Transfert de chaleur du revêtement d'aluminisation par immersion à chaud pendant la solidification

Le revêtement d'aluminisation à chaud est l'une des méthodes les plus efficaces de protection de surface pour les aciers et gagne progressivement en popularité. Bien que la vitesse de tirage soit l'un des paramètres les plus importants pour contrôler l'épaisseur du revêtement des produits d'aluminisation, il existe cependant peu de publications sur la modélisation mathématique de la vitesse de tirage lors du procédé d'immersion à chaud. Afin de décrire la corrélation entre la vitesse de tirage, l'épaisseur du revêtement et le temps de solidification, le principe du transfert de masse et de chaleur pendant le processus d'aluminisation est étudié dans cet article. Les modèles mathématiques sont basés sur l'équation de Navier-Stokes et l'analyse du transfert de chaleur. Des expériences utilisant l'équipement auto-conçu sont menées pour valider les modèles mathématiques. Plus précisément, la fonte d'aluminium est purifiée à 730 ℃. La méthode Cook-Norteman est utilisée pour le prétraitement des plaques d'acier Q235.

La température d'aluminisation à chaud est fixée à 690 et ℃ le temps de trempage est fixé à 3 min. Un moteur à courant continu avec variation de vitesse continue est utilisé pour ajuster la vitesse de traction. Le changement de température du revêtement est enregistré par un thermomètre infrarouge et l'épaisseur du revêtement est mesurée en utilisant une analyse d'image. Les résultats de l'expérience de validation indiquent que l'épaisseur du revêtement est proportionnelle à la racine carrée de la vitesse de tirage pour la plaque d'acier Q235, et qu'il existe une relation linéaire entre l'épaisseur du revêtement et le temps de solidification lorsque la vitesse de tirage est inférieure à 0.11 m/s. La prédiction du modèle proposé correspond bien aux observations expérimentales de l'épaisseur du revêtement.

1 Présentation

L'acier d'aluminisation à chaud a une résistance à la corrosion plus élevée et des propriétés mécaniques plus souhaitables par rapport à l'acier de galvanisation à chaud. Le principe de l'aluminisation à chaud est que les tôles d'acier prétraitées sont plongées dans les alliages d'aluminium fondus à une certaine température pendant une durée appropriée. Les atomes d'aluminium diffusent et réagissent avec les atomes de fer pour former un revêtement composite de composé Fe-Al et d'alliage d'aluminium qui a une forte force de liaison avec la matrice pour répondre aux exigences de protection et de renforcement de la surface. En bref, l'acier par immersion à chaud est une sorte de matériau composite aux propriétés complètes et à faible coût. Actuellement, des techniques telles que Sendzimir, Non oxydant réducteur, Non oxydant et Cook-Norteman sont généralement utilisées pour l'aluminisation à chaud, grâce auxquelles des productions à grande échelle peuvent être réalisées en raison de leur haute efficacité de production, de la qualité stable des produits et moins la pollution. Parmi les quatre technologies, Sendzimir, Non oxydant réducteur et Non oxydant se caractérisent par des procédés complexes, des équipements coûteux et un coût élevé. De nos jours, la méthode Cook-Norteman est largement utilisée en raison des avantages des processus flexibles, peu coûteux et respectueux de l'environnement.

Pour le processus d'aluminisation à chaud, l'épaisseur du revêtement est un critère important pour évaluer la qualité du revêtement et joue un rôle clé dans la détermination des propriétés du revêtement. Comment contrôler l'épaisseur du revêtement pendant le processus d'immersion à chaud est donc considéré comme crucial pour garantir une excellente qualité de revêtement. Comme nous le savons déjà, il existe une corrélation de couplage étroite entre l'épaisseur du revêtement, la vitesse de traction et le temps de solidification. Par conséquent, afin de contrôler le processus d'immersion à chaud et d'améliorer la qualité du revêtement, il est nécessaire de construire un modèle mathématique qui puisse décrire cette corrélation. Dans cet article, le modèle mathématique de l'épaisseur du revêtement et de la vitesse de tirage est dérivé de l'équation de Navier-Stokes. Le transfert de chaleur pendant la solidification du revêtement est analysé et la relation entre l'épaisseur du revêtement et le temps de solidification est établie. Les expériences d'aluminisation à chaud de plaques d'acier Q235 basées sur la méthode Cook-Norteman sont réalisées avec un équipement de fabrication artisanale. La température réelle et l'épaisseur du revêtement sont mesurées en conséquence. Les dérivations théoriques sont illustrées et confirmées par les expériences.

2 Modèle mathématique

2.2 Transfert de chaleur lors de la solidification du revêtement Le revêtement d'aluminium étant très mince, il peut être considéré comme parallel fluide s'écoulant sur la surface plane des pièces plaquées. Ensuite, il peut être analysé à partir de la direction x. Les diagrammes schématiques du revêtement-substrat sont présentés à la Fig. 2 et la distribution de température est illustrée à la Fig. 3.
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