Способ нанесения медно-кадмиевых покрытий на стальные изделия
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕДНО-КАДМИЕВЫХ ПОКРЬЛТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, включающий нанесение медьсодержащего слоя и последукмцее кадмирование, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии нанесения и улучшения условий труда, нанесение медьсодержащего слоя осуществляют при 1090-1200°С в течение 1520 мин в смеси, содержащей, мас.%1 50-58 хлорида меди, остальное окись алюминия, а кадмирование осуществляют при 330-420°С в течение 50-90 мин в смеси, содержащей,мае.%: Кадмий10-30 Хлористый аммоний 3-5 Окись алюминия Остальное.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛ М ИЗОБРЕ EH Й И ОТКРЫТИЙ
„.SU„„1473 А
М59 С 23 С 9 02 (21) 3318413/22-02 (22) 13. 07. 81 (46 ) 07. 0 l . 84. Бюл. 9 25 (72) В. A. Генель, T. П. Старосветская, П. Т. Горячев и Н. И. Алешин (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория полимерных контейнеров (53) 621. 795. 539 (088. 8) (56 ) 1. Электролитические покрытия сплавами. Сборник. М., 1975, с. 205208.
2. Электропромышленность и приборостроение. Сборник, 1976, 9 7, с. 266. (54)(57) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕДНО-КАДNHEBbK ПОКРЫТИИ HA СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, включающий нанесение медьсодержащего слоя и последующее кадмирование, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии нанесения и улучшения условий труда, нанесение медьсодержащего слоя осуществляют при 1090-1200 С в течение 1520 мин в смеси, содержащей, мас. t:
50-58 хлорида меди, остальное— окись алюминия, а кадмирование осуществляют при 330-420 С в течение
50-90 мин в смеси, содержащей,мас.Ъ:
Кадмий 10-30
Хлористый аммоний 3-5
Окись алюминия Остальное. 3
1101473
Изобретение относится к металлур= гии, а именно к химико-термической обработке поверхности стали, в частности к нанесению на ее поверхность защитных медно-кадмиевых покрытий.
Кадмиевые покрытия нашли широкое распространение для защиты стальных изделий, особенно крепежных, от атмосферного воздействия, в морской воде и других коррозионных средах. 10
Известен способ нанесения вакуумных кадмиевых покрытий на подслой из олова или свинца (1) .
Однако этому методу свойственны недостатки вакуумного способа: вылож- !5 ность оборудования, низкая адгезия покрытия и основы, а также применение подслоя из олова или свинца.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ, заключающийся в нанесении гальванического кадмиевого покрытия на подслой из меди или никеля, получаемый гальваническим способом, для защиты стальных изделий, 25 эксплуатирующихся в атмосферных условиях с высокой влажностью и в воздухе с высоким содержанием солей j2) .
Однако известный способ очень сложен, так как для получения прочно сцепленных кадмиевых покрытий трЕбуется применение специальных.методов подготовки. После электролитического никелирования или меднения изделия тщательно отмываются от следов электролита, сушатся и обезжириваются в парах трихлорэтилена в течение 5-10 мин. После промывания горячей водой изделия подвергаются химическому обезжириваиию в течение
° 30-40 мин при 50-60 С в водном растворе состава, г/с: NaOH 10-30, Na PO4 40-60, На СО 40-бО, Na 3-5 pH=13) . Промывка после химического обезжиривания проводится в 45 проточной горячей (80-90ОС) воде, затем в холодной и вновь в горячей воде, а декапирование - в течение 10-20 с в растворе, содержащем 105 мл Н Z Б О4, 15 8 мл HNO>, 2, 1 и аСЮ (вода — 50 до 1 л). К недостаткам известного способа относятся также сложность технологического процесса, возможность наводороживания стальной основы, большие 55 затраты труда на предварительную обработку, наличие труднорегенирируемых вредных отходов, невозможность обработки деталей сложных конфигураций. Цель изобретения - упрощение технологии нанесения и улучшение условий труда. Цель достигается тем, что согласно способу нанесения медно-кадмиевых 65 покрытий на стальные изделия, нанесение медьсодержащего слоя осуществляют при 1090-1200 С в течение 15-20 мин в смеси, содержащей 50-58 мас. Ъ хлорида меди, остальное — окись алюминия, кадмирование осуществляют при 330-420оС в течение 50-90 мин в смеси, содержащей, мас. Ъ: Кадмий 10-30 Хлористый аммоний 3-5 Окись алюминия Остальное Медное покрытие наносят с применением хлорида меди. Приготавливают смесь, состоящую из 50-б5% СиС3 и 35-50% А8 О . Смесь тщательно перемешивают. Затем насыщенную смесь . вместе со стальными образцами помещают в керамическую или кварцевую лодочку. Установка, в которой проводят процесс, представляет собой трубчатый реактор из нержавеющей стали, герметизированный с одной стороны и связанный с атмосферной через водяной затвор с другой. Нагрев осуществляют трубчатой печью, контроль температуры — термопарой с милливольтметром. Перед нагревом лодочку вместе с насыщающей смесью и образцами помещают в зону нагрева реактора. После нагрева и изотермической выдержки реактор извлекают из печи и охлаждают на воздухе до комнатной температуры. Затем из него извлекают покрытые образцы. Нагревание проводят до 1090-1200 С и выдерживают при о этой температуре 15- 20 мин. Для нанесения кадмиевого покрытия приготавливают смесь следующего состава: 10-ЗОВ порошкообразного металлического кадмия, 3-5В хлористого аммония, остальное — инертный разбавитель — окись алюминия. Смесь тщательно перемешивают. Процесс кадмирования проводят аналогично описанному процессу меднения с применением керамической или кварцевой лодочек, стального реактора, связанного с атмосферой через водяной клапан, и трубчатой печи. Нагревание проводят до 330-420 С и выдерживают при этой температуре 50-90 мин. При использовании однохлористой меди процесс меднения осуществляется эа счет обменных реакций между CuCZ и Fe. При 430 С однохлористая медь расплавляется, протравливая на поверхности стали границы зерен. При этом она взаимодействует с железом и восстанавливается до меди, которая располагается по границам зерен и образует покрытие. Для получения качественного покрытия необходимо, чтобы температура нагрева была не ниже температуры о плавления меди — 1083 C. 1101473 25 Время иэотермической выдержки определяют экспериментально. После достижения температуры плавления меди необходима выдержка в течение 15-20 мин. Покрытие получается качественное, блестящего медного цвета. Наблюдается увеличение веса изделия после меднения. При увеличении длительности выдержки до 30-40 мин качество покрытия не меняется и его толщина не увеличивается. Однако при длительности выдержки 60 мин и более качество покрытия ухудшается и наблюдается уменьшение веса образцов после насыщения медью. Поскольку температура плавления 15 кадмия составляет 321 С, а температура кипения - 765ОС; нанесение кадмиевого покрытия при температурах ниже температуры плавления кадмия нецелесообразно, так как покрытия получаются некачественные. При температурах, близких к температуре кипения кадмия, на поверхности образцов появляются подтеки. Это же явление наблюдается и при температурах выше температуры кипения кадмия. Кроме того, при температурах выше температуры кипения кадмия наблюдается уменьшение веса образцов и потери кадмия, который, испаряясь, оседает на стенках реактора. Если время кадмирования менее 50 мин, то покрытие получается некачественное, а увеличение времени выдержки более 90 мин нецелесообразно, так как это не приводит к улучшению качества покрытия. Пример 1; Приготавливают исходную смесь состава 50 мас.Ъ СиСХ+ Ф50 мас. % АЗ ОЗ и тщательно ее перемешивают. Полученную шихту вместе с 40 образцами из Ст. 3 помещают в керамическую лодочку, которую устанавливают в стальной реактор с водным затвором, нагревают в печи до 1100 С о и выдерживают при этой температуРе 45 20 мин. После отключения печи реактор охлаждают на воздухе до комнатной температуры и извлекают образцы. Затем приготавливают смесь соста,ва 20 мас. Ъ Cd+3 мас.Ъ МН4CZ+ 77 мас .Ъ А2 О и тщательно ее перемешивают. Затем вместе с медненными образцами из стали Ст.З помещают в керамическую лодочку, которую устанавливают в стальной реактор с водяным затвором и нагревают в печи до 350ОС и выдерживают при этой температуре 20 мин. После отключения печи реактор охлаждают на воздухе до комнатной температуры и извлекают образцы, которые имеют блестящую ce- ® ребристую поверхность. Толщина покрытия 120 мкм. Пример 2. Составляют исходные смеси из 55 мас. Ъ Со С3+45 мас.Ъ М 03 jg и иэ 15 мас.% Cd+3 мас.% #HENCE+ 82 мас.Ъ А0 03и тщательно их перемешивают. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толщина покрытия 80 мкм. Пример 3. Составляют исходные смеси из 60 мас.Ъ СиС1+40 мас. Ъ М О и иэ 30Ъ мас.Ъ Cd+5 мас. Ъ М Н4 С8 +65 мас. Ъ И 0) и тщательно их перемешивают. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толщина покрытия 150 мкм. Пример 4. Составляют исходные смесй из 53 мас.Ъ CuC +47 мас.Ъ М О и иэ 25 мас. Ъ Cd+3 мас.Ъ НН СВ+ 72 мас. % МО и тщательно их перемешивают. Нанесение медных покрытий проводят при 1120 С, а кадмированиепри 380 С. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толщина покрытия 130 мкм. Пример 5. Составляют исходные смеси из 58 мас.Ъ СцС1+42мас.Ъ А6<О и из 18 мас. Ъ Cd+3 мас. Ъ ЙН Ce+ 79 мас.Ъ АР О и тщательно их перемешивают. Нанесение медных о покрытий проводят при 1200 С, а кадмирование — при 420 С. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1.. Толщина покрытия 100 мкм. Проводят меднение (нижний предел СиСО и верхний АЕ, О, Пример 6. Составляют исходные смеси из 50 мас. Ъ CuC3+50 мас. Ъ М О> и иэ 20 мас. Ъ Cd+4 мас. Ъ Й Н4СВ+ 76 мас. Ъ АВ>О и тщательно перемешивают. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толщина покрытия 80 мкм. Проводят кадмирование (нижний предел Сс) и средний NH CL) . Пример 7 ° Составляют исходные смеси из 50 мас. Ъ СиСЕ+50мас. Ъ А370 и иэ 10 мас. Ъ Cd+4 мас.Ъ НН4СГ + 86 мас.Ъ AL>0> и тщательно перемешивают их. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толшина покрытия 50 мкм. Определение коррозионной стойкости стальных образцов с медно-кадмиевым покрытием и образцов с кадмиевым покрытием на подслой из меди и никеля проводят в ЗЪ-ном водном растворе соляной кислоты (табл. 12 Анализ данных табл. 2 позволяет сделать вывод, что коррозионная стойкость образцов с медно кадмиевым покрытием не ниже, чем с кадмиевым покрытием, нанесенным на подслой из меди и никеля, и в 10-12 раэ выше, чем образцов без покрытия. Предлагаемое покрытие можно наносить как на наружную, так и внутреннюю поверхность стальных изделий. Для его использования не требуется специальной подготовки поверхности перед химико-термической обработкой. 1101473 в воэможности нанесения покрытий на детали сложных конфигураций, а также в возможности нанесения покрытий как на наружную, так и внутреннюю по-. верхность стальных иэделий, поскольку гальванические процессы заменены диффузионными, в высокой адгеэии покрытий к стальной основе. Потери веса, мг/мм Время, сут. Образец с кадмие- Образец вым покрытием на без подслой из меди покрытия и никеля .б бразец с медноадмиевым покрыием 0,9 О, 94б 1,020 10 Составитель Л. Вурлинова Редактор Н. Егорова Техред A. Бабинец Корректор H- Зрдейн Заказ 4727/15 Тираж 900 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения будет заключаться в упрощении технологического процесса эа счет уменьшения заграт труда на предварительную обработку, в отсутствии наводороживания стальной основы, в отсутствии труднорегенирируемых вредных отходов, 0 0151 0,0455 О, 0458 0,0464 О, 047 О, 0477 0,0498 0,0142 0,0421 О, 043 0,0451 0,0459 О, 0459 О, 0471 О, 197 0,59 0,712 О, 81б
