака позволяет осуществить и обогащение поверхности цементуемых изделий азотом; содержание углерода на поверхности и здесь контролируется по температуре точки росы при диффузионной выдержке.

преимущественный переход в раствор компонента А и обогащение поверхности компонентом Б. Однако, по этой теории изменение состава сплава распространяется и в глубь твердой фазы. В течение нестационарного периода толщина S поверхностного слоя измененного состава возрастает, причем в этом слое существует градиент концентраций А и Б: содержание А меняется практически от нуля на границе сплав-раствор до объемной концентрации Сд в сплаве на глубине 8 от его поверхности; содержание Б на тех же границах меняется примерно от 100 % до СБ. В соответствии с этим происходит встречная диффузия компонента А из объема сплава к его поверхности и Б — от поверхности в глубь сплава. Скорость перехода А в раствор определяется величиной S, снижаясь при ее увеличении. Эта скорость зависит и от коэффициента диффузии D компонента А в слое S.

При малых сечениях изделия избирательное обогащение поверхности окислами легирующих элементов при длительных нагревах вызывает понижение концентрации элементов в сплаве и этим самым ведет к понижению их жаростойкости и в ряде случаев жаропрочности. Так, например, содержание алюминия в сплаве с 20% Сг, 2% А1 и 1,3% Si после 500-ч нагрева при 1200° С уменьшается на 30%, а в сплаве с 20% Сг и 5% А1 при 1300° С — на 85%. Эти цифры относятся не к наружным слоям металла, лежащим непосредственно под окисной пленкой, а ко всему 2-мм сечению.

2. Высокая температура и пластическая деформация способствуют диффузионным процессам; в итоге возможно обогащение поверхности

1 Исключая случаи, когда обогащение поверхности происходит не по термодинамическим, а по кинетическим причинам, например вследствие пассивации электроотрицательного металла.

Не исключено, что массоперенос в твердой фазе сопровождает СР сплавов, у которых концентрация электроположительного компонента даже менее 1 ат.%. Соответствующие данные получены при помощи радиохимического анализа [&2—64]. Так, после анодного растворения сплава InO,3Sn (меченного In1"4 и Sn117) и послойного химического травления поверхности обнаружена область, в которой концентрация олова непрерывно Изменяется [63]. Ее толщина составляет ~ 3000 атомных слоев, причем поверхностное содержание олова примерно в 7 раз превышает объемное. На отдельных участках поверхности концентрация олова достигала 7ч-10 ат.%. Обогащение поверхности сплава электроположительным компонентом- подтверждено результатами радиохимических экспериментов со сплавами InO,25Cu [62], InO.lAg [65], а также данными регистрации обратного резерфордов-ского рассеивания ионов, возникающего при облучении пучком ионов гелия поверхности сплавов системы А1—Си (0,5ч-1 ат.% Си), подвергнутых анодной поляризации в ци-тратном растворе [60].

Обогащение поверхности электроположительным компонентом при равномерном 'растворении сплава было доказано и различными 7~спектрометрическими методиками с непре-" рывной регистрацией радиоактивности раствора [11]. В наиболее простом случае доказательство обогащения и расчет б эфф осуществляется наблюдением за радиоактивностью

ных, указывающих на обогащение поверхности сплавов дру-гим'и легирующими компонентами, в литературе не имеется. Представленные экспериментальные результаты по начальному СР и стационарному растворению легированных лату-ней позволяют сделать следующее предположительное обобщение. Между кинетикой начального СР цинка и термодинамической активностью меди (на стадии стационарного растворения) существует определенная взаимосвязь. Если легирующая добавка приводит к торможению начального СР, то,,судя по экспериментальным данным, на последующем этапе стационарного растворения она вызывает уменьшение активности меди на поверхности сплава. Напротив, легирующие элементы, способствующие ускорению начального СР, повышают и поверхностную активность меди [197J. -