Способ цинкования стальных деталей

Авторы патента:

Мордынский Виталий Брониславович (RU)

C23C10/36 - с диффундированием только одного элемента

Владельцы патента RU 2401320:

Учреждение Российской академии наук Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) (RU)

Изобретение относится к созданию на поверхности стальных деталей защитных покрытий и может быть использовано в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности. Осуществляют загрузку деталей в реторту, засыпку насыщающей смеси, содержащей, мас.%: 35-60 цинка в виде высокодисперсного порошка, 2-5 хлористого алюминия АlСl₃ в качестве активатора и окись алюминия или шамот, или кварцевый песок в качестве инертного наполнителя. Нагрев и выдержку деталей проводят при температуре 360-450°С. Получается стабильное по толщине покрытие.

Изобретение относится к способам создания на поверхностях стальных деталей и изделий защитных покрытий, обладающих высокой коррозионной стойкостью в условиях атмосферы, а также в сероводородсодержащих и водных средах. Может быть использовано в процессах химико-термической обработки, в частности, при термодиффузионном цинковании стальных деталей в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности для повышения ресурса деталей и узлов основного и вспомогательного оборудования.

Известен состав для получения диффузионного цинкового покрытия указанных поверхностей, содержащий металлический порошок и инертный наполнитель при следующем соотношении компонентов (мас.%): металлический порошок 75, инертный наполнитель 25 (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник под ред. Л.С.Ляховича. - М.: Металлургия, 1981, с.160-169). В качестве металлического порошка может быть использован цинк, а в качестве инертного наполнителя - оксид кремния, оксид алюминия и т.д. Недостатком данного состава является низкая насыщающая способность и необходимость дополнительной обработки цинкового покрытия пассиваторами во избежание появления в процессе хранения и эксплуатации «белой ржавчины».

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является способ нанесения цинкового покрытия путем термодиффузионного цинкования, включающий загрузку изделий в реторту поворотной электрической печи, засыпку насыщающей смеси, содержащей 80-90% цинка, причем для формирования цинкового покрытия толщиной 1 мкм засыпная масса насыщающей смеси составляет 7,8-8,2 г на 1 м², герметизацию реторты, нагрев ее до заданной температуры, выдержку при этой температуре, сброс давления в реторте в течение всего времени процесса цинкования, выгрузку изделий из реторты, мойку и пассивацию их.

Недостатком способа является то, что данный метод не позволяет проводить легирование покрытия дополнительными элементами для увеличения коррозионной стойкости при нормальной и повышенных температурах (Патент РФ №2174159, Кл. С2310/52, опубл. 27.09.2001, прототип).

Предлагаемый способ решает техническую задачу создания на поверхности деталей стабильного по толщине покрытия с высокими служебными свойствами. Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения защитного покрытия на стальных деталях, включающем загрузку деталей в реторту, засыпку насыщающей смеси, содержащей цинк, нагрев и выдержку деталей при температуре 360-450°С, используют насыщающую смесь, содержащую (мас.%): 35-60 цинка в виде высокодисперсного порошка, 2-5 хлористого алюминий (АlСl₃) в качестве активатора и окись алюминия, или шамот, или кварцевый песок в качестве инертного наполнителя.

Такое выполнение способа позволило решить поставленную техническую задачу за счет того, что появляется возможность исключить названное явление за счет введения легковозгоняющегося при повышении температуры хлорида алюминия в качестве основного микролегирующего элемента покрытий.

Хлорид алюминия имеет температуру возгонки 183°С, что значительно ниже температуры плавления и цинка и его эвтектик, благодаря чему он полностью переходит в газовую фазу и осаждается на поверхность деталей в виде отдельных атомов, что исключает образование конгломератов на обрабатываемой поверхности и в результате покрытия получаются ровного серого цвета. Преимуществом предлагаемого способа является высокая насыщающая способность, равномерность толщины покрытий и их высокая коррозионная стойкость, за счет микролегирования покрытия легковозгоняющимся при повышении температуры хлоридом алюминия происходит смещение электродного потенциала покрытий в отрицательную сторону.

Пример конкретного выполнения. Для сопоставительной проверки заявляемого способа подготовлена смесь, содержащая (вес.%): порошок цинка 50, хлорид алюминия АlСl₃ 5 (при этом содержание алюминия в смеси составляет 2,2%), инертный наполнитель - остальное. В качестве прототипа использовали смесь: порошок цинка 40, медь 0,05, алюминий 0,2, инертный наполнитель - остальное. Процесс насыщения проводили на образцах из стали 20 при температуре 440°С в течение 1 часа и на болтах высокопрочной стали М22 при температуре 400°С в течение 1 часа. Толщина покрытий на образцах стали 20 при использовании смеси «прототип» имела разброс от 35 до 80 мкм, на поверхности образцов имелись наплывы и припекшиеся конгломераты порошковой смеси. Разброс толщины предлагаемого способа от 60 до 73 мкм. После испытания покрытий в камере с 3% раствором нейтрального солевого тумана в течение 196 часов на образцах-прототипах в местах минимальной толщины покрытия появились бурые пятна коррозии. Покрытия по предлагаемому способу таких пятен не имели, а только изменили цвет со светло-серого на темно-серый, на поверхности образцов с покрытием толщиной 25 мкм отсутствуют «белая ржавчина» даже без проведения пассивации.

Высокопрочные болты после оцинкования в составе-прототипе из-за образовавшихся наплывов в резьбовой части не скручивались с гайкой, в предлагаемом случае этих дефектов не обнаружено и гайки легко накручивались вручную.

Способ получения защитного покрытия стальных деталей, включающий загрузку деталей в реторту, засыпку насыщающей смеси, содержащей цинк, нагрев и выдержку деталей при температуре 360-450°С, отличающийся тем, что используют насыщающую смесь, содержащую, мас.%: 35-60 цинка в виде высокодисперсного порошка, 2-5 хлористого алюминия (АlСl₃) в качестве активатора и окись алюминия или шамот, или кварцевый песок в качестве инертного наполнителя.

Изобретение относится к области технологий нанесения защитных антикоррозионных покрытий. .

Модифицированный порошок цинка для термодиффузионного цинкования, способ нанесения покрытия и муфта с термодиффузионным цинковым покрытием // 2383413

Изобретение относится к обработке металлических изделий, придающей им улучшенные эксплуатационные свойства, в частности к процессу термодиффузионного цинкования.

Защитное покрытие поверхности металлических изделий // 2353707

Изобретение относится к защитным покрытиям и может найти применение в машиностроении, транспортной, химической и других отраслях промышленности. .

Способ диффузионного цинкования металлических материалов // 2221899

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости металлических материалов.

Способ термодиффузионного цинкования // 2201995

Способ термодиффузионного цинкования стального проката // 2198956

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.

Способ термодиффузионного цинкования стальной проволоки // 2195512

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.

Способ диффузионного никелирования металлических материалов в псевдоожиженном слое // 2194795

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

Способ цинкования стальных изделий // 2186150

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.

Способ нанесения цинкового покрытия и установка для его осуществления // 2174159

Способ нанесения цинкового покрытия и установка для его осуществления // 2424351

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

Способ диффузионного цинкования поверхности металлических изделий // 2451109

Изобретение относится к химико-термической обработке металлических деталей и может быть использовано в электроэнергетике и других областях народного хозяйства для повышения их коррозионной стойкости

Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна // 2493289

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.

Способ нанесения антикоррозионного покрытия на металлические изделия путем термодиффузионного цинкования // 2500833

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.

Способ нанесения термодиффузионного цинкового покрытия и муфта с термодиффузионным цинковым покрытием // 2507300

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.

Способ термодиффузионного цинкования изделий из ферромагнитных материалов // 2527593

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.

Способ нанесения цинкового покрытия и установка для его осуществления // 2533400

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.

Способ термодиффузионного цинкования стальных изделий // 2539888

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.

Способ термодиффузионного цинкования // 2557045

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.

Герметичная капсула для термодиффузионного цинкования металлических изделий // 2558816

Изобретение относится к области нанесения защитных антикоррозионных покрытий, а именно к герметичной капсуле для термодиффузионного цинкования металлических изделий, имеющих ступенчатую конфигурацию c максимальным и минимальным диаметрами ступеней. Упомянутая капсула выполнена с возможностью вращения и имеет крышку, при этом она снабжена размещенным в ней по меньшей мере одним контейнером, который снабжен по меньшей мере одной кассетой, длина которой в осевом направлении соответствует длине внутренней полости капсулы. Кассета включает не менее двух концевых секций и промежуточные секции, причем расстояние между концевыми секциями соответствует осевым размерам обрабатываемых деталей. Кассета содержит горизонтальные направляющие, расстояние между которыми соответствует минимальному диаметру участков обрабатываемых изделий, а толщина превышает на 3-5 мм половину разности максимального и минимального диаметров ступеней деталей. Горизонтальные направляющие снабжены установленными вертикально фиксаторами, ширина которых на 3-5 мм превышает половину разности максимального и минимального диаметров ступеней обрабатываемых деталей. Фиксаторы закреплены с возможностью их удаления при снаряжении кассеты для подготовки изделий к цинкованию, а горизонтальные направляющие кассеты стянуты резиновыми соединениями, обеспечивающими неизменность их взаимного расположения в процессе вращения капсулы. Горизонтальные направляющие установлены так, что их продольные оси расположены параллельно плоскости разъема капсулы и вписаны в окружность, диаметр которой равен внутреннему диаметру капсулы. Расстояние между горизонтальными направляющими кассеты установлено из условия, чтобы упругие поперечные деформации обрабатываемых изделий, возникающие под действием их собственного веса, не превышали 3-5 мм. Обеспечивается фиксация обрабатываемых деталей относительно друг друга и относительно корпуса, а также создание равномерной защитной цинковой пленки при произвольных продольных размерах обрабатываемых изделий и их ступенчатой конфигурации. 5 ил.