Способ нанесения медно-алюминиевых покрытий на стальные изделия

Авторы патента:

C23C9/02 - Покрытие металлических материалов; покрытие других материалов металлическим материалом (металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной металлизацией D06Q 1/04); химическая обработка поверхности; диффузионная обработка металлического материала; способы покрытия вакуумным испарением, распылением, ионным внедрением или химическим осаждением паров вообще (для специфических целей см. соответствующие классы, например для производства резисторов H01C 17/06); способы предотвращения коррозии металлического материала, образования накипи или корок вообще (обработка металлических поверхностей или покрытие металлов электролитическим способом или способом электрофореза C25D,C25F)

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕДНОАЛЮМИНИЕВЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, включающий нагрев до температуры обработки и выдержку в насьпцающей среде, отличающийся тем, что, с целью увеличения толщины наносимых покрытий , вначале проводят меднение при 1090-1200°С в течение 15-20 мин в смеси, содержащей хлорид меди и окись алкялиния при следующем соотношении компонентов, вес. %: Хлорид меди 50-55 Окись алюминия45-50 а затем алитирование при 8001000°С в течение 50-70 мин в смеси , содержащей порошкообразный алюминий , хлористый алюминий и двуокись кремния при следующем соотношении компонентов, вес. %: Порошкообразный алюминий50-60 i Хлористый алюминий2-4 (О Двуокись кремния Остальное

(192 (И2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Я512 С 23 С 9 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " :::

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2-4 (21) 3314111/22-02 (22) 03. 07. 81 (46) 07. 05 ° 83. Бюл; Р 17 (72.) В ° А ° Генель, Т.П. Старосветская, П.Т.Горячев и Н.И.Алешин (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория полимерных контейнеров (53) 621.785.539(088.8) (56) 1. Патент ФРГ 9 2632480, кл. С 23 С 1/10,1977.

2. Авторское свидетельство СССР

У 415335, кл. С 23 С 9/02, 1971 ° (54)(57) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕДНОАЛЮМИНИЕВЫХ ПОКРЫТИИ HA СТАЛЬНЫЕ

ИЗДЕЛИЯ, включающий нагрев до температуры обработки и выдержку в насыщающей среде, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения толщины наносимых покрытий, вначале проводят меднение при 1090-1200 С в течение 15-20 мин в смеси, содержащей хлорид меди и окись алюминия при следующем соотношении компонентов, вес. В:

Хлорид меди 50-55

Окись алюминия 45-50 а затем алитирование при 8001000 С в течение 50-70 мин в смеси, содержащей порошкообраэный алкыиний, хлористый алкииний и двуокись кремния при следующем соотношении компонентов, вес. Ъ:

Порошкообразный алюминий 50-60

Хлористый алюминий

Двуокись кремния Остальное

1016396

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработКе стальных изделий, в частности к нанесению на их поверхность медно-алюминиевых покрытий, Алюминиевые и медные )покрытия стальных : иэделий широко распространены для защиты от корроэионного воэдейстния внешней среды.

Известен способ получения покрытий из сплавов меди с алюминием на сплавах железа, заключающийся в том, что стальные иэделия при

700-1100 С опускают в ванну с расплавом меди и алюминия fl).

Однако укаэанная обработка в обязательном порядке предусматривает отжиг при 900-1000 С для устранения хрупкости поверхностного слоя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является способ нанесения медноалюминиевых покрытий на изделия из стали в смеси, содержащей следующие компоненты при таком их соотношении, вес. %: Ag 85-90; Сц 10-15. Процесс проводят в вакууме при 950 С в течение 3-4 ч (2).

К недостаткам этого способа следует отнести необходимость в вакууме,.в применении чистой порошкообразной меди, а также длительность проведения процесса.

Цель изобретения вЂ” увеличение толщины наносимых покрытий.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу нанесения медно-алюминиевых покрытий, включающему нагрев до температуры обработки и,выдержку в насыщающей среде, вначале проводят меднение при 1090-1200 С в течение

15-20 мин в смеси, содержащей хлорид меди и окись алюминия при следующем соотношении компо нентов, вес.Ъ: хлорид меди 50-55, окись алюминия 45-50,а затем алитирование при 800-1000ОС в течение

50-70 мин в смеси, содержащей порошкообраэный алюминий,хлористый алюми ний и двуокись кремния при следующем соотношении компонентов,вес.Ъ:порошкообразный алюминий 50-60;хлористый алюминий; двуокись кремния остальное.

Пример. Меднение проводят в смеси,. состоящей из СиСР. и

АР1О> при 1100 С и выдержке при этой температуре 15 и 20 мин. При. го. овленную смесь тщательно перем .шивают, а затем вместе со стальным образцом (Ст.3) помещают в керамическую или кварцевую лодочку.

Установка, в которой проходит процесс,, представляет собой трубчатый реактор из стали Х18Н10Т герметиэированный с одной стороны и связанный с атмосферой через водяной затвор с другой. Нагрев осуществляют трубчатой печью, контроль температуры вЂ” термопарой с миллизольтмером. Перед нагревом" лодочку вместе с насыщенной смесью и образцами из Ст.3 помещают,в зону нагрева реактора.

10 После нагрева и изотермической выдержки реактор извлекают иэ печи н охлаждают на воздухе до: комнатной температуры, после чего иэ него извлекают покрытые образцы.

15 Медненные образцы помещают затем в тщательно перемешанную смесь, содержащую алюминий, окись кремния и хлористый аммоний. Процесс проводят аналогично описанному выше процессу меднения. Кагревание проводят до 800, 1000 С и выдерживают при этой температуре 50 и 70 "

Мин. После такой химико-термической обработки образцы имеют свет25 ло"серый U eT °

В табл.1 представлены значения толщин медно-алюминиевых покрытий в зависимости от соотношений входящих в смесь компонентов.

В данном случае процесс меднения осуществляется при 1100 С за счет обменных реакций между однохлористой медью и железом. Температура плавления однохлористой о меди 430 С. Образовавшийся расплав начинает взаимодействие с железом и одновременно растравливает rpa-. о ницы зерен. В результате этого вос- становленная медь частично располагается по границам зерен, а частич но образует покрытие.

Для получения качественного беспористого слоя необходимо, чтобы температура нагрева была не ниже температуры плавления меди 1083 С. После достижения температуры плавления меди необходима выдержка в течение 15-20 мин.

Покрытие получается качественное, блестящего медного цвета. Наблюдается увеличение веса иэделия . после меднения При увеличении длительности выдержки до 30-40 мин качество покрытия не меняет- ся и его толщина не увеличивается.

Однако при длительности выдержки

60 мин и более качество покрытия ухудшается и наблюдается умень.шение веса образцов после насыщения медью.

Температура алитирования (8001000 С) определяется из условия образования качественного покрытия, поскольку температура плавления . эвтектики Cu (+ CuA Q 548 .Можно ожидать сокращение времени

101б396

50 Ag

47 БЮ

3ЯНCF

50 CuCR

50 А О

100

120,642

55 At

42 SiO

ЗМНСГ

52 СиСР.

48 AtО

2 бо АЕ

37 ВЮ

3 НН4СХ

55 СиС 6

45 А(О

514

140 алитирования медного покрытия за счет ввтектического плавления при контакте алюминия с медью при температурах, начиная. с 548 С. Однако до температуры 800 С качественного алкио-медного слоя не образуется. Начиная с 800 С, процесс алитирования интенсифицируется н происходит доСтаточно быстро, с образованием качественного слоя.

С ростом температуры время изотер- 10i .мической выдержки сокращается за счет более быстрого и полного прохождения эвтектического плавления.

Вьиае 1000 С поверхность покрытия становится,:некачественной.; На 15 ней образуются подтеки вследствие большой жидкотекучести слоя покры-. тия. Оптимальной является выдержка в течение 50-70 мин.

Сравнительные данные обработки по известному и предлагаемому способам приведены в табл.2.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет в 8-12 раз увеличить толщину получаемого покрытия.

Для определения прочности сцепления нокрития со стальной основой покрытые образцы и виде пластин перегибают несколько раз до разрушения. Отслаивания покрытия при этом не наблюдается.

Определение корроэионной стойкости стальных образцов с медноалюминиевыми покрытием проводят в парах воды в течение 30 сут. уменьшение веса покрытых образцов не наблюдается.

Вес образца без покрытия уменьшается и потери веса составляют

0,078 мг/мм

Предлагаемое пОкрытие можно наносить как на наружную, так и на внутреннюю поверхность стальных изделий. Для его использования не требуется специальной подготовки поверхности перед химикотермической обработкой.

Предлагаемый способ .нанесения медно-алюминиевых покрытий можно рекомендовать для антикоррозионной защиты стальных изделий, эксплуатирующихся в атмосферных условиях с высокой влажностью, в морской атмосфере.

1016396

Таблица 2

Состав насыщающих смесей, вес.В, по способу

Смесь известному предлагаемому

Меднение Алитирование Толщина покрытия, мкм

Толщина покрытия, мкм

Алюмомеднение

50 СИСЕ 50 At

27 At

100

3 ч =60 мин

52 СИСЕ