Yeyilishbardosh qoplama qoplash jarayonining termodinamik kо‘rsatkichlarini hisoblash

Kirish.Yeyilishbardosh kukunli qoplamalarni yaratish zamonaviy ishlab chiqarish tomonidan talab qilinadigan zaruratlardan biridir. Qoplamalarni qoplashning hozirgi kundagi eng samarador uslubi gazotermik yo‘l bilan qoplamalarni hosil qilishdir. Gaz alangasi yordamida qoplama hosil qilish uslubini qo‘llash bilan turli shakldor mahsulotlarga ishlov berish o‘lchamlari bo‘yicha kerakli ishlash xususiyatlariga ega bo‘lganga nisbatan qalin qoplamalar olish imkoniyatini beradi. Bunday qoplamalar yuqori talab darajasidagi ishlab chiqarish, aviakosmik, kemasozlik sanoatida, issiqlik va energiya komplekslarida, transport, qishloq xo‘jaligi va boshqa sohalardagi ishlab chiqarish talablariga to‘liq javob beradi. Qoplama kukunsimon materiallar tarkibidan shakllanib, mahsulot va konstruksiya sifati jihatidan yangi xususiyatlarga erishish imkonini beradi, ya’ni zarrachalar hajmining pasayishi bilan qoplamani to‘ldirish yaxshilanadi - uning zichligi oshadi, mikrobo‘shliqlar hajmi kamayadi, qoplamaning tuzilishi yanada bir xillashadi. Kukunlardan gazotermik qoplamalar olingan mahsulotlarni boshqa uslubda olingan qoplamalarga nisbatan solishtirilganda yuqori yeyilishbardosh, agressiv muhitga chidamli, yuqori haroratda oksidlanish va korroziyabardoshli, mustahkamligi bo‘yicha yuqori qiymatlar hosil qiladi [1]. Gaz alangasida kukunlarni purkash usulida gaz oqimi kukun zarrachalarini o‘zi bilan birga purkagichdan otib chiqaradi, bunda kukun zarrachalarini suyuqlanishi purkagich bilan detall yuzasining oraliq masofasida gaz alanganing haroratidan suyuqlanadi. Purkagichdan otilib chiqgan gaz alangasi atmosfera qarshiligidan yoyiladi va alanga ichidagi suyuq metall tomchilari atmosferadagi kislorod bilan ta’sirlashib oksidlanish xavfi paydo bo‘ladi. Kukun zarrachalarinngi oksidlanishi qoplamaning fizik-mexanik xossalarini va yeyilishga bardoshligining keskin yomonlashishiga olib keladi. Shuning uchun purkashga tanlangan kukun aralashmani gaz alangasi oqimida purkashga yaroqligini aniqlash sifatli yeyilishga bardoshli qoplamalar olishning muhim masalalaridan biri hisoblanadi. Kukun aralashmalarini gaz alangasida purkashga yaroqliligini aniqlash uchun biz gaz alangasining turli haroratga ega bo‘lgan hududlarida oqib o‘tayotgan kukun zarrachalarini agregat holatidan foydalangan holda, ularni gaz tarkibidagi suv bug‘i va atmosfera takibidagi kislorod bilan ta’sirlashish termodinamikasini tahlil etdik. Tadqiqot materiallari va usullari. Hozirgi kunda ishlab chiqarish sohalarida gaz alangasida detallar yuzasiga yeyilishga bardoshli qoplamalar qoplash uchun asosan standart (GOST 288442009) talablarga javob beruvchi PG-C27 markali (Sormayt), tarkibi: 3,3%C; 26%Cr; 1,5%Si; 0,9%Mn; 1,5%Ni; 0,3%W; 0,09%Mo; 0,07%S ва 0,06%P, qolgani Fe bo‘lgan kukun qoplama mahsuloti qo‘llaniladi. Ushbu PG-C27 markali “Sormayt” kukun qoplama mahsulotlarini gaz alangasida purkashda yuqori haroratli alanga hosil qilish uchun asosan C₂H₂ - atsetilen gazidan faydalaniladi [2]. Purkash jarayonida gaz alangasi oksidlovchi bilan yonish natijasida quyidagi kimyoviy reaksiyalar va ularning mahsulotlari hosil bo‘ladi: 1) Uglerod mono oksidining yonishi: 2CO(g) + O2(g) = 2CO2; 2) Suv bug‘ining yonishi: 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(b); 3) Suv bug‘ining ta’sirlashishi: CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(b). Agar qoplama kukuni mahsulotining tarkibida erkin uglerod bo‘lsa, unda yana quyidagi kimyoviy reaksiyalar bo‘lishi mumqin: 4) Bella-Budura reaksiyasi: C(g) + CO2(g) = 2CO(g); 5) Uglerodning chala yonishi: 2C(g) + O2(g) = 2CO(g); 6) Uglerodning to‘liq yonishi: C(g) +O2(g) = CO2(g). Yuqorida keltirilgan barcha reaksiyalar ichida gaz alangasi uchun 1 va 2 reaksiyalar muhim hisoblanadi, chunki bu reaksiyalar gaz alangasi ta’sirida bo‘lgan qoplama kukuni materiallarini oksidlanishi yoki qayta tiklanishi uchun muhim ahamiyatga ega. Bunda qoplamada oksidlarning hosil bo‘lishi alanganing gaz aralashmasidagi - oksidning dissotsiatsiya qovushqoqligi va kislorodning - amaldagi parsial bosimining qiymatlariga bog‘liq. Natijalar va muhokama. Vant-Goffning izotermali (termodinami) tenglamasiga binoan metallarni dissotsiatsiyasi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi [3]: “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №1/2025 126 Машинасозлик ва энергетика (1) bunda ΔGo – reaksiyaning Gibbs energiyasi, J; R – gaz doimiysi 8,31 J/(mol·grад); T – jarayonning absolyut harorati, oK; – kislorodning parsial bosimi, Pа; – dissotsiatsiya qovushqoqligi, Pа. Agar unda bo‘lib, gaz alangasining muhitdagi metall kukunning zarrachasi oksidlanadi. Metall kukunning oksidlanishi esa quyidagi reaksiya bo‘yicha sodir bo‘ladi: (2) bunda: Me – metall, masalan: Fe, Cr, Ni va boshqalar. Agar unda bo‘lib gaz alangasining muhitidagi metall oksidi dissotsiatsiyalanadi (parchalanadi). Metall oksidi dissotsiatsiyalanishini quydagicha ifodalash mumkin: (3) Bunda oksid dissotsiatsiyasining muvozanat konstantasi quyidagi ifodadan aniqlanadi [3]: (4) bunda – metallning aktivligi; – metall oksidining aktivligi. Ma’lumki oksidlanish jarayonlarida metall va metall oksidining aktivligi 1 ga teng deb qabul qilinigan [4], shuning uchun Biz gaz alangasining termodinamik ko‘rsatkichlarini ikkita asosiy reaksiya bo‘yicha quyidagi tartibda ko‘rib chiqdik: (5) (6) Keltirilgan (5) va (6) yonish kimyoviy reaksiyalari uchun ΔGT erkin Gibbs energiyasini haroratga bog‘liqlik tenglamalari [6] manbaga ko‘ra quyidagicha ifodalanadi: (7) (8) (7) va (8) reaksiyalar uchun kislorodning muvozanatdagi parsial bosimi quyidagicha ifodalanadi: , (9) , (10) bunda K1 va K2 – mos keluvchi reaksiyalardagi muvozanat konstantasining qiymatlari bo‘lib, ular quyidagi empirik tenglamadan hisoblab topiladi [4]: (11) (12) bunda T – jarayon harorati, oK. Kukun qoplama mahsulotini gaz alangasida qoplanish jarayonini strukturaviy hududlari 1rasmda bo‘ylama va ko‘ndalang kesimlarda keltirilgan [5]. Gaz alangasining strukturaviy sxemasiga ko‘ra (1-rasm, II) alanganing markaziy hududida harorat 1800 oC (2073 oK) tashkil etadi, hududning gaz muhiti: 0,1%CO2, 30%CO, 19,9%H va 50%N2 gaz fazalaridan tashkil topgan bo‘lib, bu hududdan o‘rtacha 65...70% qoplamaning kukun zarrachalari oqib o‘tadi [6]. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №1/2025 127 Машиностроение и энергетика 1-rasm. Kukun mahsulotni gaz alangasida purkash orqali qoplama qoplash jarayonining sxemasi: I – alanga strukturasi; II – alanga markazining harorati; III – alanganing ko‘ndalang kesimi; A – kukun zarrachalarini suyuqlanishigacha qizdirish; B – kukunlarning to‘liq suyuqlanishi; C – suyuq kukun tomchilarini harakatlanishi; G – tomchining kristallanishi; D – purkash kallagi; O – purkalayotgan yuza; P – qoplama; 1 – qattiq kukun zarracha; 2 – qisman suyuqlangan kukun zarracha; 3 – to‘liq suyuqlanib tomchiga aylangan zarracha; 4 – bo‘g‘lanishga o‘tgan tomchi; 5 – alanganing markaziy o‘zagi; 6, 7 – alanganing o‘rta va yon tomon hududlari Alanganing markaziy o‘zagidagi gaz aralashmadan oqib o‘tadigan metall kukun zarrachalarini oksidlamasligi uchun (1-rasm, 5) yuqorida aytib o‘tganimizdek bo‘lishi talab etiladi. Buni aniqlash uchun biz oldin hududning gaz tarkibidan kelib chiqqan holda (9) formuladan alanganing markaziy o‘zagida sodir bo‘ladigan (5) kimyoviy reaksiyada kislorodning parsial bosimini quyidagicha hisobladik: Konstanta (11) emperik formulaga ko‘ra 1800 oC (2073 oK) harorat uchun K1 = 1,47·105 tashkil etdi, shunda: Alanganing markaziy o‘zagidan oqib o‘tadigan kukun qoplama tarkibidagi kislorodga nisbatan eng aktiv metall bu Cr – xrom metalining kukun zarrachalari bo‘lib, kimyoviy termodinamikaning qoidalarga ko‘ra belgilangan gaz muhitida xrom kukuni oksidlanmasa boshqa metallar kukunlari oksidlanmaydi [7]. Xrom kukun zarrachasining oksidlanishi esa quyidagi kimyoviy reaksiya natijasida sodir bo‘ladi: (13) Bu reaksiya uchun Gibbs energiyasining haroratga bog‘liqlik tenglamasi [4] manbaga ko‘ra quyidagicha ifodalanadi: (14) Agar xrom kukuni to‘liq erib suyuq holga kelmagan zarracha sifatida qarasa, unda reaksiyaning konstantasi [7] Ma’lumki, reaksiyaning konstantasi Vant-Goffning izotermiya tenglamasi bilan quyidagicha bog‘langan, shunda [7]: (15) “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №1/2025 128 Машинасозлик ва энергетика bundan biz dissotsiatsiya qovushqoqligini haroratga bog‘liq holda o‘zgarishining tenglamasini quyidagicha ifodaladik: (16) Alanga o‘zagidagi harorat 1873 oK (1600 oC) Shunda - bosimi quyidagicha bo‘ldi: Gaz alangasining markaziy o‘zagidagi 1800 oC haroratli gaz muhitidan oqib o‘tayotgan Cr – xrom kukunining zarrachasini oksidlanishini aniqlash maqsadida amalga oshirilgan termodinamik hisoblar shuni ko‘rsatdiki, muhitdagi kislorodning parsial bosimi , muvozanatdagi dissotsiatsiya bosimi . Demak, hisoblar natijasiga ko‘ra , ya’ni 7,4·10-6 < 8,7·10-6 bu esa alanganing markaziy o‘zagida Cr – xrom va shu bilan birga boshqa metallarning kukun zarrachalari oksidlanmasligini bildiradi. Alanganing ichki yon tomonlari (1-rasm, 6). Alanganing tashqi yon tomonlaridagi gaz aralashmadan oqib o‘tadigan metall zarrachalarini termodinamik hisobini yuqorida bayon etilgan tartibda amalga oshirdik. Hudud harorati 1600 oC, (1873 oK) ya’ni markaziy hududdagi haroratdan 200 oC ga past; hududdagi gaz alanganing tarkibi: 15%CO2, 50%H2, 5%H2O va 30%N2 gaz fazalaridan tashkil topgan. Bunda qoplama tarkibidagi metall kukun zarrachalari gaz muhitdagi suv (H2O) bug‘i bilan ta’sirlashib oksidlanishi mumkin, bunda metall kukunlarining oksidlanishi gaz muhitidagi kislorodning amaldagi paritsial bosimiga bog‘liq bo‘lib, u (10) formulaga ko‘ra quyidagicha aniqladik: Konstanta (12) emperik formulaga ko‘ra 1600 oC (1873 oK) harorat uchun K2 = 8,3·107 teng, shunda [3]: Xrom, nikel va temir oksidlarining dissotsiatsiyalanishdagi bosimlari quyidagi tenglamalardan aniqladik: (17) (18) (19) Alanga yon tomonidagi haroratni 1600 oC (1873 oK) ekanligini inobatga olganda: xrom uchun: ; nikel uchun: ; temir uchun: O‘tkazilgan analitik hisoblarga ko‘ra alanganing (1-rasm, 6) ichki yon tomonidan oqib o‘tadigan kukun qoplama tarkibidagi xrom kukunlari ( ), ya’ni 1,2·10-5 Pa > 8,9·10-6 “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №1/2025 129 Машиностроение и энергетика Pa bo‘lgani uchun xrom kukuni oksidlanadi, nikel va temir kukunlari ( ) mos ravishda 1,2·10-5 Pa < 6,6 Pa va 1,2·10-5 Pa < 7,76 Pa bo‘lgani uchun oksidlanmaydi. Alanganing tashqi yon tomonlari (1-rasm, 7). Alanganing tashqi yon tomonlaridagi gaz aralashmadan oqib o‘tadigan metall zarrachalarini termodinamik hisoblarini ham yuqorida bayon etilgan tartibda amalga oshirdik. Hudud harorati 1300 oC (1573 oK); tarkibi: 10%O2, 0,1%H2, 5%CO2, 35%H2O va 49,9%N2 gaz fazalaridan tashkil topgan. Metall kukun zarrachalari hududdagi suv bug‘i va kislorod ta’siridan oksidlanishi mumkin, shunda: Konstanta (12) emperik formulaga ko‘ra 1300 oC (1573 oK) harorat uchun K2 = 3,9·1010, shunda: Nikel va temir oksidlarining dissotsiatsiyalanishdagi bosimlari: ; Olingan natijalar alanganing tashqi yon tomonlaridan oqib o‘tayotgan kukun qoplama mahsulotidagi barcha metall kukun zarrachalari oksidlanishini ko‘rsatdi. O‘tkazilgan analitik hisoblarga ko‘ra alanganing (1-rasm) tashqi yon tomonidan oqib o‘tadigan kukun qoplama tarkibidagi barcha metall kukun zarrachalari jumladan: nikel , ya’ni 0,31 Pa > 0,021 Pa bo‘lgani uchun va temir , ya’ni 0,31 Pa > 1,25·10-3 Pa bo‘lgani uchun oksidlanadi. Analitik hisoblarni haqiqiy natijalar bilan taqqoslash maqsadida biz har bir hududdan oqib o‘tayotgan kukun aralashmaning miqdorini aniqlash uchun maxsus nishon-qopqon tayyorladik. Nishon-qopqonga purkash uchun termodinamik hisobga mos ravishda PG-C27 markali “Sormayt” kukun qoplama mahsulotlarini oldik va uni gaz alangasida nishon-qopqonga purkashni amalga oshirdik. Yuqori haroratli alanga hosil qilish uchun nazariy hisoblashda qatnashgan C₂H₂ - atsetilen gazi va uni oksidlash (yonishi) uchun kisloroddan foydalandik [5]. Gaz alangasining har bir hududidan oqib o‘tgan kukun aralasmadagi oksidlangan kukun zarracha turini aniqlash uchun nishon-qopqonda ushlab qolingan kukun aralashma namunalar Al27MINI difraktometrida rengenstrukturaviy tahlilini o‘tkazdik. Tahlillarga ko‘ra: gaz alangasining tashqi yon (1-rasm, 7) hududlaridan alanga oqimida oqib o‘tadigan kukun aralashmaning tarkibi asosan metall oksidlaridan tashkil topganligini ko‘rsatdi; gaz alangasining ichki yon (3-rasm, 6) hududdan alanga oqimida oqib o‘tadigan kukun aralashma tarkibida Cr – xrom oksidi borligini ko‘rsatdi; gaz alangasining markaziy hududdan oqib o‘tadigan kukun aralashma tarkibida metall oksidlari yo‘qligini ko‘rsatdi. Xulosа. Tarkibi 3,3%C; 26%Cr; 1,5%Si; 0,9%Mn; 1,5%Ni; 0,3%W; 0,09%Mo; 0,07%S va 0,06%P, qolgani Fe – temirdan tashkil topgan PG-C27 markali “Sormayt” kukun aralashmani gaz alangasida detallar yuzasiga qoplash uchun - gaz alangasining markazidan oksidlovchi gazlar yoki bug‘lar bo‘lmaganligi sababli hududdan oqib o‘tadigan kukun aralashma tarkibidagi Cr, Ni va Fe kukun zarrachalarining hech birini oksidlanmasligini ko‘rsatdi. Eksperimental olingan natijalar termodinamik tahlillarda olingan natijalarga to‘liq mos kelishi va PG-C27 markali kukun aralashma alohida metallar zarrachalaridan tashkil topgan geterogen kukun aralashmasi bo‘lgani uchun yetarli darajada kukun zarrachalarini qizdirilmasligi sifatli qoplamalar olinishini ta’minlamasligi tasdiqlandi. Shu sababli qо‘llanilayotgan barcha elementlarni kukun donachalarining о‘lchamlarini bir xilda olish maqsadga muvofiqdir