Горячее алюминирование

Непрерывные линии горячего алюминирования так же, как и при горячем цинковании полосы, делятся на три части: входную, основную технологическую и выходную. Весь агрегат расположен в двух плоскостях. Выше уровня пола расположена ванна алюминирования, ниже — входная и выходная части. Скорость прохождения полосы ~200 мм/с (12 м/мин). Толщина покрытия 25 мкм. Температура алюминиевой ванны до 700° С, материал ванны — керамика. Для предупреждения загрязнения ванны железом после окислительной печи, в которой температура полосы повышается до 460—500° С, полосу охлаждают сначала воздухом, а затем водой, после чего в течение 8—10 с следует операция струйного травления в 16%-ной НCl. Остатки кислоты отжимают гуммированными валками с пневматическим прижимом, после чего полосу подвергают интенсивной струйной промывке водой из сопел, расположенных по обе стороны полосы. Операцию промывки повторяют дважды, затем следует сушка воздухом, после чего полоса поступает в печь с температурой 900 (нормализация) или 790° С (отжиг) и восстановительной атмосферой (диссоциированный аммиак), а дальше в алюминиевую ванну. После выхода из ванны полоса проходит через воздушную камеру, где охлаждается до 400° С.

Листы или полосы с покрытием Al—Si (25 мкм) применяют в тех случаях, когда требуется высокая жаростойкость и коррозионная стойкость, при высокой температуре, но они непригодны в условиях атмосферной коррозии. Их применяют для изготовления выхлопных труб автомобилей, самолетов и др. Из этого материала изготовляют также посуду для приготовления пищи, сушилки для одежды, камины, теплообогревательные приборы, водонагревающие устройства и др. Материал устойчив до 480° С без изменения внешнего вида поверхности и до 680° С без разрушающего окалинообразования; он хорошо отражает и задерживает тепло.

Покрытие Fe—Al (50 мкм) без легирующих компонентов используют для защиты от атмосферной коррозии. Из такого материала изготовляют сельскохозяйственный инвентарь и инструменты, оборудование для кондиционированного климата, стенные и кровельные панели, вентиляторы кабин грузовых автомобилей, его используют в нефтеперерабатывающей промышленности и др. Выше температуры 480° С этот материал применять не рекомендуется.

Пластичность алюминированного железа ограничена. Его можно изгибать под углом 180° вокруг оправки, равной двукратной толщине листа. При температуре выше 480° С, особенно при переменном нагреве и охлаждении рекомендуется меньший изгиб.

Главное преимущество алюминированного железа перед оцинкованным — стойкость при повышенных температурах. До температуры 470° С поверхность остается блестящей и обладает 85%-ным отражением тепла и света. При температуре 700° С алюминированное железо стоит несколько тысяч часов; кратковременно может выдерживать температуру 1000° С. Отопительные газы, содержащие серу, мало влияют на покрытие даже при высокой температуре. При быстрых изменениях температуры покрытие растрескивается.

В промышленной атмосфере горячеалюминированное железо обладает десятикратной стойкостью, в приморской— еще больше, чем горячеоцинкованное железо. При наличии несплошностей защитные свойства цинковых покрытий выше, чем алюминиевых.

Микроструктура кремнийсодержащих алюминиевых покрытий характеризуется наличием снаружи темно-серых игольчатых включений, состоящих в основном из кремния. В остальном слой представляет собой твердый раствор с мелковкрапленными железоалюминиевыми включениями. Непосредственно примыкающий к железу слой представляет собой железоалюминиевый сплав с содержанием в среднем 33,5% Fe.

В отсутствие легирующих компонентов покрытие представляет собой твердый раствор железоалюминиевых включений в алюминии, а в непосредственном контакте с основным металлом содержание железа в покрытии достигает 45%.

Рентгеноструктурное исследование тех и других покрытий показало, что они в основном представляют собой сплавы Fe—Al и в меньшей степени соединение Fe₃Al. Соединения FeAl₃ и Fe₂Al₇ не были обнаружены.

Исходя из диаграммы состояния можно ожидать, что содержание железа в FeAl₃ и Fe₂Al₅ составляет соответственно 33,5 и 45%. Это дает основание допускать, что при низких температурах некоторые железоалюминиевые фазы находятся в неустойчивом состоянии.

Алюминирование листов применяется шире, чем давно известный способ калоризации, поскольку он позволяет получать необходимые изделия штамповкой и вытяжкой. О стойкости алюминированной стали можно судить по сопротивлению окислению(привесу кислорода на 1 см² поверхности). При температуре 677°С спустя 336ч привес незащищенной стали в 56 раз превышал привес алюминированной стали. При температуре до 482° С алюминированная сталь отражает примерно 80% падающих тепловых лучей. Это очень ценное свойство — летом поверхность отражает солнечные лучи, а зимой она их генерирует.

Стойкость против коррозии алюминиевого покрытия без присадок характеризуется следующими натурными испытаниями (штат Огайо): алюминиевое покрытие полностью сохранилось в течение 19 лет, в то время как горячее цинковое покрытие (~40 мкм) начало разрушаться спустя 7 лет, а через 12 лет 30% поверхности покрылось ржавчиной.

Необходимо избегать попадания влаги между алюминированными листами или трубами, так как это приводит к потускнению поверхности, а в некоторых случаях и к уменьшению коррозионной стойкости. В таких случаях поверхность рекомендуется смазывать маслом.

Хотя описанный выше метод непрерывного алюминирования по методу Сендзимира, ранее разработанный для горячего цинкования полосы, удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к алюминированной стали, эта технология не лишена некоторых недостатков, приводящих к снижению пластичности и коррозионной стойкости. В процессе удаления жировых загрязнений на поверхности стали остается окисная пленка; после восстановления она превращается в мелкодисперсную реактивную пленку железной пыли. В процессе последующего алюминирования происходит обогащение алюминия железом и возможно образование обособленных железоалюминиевых включений. Эти включения катодны по отношению к алюминию и в соответствующей коррозионной среде могут привести к ослаблению защитного эффекта в результате реакции замещения. Это устраняется в агрегате струйного травления; помещенном после сжигания органических загрязнений перед восстановительным отжигом. Повышение качества продукции окупает расходы, связанные с дополнительной операцией, включая стоимость оборудования и обезвреживания сточных вод.

Алюминированная сталь отличается рядом ценных свойств, в том числе хорошей адгезией лакокрасочных покрытий (после хроматирования). В ряде случаев алюминированная сталь может заменять более дорогие жаростойкие сплавы. Механические свойства алюминированной стали при повышенной температуре значительно выше, чем алюминия. При температуре выше 470° С алюминий диффундирует в промежуточный сплав и сталь, образуя твердый раствор. В результате этого жаростойкость покрытия повышается.