Состав для активации поверхности металла перед фосфатированием

.А.кароирноДе яре рдена Трудоеталлургичесрежнева етельство СС10, 1980,и практикав. "Химия",екомпонемас.Х:0-60стально Оксидные и металлов. 180. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Днепропетровскийвого Красного Знаменикий институт им. Л.И.(54)(57) 1. СОСТАВ ДЛЯ АКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА ПЕРЕД ФОСФАТИРОВАНИЕМ, содержащий ферромагнитное вещество, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения однородности активации, он дополнительно содержит сажистое железо, а в качестве ферромагнитного вещества - порошок железомедного сплава при следующем соотношении компонентов, мас.7:Порошок железомедкого .сплава 97-98 Сажистое железо 1-3 2, Состав по п, 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что порошо лезомедного сплава содержит ты в следующем соотношении,МедьЖелезоУказанные составы, взаимодействуя . 20с обрабатываемым металлом, увеличиваютна поверхности количество активныхучастков, являющихся центрами кристал.лизации фосфата. Однако они не обеспечивают достаточной степени активации и требуют частой корректировкираствора по содержанию активирующихкомпонентов и рН среды, затрат на химические реактивы и ежедневное выполнение химанализов. Кроме того, приме- З 0нение кислых растворов, содержащихионы меди или растворов, содержащиххлорное железо, требует нейтрализации и обезвреживания сточных вод, применения коррозионностойкого оборудо 35вания, не исключает вредных испаренийв окружающую среду.Известны способы подготовки поверхности сухими составами, например песком 12Однако для современных скоростныхпроволочных агрегатов, где протягивается одновременно 20-30 нитей проволоки диаметром 1-2 мм, пескоструйнаяобработка не пригодна в силу громоэд 45 кости оборудования и невозможности предотвращения запыления атмосферы,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является сухой состав на50, основе ферромагнитного вещества, например металлического песка, стальных шариков или чугунной дроби 13 .Основным недостатком известного активирующего состава является неравномерность кристаллической структуры55 последующей фосфатной пленки, особенно по периметру проволоки из-эа неравномерности воздействия струйной Вниду того, что медь является.диамагнетиком,ее вводят в состав вместе с веществом, обладающим ферромагнитными свойствами, которое способствует удержанию частиц порошка Изобретение относится к подготовке поверхности металла перед фосфатированием, в частности, к активирующей обработке поверхности стальнойпроволоки (ленты),5Подготовка поверхности металла перед фосфатированием - одна из важных составляющих процесса, так какв зависимости от нее сильно изменяются электрохимическая активностьповерхности, контролирующая кинетику формирования фосфатной пленкии ее качествоИзвестны водные составы для активации поверхности стали перед фосфатированием, включающие, например,щелочные растворы неорганических сое-.динаниа титана и жалила 1) . обработки, что приводит к неоднородности структуры и качества фосфатного покрытия. На участках поверхностис недостаточной степенью активациикристаллизация фосфата происходитмедленно, а структура осажденного фосфата крупнокристаллическая. Другие,недостатки (дальнейший нестабильный захват смазки, высокие значения усилий протяжки при волочении) являются производными от основного.Цель изобретения - повышение однородности активации.Поставленная цель достигается тем, что состав для активации поверхности металла перед фосфатированием, содержащий ферромагнитное вещество,дополнительно содержит сажистое железо, а в качестве ферромагнитного вещества ,порошок железомедного сплава при следующем соотношении компонентов, мас.%:Порошок желеэомедногосплава 97-98Сажистое железо 1-3Порошок железомедного сплава содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:Медь 20-60Железо ОстальноеАктивирующая обработка поверхности стали указанным составом порошкового агента осуществляется с помощью механического воздействия в маг нитном поле напряженностью 8000-80000 А/м, Использование в качестве одного из компонентов активирующего состава порошка желеэомедного сплава (ПЖД) необходимо по следующим причинам, При жестком трении частиц меди о поверхность проволоки, имеющем место в рабочей зоне, на поверхности проволоки остаются микроследы в виде атомных ко-, лоний меди. При последующей операции фосфатирования атомы меди на поверхности стали становятся микрокатодами, т.е. центрами кристаллизации фосфата. Увеличение числа центров кристаллизации вызывает, согласно модели И.Л. Миркина, уменьшение величины кристаллов фосфата. Мелкокристаллическая структура фосфата способствует лучшему захвату смазки в процессе сухого и мокрого волочения.1097711 в магнитной поле, причем ферромагнитный материал во избежание посторонних воздействий должен быть одной природы с обрабатываемым телом. В данном случае это 5вещество - железо.Испольэовать смесь медного порошка с железным нельзя, так как частицы меди будут выпадать из рабочейзоны, Поэтому используют порошковый 10сплав, каждая частица которого представляет собой сплавленную в одноцелое гетерофазную систему, состоящую из железа, меди и насыщенныхтвердых взаимных растворов железа с 15медью. При этом железо играет рольматериала - носителя и абразива, амедь является материалом - активатором центров кристаллизации.Для того, чтобы порошок железомедного сплава соответствовал поставленной задаче, в нем должно содержаться 20-60 мас.% меди. При содержании меди менее 20 . она перестает вы. полнить свои функции активатора цент ров кристаллизации, поскольку вероятность контакта меди с поверхностью проволоки существенно уменьшается.В табл. 1 приведена зависимость величин максимального зерна фосфата от содержания меди в применявшемся Для активации ПЩД при прочих равных условиях,Для обеспечения эффективного воздействия порошкового агента на поверхность проволоки его удерживаютв рабочей зоне магнитным полем, создаваемым четырьмя крестообразнорасположенными магнитами, создающими на поверхности проволоки магнитную индукцию 0,1-1,0 Тл (800080000 А/м). Минимальная напряженность магнитного поля регламентируется необходимостью достаточногоабразивного воздействия, максимальная - ограничением энергозатрат.При этом, меняя напряженность магнитного поля, можно регулировать силуабразивного воздействия на поверхность1протягиваемой проволоки и тем самым 0 влиять на ее электрохимическую активность.П р и м е р. Испытывают рднотипные образцы проволоки из Ст 70диаметром. 1,8 мм и длиной 5 см, По" 5 верхность трех параллельных серий образцов фосфатируют в идентичных ус,ловиях. Образцы первой серии не подвергают перед фосфатированием поверхКак видно из табл. 1, изменение содержания меди в ПЖД оказывает су щественное влияние на размер максимального зерна фосфатного покрытия до 203, Последующее увеличение содержания меди в ПЖД на размере зерен40 фосфата сказывается мало,Максимальное содержание меди ограничено из соображений способности частиц еще удерживаться магнитным полем. При содержании более 60 . меди значи. тельная часть порошкового железомед- .- 5 ного сплава выпадает из рабочей зоны. Порошок ПМД получают следующим образом, Расплавляют шихту, содержащую в нужной пропорции железо и медь,5 выпивают расплав через узкое отверстие и распыляют струями воды высокого давления, затем восстанавливают полученный порошок при высокой температуре в сменной защитной атмосфере, разбивают спек в дробилке или шаровой мельнице и просеивают через сетку 045 (ГОСТ 3584-73). Второй компонент состава - сажистоежелезо (СЖ) представляет собой естественную смесь сажи, карбидов и железа.Частицы углерода и карбидов железа на поверхности обрабатываемого изделия имеют положительный потенциал и являются катодными участками, которые служат центрами кристаллизации фосфата, что способствует измельчению кристаллов, уплотнению пленки и увеличению скорости самого процесса образования фосфатного покрытияЖелезо выполняет в данном случае ту же роль, что и в составе ПЖД.Содержание сажистого железа в составе порошкового агента должно быть не менее 1 вес. , так как, начиная с этого количества, его присутствие заметно сказывается на величине кристаллов фосфатного покрытия. Не.сле" дует, однако, вводить в состав более З . сажистого железа, так как из-за плохих магнитных свойств избыточное его количество не способно удерживать-. ся длительное время в рабочей зоне и через 20-30 мин осыпается из зоны реакции.В табл. 2 приводится зависимость максимальной величины кристаллов фосфатного покрытия от содержания сажистого железа в составе порошкового агента (медь 503, железо 50%).костной активации. Поверхность образцов второй серии активируют известным составом,Третью серию образцов активируютпредлагаемым составом. Для этого н 5идентичных условиях образцы проволоки протягивают сквозь массу порошкового агента, удерживаемого магнитнымполем двухполюсного магнита, со скоростью окло 36 см/с, что соответствует реально существующим условиям промышленногопроизводства про.волоки. Порошковый состав содержит97-99 вес. , порошка ПЖД состава:Сц 20 - 60 вес. , Ре 40-80 и 1-Зпорошка сажистого железа.Фосфатирование всех .проволочныхобразцов осуществляют в растворе,приготовленном из Фосфатируемогоконцентрата КФЭ: 100 г концентрата на 1 л раствора. Температура раствора 85 С. Скорость фосфатирова 0ния определяют с помощью автоматичес,кой записи изменения потенциала образца проволоки во времени от начала 25процесса. Для этого используют потен"циостат П27 М и двухкоординатныйсамописец ПДП. Установление постоянного значения потенциала (перегибна кривой потенциал-время) - признак образования пленки фосфата.На чертеже приведены усред 4 енныекривые изменения потенциала образцаво времени для трех серий образцов,В табл. 3 приведена зависимостьразмера максимальных кристаллов фосфата от состава порошкового активиру"ющего агента,Как видно из чертежа и табл. 3,наибольшая скорость фосфатирования 41достигается на поверхности проволоки,подвергнутой активации предлагаемымсоставом (кривая 1), - процесс формирования фосфатной пленки завершает ся через 20-24 с. Кривые 2 и 3 иллюстрируют скорость процесса фосфатирования на поверхности проволоки, активированной известным составом, ине подвергнутой активации, соответственно. Влияние состава для активации поверхности на кристаллическую структуру фосфатного покрытия оценивают по размеру максимального кристалла ФосФата.Кристаллы фосфата на поверхности проволоки, активиронанной с помощью предлагаемого состана,в 1,8-2 раза меньше, чем на поверхности проволоки, активированной известным составом, и в 2,5-3,3 раза меньше, чем на по" верхности проволочных образцов, не подвергающихся активации.Антифрикционные свойства образовавшегося фосфатного покрытия испытывают протяжкой образцов проволоки через Фильеру.Усилие протяжки определяют с помощью специально сконструированного приспособления к разрывной машине. Проволока протягивается через волоку с единичным обжатием 19%; скорость протяжки 1 О.мм/мин, Усилие волочения определяют на табло и записывают самописцем.Как следует из табл. 3, наилучшими антифрикционными свойствами - наименьшими значениями усилий протяжки обладают образцы проволоки с фосфатными пленками, полученными после предварительной обработки предлагаемым составом: на 123 меньше, чем для образцов обработанных известным составом,и на 30 меньше, чем для неактинированных образцон.Предлагаемый состав для сухой активации, первоначально загруженный н емкость, Практически не расходуется, что не требует затрат на его обновление и корректировку, Использование предлагаемого актинирующего состава за счет улучшения качества фосфатного покрытия и ускорения процесса фосфатирования дает возможность увеличить производительность непрерывных термотравильных агрегатов с конечной операцией фосфатирования перед волочениемна 18-25 и производительность самих волочильных станов на 10-20%.0 Осыпаетсяиз зоны17,9 16,5 16, 1 13, 1 12,5 11,8 реакции Максимальный размер кристаллов, мкм Таблица 3 Активирующий состав,7. Качество фосфатной пленки Величина Лнтифрикционные свойСостав смеси порошка ПЖД СЖ 20/80 22 87 16 85 23 15,8 98 22,5 86 15,3 97 86 22 99 40/60 13,8 23 98 83(оптим.) 80 22 98 82 21 397 Содержаниемеди в ПЖД,вес.7 размер кристаллов фосфата, мкм Содержаниесажистогожелеза (СЖ),мас.% СоставПЖД, Сц/Ре кристалловфосфата,мкм. 12,5 11,8 Длительностьфосфатирования, с ПЖД выпадает израбочейзоны ства - усилие протяжки,кг1097711 10 Продолжение табл. Э Активирующий состав, 7 Качество фосфатной пленки СоставПЖД, Сц/Ре Состав смеси порошка Антифрикционные свойВеличина СЖ ства - усилие протяжки, кг 23 99 1,8 60/40 22,5 81 98 13,0 83,5 11 ф 5 21 3 100 28 28,5 Известный 135 32 40,5 Без активации Составитель С. НиколаеваТехред Т.Маточка Корректор А. Зимокосов Редактор П, Макаревич Заказ 4161/25 Тираж 900 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытии113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППЛ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 кристалловфосфата,мкм Длительностьфосфатирования, .с