Установка для нанесения покрытия на стальное изделие в легкоплавком металлическом растворе

Изобретение относится к установке для нанесения диффузионных металлических покрытий на стальные изделия химико-термической обработкой для повышения физико-химических и механических свойств и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Техническим результатом является повышение качества получаемых покрытий и снижение процессов высокотемпературного окисления обрабатываемых изделий и конструктивных элементов путем применения системы продувки рабочей камеры установки защитным инертным газом. 1 ил.

 

Изобретение относится к установкам, предназначенным для нанесения диффузионных металлических покрытий на стальные изделия химико-термической обработкой для повышения физико-химических и механических свойств, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известна установка для диффузионной металлизации из среды легкоплавких растворов (Патент RU №2293791, опубл. 20.02.2007 г.), содержащее две водоохлаждаемые камеры, в нижней камере располагается ампула с металлическим раствором, теплозащитные экраны и нагревательное устройство, в верхней - подвижный шток, на котором закреплены покрываемые изделия, полости камер связаны вертикальным каналом, закрытым снизу подвижным теплозащитным экраном, камеры имеют вакуумную систему и систему наполнения их инертным газом

Недостатком данной установки является двухкамерная конструкция, с подвижным теплозащитным экраном и вакуумной системой, применение которых приводит к значительному увеличению времени осуществления технологического процесса.

Известно двухкамерное устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент RU № 2692142, опубл. 21.06.2019 г.), состоящее из герметичного корпуса, в котором размещена печь с ванной с легкоплавким жидкометаллическим расплавом для диффузионной металлизации, шлюзовые камеры, устройство для перемещения покрываемых изделий внутри корпуса и системы вакуумирования и последующего наполнения камеры инертным газом.

Недостатком данной установки является двухкамерная конструкция, с шлюзовой камерой и вакуумной системой, применение которых приводит к увеличению времени осуществления технологического процесса.

Известно устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент RU № 2767108, опубл. 16.03.2022 г.), содержащее трехзонную камеру. В нижней зоне камеры размещен легкоплавкий жидкометаллический раствор; в средней зоне расположен слой, состоящий из солевого расплава для очистки изделий от следов легкоплавкого жидкометаллического раствора и имеющий температуру, заданную для термической обработки покрытых изделий; верхняя зона камеры предназначена для предварительного подогрева покрываемых изделий. Камера изготовлена из искусственного графита, и на ее наружной поверхности в местах разделения зон выполнены канавки, заполненные термоизолирующим веществом. Каждая зона камеры оснащена собственным индуктором для высокочастотного индукционного нагрева. В верхней зоне камеры зафиксирован патрубок с вентилем для подачи в нее инертного газа и патрубок для удаления инертного газа, выполненный с возможностью вакуумирования камеры.

Недостатками данного устройства является наличие системы вакуумирования, применение которой приводит к увеличению длительности технологического процесса.

Известна установка для осуществления процесса ВТДО (Сивенков А.В. Повышение коррозионной стойкости деталей машиностроения путем нанесения защитных покрытий способом высокотемпературного диффузионного осаждения из среды легкоплавких расплавов: дис. канд. тех. наук.: 05.02.01 / Алексей Валентинович Сивенков. - СПб., 2009. - 148 с.), принятая за прототип, состоящая из вакуумной печи с водоохлаждаемым корпусом и водоохлаждаемой крышкой, в центральной части которой проходит водоохлаждаемый шток для вертикального перемещения изделия при загрузке и выгрузке из ампулы.

Недостатками данного устройства является оснащенность вакуумным оборудованием, применение которого приводит к увеличению длительности процесса химико-термической обработки.

Известна установка для нанесения покрытий в среде легкоплавких материалов (патент RU № 2711701, опубл. 21.01.2020 г.), принятая за прототип, состоящая из открытой шахтной печи с установленным на дне защитным экраном и емкостью с легкоплавким металлическим раствором, оборудованная термопарой, которая соединена с блоком управления, подключенным к сети переменного тока через вариатор регулирования тока, в верхней части упомянутой печи установлена жаропрочная крышка с термоустойчивым фланцем, на крышке вертикально установлена направляющая со стопорным винтом, в центре крышки выполнено отверстие, в которое помещен водоохлаждаемый загрузочный шток в виде стержня, выполненного с возможностью закрепления на нем стального изделия.

Недостатком данной установки является замкнутая конструкция термической печи, не позволяющая применять системы циркуляции инертных газов с целью повышения качества получаемых диффузионных покрытий.

Техническим результатом является повышение качества получаемых покрытий и снижение процессов высокотемпературного окисления обрабатываемых изделий и конструктивных элементов.

Технический результат достигается тем, что установка снабжена баллоном со сжатым инертным газом, на котором последовательно установлены запорный клапан, газовый редуктор с манометром, соединенный через патрубок с газовым расходомером, который соединен с печью через патрубки, тройник и штуцеры, которые установлены в нижней части печи, а в верхней части печи установлен выводной штуцер, соединенный с патрубком сброса газа через последовательно установленные манометр, запорный клапан и водный теплообменник.

Установка для нанесения покрытия на стальное изделие в легкоплавком металлическом растворе с защитной атмосферой поясняется следующей фигурой:

фиг. 1 – общий вид устройства, где:

1 – печь;

2 – нагревательный элемент;

3 – камера печи;

4 – емкость с металлическим раствором;

5 – защитный экран;

6 – изделие;

7 – крышка;

8 – фланец;

9 – фиксатор;

10 – шток;

11 – направляющая;

12 – термопара;

13 – блок управления;

14 – вариатор регулирования тока;

15 – штуцер;

16 – баллон с сжатым инертным газом;

17 – запорный клапан;

18 – газовый редуктор;

19 – манометр;

20 – патрубок;

21 – газовый расходомер;

22 – тройник;

23 – выводной штуцер;

24 – водный теплообменник;

25 – патрубок сброса газа.

Установка состоит печи 1, в качестве которой используют открытую шахтную печь, с нагревательным элементом 2, вмонтированным в стенки печи 1. Внутри камеры печи 3 закреплен защитный экран 5, выполненный в форме цилиндра. В нижней части камеры печи 3 установлена емкость с металлическим раствором 4. В верхней части печи 1 установлена металлическая жаропрочная крышка 7 с термоустойчивым фланцем 8. Вертикальная направляющая 11 с фиксатором 9, посредством болтового крепления соединена с крышкой 7. В центре крышки 6 выполнено отверстие, в которое установлен загрузочный шток 9 в форме стержня с возможностью закрепления в нем изделием 5. В верхней части камеры печи 3 жестко закреплена термопара 12, контакты которой соединены с блоком управления 13. Блок управления 13 соединен с сетью переменного тока через вариатор регулирования тока 13. Баллон с сжатым инертным газом 16, на котором последовательно установлены запорный клапан 17, газовый редуктор 18 на котором установлен манометр 19. Газовый редуктор 18 соединен патрубком 20 с газовым расходомером 21, который соединен с двумя штуцерами 15, установленными в нижней части печи 1 через патрубки 20 и тройник 22. Штуцера 15 установлены в сквозные отверстия, которые выполнены внизу боковых стенок печи 1. Выводной штуцер 23 установлен в сквозное отверстие, которое выполнены вверху боковой стенки печи 1. Выводной штуцер 23 соединен с патрубком сброса газа 25, через последовательно установленные манометр 19, запорный клапан 17 и водный теплообменник 24.

Устройство работает следующим образом. На дно камеры открытой шахтной печи 1 помещается цилиндрический защитный экран 5 и емкость с металлическим раствором 4. Сверху печь закрывается крышкой 6 с направляющей 11, в которой фиксатором 9 закрепляется водоохлаждаемый шток 10 с изделием 6. Затем, после открытия запорного клапана 17, через патрубок 20 из баллона с сжатым инертным газом 16 в камеру печи 3 подается защитный газ. По мере достижения заданного значения на расходомере 21 осуществляется начало нагрева, а запорный клапан 17 частично перекрывается. При этом, происходит непрерывный выпуск газа из камеры печи 3 через патрубок сброса газа 25. Контроль за температурой осуществляется через термопару 12, соединенную с блоком управления 13. При достижении заданной температуры от 130 до 150°С фиксатор 9 ослабляется и шток 10 опускается, погружая изделие 6 в емкость с металлическим раствором 4, нагрев продолжается до температур, необходимых для протекания реакции металлизации. По окончании времени выдержки нагрев выключается, металлический раствор с изделием охлаждается до температуры от 130 до 150°С, изделие извлекается из раствора, подача газа прекращается.

Технико-экономическая эффективность технического решения заключается повышении качества обрабатываемых металлоизделий, снижением пагубного воздействия высокотемпературного окисления путем применения системы продувки рабочей камеры установки защитным инертным газом.

Установка для нанесения покрытия на стальное изделие в легкоплавком металлическом растворе, содержащая открытую шахтную печь с вмонтированным в стенки нагревательным элементом, закрепленным на дне камеры печи защитным экраном, и емкостью с легкоплавким металлическим раствором, в верхней части упомянутой печи установлена жаропрочная крышка с термоустойчивым фланцем, крышка соединена болтовым креплением с вертикальной направляющей с фиксатором, в центре крышки выполнено отверстие, в которое установлен шток в виде водоохлаждаемого стержня, выполненного с возможностью закрепления на нем стального изделия, при этом в верхней части камеры печи жестко закреплена термопара, подключенная к блоку управления, выполненному с возможностью соединения с сетью переменного тока через вариатор регулирования тока, отличающаяся тем, что она снабжена баллоном со сжатым инертным газом, на котором последовательно установлены запорный клапан, газовый редуктор с манометром, соединенный через патрубок с газовым расходомером, который соединен с печью через патрубки, тройник и штуцеры, которые установлены в нижней части печи, а в верхней части печи установлен выводной штуцер, соединенный с патрубком сброса газа через последовательно установленные манометр, запорный клапан и водный теплообменник.