Состав для получения цинк-алюминиевого покрытия на стали

 

Сущность изобретения: для получения цинк-алюминиевого покрытия на стали используют расплав, содержащий, мас.%: цинк-алюминиевый сплав (с содержанием 0,5-2,8,5%) 92,2-99,8; изопропилат алюминия 0,1-4,9; гексакарбонил хрома 0,1-2,9. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ АЛ И СТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С23 С 2/06

К АВТО

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4914620/26 (22) 26.01,91 (46) 30 01,93. Бюл. N 4 (71) Казахский государственный университет им .С.M.Êèðoâà

{72) Г,Н.Кравченко, А,В.Яровчук и А,B.Ìaíóхин (56) Заявка Японии

¹ 59-19257, кл. С 23 С 1/02, опублик.

01.11.84.

Goodwin F., Cautsouradls D„VIart G, Pelerin 1., Wire 1. Inst 17, N 11, 1984, с 69-70.

Заявка Японии ¹ 62-142736, кл.

С 23 2/06, опублик. 26.06.87.

Авторское свидетельство СССР № 1694693, кл. С 23 С 2/06.

Изобретение относится к коррозионностойким цинк-алюминиевым покрытиям, наносимым на стальные листы или проволоку.

Известен состав цинк-алюминиевого покрытия, содержащий 0,3 — 75"-,ь Al остальное Zn, который наносят на стальную полосу или другое изделие после механической обработки поверхности путем погружения в расплав. Покрытие получают толщиной 1446 мкм с высокой коррозионной стойкостью.

Недостатками покрытия являются низкая твердость и износостойкость, недостаточная адгезия к стали, Известен состав коррозионностойкого цинк-алюминиевого покрытия (Zn-5)(, Al) для стальной проволоки, в который с целью увеличения пластичности, способности к катодной защите и адгезии введены добавки

Sb, Cr, Со, Мц.

Недостатками данного покрытия являются невысокая износостойкость, так как А 1791463 А1 (54) СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКАЛЮМИНИЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛИ (57) Сущность изобретения: для получения цинк-алюминиевого покрытия на стали используют расплав, содержащий, мас,-",ь; цинк-алюминиевый сплав (с содержанием

0,5-2,8,5 j) 92,2-99,8; изопропилат алюминия 0,1-4,9; гексакарбонил хрома 0,1-2,9.

1 табл. присутствие добавок вызы вает образование на границе контакта покрытия с основой хрупких интерметаллидов.

Известен состав для получения цинкалюминиевого покрытия, содержащий добавки {в Я: Tl или Zz 0,01-10,0; Al 0,15-25,0 (при соотношении Zz к Al от 1 10 до 1/100), одного или нескольких элементов группы

Mn, Nl, Со и Fe 0,01-0,8 . При необходимости сплав может содержать St 0,01-5 . В результате в сплаве образуются Т! А! з и (или)

ZzAls 0,02-2,6ф, Материал обладает высокой коррозионной стойкостью и не отслаивается от основы при изгибе.

К недостаткам покрытия относится сложный состав и наличие интерметаллидов, которые, как известно, отличаются повышенной хрупкостью и, вследствие этого, могут выкрашиваться при трении, что вызывает пониженную износостойкость.

Наиболее близким к предлагаемому является состав для получения цинк-алюмини1791463 евого коррозионностойкого покрытия, содержащий цинк-алюминиевый сплав (А! от

0,5 до 28,5 мас, $) 95,0- 99,9 мас. $ и добавку изопропилэта алюминия 0,1-5,0 мас, g,.

Покрытие характеризуется высокой твердостью и износостойкостью.

К недостаткам его относится невысокая адгезия к стали.

Целью изобретения является повышение адгезии покрытия к стали без ухудшения износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что состав для получения покрытия из цинкалюминиевого сплава с изопропилатом алюминия дополнительно содержит добавку гексакарбонила хрома при следующем соотношении компонентов, мас.ь:

Цинк-алюминиевый сплав (алюминия от 0,5 до 28,5) 92,2 — 99,8

Изопропилат алюминия 0,1-4,9

Гексакарбонил ! хрома 0,1 — 2,9

Патентно-информационный поиск показал; что повышение адгезии цинк-алюминйевого сплава к стальным изделиям обычно осуществляется эа счет введения в состав покрытия или основы небольших металлических добавок (Sb, Cr, Со, Mg, Ti, Zx, Al). Однако легирование материала приводит к образовэйию в процессе нанесения покрытия и при эксплуатации изделия интерметаллидов, снижающих прочность материала, способствует формированию промежуточных слоев, содержащих хрупкие фазы, что увеличивает риск разрушения изделия при нагрузках и повышает склонность к межкристаллитной коррозии.

Улучшение адгезии зэ счет механической или химической обработки поверхности стального изделия не всегда дают требуемый результат. Кроме того, существует технологическая трудность в обработке поверхности детали сложной формы, а в случае химического травления — использование токсичных веществ, которые ограни. чивают их применение. Известно, что наличие добавки хрома в покрытие улучшает его адгезию к стали, однако износостойкость при этом может снизиться за счет образования в покрытии интерметаллидов, которые ввиду своей хрупкости выкрэшиваются при трении.

Известно, что использование для.покрытий составов цинк-алюминиевого сплава с малым содержанием алюминия (менее

0,5 мас.$) нецелесообразно, так как они склонны к точечной коррозии. В то же время содержание алюминия свыше 28,5 мас.Я нежелательно из-за пазовых превращений в них, а также из-за более высоких температур плавления сплава, Составы цинк-алюминиевых сплавов с содержанием алюминия

5 лот 0,5 до 28,5 мас.7 отличаются мелкозернистой структурой и более высокой коррозионной стойкостью, Применение в этом покрытии добавки иэопропилата алюминия в количествах от 0,1 до 5 мас, обеспечива10 ет благоприятное сочетание твердости и износостойкости покрытия, При содержании изопропилата алюминия менее 0,1 мас.og, нет эффекта увеличения износостойкости, при 5,0 мас. Д увеличивается вязкость рас15 плавленного металла и наблюдается комкование частиц добавки.

Сведений об использовании гексакарбонильного соединения хрома в составе металлического покрытия для улучшения

20 адгезии нет.

Получение покрытия из предлагаемого состава осуществляется следующим образом, В ванну с расплавом цинка и алюминия при температуре 450-540ОС в цанговом за25 жиме или алюминиевой фольге вводится необходимое количество порошкообразных изопропилата алюминия и гексакарбонила хрома. Расплав тщательно перемешивается и наносится любым известным способом

30 (распылением, окунанием, протягиванием через расплав) на изделие (например, стальную полосу, проволоку). На поверхности изделия формируется покрытие толщиной

5,0 — 150,0 мкм. Покрытие имеет гладкую по35 верхность, высокую износостойкость, при этом адгезия его даже к полированной до

13 — 14 .класса чистоты поверхности стали увеличивается. При изгибе стальной полосы на <90 не образуются микротрещины и не

40 отмечается отслаивание покрытия от основы. В процессе совместного термораспадэ используемых металлоорганических соединений происходит выделение в матричной основе сплава цинк-алюминий ультрадис45 персных (0,01 мкм).частиц оксида хрома и оксида алюминия, а также твердого раствора на их основе. Это приводит к улучшению сцепления между частицами в покрытии (когезии) и к повышению адгези50 онного сцепления с поверхностью стального изделия.

Примеры выполнения.

Пример 1. Состав для получения покрытия готовят следующим образом:

55 сплав цинк-алюминий (Al-21 мас.$) расплавляют при 450 С, в него одновременно вводят в алюминиевой фольге смесь порошков изопропилата алюминия и гексакарбонилэ хрома при следующем соотношении компонентов,мас.,4:

1791463

Цинк-алюминиевый сплав (алюминий -21,0) . 96,9

Изопропилат алюминия 3,0

Гексакарбонил хрома 0,1

Расплав перегревают на 50о и протяги- 5 вают через ванну стальную полосу толщиной 1 мм со скоростью протяжки 0,5 м/мин, Сформировавшееся покрытие имеет гладкую поверхность и толщину 10 мкм. Покрытие сохраняет высокую износостойкость (1). 10 адгезия к стали повышается до 26 кг/мм .

Пример 2. В расплав цинк-алюминиевого сплава, как в примере 1, вводятдобавку гексакарбонила хрома при соотношении компонентов, мас. : 15

Цинк-алюминиевый сплав (алюминия — 21,0) 94,1

Изопропилат алюминия 3,0

Гексакарбонил хрома 2,9

Через расплав протягивают стальную 20 полосу со скоростью 40 м/мин. Сформировавшееся покрытие имеет толщину 100 мкм, износостойкость 1,5, адгезия составляет 57 кгlмм . Изгиб стальной полосы с покрытием на <90 показал, что трещины в месте 25 изгиба не образуются; что свидетельствует о высокой когезионной прочности покрытия.

Пример 3. В расплав цинк-алюминиевого сплава, как s примере 1, вводится 30 добавка гексакарбонила хрома в смеси с изопропилатом алюминия при соотношении компонентов, мас, ;

Цинк-алюминиевый сплав (алюминия 21) 95,5 35

Изопропилат алюминия 3,0

Гексакарбонил хрома - 1,5

После перегрева расплава на 50 С через него протягивают стальную полосу со скоростью 20 м/мин. Толщина сформиро- 40 вавшегося покрытия составляет 80 мкм, износостойкость.1,2, адгезия 40 кг/мм, Пример 4. Расплав для покрытия готовят, как в примере 1, используя следую- 45 щее соотношение компонентов, мас. :.

Цинк-алюминиевый сплав (алюминия 21) 96,95

Изопропилат алюминия 3.0

Гексакарбонил хрома 0.05 50

Покрытие получают способом протягивания стальной полосы через расплав со скоростью протяжки 20 м/мин, Полученное покрытие обладает хорошей износостойкостью (1,0), но адгезия к стали (24 кг/мм ) не 55 улучшилась, по сравнению с покрытием беэ добавки гексакарбонила хрома.

Пример 5. Состав для получения покрытия готовят при следующем соотношении компонентов, мас. .

Цинк-алюминиевый сплав (алюминия 21) 93.5

Изопропилат алюминия 3,0

Гексакарбонил хрома 3,5

Стальную полосу протягивают через расплав со скоростью 20 м/мин, Сформировавшееся покрытие имеет шершавую поверхность, пониженную износостойкость (0,6) и пониженную адгезию к стали (18 кг/мм ), Ухудшение свойств покрытия обус2 ловлено пониженной жидкотекучестью расплава из-за высокого содержания вводимых добавок, комкованием оксидных частиц, их коагуляцией, в результате чего значительно облегчается их выкрашивание при трении и снижается износостойкость.

В таблице приведены данные по износостойкости и адгезионной прочности покрытия с добавкой гексакарбонила хрома и без нее, Как видно из приведенных примеров и данных, представленных в таблице, введение в цинк-алюминиевый сплав, содержащий иэопропилат алюминия, добавки гексакарбонила хрома в количестве 0,1 — 3,0 мас. улучшает адгезию к стали. Прочность сцепления покрытия с основой улучшается за счет того, что при совместном термораспаде металлоорганических соединений хрома и алюминия в расплав выделяются ультрадисперсные частицы хрома, оксида хрома и оксида алюминия, на основе которых образуется твердый раствор. Введение добавки гексакарбонила хрома более 3,0 мас. (пример 5) вызывает снижение жидкотекучести расплава и образование рыхлого покрытия пониженной износостойкости из-за комкования частиц окислов. Введение добавки гексакарбонила хрома менее 0,1 мас, не влияет заметно на адгезию и износостойкость покрытия (пример 4), По сравнению с прототипом заявляемый состав имеет следующие преимущества: 1) обеспечивает повышенную адгезионную прочность на стальных поверхностях; 2)покрытие не растрескивается даже при изгибе стальной основы на 90О.

Внедрение в производство предлагаемого состава для получений покрытия на стальных иэделиях позволит улучшить технико-экономические показатели, благодаря снижению брака на 3 — 5 . Даже при малосерийном производстве экономический эффект только на одном предприятии может составить 20 000- 25 000 руб.

Формула изобретения

Состав для получения цинк-алюминиевого покрытия на стали, содержащий цинкалюминиевый сплав и изопропилат алюминия, отличающийся тем, что, с

1791463

Примечание;

* Микротвердость определяли с помощью прибора flMT-3.

** Износостойкость по методике, *** Адгезионную прочность методом нормального отрыва.

Составитель Ю, Горбунов

Редактор С. Кулакова Техред М,Моргентал Корректор С.Патрушева

Заказ 134 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ho изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5 .

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина. 101 целью повышения адгезии покрытия к основе без ухудшения износостойкости, он дополнительно содержит гексакарбонил хрома при следующем соотношения компонентов, мас, ;

Цинк-алюминиевый сплав (с содержанием алюминия 0,5-28,5 ) 92,2-99,8

Изопропилат алюминия 0,1-4,9

Гексакарбонил хрома 0,1-2,9.