Способ нанесения диффузионного цинкового покрытия на стальные изделия с окисленной поверхностью

К ПАТЕН 02 Комитет Российской Федерации о иатентам и товарным знакам(21) 5029729/ (22) 25.02.92 (46) 15.1293 (76) Галин Ра сильевич; Воро (54) СПОСОБ ЦИНКОВОГО ДЕЛИЯ С ОК (57) Использо Бюа Ию 45 - 46шит Галимович; Голоднов Игорь Вашнин Леонид Григорьевич НАНЕСЕНИЯ ДИФФУЗИОННОГ ПО(РГГИЯ НА СГАЛЬНЫЕ И- ИСЛЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬ Ование: в металлургии, в частности х(в) ЮУ (1 ц 2 ОО 462 О С 1 (Я) 5 С 23 С 1636 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 таблИзобретение относится к области металлургии, в частности к модифицированиюповерхностных слоев металлических изделий путем химико-термической обработкиих в порошковых насыщающих средах, и 5может быть использовано в автомобилестроении, машиностроительной, трубопрокатной, приборостроительной, авиационной идругих отраслях промышленности при обработке стальных изделий с окисленной поверхностью, следами масла, СОЖ и т.д.Модифицирование поверхностных слоев металлических изделий может быть достигнуто, например, путем нанесения наповерхность нового материала с необходимыми свойствами, используя гальванические, химические, наплавочные покрытия, атакже за счет того, что поверхность изделияподвергают диффузионной химико-термической обработке - борированию, цинкованию, алитированию, хромированию, врезультате которой образуется новый, отличающийся от материала насыщаемой поверхности сплав соответственно с бором,цинком, алюминием, хромом. 25Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ нанесения диффузионногоцинкового покрытия на стальные изделия сокисленной поверхностью, включающий 30очистку стальной поверхности от окислов,введение обрабатываемого изделия в зонунанесения покрытия, содержащую порошкообразную насыщающую смесь, и осуществление взаимодействия его поверхности З 5с насыщающей смесью при температуре,обеспечивающей диффузионное насыщение укаэаннойповерхности с образованиемпокрьггия 1.Очистка стальной поверхности иэделий 40от окислов включает операции обезжиривания с промывкой и травления с промывкой.Обезжиривание стальных изделий осуществляют в водных растворах оснований, содержащих едкий натр, тринатрийфосфат, 45кальцинированную соду и жидкое стекло..Промывку изделий осуществляют в холодной и горячей воде,Недостатком данного способа являетсявысокая трудоемкость процесса, т.к. способ 50предполагает продолжительную и тщательную очистку стальной поверхности изделийперед процессом диффузионного насыщения,Кроме того, операции по очистке обребатываемых иэделий сопровождаются образованием большого количества экологическивредных стоков, выбросов, отходов. Все этоухудшает экологичность способа нанесенияпокрытия,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 5-15или 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 и4550 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 поиведет к удорожанию способа. Необходимо отметить, что повышению экологичности способа способствует отсутствие экологически вредных стоков, образующихся при поомывке 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 йаОН, НС и НКОз.Составы опробованных растворов электролитов приведены в таблице.П р и м е р 1, Метизы(болты, гайки) иэ стали 45 с окисленной поверхностью, следами меди и СОЖ непосредственно перед введением в зону нанесения покрытия, содержащую насыщэющую смесь, смачивают в водном растворе йаОН (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)С и (500 +10) С в течение 120 мин. Толщина покрытия, образованного на обработанных метизах, приведена втаб- лице. 5 10 15 20 25 30 35 40 П р и м 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 - по примеру 1,П р и м е р 3. По примеру 1, но смачивают в водном растворе НМОз (ГОСТ 4461-67),П р и м е р 4, Для сравнения диффузионное цинковое покрытие на метизы(болты, гайки) из стали 45 с окисленной поверхностью и следами масла наносят способом- прототипом. Предварительно проводят очистку стальной поверхности метиэов от окислов и масла, Для этого последовательно сначала поверхность обеэжиривают в растворе, содержащем едкий натр (ГОСТ 4328- 77) 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 определенного2004620 Пример Толщина диффуз ионного слоя, мкм Температура диффузионного насыщения, СВнешний вид изделий после диффузионного насыщенияНИОэ НС йаОН 460 60 0,026 3,0 460 0,017 5,0 460 78 0,015 10,0 460 460 500 8081105 0,016 0,015 0,028 15,0 20,0 3,0 0,01 500 500 500 11 12 11 0,016 0,017 0,016- 65,016 46 0,018 3 60 80 00 90-1 4,00,05 Покрытие сплошное,но неравномерное Покрытие сплошное равномерное0,0 01 500 500 500 500 021 020 021 12 12 12 1,0 3.0 4,0 0,028 0,05 50-65 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. фвождается также повышением ее насыщающей способности.При использовании предлагаемого способа на поверхности изделий образуются 5 железоцинковые фазыис большим содержанием цинка по сравнению с прототипом, что приводит к усилению защитных и . протекторных свойств покрытия. 10 (56) Проскурин Е.В. идр. Цинкование/Справочник. - М.: Металлургия, 1988, сс. 417- 420. Покрытие сплошное, но неравномерное Покрытие равномерное сплошноеПокрытиеравномерноесплошноеТо же Покрытие сплошное,но неравномерное Покрытие равномерное сплошноеТо жеПокрытие сплошное, но неравномерное Покрытие сплошное равномерное Покрытие сплошное равномерное Покрытие сплошноеравномерное10 2004620 Продолжение таблицы Скорость коррозии г/(м ч)Внешний вид изделий после диффузионного насыщенияТолщина диф- фузионного слоя.мкм Состав раствора для смачивания, мас. Температура диффузионного насыщения, СПример йаОН НО НЙОз Покрытие сплошное равномерноеТо же 0,020 460 74 0,1 0,017 0,018 0,017 0.030 81 80 81 90-110 460 460 460 500 1,0 3,0 4,0 0,05 0,021 500 0,1 0,019 500 122 1,0 3,0 4,5 500 500 120 121 0,018 0,019 0,032 460 Покрытие равномерное сплошное 70 500 110 0,035 5-10 460 Покрытие равномерное, есть нарушение сплошности покрытия 5-60 500 Формула изобретен ия насыщающей смеси, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости проСПОСОБ НАНЕСЕНИЯ дИФФуЗИОН- цесса при повышении экологичности спО- НОГО ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ НА соба, в качестве предварительной СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ С ОКИСЛЕННОЙ обРаботки поверхности проводят смачйва- ПОВЕРХНОСТЬЮ, включающий предвари- ние ее либо 5 - 15-ным водным раствотельную обработку поверхности и диффу- Ром основания, либо0.1 - 3,0-ным эионное цинкование в порошковой;10 водным раствором кислоты,Составитель Г.ГалинТехред М.Моргентал Корректор А, Мотыль Редактор А.Купрякова Подписное Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 4 (.без предва- рительной обработкиповерхности) Заказ 3381 ТиражНПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 0,65 Очаги коррозии основного металла 0,073 Очаги коррозиии основного металла Покрытие сплошное, но неравномерное Покрытие сплошное равномерное Покрытие сплошное равномерное