Přenos tepla žárového aluminizačního povlaku během tuhnutí

Pokovování žárovým hliníkováním je jednou z nejúčinnějších metod povrchové ochrany ocelí a postupně si získává na oblibě. Ačkoli je rychlost tažení jedním z nejdůležitějších parametrů pro řízení tloušťky povlaku hliníkových produktů, existuje jen málo publikací o matematickém modelování rychlosti tažení během procesu ponoření do horkého ponoru. Aby bylo možné popsat korelaci mezi rychlostí tažení, tloušťkou povlaku a dobou tuhnutí, je v tomto článku zkoumán princip přenosu hmoty a tepla během procesu hliníkování. Matematické modely jsou založeny na Navier-Stokesově rovnici a analýze přenosu tepla. Pro ověření matematických modelů se provádějí experimenty s použitím vlastního zařízení. Konkrétně se hliníková tavenina čistí při 730 ℃. Pro předúpravu ocelových plechů Q235 se používá metoda Cook-Norteman.

Teplota žárového hliníkování je nastavena na 690 a ℃ doba máčení je nastavena na 3 min. K nastavení rychlosti tahu se používá stejnosměrný motor s plynulou změnou rychlosti. Změna teploty povlaku se zaznamenává infračerveným teploměrem a tloušťka povlaku se měří pomocí analýzy obrazu. Výsledky validovaného experimentu ukazují, že tloušťka povlaku je úměrná druhé odmocnině rychlosti tažení pro ocelový plech Q235 a že existuje lineární vztah mezi tloušťkou povlaku a dobou tuhnutí, když je rychlost tažení nižší než 0.11 m/s. Predikce navrženého modelu dobře zapadá do experimentálního pozorování tloušťky povlaku.

1 Úvod

Ocel pro žárové zinkování má vyšší odolnost proti korozi a žádoucí mechanické vlastnosti ve srovnání s ocelí pro žárové zinkování. Princip žárového hliníkování spočívá v tom, že předupravené ocelové plechy se ponoří do roztavených hliníkových slitin při určité teplotě na vhodnou dobu. Atomy hliníku difundují a reagují s atomy železa za vzniku kompozitního povlaku ze sloučeniny Fe-Al a hliníkové slitiny, který má silnou vazebnou sílu s matricí a splňuje požadavky na ochranu a zpevnění povrchu. Stručně řečeno, ocelový materiál ponorem je druh kompozitního materiálu s komplexními vlastnostmi a nízkou cenou. V současné době se pro žárovou aluminizaci obvykle používají takové techniky jako Sendzimir, Neoxidačně redukční, Neoxidující a Cook-Norteman, pomocí kterých lze realizovat velkovýroby díky vysoké efektivitě výroby, stabilní kvalitě produktů a nižší znečištění. Mezi čtyřmi technologiemi, Sendzimir, Neoxidační redukční a Neoxidační, jsou charakteristické složité procesy, drahé vybavení a vysoké náklady. V dnešní době se Cook-Nortemanova metoda stává široce používanou díky výhodám flexibilních procesů, nízké ceně a šetrnosti k životnímu prostředí.

U procesu hliníkování ponorem je tloušťka povlaku důležitým kritériem pro hodnocení kvality povlaku a hraje klíčovou roli při určování vlastností povlaku. Jak řídit tloušťku povlaku během procesu máčení za tepla je proto považováno za zásadní pro zaručení vynikající kvality povlaku. Jak již víme, existuje úzká korelace mezi tloušťkou povlaku, rychlostí tažení a dobou tuhnutí. Proto, aby bylo možné řídit proces ponorem a zlepšit kvalitu povlaku, je nutné sestavit matematický model, který dokáže popsat tuto korelaci. V tomto článku je matematický model tloušťky povlaku a rychlosti tahu odvozen z rovnice Navier-Stokes. Je analyzován přenos tepla během tuhnutí povlaku a je stanoven vztah mezi tloušťkou povlaku a dobou tuhnutí. Experimenty žárového hliníkování ocelových plechů Q235 metodou Cook-Norteman jsou prováděny na vlastnoručně vyrobeném zařízení. Podle toho se měří skutečná teplota a tloušťka povlaku. Teoretická odvození jsou ilustrována a potvrzena experimenty.

2 Matematický model

2.2 Přenos tepla při tuhnutí povlaku Jelikož je hliníkový povlak velmi tenký, lze jej brát jako parallel tekutina tekoucí po rovném povrchu pokovených kusů. Pak to může být analyzováno ze směru x. Schematické diagramy povlaku-substrát jsou uvedeny na obr. 2 a rozložení teplot je znázorněno na obr. 3.
Pro úplné podrobnosti nás prosím kontaktujte.