Способ нанесения покрытия на сложнопрофильные стальные изделия и технологическая линия для его осуществления

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности. Способ включает очистку поверхности изделий, загрузку изделий в контейнер, подачу насыщающей смеси в контейнер, нанесение покрытия путем термодиффузионного насыщения, выдержку и охлаждение, при этом одновременно с насыщающей смесью в контейнер подают термопроводящий наполнитель в виде гранул или шариков, выполненных из металла или сплава, не взаимодействующего с цинком при температуре до 350°С и имеющего температуру плавления выше 600°С, кроме того, используют насыщающую смесь с содержанием 99-100% мелкодисперсного цинкового порошка, термодиффузионное насыщение и выдержку проводят при температуре 260-320°С, а непосредственно после охлаждения изделия подвергают мойке и пассивации с использованием ультразвука. Технологическая линия содержит участок очистки поверхности изделий, участок загрузки контейнера, участок термодиффузионного насыщения, участок охлаждения, участок разгрузки, участки мойки и пассивации изделий, при этом участок термодиффузионного насыщения представляет собой термическую печь, установленную на поворотной платформе для изменения ее положения в вертикальной плоскости. Технический результат: повышение качества, равномерности покрытия определенной толщины на сложнопрофильных изделиях из высокопрочных сталей, упрощение процесса и экономия энергоресурсов, безотходное использование насыщающей смеси, повышение экологической защищенности технологического процесса. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нанесению покрытий на сложнопрофильные стальные изделия путем химико-термической обработки их в порошковых насыщающих средах, и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности.

Известен способ нанесения покрытия и установка для его осуществления (патент РФ 2174159, С 23 С 10/36, 21.09.2000).

Способ включает загрузку изделий и насыщающей смеси, содержащей 80-90% цинка, в герметичную вращающуюся емкость, нагрев ее до температуры 360-470°С, выдержку изделий при этой температуре и постоянном вращении емкости, выгрузку изделий из емкости их мойку и пассивацию.

Технологическая линия для реализации способа включает участок входного контроля, установку для нанесения покрытия, содержащую станину с закрепленными на ней приводом, электропечью, внутри которой установлен контейнер, а также участок мойки, пассивации, сушки и участок контроля качества изделия.

Недостатком данного способа и технологической линии является сложность технологического процесса, недостаточно высокое качество и неравномерность слоя покрытия, высокие температуры обработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ нанесения покрытия на сложнопрофильные металлические изделия и технологическая линия нанесения покрытия на сложнопрофильные металлические изделия (патент РФ 2182935, С 23 С 10/28, 17.12.2001).

Способ включает очистку поверхности изделия, загрузку его в емкость поворотной электропечи, подачу насыщающей смеси, герметизацию емкости, нанесение покрытия путем термодиффузионного насыщения при температуре 350°С, выдержку при этой температуре с непрерывным вращении емкости, выгрузку изделий.

Технологическая линия нанесения покрытия на сложнопрофильные металлические изделия включает участок для захвата и переноса изделий, участок для очистки поверхности изделий, участок загрузки изделий в емкость и насыщения порошковой смесью, устройство термодиффузионного насыщения, участки охлаждения и разгрузки.

Недостатком данного способа и технологической линии является сложность технологического процесса, невысокое качество покрытия, длительное время процесса, невозможность применения для изделий из высокопрочных сталей.

Задачей данного изобретения является создание технологии, повышение качества, равномерности покрытия определенной толщины на сложнопрофильных изделиях из высокопрочных сталей, упрощение процесса и экономия энергоресурсов, безотходное использование насыщающей смеси, повышение экологической защищенности технологического процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения покрытий на сложнопрофильные стальные изделия, включающем очистку поверхности изделий, загрузку изделий в контейнер, подачу насыщающей смеси в контейнер, нанесение покрытия путем термодиффузионного насыщения, выдержку и охлаждение, одновременно с насыщающей смесью в контейнер подают термопроводящий наполнитель в виде гранул или шариков, выполненных из металла или сплава, не взаимодействующего с цинком при температуре до 350°С и имеющего температуру плавления выше 600°С, при этом используют насыщающую смесь с содержанием 99-100% мелкодисперсного цинкового порошка, термодиффузионное насыщение и выдержку проводят при температуре 260-320°С, а непосредственно после охлаждения изделия подвергают мойке и пассивации с использованием ультразвука. При этом в предложенном способе используют частицы цинкового порошка размером до 10 мкм, равномерный и стабильный нагрев в контейнере осуществляют с помощью термопроводящего наполнителя, в качестве металла или сплава термопроводящего наполнителя используют алюминий, или титан, или магний, или их сплавы, или нержавеющую сталь в виде гранул или шариков размером 1,5-3,5 мм, для нанесения покрытия толщиной 1 мкм используют массу насыщающей смеси в количестве 3,5-3,7 г на 1 м² покрываемой поверхности изделий, а мойку и пассивацию осуществляют постадийно, при этом вначале изделия обрабатывают в растворе с рН 4,5-6,0, а затем в растворе с рН 10,0-11,0.

Посталенная задача достигается также тем, что технологическая линия нанесения покрытия на сложнопрофильные стальные изделия, содержащая участок очистки поверхности изделий, участок загрузки контейнера, участок термодиффузионного нанесения покрытия, участок охлаждения и участок разгрузки, дополнительно снабжена участками мойки и пассивации изделий, расположенными после участка разгрузки и выполненными в виде системы емкостей, снабженных ультразвуковыми устройствами, при этом участок загрузки контейнера выполнен с возможностью загрузки изделий и одновременной подачи насыщающей смеси и термопроводящего наполнителя в контейнер, участок термодиффузионного насыщения состоит из термической печи, установленной на поворотной платформе с возможностью изменения ее положения в вертикальной плоскости, и расположенного внутри нее контейнера, снабженных датчиками температуры и приводом реверсивного вращения. При этом технологическая линия выполнена с возможностью обработки длинномерных изделий, которые размещают внутри контейнера в стеллажах, а также технологическая линия выполнена с возможностью обработки мелких изделий насыпью.

Использование в контейнере термопроводящего наполнителя обусловлено тем, что он обеспечивает более равномерное прогревание сложнопрофильных стальных изделий, а также точное поддержание заданной температуры изделий в процессе образования покрытия.

Цинк, представляющий собой высокодисперсный порошок, необходим для образования в контейнере при его нагревании и вращении профазовой среды, в которой происходит создание на поверхности изделий слоя интерметаллического покрытия за счет диффузии и образования смеси твердых растворов цинка в железе и железа в цинке.

Температура, при которой осуществляется термодиффузионное насыщение, равная 260-320°С, необходима для образования равномерного интерметаллического железоцинкового покрытия заданной толщины на поверхности сложнопрофильных металлических изделий из высокопрочной стали, при этом она обеспечивает сохранение в заданных пределах основных физических свойств стали (упругость, прочность, твердость). При такой температуре происходит образование интерметаллического железоцинкового покрытия, где содержание цинка достигает 80-85%, а покрытие представляет собой смесь твердых растворов цинка в железе и железа в цинке, комбинацию α, δ1 и Г-фаз.

Наличие ультразвуковых устройств в емкостях промывки и пассивации необходимо для качественной очистки сложнопрофильных металлических изделий от остатков цинкового порошка и получения пассивационной пленки на поверхности интерметаллического железоцинкового покрытия толщиной 1 мкм, при этом качественное закрепление покрытия происходит не только на поверхностях крупных изделий, но и на всевозможных изгибах, внутренних полостях и резьбе. Ультразвуковая пассивационная обработка обеспечивает высокое качество покрытия и его заданную коррозионную стойкость, а также упрощает технологический процесс и сокращает его продолжительность.

Сущность заявляемых технических решений поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема технологической линии нанесения покрытия на сложно профильные металлические изделия. На фиг.2 показан участок термодиффузионного насыщения с термической печью в разрезе. На фиг.3 - стеллаж для размещения в контейнере длинномерных сложнопрофильных изделий. На фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая качественный состав покрытия.

Для реализации способа нанесения покрытия на сложнопрофильные металлические изделия в технологической линии предусмотрены: участок очистки поверхности изделий (1), участок загрузки изделий в контейнер (2), участок термодиффузионного насыщения порошковой смесью (3), участок охлаждения (4), участок разгрузки (5), участок мойки и пассивации изделий (6), представляющий собой систему емкостей, снабженных ультразвуковыми устройствами, при этом участок термодиффузионного насыщения (3) представляет собой термическую печь (13), установленную на поворотной платформе (15) для изменения ее положения в вертикальной плоскости, с установленным внутри печи контейнером (8), снабженным датчиками температуры (11) и приводом реверсивного вращения (16) контейнера (8). Внутри контейнера (8) размещаются стеллажи (7) для фиксации сложнопрофильных длинномерных изделий (14). Мелкие изделия загружают в контейнер (8) насыпью.

Процесс нанесения покрытия на сложнопрофильные металлические изделия ведется следующим образом:

- на участке очистки поверхности изделий проводят очистку изделий от окалины;

- изделия загружают в контейнер для нанесения покрытия;

- засыпают в контейнер расчетные количества насыщающей смеси и термопроводящего наполнителя и закрывают крышкой;

- проводят процесс термодиффузионного насыщения;

- охлаждают контейнер;

- выгружают из контейнера изделия и термопроводящий наполнитель;

- проводят мойку и пассивацию изделий.

Технологическая линия нанесения покрытия на сложнопрофильные металлические изделия работает следующим образом.

Обработке подвергают сложнопрофильные длинномерные изделия (14), изготовленные из специальной высокопрочной стали твердостью 1550 Н/мм², с толщиной стенки 1,5 мм, длиной 122 см, шириной 40 см, с максимальным изгибом по плоскости 18 см. На участке очистки поверхности (1) сложнопрофильные изделия (14) подвергают дробеметной обработке для снятия ржавчины и окалины. Очищенные изделия поступают на участок загрузки (2), где они помещаются на стеллажи (7), а затем в контейнер (8). После загрузки изделий (14) в контейнер (8) подают мелкодисперсную насыщающую смесь (9), содержащую 99-100% цинка, при этом масса насыщающей смеси определяется из расчета 3,5 г на 1 м² покрываемой поверхности изделия для получения 1 мкм толщины покрытия. Одновременно с насыщающей смесью (9) в контейнер (8) загружают термопроводящий наполнитель (10) в количестве, не превышающем по объему половину вместимости контейнера (8), и герметично закрывают крышкой (12). Контейнер (8) устанавливают в термическую печь (13) с приводом его реверсивного вращения (16) и снабжают его датчиками температуры (11). При этом термическая печь (13) установлена на поворотной платформе (15). Скорость и направление вращения контейнера (8) меняются в соответствии с заданной программой. Термодиффузионное насыщение изделий (14) в контейнере (8) осуществляют при 300°С в течение 80 минут. После окончания процесса насыщения контейнер (8) перемещают на участок охлаждения (4), где при непрерывном вращении контейнера (8) происходит его охлаждение до температуры 18-30°С. Контейнер (8) открывают и производят выгрузку изделий (14) на стеллажах (7) и термопроводящего наполнителя (10) на участке разгрузки (5). Стеллажи (7) с изделиями (14) поступают на участок мойки и пассивации (6). Участок мойки и пассивации (6) представляет собой систему емкостей, снабженных ультразвуковыми устройствами. Стеллажи (7) с изделиями (14) последовательно помещают в емкости, где происходит их мойка и пассивация. Вначале изделия помещают в емкости мойки и первичного пассиватора, а затем в емкости мойки и вторичного пассиватора.

Покрытие, полученное на сложнопрофильных изделиях из высокопрочной стали, от реализации способа на технологической линии характеризуется следующими результатами: толщина покрытия составила 7±1 мкм, коррозионная стойкость в камере соляного тумана свыше 800 часов, твердость стали после покрытия - 1450 Н/мм², твердость поверхности покрытия - 1500 Н/мм².

Обработке подвергали крепежные высокопрочные изделия, например болты. Все операции осуществляли, как описано выше, с той разницей, что болты загружали в контейнер насыпью.

Покрытие, полученное на болтах, от реализации способа и технологической линии полностью соответствует требованиям ГОСТ Р 51163-98, при этом за счет температурного режима обработки твердость поверхности покрытия на 15-20% выше нормативной.

Использование предлагаемого способа и технологической линии для его осуществления позволит упростить технологический процесс, сократить его длительность, обеспечить равномерность нанесения и заданную толщину покрытия, безотходное использование насыщающей смеси, а также осуществить защитное покрытие изделий из высокопрочных сталей. Способ покрытия и технологическая линия для его реализации обладают высокой экологической безопасностью и автоматизацией технологического процесса.

Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытия на сложнопрофильные стальные изделия, включающий очистку поверхности изделий, загрузку изделий в контейнер, подачу насыщающей смеси в контейнер, нанесение покрытия путем термодиффузионного насыщения, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что одновременно с насыщающей смесью в контейнер подают термопроводящий наполнитель в виде гранул или шариков, выполненных из металла или сплава, не взаимодействующего с цинком при температуре до 350°С и имеющего температуру плавления выше 600°С, при этом используют насыщающую смесь с содержанием 99-100% мелкодисперсного цинкового порошка, термодиффузионное насыщение и выдержку проводят при температуре 260-320°С, а непосредственно после охлаждения изделия подвергают мойке и пассивации с использованием ультразвука.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют частицы цинкового порошка размером до 10 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в контейнере осуществляют равномерный и стабильный нагрев с помощью термопроводящего наполнителя.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металла или сплава термопроводящего наполнителя используют алюминий, или титан, или магний, или их сплавы, или нержавеющую сталь.

5. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что термопроводящий наполнитель используют в виде гранул или шариков размером 1,5-3,5 мм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для нанесения покрытия толщиной 1 мкм используют массу насыщающей смеси в количестве 3,5-3,7 г на 1 м² покрываемой поверхности изделий.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что мойку и пассивацию осуществляют постадийно, при этом вначале изделия обрабатывают в растворе с рН 4,5-6,0, а затем в растворе с рН 10,0-11,0.

8. Технологическая линия нанесения покрытия на сложнопрофильные стальные изделия, содержащая участок очистки поверхности изделий, участок загрузки контейнера, участок термодиффузионного наcыщения, участок охлаждения и участок разгрузки, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена участками мойки и пассивации изделий, расположенными после участка разгрузки и выполненными в виде системы емкостей, снабженных ультразвуковыми устройствами, при этом участок загрузки контейнера выполнен с возможностью загрузки изделий и одновременной подачи насыщающей смеси и термопроводящего наполнителя в контейнер, участок термодиффузионного насыщения состоит из термической печи, установленной на поворотной платформе с возможностью изменения ее положения в вертикальной плоскости, и расположенного внутри нее контейнера, снабженных датчиками температуры и приводом реверсивного вращения.

9. Технологическая линия по п.8, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью обработки длинномерных изделий.

10. Технологическая линия по п.9, отличающаяся тем, что длинномерные изделия размещены внутри контейнера в стеллажах.

11. Технологическая линия по п.8, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью обработки мелких изделий насыпью.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.03.2008

Извещение опубликовано: 27.03.2008        БИ: 09/2008