Термодиффузионное цинковое покрытие

Авторы патента:

C23C10/28 - с использованием твердых материалов, например порошков, паст

Владельцы патента RU 2496909:

Общество с ограниченной ответственностью "Вика Гал 2" (RU)

Изобретение относится к защитным металлическим покрытиям. Термодиффузионное цинковое покрытие на поверхности стального изделия содержит последовательно расположенные железоцинковые слои альфа-, гамма- и дельта- фаз, причем на поверхности слоя дельта фазы покрытие содержит железоцинковый слой толщиной от 1 мкм до 20 мкм с орторомбической структурой и с содержанием железа 5-7 вес.%. Изобретение обеспечивает повышение коррозионной стойкости изделий. 1 табл.

Изобретение относится к области защитных металлических покрытий, а именно цинковых покрытий на поверхности стальных изделий, выполненных в порошковых смесях термодиффузионным методом, и может быть использовано в различных отраслях промышленности: строительстве, машиностроении, нефтедобывающей, судостроении и других отраслях.

В качестве наиболее близкого аналога заявленного покрытия заявителем принято термодиффузионное цинковое покрытие на поверхности стального изделия, содержащее последовательно расположенные слои альфа-, гамма- и дельта-фаз (см. Проскуркин Е. Защитные цинковые покрытия: сопоставительный анализ свойств, рациональные области применения. Оборудование, №3, 2005, с.67-75).

Альфа-фаза является переходной фазой от основного металла к слою покрытия с растворимостью в ней цинка до 4,5 вес.%.

Гамма-фаза находится непосредственно на поверхности покрываемого изделия и представляет собой тонкий (2-4 мкм) слой интерметаллического соединения с содержанием в нем железа до 28 вес.%.

Дельта-фаза также является слоем интерметаллического соединения с содержанием в нем железа от 7 до 11,5 вес.%. Структура дельта-фазы (на травленном шлифе) может иметь вид вытянутых (столбчатых) кристаллов.

Термодиффузионное цинковое покрытие имеет прочную (диффузионную) связь с металлом изделия вследствие диффузии цинка в металл. А постепенное изменение концентрации цинка по толщине покрытия обуславливает менее резкое изменение его свойств, что благоприятно влияет на механические, технологические и защитные свойства покрытия. Высокая твердость термодиффузионного цинкового покрытия обеспечивает им достаточно высокую износостойкость.

Однако коррозионная стойкость стальных изделий (даже с термодиффузионным цинковым покрытие), подвергшихся атмосферной коррозии, остается важной проблемой в различных отраслях промышленности: строительстве, машиностроении, нефтедобывающей, судостроении и других отраслях.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости термодиффузионного цинкового покрытия и стальных изделий в целом за счет структурных изменений, происходящих в его поверхностном слое.

Поставленный технический результат изобретения достигается за счет того, что известное термодиффузионное цинковое покрытие на поверхности стального изделия, содержащее последовательно расположенные слои альфа-, гамма- и дельта-фаз, согласно изобретению, оно дополнительно содержит на поверхности слоя дельта-фазы железоцинковый слой толщиной от 1 мкм до 20 мкм с орторомбической структурой и с содержанием железа 5-7 вес.%.

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение коррозионной стойкости термодиффузионного цинкового покрытия и стальных изделий в целом за счет структурных изменений в поверхностном слое. Благодаря метастабильности орторомбической фазы, происходит ее быстрое окисление с образованием пассивной пленки, которая существенно уменьшает скорость коррозии.

Проведенные патентные исследования не выявили сходных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне заявляемого технического решения.

Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, оборудованием и технологиями), необходимыми для широкого использования предлагаемого изобретения для термодиффузионного цинкового покрытия на поверхности стальных изделий, находящихся в особо жестких условиях эксплуатации и подвергающихся атмосферной коррозии, например, в строительстве и машиностроении, в нефтедобывающей отрасли и судостроении.

Сущность заявляемого изобретения поясняется проведенными испытаниями, результаты которых представлены в таблице.

Для проведения испытаний были изготовлены образцы с предлагаемым термодиффузионным цинковым покрытием поверхности слоя дельта-фазы: железоцинковый слой толщиной от 1 мкм до 20 мкм с орторомбической структурой и с содержанием железа 5-7 вес.%.

Термодиффузионное цинковое покрытие выполняли на образцах из стали 20. Способ нанесения термодиффузионного цинкового покрытия на стальные образцы включал нагрев и выдержку вращаемого контейнера - рабочей камеры (реторты), предварительно загруженного стальными образцами и модифицированным порошком цинка.

Для получения предлагаемого термодиффузионного цинкового покрытия на поверхности стальных образцов был использован модифицированный порошок цинка по патенту RU №2170643 с содержанием цинка до 99 мас.%, имеющий поверхностную пленку из частиц оксида цинка мелкозернистой структуры. Фракционный состав модифицированного порошка цинка находился в пределах 20-90 мкм, а размер частиц активного оксида цинка в поверхностной пленке составляет от 0,03 до 0,1 мкм.

Термодиффузионное цинкование проводилось в вакууме с остаточным давлением 0,1-0,2 атм.

Диаметр рабочей камеры (реторты) 300 мм, длина - 1000 мм.

Образцы имели диаметр 30 мм, толщину 4 мм. Общий вес образцов 20 кг.

Термодиффузионное цинкование проводилось при температуре 440°C в течение 60-90 мин с выходом на заданный режим.

Получаемую толщину железоцинкового слоя с орторомбической структурой на образцах регулировали путем изменения количества модифицированного порошка цинка (от 10 до 50 кг) и скорости вращения рабочей камеры (реторты) (от 2 до 8 об/мин).

Толщину железоцинкового слоя с орторомбической структурой получили в предлагаемом диапазоне от 1 до 20 мкм. Был изготовлен для испытания образец (№1) с толщиной железоцинкового слоя с орторомбической структурой 0,5 мкм, т.е. менее 1 мкм.

Для сравнения результатов испытаний образцов с предлагаемым покрытием был изготовлен образец (№7) с покрытием, выполненным с использованием порошка для термодиффузионного цинкования стальных изделий по патенту №2016139, содержащего парооксидированный порошок цинка и магний (при соотношении компонентов, мас.%: парооксидированный порошок цинка 80-96, магний 4-20).

Результаты испытания образцов №1-7 приведены в таблице. В таблице приведены средние стационарные скорости коррозии образцов изделий с термодиффузионным цинковым покрытием различного фазового состава в 3% растворе NaCl.

Скорость коррозии определялась согласно ГОСТ 9.908-85 (СТ СЭВ 4815-84).

Таблица
№ образцов испытаний	Толщина слоя орторомбической фазы, мкм	Средняя скорость коррозии, мкм/год
Образцы с предлагаемым термодиффузионным покрытием
1	0,5	13,60
2	1	9,0
3	3	8,8
4	5	8,0
5	10	7,0
6	20	7,0
7 - Образец, использующий для покрытия порошок по патенту №2016139	0	15,0

Содержание железа в железоцинковом слое с орторомбической структурой испытуемых образцов составляет от 5 до 7 вес.%.

Как видно из приведенных данных, предлагаемое термодиффузионное цинковое покрытие на поверхности стальных изделий, содержащее на поверхности слоя дельта- фазы железоцинковый слой толщиной от 1 мкм до 20 мкм с орторомбической структурой и с содержанием железа 5-7 вес.% (образцы №2, №3, №4, №5 и №6), обладает коррозионной стойкостью в 1,6-2,1 раза превышающей стойкость по сравнению с покрытием, использующим лучший известный порошок для термодиффузионного цинкования стальных изделий по патенту №2016139.

При толщине железоцинкового слоя с орторомбической структурой менее 1 мкм коррозионные свойства ухудшаются, по-видимому, из-за несплошности железоцинкового слоя с орторомбической структурой. Получение слоя более 20 мкм технически трудно реализуемо.

Термодиффузионное цинковое покрытие на поверхности стального изделия, содержащее последовательно расположенные слои альфа-, гамма- и дельта- фаз, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит на поверхности слоя дельта- фазы железоцинковый слой толщиной от 1 мкм до 20 мкм с орторомбической структурой и с содержанием железа 5-7 вес.%.

Изобретение относится к области нанесения защитных металлических покрытий, а именно цинковых покрытий на стальные изделия в порошковых смесях термодиффузионным методом.

Подшипник скольжения, способ изготовления, а также применение такого подшипника скольжения // 2415314

Изобретение относится к подшипнику скольжения и к способу изготовления такого подшипника. .

Соединительная муфта труб нефтяного сортамента и способ получения железоцинкового покрытия на резьбовых участках // 2244094

Изобретение относится к области горного дела, а именно к оборудованию для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для соединения труб нефтяного сортамента, предназначенных для перекачки коррозионных и эррозионных сред.

Способ нанесения покрытия на сложнопрофильные стальные изделия и технологическая линия для его осуществления // 2237745

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности. .

Устройство для химико-термической обработки изделий // 2221897

Изобретение относится к устройствам для химико-термической обработки стальных изделий, в частности для термодиффузионного цинкования длинномерных изделий в порошковых средах, которое применяется для нанесения антикоррозионного покрытия.

Способ термодиффузионного нанесения покрытий на сложнопрофильные металлические изделия и технологическая линия термодиффузионного нанесения покрытий на сложнопрофильные металлические изделия // 2182935

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

Способ изготовления порошковой смеси для термодиффузионного цинкования // 2180018

Изобретение относится к химико-термической обработке поверхностей деталей путем термодиффузионного цинкования в порошковых цинксодержащих смесях для антикоррозиционной обработки изделий.

Модифицированный порошок цинка // 2170643

Изобретение относится к химико-термической обработке металлических изделий, в частности к процессу термодиффузионного цинкования в порошковых средах. .

Порошкообразный состав для диффузионного восстановления изношенных изделий из бронзы // 2132404

Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности, к процессам диффузионного восстановления изношенных изделий из бронз. .

Способ обработки изделий из алюминия // 2105827

Пластина из железа или сплава железа и способ ее изготовления // 2505617

Способ включает создание металлического слоя (2) с ферритообразующим элементом, по меньшей мере, на одной поверхности пластины (1), выполненной из Fe или сплава Fe, с превращением α-γ. Затем пластину (1) и металлический слой (2) нагревают до температуры A3 Fe или сплава Fe. При этом ферритообразующий элемент диффундирует в пластину (1) из основного металла с созданием области (1b) сплава с ферритной фазой. В ферритной фазе получают степень накопления плоскостей {200} 25% или более, а степень накопления плоскостей - {222} 40% или менее. Затем пластину (1) дополнительно нагревают до температуры, превышающей температуру A3 Fe или сплава Fe. При этом степень накопления плоскостей {200} повышается, а степень накопления плоскостей {222} понижается при одновременном сохранении в области (1b) сплава ферритной фазы. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой плотности магнитного потока в пластине. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил., 31 табл., 13 пр.

Горячепреcсованный элемент и способ его получения // 2509827

Изобретение относится к горячепрессованному элементу, полученному в результате прессования нагретой листовой стали, а именно к горячепрессованному элементу, использующемуся для деталей нижних частей кузова и каркасов атомобилей, а также к способу его получения. Горячепрессованный элемент из листовой стали с покрытием содержит в поверхностном слое листовой стали область диффундирования Ni и также содержит слой интерметаллического соединения и слой ZnО. Указанные слои именно в такой последовательности получают поверх области диффундирования Ni. Слой интерметаллического соединения соответствует γ-фазе, присутствующей на диаграмме фазового равновесия сплава Zn-Ni, при этом упомянутый слой имеет собственный потенциал погружения в водном насыщенном воздухом растворе NaCl с концентрацией 0,5 моль/л при 25±5°C в диапазоне от -600 до -360 мВ по отношению к стандартному водородному электроду. Горячепрессованный элемент с покрытием получают путем нагрева листовой стали с покрытием на основе Ni, которая содержит на своей поверхности слой покрытия из сплава Zn-Ni, содержащий 13 мас.% или более Ni, в температурном диапазоне от температуры перехода Ас3 до 1200°С с последующим горячим прессованием листовой стали. Горячепрессованный элемент может быть получен без образования окалины, при этом он в меньшей степени подвержен поступлению водорода в сталь в связи с коррозией и характеризуется улучшенной адгезией покрытия и коррозионной стойкостью после его нанесения. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл., 1 пр.

Обработка поверхности аморфных покрытий // 2533982

Изобретение относится к элементу конструкции нефтехимического оборудования, работающему при температуре 230-990оС и способу обработки поверхности этого элемента. Указанный элемент содержит исходную подложку из черного или цветного металла, или стали, диффузионный слой и слой аморфного металла. Диффузионный слой расположен на исходной подложке и имеет первую поверхность, контактирующую с упомянутой исходной подложкой, и вторую поверхность, противоположную первой поверхности. Диффузионный слой имеет отрицательный профиль градиента твердости, увеличивающейся от второй поверхности к первой поверхности, и сформирован путем обработки слоя аморфного металла, нанесенного на исходную подложку, достаточным количеством энергии для сплавления вместе по меньшей мере части слоя аморфного покрытия и, по меньшей мере, части исходной подложки. Указанный способ содержит стадии, на которых формируют упомянутые слои. Обеспечивается улучшение коррозионной стойкости, износостойкости, эрозионной стойкости, стойкости к абразивному износу и их комбинаций обрабатываемых поверхностей. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл., 2 пр.

Установка диффузионного цинкования металлических деталей // 2591919

Изобретение относится к области технологий и устройств для нанесения защитных антикоррозионных покрытий, может быть использовано для коррозионно-защитной обработки прецизионных деталей крепежа для авиационной, автомобильной, космической техники и машиностроения. Установка для диффузионного цинкования металлических деталей содержит, по крайней мере, одну рабочую камеру с горловиной для загрузки металлических деталей, перекрытой крышкой, снабженную регулируемыми элементами соединения с источником инертной среды, систему нагрева рабочей камеры, питательный бункер с шихтой и загрузочную емкость с металлическими деталями. Упомянутая установка снабжена расположенными в единой технологической линии ванной с электролитом для гальванического нанесения металлического подслоя металла из группы переходных металлов периодической системы элементов и ванной для обработки покрытых защитным цинковым слоем металлических деталей в фосфорсодержащем электролите. Упомянутая система нагрева выполнена в виде индукционного блока, формирующего нагрев токами с частотой 0,44-1 МГц до 850-880°C, в который помещена, по крайней мере, одна упомянутая рабочая камера для размещения металлических деталей, предназначенных для получения на них защитного цинкового покрытия. Упомянутый индукционный блок расположен между вышеуказанными ваннами. Обеспечивается получение ультратонких равномерных покрытий на сложнопрофильных прецизионных деталях мелкого крепежа, а также улучшается качество покрытия, упрощается конструкция упомянутой установки и уменьшается время проведения одного цикла процесса. 2 ил., 2 пр.

Состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий // 2617467

Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к процессу термодиффузионного цинкования стальных изделий в порошковых смесях. Порошковая смесь содержит 45-50 мас.% цинкового порошка, 5-7 мас.% активатора и остальное - инертный наполнитель. В качестве активатора смесь содержит фторид кальция, фторид натрия и оксид марганца, а в качестве инертного наполнителя - оксид кальция, оксид магния и опоку. Обеспечивается интенсификация насыщения цинком обрабатываемых поверхностей изделий, а также увеличение толщины диффузионного слоя и повышение коррозионной стойкости стальных изделий. 4 табл., 8 пр.