Способ диффузионного цинкования металлических деталей

Изобретение относится к области технологий нанесения защитных антикоррозионных покрытий. Способ включает подготовку поверхностей деталей, совместную загрузку в рабочую камеру деталей и смеси порошкообразных компонентов, нагрев рабочей камеры до температуры диффузионного взаимодействия материала шихты с поверхностью покрываемых металлических деталей в диапазоне 350-450°С, выдержку и химическое пассивирование в среде водного раствора фосфорсодержащего соединения. Перед нагревом проводят вакуумирование рабочей камеры до остаточного давления 0,1 кПа. Затем осуществляют контактирование деталей по всей поверхности с порошкообразной смесью при вибрации и закачивают в рабочую камеру инертный газ. Смесь порошкообразных компонентов содержит следующее соотношение ингредиентов, мас.%: порошкообразный цинк 55-85, инертный наполнитель диоксид кремния или оксид алюминия остальное. Смесь порошкообразных компонентов имеет дисперсность не менее 0,01 мкм. Получается защитное цинковое покрытие на деталях мелкого крепежа и сложнопрофильных деталях, а также обеспечивается толщина пленки покрытия на деталях в диапазоне величин от 5,0 до 60,0 мкм для повышения коррозионной стойкости деталей. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области технологий нанесения защитных антикоррозионных покрытий, а именно диффузионных покрытий, и может быть использовано для нанесения диффузионных цинковых покрытий на детали сложного профиля и мелкие детали крепежа.

Известен способ диффузионного цинкования (патент РФ №2139366, МПК C23C 10/36, публ. БИ №28, от 10.10.99 г.), включающий подготовку поверхности деталей, загрузку деталей и шихты в рабочую емкость, нагрев рабочей емкости до 150°С-200°С в режиме заданного давления.

К недостаткам известного способа относится недостаточно высокая эффективность процесса диффузионного цинкования в связи с тем, что предусмотренный в нем температурный режим значительно ниже температуры диффузионного взаимодействия металла покрытия с поверхностным слоем деталей и не раскрыты возможности повышения качества покрытия на деталях мелкого крепежа, а также обеспечения толщины пленки покрытия на деталях в диапазоне величин от 3,0 до 60,0 мкм.

Наиболее близким к заявляемому является способ диффузионного цинкования (патент РФ №21741159, МПК C23C 10/36, публ. БИ №4, от 27.09.2001 г.), включающий подготовку поверхности деталей, загрузку их в рабочую камеру с исходной шихтой, содержащей порошкообразный цинк, нагрев рабочей камеры до температуры диффузионного взаимодействия материала шихты с поверхностью покрываемых металлических деталей и выдержку их в течение расчетного времени.

К недостаткам прототипа относится отсутствие возможности обеспечения эффективности процесса цинкования и возможности повышения качества покрытия на деталях сложного профиля и деталях мелкого крепежа, а также обеспечения равной толщины пленки покрытия на деталях в диапазоне величин от 3,0-5,0 мкм до 60,0 мкм.

Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа получения защитного цинкового покрытия на деталях мелкого крепежа или деталях сложного профиля с труднодоступными участками, а также обеспечения толщины пленки покрытия на деталях в диапазоне величин от 3,0 до 60,0 мкм.

Новый технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в обеспечении эффективности процесса цинкования и возможности повышения качества покрытия на деталях мелкого крепежа и сложнопрофильных деталях с труднодоступными участками, а также обеспечения толщины пленки покрытия на деталях в диапазоне величин от 3,0 до 60,0 мкм за счет повышения коррозионной стойкости.

Указанные задача и новые технические результаты обеспечиваются тем, что в известном способе диффузионного цинкования металлических деталей, включающем подготовку поверхностей деталей, загрузку в рабочую камеру деталей и смеси порошкообразных компонентов, содержащей порошкообразный цинк, нагрев рабочей камеры до температуры диффузионного взаимодействия материала шихты с поверхностью покрываемых металлических деталей, выдержку и химическое пассивирование, согласно изобретению, перед нагревом проводят вакуумирование рабочей камеры до остаточного давления 0,1 кПа, осуществляют контактирование деталей по всей поверхности с порошкообразной смесью при вибрации и закачивают в рабочую камеру инертный газ, нагрев проводят в диапазоне температур 350-450°С, химическое пассивирование проводят в среде водного раствора фосфорсодержащего соединения, при этом детали и смесь порошкообразных компонентов загружают в рабочую камеру совместно, смесь порошкообразных компонентов дополнительно содержит инертный наполнитель - диоксид кремния или оксид алюминия, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

порошкообразный цинк 55-85;

инертный наполнитель - диоксид кремния или

оксид алюминия остальное,

при этом смесь порошкообразных компонентов имеет дисперсность не менее 0,01 мкм.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

Первоначально готовят смесь порошкообразных цинка и диоксида кремния в заявляемых пределах соотношений ингредиентов, а именно:

порошкообразный цинк 75-86;
диоксид кремния остальное,

которую затем загружают в рабочую камеру, дисперсность частиц порошкообразной шихты выбирают в оптимальном для получения однородного слоя покрытия диапазоне величин не менее 0,01 мкм.

Далее готовят поверхность покрываемых изделий (мелкого крепежа), которые подвергают механической очистке и обезжириванию. Подготовленные детали загружают в рабочую камеру, вакуумируют ее до остаточного давления 0,1 кПа и осуществляют контактирование их по всей поверхности с массой порошкообразной шихты. Порошкообразная шихта приводится в подвижное состояние либо путем вибрирования рабочей камеры, либо путем механического вращения или перемешивания массы шихты совместно с деталями.

Создание в рабочей камере вакуума способствует снижению воздействия коррозионного фактора атмосферы воздуха.

Затем в пространство рабочей камеры закачивают инертный газ (аргон, углекислый газ, гелий) до заданного давления, после чего включают нагрев. Наличие инертной среды обеспечивает защиту поверхности покрываемых деталей от воздействия коррозионных факторов атмосферы.

Температуру в рабочей камере поднимают до температуры диффузионного взаимодействия материала шихты с поверхностью покрываемых деталей, которая находится в диапазоне от 350°С до 450°С (установлено экспериментально), и поддерживают ее в течение расчетного времени. Указанные температурные условия оптимальны для глубокого проникновения металлических частиц шихты в поверхностный слой покрываемых деталей, что способствует повышению прочности сцепления покрытия с поверхностью.

После завершения процесса формирования покрытия нагрев отключают, а обработанные указанным образом детали подвергают химическому пассивированию в среде водного раствора фосфорсодержащего соединения.

Экспериментально показано, что применение обработки покрытия в среде водного раствора фосфорсодержащего соединения позволяет значительно повысить прочность сцепления покрытия с подложкой и механическую прочность слоя покрытия, его износостойкость, и, как следствие, повысить коррозионную прочность покрытия. Условия эксплуатации диктуют повышенные требования к мелким деталям крепежа, поскольку такие детали подвергаются воздействию значительных усилий растяжения, изгиба, нагрузки и трения. Таким требованиям полностью отвечает пленка цинкового покрытия, упрочненная указанной обработкой.

Как показали эксперименты, в предлагаемом способе обеспечены оптимальные условия для получения коррозионностойкого тонкослойного (толщиной 3-100 мкм) покрытия, имеющего прочное соединение с поверхностью деталей и выдерживающего все эксплуатационные воздействия температур, среды, механических воздействий сдвиговых, упругих и иных деформаций, что, по сравнению с прототипом, является более высоким уровнем перечисленных показателей.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить эффективность процесса цинкования и возможности повышения качества покрытия на деталях мелкого крепежа, а также обеспечить получение тонкослойного покрытия на деталях в диапазоне величин от 5,0 до 60,0 мкм, а кроме того, улучшить коррозионную стойкость за счет повышения качества диффузионного покрытия.

Возможность промышленного применения предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ опробован на установке для диффузионного цинкования, приведенный на чертеже, где:

1 - рабочая камера;

2 - детали;

3 - шихта;

4 - нагреватель;

5 - крышка рабочей камеры, подвижная часть;

6 - магистраль для вакуумирования и подачи инертной среды;

7 - источник инертной среды.

Детали мелкого крепежа (болты, винты, гайки) предварительно механически очищают, обезжиривают в водном растворе неорганической кислоты, промывают и просушивают.

Готовят исходную шихту, для чего смешивают порошкообразные (дисперсностью 1/50-1/100 мкм) цинк и инертный наполнитель (диоксид кремния или оксида алюминия) в заявляемых пределах соотношений ингредиентов, а именно:

порошкообразный цинк 75-86;
инертный наполнитель остальное.

Шихту совместно с деталями загружают в рабочую камеру, вакуумируют ее до остаточного давления 0,1 кПа и осуществляют контактирование их по всей поверхности с массой порошкообразной шихты в условиях вибрации массы шихты.

Затем в пространство рабочей камеры закачивают инертный газ, например аргон. Температуру в рабочей камере поднимают до 350°С и выдерживают в течение 1 часа. Затем нагрев отключают, извлекают детали из рабочей камеры и помещают их в емкость с водным раствором фосфорсодержащего реагента, например фосфата аммония.

После выдержки в течение расчетного времени в среде фосфорсодержащего реагента детали промывают и высушивают и подвергают испытаниям на соответствие требованиям качества готовых изделий. Данные по примерам сведены в таблицу 1.

Как показали лабораторные исследования, защитное цинковое покрытие, полученное в предлагаемом способе, характеризуется:

- высокой эффективностью процесса цинкования,

- повышенным качеством покрытия на деталях мелкого крепежа и сложнопрофильных деталях с труднодоступными участками за счет более высокой, чем в прототипе, коррозионной стойкости;

- толщиной пленки тонкослойного покрытия на деталях в диапазоне величин от 5,0 до 60,0 мкм.

После выдержки в течение расчетного времени в среде фосфорсодержащего реагента (фосфорной кислоты) в количестве 63 мас.% детали промывают и высушивают и подвергают испытаниям на соответствие требованиям качества готовых изделий.

Пример 2. В условиях примера 1, но состав шихты выбран состоящим из цинка порошкообразного 55 мас.%, и инертного наполнителя - оксида алюминия - 45 мас.%, выдержка деталей производится в среде фосфорсодержащего реагента (фосфорной кислоты) в количестве 100 мас.%.

Пример 3. В условиях примера 1, но состав шихты выбран состоящим из цинка порошкообразного 85 мас.%, и инертного наполнителя - диоксида кремния - 15 мас.%.

Данные по примерам сведены в таблицу 1.

Как показали лабораторные исследования, защитное цинковое покрытие, полученное в предлагаемом способе, характеризуется:

- высокой эффективностью процесса цинкования,

- повышенным качеством покрытия на деталях мелкого крепежа и сложнопрофильных деталях с труднодоступными участками за счет более высокой, чем в прототипе, коррозионной стойкости;

- толщиной пленки тонкослойного покрытия на деталях в диапазоне величин от 5,0 до 60,0 мкм.

Таблица
Примеры реализации Состав шихты мас.% Температура нагрева рабочей камеры, инертная атмосфера Физико-механические показатели покрытия Концентрация раствора химического пассивирования, мас.% Примечание
1 2 3 4 5 6
Пример 1 Цинк - 55; Диоксид кремния - 45 360°С, аргон Коррозионная стойкость - покрытие выдерживает 1500 часов в камере соляного тумана Содержание фосфорсодержащего соединения - 63 Испытания по ГОСТ 9054-75. Толщина пленки покрытия: 20-50 мкм
Пример 2 Цинк - 55; Оксид алюминия - 45 360°С, аргон Коррозионная стойкость - покрытие выдерживает 1500 часов в камере соляного тумана Содержание фосфорсодержащего соединения - 83 Испытания по ГОСТ 9054-75. Толщина пленки покрытия: 20-50 мкм
Пример 3 Цинк - 85; Диоксид кремния - 15 360°С, аргон Коррозионная стойкость - покрытие выдерживает 1500 часов в камере соляного тумана Содержание фосфорсодержащего соединения - 83 Испытания по ГОСТ 9054-75. Толщина пленки покрытия: 20-50 мкм

Способ диффузионного цинкования металлических деталей, включающий подготовку поверхностей деталей, загрузку в рабочую камеру деталей и смеси порошкообразных компонентов, содержащей порошкообразный цинк, нагрев рабочей камеры до температуры диффузионного взаимодействия материала шихты с поверхностью покрываемых металлических деталей, выдержку и химическое пассивирование, отличающийся тем, что перед нагревом проводят вакуумирование рабочей камеры до остаточного давления 0,1 кПа, осуществляют контактирование деталей по всей поверхности с порошкообразной смесью при вибрации и закачивают в рабочую камеру инертный газ, нагрев проводят в диапазоне температур 350-450°С, химическое пассивирование проводят в среде водного раствора фосфорсодержащего соединения, при этом детали и смесь порошкообразных компонентов загружают в рабочую камеру совместно, смесь порошкообразных компонентов дополнительно содержит инертный наполнитель - диоксид кремния или оксид алюминия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

порошкообразный цинк 55-85
инертный наполнитель - диоксид кремния
или оксид алюминия остальное,

при этом смесь порошкообразных компонентов имеет дисперсность не менее 0,01 мкм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к обработке металлических изделий, придающей им улучшенные эксплуатационные свойства, в частности к процессу термодиффузионного цинкования.
Изобретение относится к защитным покрытиям и может найти применение в машиностроении, транспортной, химической и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости металлических материалов.
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических изделий, в частности к диффузионному цинкованию, и может быть использовано в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях производства.
Изобретение относится к области химико-термической обработки металлических изделий, более конкретно стального проката, и может быть использовано в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости изделий.
Изобретение относится к области химико-термической обработки металлических изделий, более конкретно стальной проволоки, и может быть использовано в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости изделий.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессам диффузионного цинкования, и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, приборостроительной и других областях промышленности.

Изобретение относится к химико-термической обработке поверхностей деталей и может быть использовано в машиностроении, транспортной, химической и строительной отраслях промышленности для обработки с целью защиты от коррозии и старения прессованных, кованных, литых и механически обработанных изделий из углеродистой и низколегированной, в том числе повышенной прочности, стали, чугуна, меди.
Изобретение относится к созданию на поверхности стальных деталей защитных покрытий и может быть использовано в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к антикоррозионной обработке металлических изделий, в частности к нанесению цинкового покрытия на изделия из ферромагнитных материалов путем термодиффузионного цинкования и к установке, используемой для его осуществления
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических деталей и может быть использовано в электроэнергетике и других областях народного хозяйства для повышения их коррозионной стойкости

Изобретение относится к металлургии, а именно к диффузионному титанированию металлов, в частности к диффузионному титанированию чугуна, и может быть использовано в машиностроении. Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна включает насыщение его поверхности титаном при нагреве до 1000-1100°C в контакте с оксидом титана, выдержку при этой температуре 2-4 часа с последующим быстрым охлаждением в закалочной среде. Обеспечивается повышение износостойкости и жаропрочности деталей машин из серого чугуна. 3 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических изделий, в частности к диффузионному цинкованию, и может быть использовано в машиностроительной, приборостроительной, авиационной и других отраслях промышленности. Антикоррозионное покрытие на металлические изделия наносят в герметичном контейнере, размещенном в муфельной печи. Обрабатываемые детали размещают в контейнере регулярным образом в оснастке с опорными поверхностями, фиксирующей их и препятствующей их непосредственному контакту между собой и перемещению относительно друг друга при движении контейнера таким образом, что минимальное расстояние между обрабатываемыми поверхностями деталей составляет 3-5 мм. В процессе цинкования обрабатываемые детали могут совершать перемещения относительно опорных поверхностей оснастки в контейнере не более чем на 5-10 мм. Насыщающая смесь содержит кристаллы цинка чистотой 0,97-0,99% игловидной формы с коэффициентом эффективной площади поверхности 10. Насыщающая смесь имеет гранулометрический состав в интервале 3-7 мкм, а ее масса составляет 1-4% от массы обрабатываемых деталей или 130-140% от массы требуемого покрытия на поверхности обрабатываемых деталей. Технический результат изобретения заключается в увеличении срока службы изделия за счет исключения его коррозии и повышении производительности печи, в которой ведется диффузионное цинкование, а также сокращении расхода цинка в расчете на единицу поверхности обрабатываемой детали.

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий с резьбовыми поверхностями, а именно к способу нанесения термодиффузионного цинкового покрытия на стальные изделия. Проводят химико-термическую обработку при температуре 380-420°C во вращающейся реторте во взвешенном слое модифицированного порошка цинка, имеющего поверхностную пленку активного оксида цинка. Содержание в порошке фракции с размером порошка менее 40 мкм составляет 10-40%. Обработку начинают с загрузки изделий в реторту с порошком, нагретым до температуры 330-360°C, а заканчивают стадией охлаждения в вакууме до температуры 320-360°C в течение не менее 50 минут. Остаточное давление на стадии охлаждения поддерживают в диапазоне 0,1-0,3 кгс/кв.см. Массовое соотношение стальных изделий к модифицированному порошку выдерживают на уровне от 1,5 до 4,0. Стальная муфта с резьбовой поверхностью имеет термодиффузионное цинковое покрытие толщиной 31-60 мкм, выполненное с отклонением от среднего значения толщины на резьбовой поверхности не более 20% и нанесенное упомянутым способом. Покрытие имеет соотношение толщины Г-фазы к толщине δ-фазы в диапазоне от 0,4 до 1,0, при этом δ-фаза имеет однородную структуру и содержит включения Г-фазы в диапазоне 5-10% по массе. Размер включений Г-фазы в слое δ-фазы составляет от 0,05 до 0,2 мкм. На изделиях с резьбовой поверхностью получено покрытие с улучшенными эксплуатационными свойствами, в частности с числом циклов свинчивания-развинчивания при эксплуатации более 70 за счет улучшения показателей покрытия по пластичности и износостойкости. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к антикоррозионной обработке изделий, в частности к способу термодиффузионного цинкования изделий из ферромагнитных материалов, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения, а также других отраслях промышленности. Реторту размещают внутри индукторов посредством дополнительных механизмов продольного перемещения, нагрев поверхности реторты до заданного значения осуществляют в две стадии, причем на первой стадии нагревают ее до температуры, равной 85-90% заданного значения, которую измеряют в зоне индукторов посредством дополнительно установленных в этих зонах термопар. При достижении в зоне индукторов значения указанного диапазона отключают электрическое питание индукторов и перемещают реторту в сторону выхода из нагревательной установки на величину, равную расстоянию между индукторами, затем включают электрическое питание индукторов и дополнительных механизмов вращения реторты в момент касания механизмов с поверхностью реторты и продолжают нагрев реторты вихревыми токами до достижения заданной температуры в смещенных зонах реторты, составляющей 250-550°С в зависимости от содержания цинка, составляющего 10-50 мас.% в цинковой смеси, и массы загруженных в реторту изделий, а время выдержки реторты в нагревательной установке определяют в зависимости от состава цинковой смеси и требуемой толщины покрытия, составляющей от 30 до 300 мкм. В процессе цинкования осуществляют непрерывный сброс избыточного давления в реторте. Затем извлекают реторту из индукторов, подвергают ее охлаждению и производят выгрузку оцинкованных изделий. Обеспечивается уменьшение длительности технологического цикла нанесения антикоррозионного цинкового покрытия, сокращение затрат электроэнергии, сокращение расхода цинкового порошка, обеспечение высокого качества цинкового покрытия при увеличении его толщины до 300 мкм, повышение надежности работы устройства. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к антикоррозионной обработке металлических изделий, а именно к нанесению цинкового покрытия на изделия из ферромагнитных материалов путем термодиффузионного цинкования и к установке, используемой для его осуществления. Осуществляют загрузку партии изделий в реторту электрической нагревательной установки, засыпку насыщающей цинксодержащей смеси в количестве 8-16% от массы цинкуемых изделий, содержащей 20-25% порошка цинка и 75-80% глинозема, герметизацию реторты, ее размещение внутри индукторов нагревательной установки и нагрев до 350-550°С в зависимости от требуемой толщины покрытия и массы изделий вихревыми токами при вращении реторты до заданной температуры, выдержку реторты, извлечение реторты из индукторов и охлаждение при вращении ее на технологическом столе до температуры, не превышающей 250°C. В процессе цинкования осуществляют непрерывный сброс избыточного давления в реторте. Контролируют момент достижения заданного значения температуры, по которому формируют сигнал для осуществления продольного перемещения реторты на величину, равную расстоянию между индукторами. Продолжают нагрев реторты до достижения заданной температуры в смещенных зонах реторты при ее вращении. Обеспечивается повышение равномерности нагрева поверхности реторты, уменьшение времени цинкования, а также повышение надежности и удобства эксплуатации установки для нанесения цинкового покрытия на изделия из ферромагнитных материалов путем термодиффузионного цинкования независимо от длины и конфигурации изделия. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к способу термодиффузионного цинкования стальных изделий. Проводят подготовку состава для термодиффузионного цинкования, содержащего порошок цинка, инертный наполнитель и активатор, и обработку в упомянутом составе стальных изделий путем нагрева при температуре 420ºС. Подготовку состава для термодиффузионного цинкования осуществляют путем добавления в состав, содержащий 25-75 вес.% порошка цинка и 75-25% инертного наполнителя, в качестве активатора - 0,5-0,8% тетрахлорметана от весового содержания порошка цинка, а нагрев при обработке стальных изделий в упомянутом составе проводят в течение 90 минут. Обеспечивается повышение насыщающей способности состава. 1 пр.
Изобретение относится к химико-термической обработке, может быть использовано в нефте-газодобывающей промышленности для повышения коррозионной стойкости муфт насосно-компрессорных труб. Способ термодиффузионного цинкования стальных деталей включает загрузку в герметичный вращающийся реактор стальных деталей и насыщающей смеси, состоящей из инертного носителя, активатора и от 30 до 60 мас.% высокодисперсного порошка цинка в количестве к весу загружаемых деталей, нагрев реактора с деталями и насыщающей смесью, выдержку при 360-380°С в инертной атмосфере и последующее охлаждение до температуры 20-36°С. Используют высокодисперсный порошок цинка крупностью 4-60 мкм в количестве 0,05-0,18 кг на 1 м2 покрываемой поверхности стальных деталей. Насыщающую смесь загружают в реактор от 40 до 100 мас.% к весу деталей, а инертный носитель используют крупностью 60-140 мкм. Обеспечивается безотходный способ термодиффузионного цинкования с одновременным удешевлением.
Наверх