Способ нанесения диффузионного цинкового покрытия на стальные изделия с окисленной поверхностью

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по иатентам и товарным знакам (21) 5029729/02 (22) 25.02.92 (46) 15.1293 Бюа Na 45 — 46 (76) Галин Рашит Галимович; Голоднов Игорь Васильевич; Ворошнин Леонид Григорьевич (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ДИФФУЗИОННОГО

ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ HA СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ С ОКИСЛЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЫО (57} Использование: в металлургии, в частности хи(в1 RU (и) 2ОО462О Cl (S13 5 С 23 С 1 636 мико-термической обработки, а также в различных отраслях промышленности при обработке стальных изсепий с окисленной поверхностью. Сущность изобретения: стальные изделия с окисленной поверхностью смачивают либо 5 — 15%-ным водным раствором основания, либо 0.1 — 3,0%-ным водным раствором кислоты, после чего подвергают диффузионному цинкованию в порошковой среде. 1 табл

2004620

Изобретение относится к области металлургии, в частности к модифицированию поверхностных слоев металлических изделий путем химико-термической обработки их в порошковых насыщающих средах, и 5 может быть использовано в автомобилестроении, машиностроительной, трубопрокатной, приборостроительной, авиационной и других отраслях промышленности при обработке стальных изделий с окисленной поверхностью, следами масла, СОЖ и т.д.

Модифицирование поверхностных слоев металлических иэделий может быть достигнуто, например, путем нанесения на поверхность нового материала с необходи- 15 мыми свойствами, используя гальванические, химические, наплавочные покрытия, а также за счет того, что поверхность изделия подвергают диффузионной химико-термической обработке — борированию, цинкова- 20 нию, алитированию, хромированию, в результате которой образуется новый, отличающийся от материала насыщаемой поверхности сплав соответственно с бором, цинком, алюминием, хромом. 25

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ нанесения диффузионного цинкового покрытия на стальные изделия с окисленной поверхностью, включающий 30 очистку стальной поверхности от окислов, введение обрабатываемого изделия в зону нанесения покрытия, содержащую порошкообразную насыщающую смесь, и осуществление взаимодействия его поверхности 35 с насыщающей смесью при температуре, обеспечивающей диффузионное насыщение укаэанной поверхности с образованием покрьггия (1).

Очистка стальной поверхности иэделий 40 от окислов включает операции обезжиривания с промывкой и травления с промывкой.

Обезжиривание стальных изделий осуществляют в водных растворах оснований, содержащих едкий натр, тринатрийфосфат, 45 кальцинированную соду и жидкое стекло. .Промывку изделий осуществляют в холодной и горячей воде, Недостатком данного способа является высокая трудоемкость процесса, т.к. способ 50 предполагает продолжительную и тщательную очистку стальной поверхности изделий перед процессом диффузионного насыщения, Кроме того, операции по очистке обре- 55 батываемых иэделий сопровождаются образованием большого количества экологически вредных стоков, выбросов, отходов. Все это ухудшает экологичность способа нанесения покрытия, В основу заявляемого изобретения положена. задача путем изменения условий восстановления получить высококачественные диффузионные покрытия с наименьшей трудоемкостью и высокой экологичностью, Эта задача решается тем, что в способе нанесения диффузионного цинкового покрытия на стальные изделия с окисленной поверхностью, включающем введение обрабатываемого изделия в зону назначения покрытия, содержащую насыщающую смесь, и осуществление взаимодействия его поверхности с насыщающей смесью при температуре, обеспечивающей диффузионное насыщение укаэанной поверхности с образованием покрытия, перед взаимодействием поверхности изделия с насыщающей смесью осуществляют смачивание обрабатываемого изделия раствором электролита, образованного водным раствором основания концентрацией 5-15% или водным раствором кислоты концентрацией 0,1-3%.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения, включающая смачивание обрабатываемого изделия перед взаимодействием его поверхности с насыщающей смесью раствором электролита определенного состава вместо предварительной очистки поверхности от окислов, позволяет получить высококачественное цинковое покрытие со значительно меньшей трудоемкостью и высокой экологичностью. Получение высококачественного цинкового покрытия со значительно меньшей трудоемкостью можно объяснить тем, что операцию смачивания обрабатываемого изделия осуществляют значительно быстрее, чем очистку поверхности иэделий от окислов, при этом именно при смачивании обрабатываемого изделия раствором электролита заданного состава можно получить высококачественное цинковое покрытие.

Это можно обьяснить повышением восстановительной способности металлической компоненты насыщающей смеси, а именно порошка цинка, которая достаточна для восстановления оксидов железа на поверхности обрабатываемого иэделия.

Высокая восстановительная способность порошка цинка возникает за счетсмеси до температуры диффузионного насыщения в зоне нанесения покрытия с находящимися в ней обрабатываемыми изделиями происходит интенсивное взаимодействие металлической компоненты насыщающей смеси, а именно цинка, с электролитом заданного состава, сопровождающееся выделением водорода, Водород адсорбируется, по-видимому, в атомарном состоянии на поверхности частиц порошка насыщающей смеси и

2004620

50 служит катализатором при восстановлении оксидов железа. При смачивании обрабатываемых изделий водными растворами оснований концентрацией менее 5% или кислыми растворами концентрацией менее

0,1% выделяющегося водорода недостаточно для повышения восстановительной способности порошка до полного восстановления оксидов железа на поверхности иэделий и получения высококачественного покрытия, равномерного и заданной толщины, а смачивание обрабатываемых изделий водными растворами оснований концентрацией более 15% и кислыми растворами концентрацией более 3% нецелесообразно, т,к, уже смачивание обрабатываемых изделий водными растворами оснований концентрацией 15% и кислыми растворами концентрацией 3% достаточно для полного восстановления оксидов железа и получения равномерного покрытия с заданной толщиной; кроме того, дальнейшее увеличение содержания основания или кислоты в растворе электролита приведет к удорожанию способа.

Необходимо отметить, что повышению экологичности способа способствует отсутствие экологически вредных стоков, образующихся при промывке иэделий после обезжиривания и травления. Кроме того, предлагаемый способ нанесения диффузионного цинкового покрытия позволяет повысить коррозионную стойкость стальных изделий с окисленной поверхностью, Для осуществления предлагаемого спо. соба нанесения диффузионного цинкового покрытия на стальные изделия с окисленной поверхностью предварительно готовят растворы электролитов. например водные растворы NaOH, НCI и НКОз.

Составы опробованных растворов электролитов приведены в таблице.

Пример 1. Метизы (болты, гайки) иэ стали 45 с окисленной поверхностью, следами меди и СОЖ непосредственно перед введением в зону нанесения покрытия, содержащую насыщающую смесь, смачивают в водном растворе Na0H (ГОСТ 4328-77) (составы опробованных растворов приведены в таблице) в течение 0,5 мин. Затем обраба тываемые метизы вводят в зону нанесения покрытия, зону герметизируют любым известным методом, например плавким затвором, и осуществляют диффузионное насыщение поверхности изделий при (460 10) Ñ и (500 +10) С в течение 120 мин. Толщина покрытия, образованного на обработанных метизах, приведена втаблице.

П р и M е р 2. Метизы (болты, гайки) из стали 45 с окисленной поверхностью, следами масла и СОЖ непосредственно перед введением в зону нанесения покрытия, содержащую насыщающую смесь, смачивают в водном растворе НС! (ГОСТ 3118-77) (составы опробованных растворов приведены в таблице) в течение 0,5 мин. Остальное — no примеру 1.

Пример 3. По и римеру 1, но смачивают в водном растворе НМОз (ГОСТ 4461-67), Пример 4, Для сравнения диффузионное цинковое покрытие на метизы (болты, гайки) из стали 45 с окисленной поверхностью и следами масла наносят способомпрототипом. Предварительно проводят очистку стальной поверхности метиэов от окислов и масла, Для этого последовательно сначала поверхность обеэжиривают в растворе, содержащем едкий натр (ГОСТ 432877) в количестве 1 мас.%, тринатрийфосфат (ТУ 6-09-03-384-74(— 2.5 мас.%,кальцинированную соду (ГОСТ 4530-76) — 2,5 мас.%, жидкое стекло (ТУ 6-09-01-154-73) — 0,5 мас.%, в течение 5 мин. Затем метизы промывают в холодной и горячей воде в течение

1 мин и подвергают травлению в водном растворе соляной и серной кислот, причем соляную кислоту берут в количестве 3,8 мас,%, а серную — в количестве 1,8 мас.%.

Травление осуществляют при 70 С в течение 3 мин. После травления метизы снова промывают в холодной и горячей воде в течение 1 мин, Затем обрабатываемые метизы вводят в зону нанесения покрытия, зону герметизируют любым известным методом. например плавким затвором, и осуществляют диффузионное насыщение поверхности изделий в условиях, аналогичных примеру 1. Толщина покрытия, образованного на обработанных метизах. также приведена в таблице.

После нанесения покрытия на метизы, метизы подвергают испытаниям на коррозионную стойкость в течение 60 сут. при полном погружении в раствор 3%-ного хлористого натрия, содержащий 0,1% перекиси водорода (условия, имитирующие коррозию в морской воде). Результаты испытания также приведены в таблице.

Как видно из изложенных примеров и таблицы, предлагаемый способ нанесения диффузионного цинкового покрытия на стальные изделия с окисленной поверхностью позволяет снизить трудоемкость способа за счет замены операции очистки поверхности стальных изделий с окисленной поверхностью операцией смачивания их раствором электролита определенного

2004620

Пример

Толщина диффуз ионного слоя, мкм

Температура диффузионного насыщеоС

Скорость коррозии г/(м ч}

Внешний вид изделий после диффузионного насыщения

НИОэ

HCI

Na0H

460

0,026

3,0

460

0,017

5,0

460

0,015

10,0

500

81

105

0,016

0,015

0,028

15,0

20,0

3,0

Покрытие сплошное,но неравномерное

Покрытие равномерное сплошное

То же

500

0,018 .

0,016

0,017

0,016

500

118

119

460

55-65

0,027

460

0,016

460

0,02

3.0

460

0,018

4,0

0,05

500

0,019

0,03

90-110

Покрытие сплошное,но неравномерное

Покрытие сплошное равномерное

500

119

0.1

0,017

500

0,021

0,020

0,021

1,0

3.0

4,0

121

121

50-65

0,05 460

0,028

Покрытие сплошное, но неравноме ное состава, которая может быть осуществлена в 18-20 раз быстрее.

Коррозионная стойкость покрытия, полученного предлагаемым способом, в 1,5 — 2 раза выше корроэионной стойкости покрытия, полученного способом-прототипом.

Толщина покрытия.метизов при атом, полученная предлагаемым способом, на 10-15 мкм больше толщины покрытия, полученного способом-прототипом. Это объясняется тем, что повышение восстановительной способности насыщающей смеси сопроСостав раствора для смачивания, мас. вождается также повышением ее насыщающей способности.

При использовании предлагаемого способа на поверхности изделий образуются

5 железоцинковые фазы (и у с большим содержанием цинка по сравнению с прототипом, что приводит к усилению защитных и . протекторных свойств покрытия.

10 (56) Проскурин Е.В. идр. Цинкование/Справочник. — M. Металлургия, 1988, сс. 417—

420..

Покрытие сплошное, но неравномерное

Покрытие равномерное сплошное

Покрытие равномерное сплошное

То же

Покрытие сплошное, но неравномерное

Покрытие сплошное равномерное

Покрытие сплошное равномерное

Покрытие сплошное равномерное

2004620

Продолжение таблицы

Скорость коррозии г/(м ч) Внешний вид изделий после диффузионного насыщения

Толщина диффузионного слоя. мкм

Состав раствора для смачивания, мас.

Температура диффузионного насыщения, С

Пример

NaOH

HCl

НИОз

Покрытие сплошное равномерное

То же

0,020

460

0.1

0,017 . 0,018

0,017

0.030

81

81

90-110

500

1,0

3,0

4,0

0,05

1 t5. 0021

500

0,1

0,019

500

122

1,0

3,0

4,5

500

121

0,018

0,019

0,032

460

Покрытие равномерное сплошное

500

110

0,035

5-10

460

Покрытие равномерное, есть нарушение сплошности покрытия

5-60

500

Формула изобретения насыщающей смеси, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости проСПОСО5 HAНЕСEHgff ддФФУЗЯОН- цесса при повышении экологичности спОциНКОВОГО QQKpblTgp НА соба, в качестве предварительной

CTAJlbHbIE ИЗДЕЛИЯ C OKVICJIEHHOA обРаботки повеРхности проводят смачйваgpgEp>

Составитель Г.Галин

Техред М.Моргентал

Корректор A. Мотыль

Редактор А.Купрякова

Подписное

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

4 (.без предварителной обработки поверхности) Заказ 3381 Тираж

НПО "Поиск" Роспатента

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

0,65

Очаги коррозии основного металла

0,073

Очаги коррозиии ос" новного металла

Покрытие сплошное, но неравномерное

Покрытие сплошное равномерное

Покрытие сплошное равномерное