Способ хроматирования цинкового покрытия

Изобретение относится к электрохимической обработке защитных металлических покрытий и может быть использовано для увеличения коррозионной стойкости оцинкованной стальной проволоки. Способ включает окунание оцинкованного изделия в хромсодержащий раствор, при этом перед окунанием дополнительно проводят электролитическое нанесение цинка на предварительно очищенную поверхность оцинкованного изделия с последующей промывкой и сушкой, а после хроматирования изделие сушат горячим воздухом. Технический результат: способ позволяет получить защитное покрытие, противостоящее воздействию коррозии в атмосфере, сильно загрязненной промышленными газами, и воздействию внешних нагрузок постоянного и переменного характера, обеспечивая тем самым эксплуатационную надежность и увеличение срока службы готового изделия.

 

Изобретение относится к электрохимической обработке защитных металлических покрытий и может быть использовано для увеличения коррозионной стойкости оцинкованной стальной проволоки.

Стальную проволоку оцинковывают для защиты ее от атмосферной и водной коррозии. Применяют оцинкованную проволоку для телеграфных линий связи, бронирования электрических кабелей, несущих тросов воздушных линий и т.п. В связи с этим проволока должна обладать высокими технико-эксплуатационными параметрами в части электрического сопротивления, механической прочности, коррозионной стойкости и срока службы.

Известен способ хроматирования оцинкованной стальной полосы, включающий горячее цинкование стальной полосы при температуре 430-450° С, естественное, а затем принудительное охлаждение до 90-150° С, окунание в раствор хромового ангидрида концентрацией 10-15 г/л при температуре ±80° С в течение 3,1-9,3 с, сушку подогретым до 60-70° С воздухом в паровом калорифере (статья В.Н.Денежкова. “Освоение технологии пассивации оцинкованной стальной полосы”, журнал “Сталь”, 1971 г., №3, с.247-248).

Недостатком известного способа является то, что получаемое покрытие не обладает достаточной коррозионной стойкостью вследствие химической неоднородности, вызванной наличием пузырьков водорода, образующихся на стадии цинкования стальной полосы при температуре 430-450° С. Кроме этого, на стадии цинкования образуется слой интерметаллидов, которые отличаются большой твердостью и хрупкостью, что сказывается на механической прочности покрытых изделий.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ хроматирования цинкового покрытия, при котором оцинкованные изделия окунают в хромсодержащий раствор, находящийся в ванне, имеющей катодные и анодные штанги, подключенные к регулируемому источнику тока, при этом на катодные штанги завешивают титановые пористые катоды, а на анодные - оцинкованные изделия и вспомогательный свинцовый анод, при этом плотность анодного тока составляет 0,05-0,15 А/дм² (заявка РФ №93029208, “Способ хроматирования цинковых покрытий”, C 25 D 11/38, опубл. 10.03.1997 г.).

Хроматная пленка, получаемая при использовании известного способа, недостаточно твердая, быстро истирается, имеет повышенную химическую проницаемость и поэтому плохо защищает цинковое покрытие от коррозии.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является получение такого покрытия, которое надежно защищает проволоку от коррозии и имеет высокую механическую прочность.

Предложен способ хроматирования цинкового покрытия, включающий окунание оцинкованного изделия в хромсодержащий раствор, новым в котором является то, что перед окунанием дополнительно проводят электролитическое нанесение цинка на предварительно очищенную поверхность оцинкованного изделия с последующей промывкой и сушкой, а после хроматирования изделие сушат горячим воздухом.

Испытания показали, что наибольшая прочность сцепления электролитически нанесенного цинкового покрытия наблюдается тогда, когда связь между покрытием и подложкой осуществляется на атомном уровне, а кристаллическая решетка основного металла близка по своим параметрам к кристаллической решетке цинка. Эти условия соблюдаются при нанесении цинка на поверхность подложки, которой также является цинк. Дополнительное электролитическое нанесение цинка на очищенную поверхность оцинкованного изделия позволяет добиться улучшения качества поверхности и увеличения механической прочности получаемого цинкового покрытия. Предварительная очистка поверхности перед электролитическим цинкованием обеспечивает увеличение удельной площади соприкосновения покрытия с подложкой, что также увеличивает прочность сцепления.

Операции промывки и сушки обеспечивают удаление электролита с изделия, значительно сокращая время неконтролируемого осаждения цинка из прикатодной зоны на участке проволоки после выхода ее из ванны, препятствуют росту кристаллов покрытия и в результате обеспечивают образование мелкокристаллической плотноупакованной структуры. Более плотная упаковка способствует снижению пористости покрытия, что увеличивает его механическую прочность, повышает эксплуатационные свойства и срок службы проволоки.

При проведении поиска по патентной и научно-технической информации не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям “новизна” и “изобретательский уровень”.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Оцинкованную стальную проволоку с бобины направляют в ванну электрохимической очистки поверхности. Применяемая для этого обезжиривающая жидкость может быть любой известной и применяемой в подобных случаях жидкостью, оптимальная температура которой для обезжиривания лежит в диапазоне от комнатной температуры до 90° С, а время от 30 до 180 с. Затем проволоку направляют в промывочную ванну с проточной водой для удаления с ее поверхности возможных загрязнений и/или обезжиривающей жидкости, оставшихся после очистки. Очищенную проволоку окунают в цинксодержащий раствор, находящийся в ванне, имеющей катодные и анодные штанги, подключенные к регулируемому источнику тока. Анодом является пластинчатый цинк, а катодом - сама проволока. Далее проволоку промывают проточной водой и сушат горячим воздухом. Для нанесения хроматной пленки проволока поступает в ванну с хромсодержащим раствором, содержащим активирующие процесс хроматирования анионы серной кислоты. Время, необходимое для завершения химической реакции окисления поверхностного слоя цинка с образованием хроматной пленки, требуемой толщины, определяется опытным путем, так как оно зависит от длины ванны и скорости прохождения проволоки через нее. После нанесения хроматной пленки проволоку сушат горячим воздухом и наматывают на бобину.

Пример.

Оцинкованную стальную проволоку с бобины направляют в ванну, заполненную водным раствором, содержащим едкий натр. Рабочая температура раствора 40° С, катодная плотность тока 13-15 А/дм², время нахождения проволоки в ванне - 30 с. После этого проволоку промывают проточной водой и направляют в ванну электролитического осаждения цинка. Процесс ведут в растворе электролита следующего состава: ZnSO₄·7H₂O – 400 г/л, Н₃ВО₃ - 35 г/л, Al₂(SO₄)₃·18H₂O - 30 г/л при катодной плотности тока 40 А/дм² в течение 90 с. Далее следуют операции промывки проволоки проточной водой и сушки горячим воздухом. Затем проводят хроматирование в растворе следующего состава: СrО₃ - 150 г/л, H₂SO₄ (d 1,84 г/см³) - 20 г/л, НNО₃ (d 1,38 г/см³) - 48 г/л в течение 5 с (при этом d - плотность раствора кислоты). После нанесения хроматной пленки проволоку сушат воздухом, нагретым до 60° С, и наматывают на бобину.

Использование предлагаемого способа позволяет получить защитное покрытие, противостоящее воздействию коррозии в атмосфере, сильно загрязненной промышленными газами, и воздействию внешних нагрузок постоянного и переменного характера, обеспечивая тем самым эксплуатационную надежность и увеличение срока службы готового изделия.

Способ хроматирования цинкового покрытия, включающий окунание оцинкованного изделия в хромсодержащий раствор, отличающийся тем, что перед окунанием дополнительно проводят электролитическое нанесение цинка на предварительно очищенную поверхность оцинкованного изделия с последующей промывкой и сушкой, а после хроматирования изделие сушат горячим воздухом.