СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ДЛЯ ЦИНКНАПОЛНЕННЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1999 года по МПК B22F9/04 B22F1/02 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению порошка для цинкнаполненных антикоррозионных покрытий.

Наиболее часто применяемый способ получения порошка цинка для цинкнаполненных покрытий - диспергированием расплава цинка воздухом (1). Недостатком способа является возврат до 50% частиц цинка с размером крупнее заданного (более 20 мкм) на переплав, что приводит к повышению удельных энергозатрат.

Известен способ (2) получения порошка для цинкнаполненных покрытий механическим смешиванием дисперсных порошков цинка и феррофосфора фракции менее 10 мкм. Так как при этом порошок цинка получают диспергированием расплава, то этот способ также связан с возвратом части цинка в переплав. Вторым недостатком способа является неравномерное распределение цинка и феррофосфора в смеси за счет макро- и микросегрегации частиц в объеме порошка. Кроме того, отсутствие непосредственного контакта частиц в порошке для цинкнаполненных покрытий, приготовленных механическим смешиванием исходных ингредиентов, вызывает снижение протекторных свойств самого покрытия при увеличении доли феррофосфора более 20 мас.%. Этот способ является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому.

Задачей предлагаемого изобретения является равномерное распределение элементов в порошке при одновременном увеличении поверхности контакта ингредиентов.

Указанная задача достигается тем, что в способе получения порошка для цинкнаполненных покрытий, включающем операции измельчения и смешивания порошков цинка и феррофосфора, согласно изобретению смешивание ингредиентов проводят путем совместного доизмельчения частиц фракции менее 50 мкм в аппарате, работающем на принципе истирания, до размера менее 20 мкм, при этом соотношение исходных компонентов берут соответственно (1-4):1.

Новым в предложенном техническом решении является то, что смешивание порошков цинка и феррофосфора в соотношении от (1-4):1 проводят путем совместного доизмельчения частиц фракции менее 50 мкм в аппарате, работающем на принципе истирания, до размера частиц менее 20 мкм.

Совместное доизмельчение порошков цинка и феррофосфора в аппарате, работающем на принципе истирания, позволяет равномерно распределить элементы в порошке за счет "намазывания" мягкого металла - цинка, на хрупкий материал - феррофосфор, при одновременном увеличении поверхности контакта ингредиентов и доизмельчения крупных частиц цинка и феррофосфора (фракции 20-50 мкм) до размера частиц менее 20 мкм.

При использовании для измельчения и смешивания порошков цинка и феррофосфора известных технологических приемов не обеспечивается контакт разнородных частиц между собой, что снижает качество конечного покрытия и его коррозионную стойкость при добавке более 30 мас.% феррофосфора в порошок для цинкнаполненных покрытий. Распределение элементов по порошку при использовании традиционных технологий смешивания неравномерно за счет микро- и макросегрегации не связанных между собой частиц.

Проведение смешивания путем совместного доизмельчения частиц фракции менее 50 мкм в аппарате, работающем на принципе истирания, позволяет использовать для получения порошка практически весь порошок цинка, полученный методом распыления, и снизить общие энергозатраты на процесс доизмельчения феррофосфора фракции менее 50 мкм за счет совмещения этой операции со смешиванием. Истирание порошков проводится до размера частиц менее 20 мкм. Этот размер является оптимальным для использования порошка в цинкнаполненных покрытиях. Следует отметить и тот факт, что при использовании истирания собственно размер частиц феррофосфора не превышает 10 мкм, т.е. они как бы находятся в оболочке из цинка толщиной от 2 до 5 мкм. Соотношение ингредиентов от 1: 1 до 4:1 обосновано исследованиями по получению частиц заданной крупности при минимальном времени совместного смешивания и с точки зрения обеспечения максимального контакта между разнородными частицами и следовательно наиболее равномерного распределения элементов в порошке.

Верхний предел цинка 80% и феррофосфора 20% по массе, т.е. при соотношении 4:1 выбран по условию максимального сохранения свойства порошка с точки зрения коррозионной защиты при работе в покрытии. Соотношение 1:1 или 50% феррофосфора и 50% цинка выбрано по экономическим соображениям, так как стоимость порошка цинка в 5-10 раз выше стоимости порошка феррофосфора и из условия сохранения высоких протекторных свойств работы порошка в покрытии. Оптимальное соотношение ингредиентов (цинка и порошка железо-фосфор) в порошке для цинкнаполненнных покрытий составляет 60% цинка и 40% порошка железо-фосфор и обусловлено сохранением максимальных защитных свойств покрытия и оптимальной стоимостью порошка для него.

Заявляемый способ осуществляется в следующей последовательности: порошок цинка после распыления расплава воздухом и порошок, полученный измельчением феррофосфора доменного фракции менее 50 мкм, через дозаторы в заданном соотношении подают в аппарат, работающий на принципе истирания. По мере истирания до заданной фракции (менее 20 мкм) готовый продукт выгружается в разгрузочный бункер и направляется на диагностику качества и затаривание. В качестве аппарата для истирания исходных компонентов может использоваться шаровая мельница и различные виды истирателей.

Порошок при совместном измельчении в истирателе ведет себя следующим образом: частицы хрупкого феррофосфора измельчаются до размера менее 10 мкм, а частицы мягкого цинка "намазываются" на последние, образуя на них прочносцепленную оболочку.

Осуществление процесса по заявляемому способу позволяет снизить удельные энергозатраты на измельчение и смешивание порошков, обеспечивает равномерное распределение элементов по порошку и одновременно увеличивает поверхность контакта ингредиентов, что позволяет дополнительно снизить содержание цинка в цинкнаполненном покрытии без потери протекторных свойств последним.

Таким образом, перечисленные выше признаки: смешивание ингредиентов в соотношении от (1-4): 1 и совместное доизмельчение частиц фракции менее 50 мкм в аппарате, работающем на принципе истирания, до размера менее 20 мкм могут быть отнесены к категории существенных, поскольку обеспечивают получение ранее не достигнутого положительного эффекта, выражающегося в равномерном распределении элементов в порошке при одновременном увеличении поверхности контакта ингредиентов.

Последовательность стадий процесса, а именно получение сначала порошков цинка и феррофосфора фракции менее 50 мкм, а затем смешивание их в заданном соотношении и последующее доизмельчение в аппарате, работающем на принципе истирания, до размера менее 20 мкм обеспечивает получение ранее недостигнутого эффекта, выражающегося в снижении удельных энергозатрат при получении равномерного распределения элементов и увеличении поверхности контакта ингредиентов.

Применяемое в практике смешивание порошков цинка и феррофосфора заданных фракций (менее 10 мкм) не обеспечивает равномерного распределения элементов в порошке и развитой поверхности контакта ингредиентов, что снижает коррозионные свойства покрытия.

Диспергирование расплава цинка воздухом с последующим отсевом некондиционной фракции (крупнее 10 мкм) характеризуется повышенным расходом энерго- и трудозатрат на переплав некондиционного металла. Измельчение феррофосфора доменного до размера менее 10 мкм до смешивания также значительно увеличивает энергозатраты и ведет к потере части порошка феррофосфора в виде тонкодисперсной пыли.

Таким образом, перечисленные признаки и последовательность операций обеспечивают изобретательский уровень заявляемого технического решения.

Пример. Определение оптимального соотношения ингредиентов.

Порошок цинка марки ПЦ-П, распыленный воздухом, и порошок феррофосфора доменного с содержанием фосфора 18 мас.% (ФФ-18) засыпали в истиратель лабораторный марки ИВ-МИКРО в заданном соотношении цинк-феррофосфор. Для каждого состава смеси истирание проводили в течение 30 мин. После опыта определили средний размер частиц в смеси методом сидиментации на центрифугальном анализаторе размеров частиц SA - CP2. Полученные результаты представлены в таблице. На втором этапе провели разделение этих порошков на магнитную и немагнитную составляющие и определили в них содержание основных элементов железа, фосфора, цинка. По содержанию цинка в магнитной фракции определили долю цинка, связанного с феррофосфором. Из таблицы видно, что при одинаковом времени истирания (одинаковые удельные энергозатраты) минимальный размер порошка соответствует интервалу от 30 до 60 мас.% Fe - P. В этом же интервале в магнитной фракции (магнитный порошок железо-фосфор) находится наибольшее количество цинка (немагнитный металл), что свидетельствует о наиболее полном контакте ингредиентов и равномерном распределении элементов. Исследование частиц в поле микроскопа показало, что в интервале соотношений (1-4):1 частицы порошка феррофосфора находятся как бы в оболочке цинка.

При обычном смешивании порошков цинка и феррофосфора с размером частиц менее 10 мкм в заданном соотношении содержание цинка в магнитной фракции близко к нулю, как и содержание фосфора в немагнитной и практически не зависит от состава смеси, что является показателем контакта ингредиентов между собой. Химический анализ порошковых смесей после смешивания обычным способом дает ошибку по содержанию, мас.%: цинк 1 - 3, фосфор 0,3 - 0,5, железо 0,5 - 2, что свидетельствует о ее неоднородности. В случае использования предложенного способа ошибка в определении по элементам в смеси аналогичного состава не превышает, мас. %: цинка 0,2, фосфора 0,1, железа 0,2, что свидетельствует о равномерном распределении элементов в порошке. Таким образом, при одинаковом времени смешивания порошков цинка и феррофосфора в смесителе (аналог) и смешивании и истирании в ИВ-МИКРО в последнем случае (заявляемый способ) получены порошки, имеющие равномерное распределение элементов при одновременном увеличении поверхности контакта ингредиентов между собой. В таблице также приведены результаты натурных испытаний покрытий в морской атмосфере. Установлено, что допустимый уровень снижения защитной способности покрытия 15% за 445 суток при применении заявляемого способа обеспечивается и при 50%-ной добавке феррофосфора (соотношение цинка к феррофосфору 1:1). Наиболее высокая защитная способность покрытия соответствует составу 70-90% цинка. Из условия стоимости порошка для цинкнаполненных покрытий с учетом полученных защитных свойств при использовании предложенного способа следует принять состав 60% Zn и 40% Fe-P в качестве оптимального соотношения.

Источники информации, принятые во внимание
1. Клименко В.Л., Такежанов С.Г., Сыроежкин М.Е. и др. Цинковый порошок для грунтов и красок "Цветные металлы", 1977, N 5, с. 23.

2. Орлов В.А. Цинксиликатные покрытия.-М.: Машиностроение, 1984, с. 97.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению порошков для цинкнаполненных покрытий. Порошки цинка и феррофосфора смешивают путем совместного доизмельчения частиц фракций менее 50 мкм в аппарате, работающем на принципе истирания, до размера частиц менее 20 мкм, при этом соотношение порошков цинка и феррофосфора берут соответственно (1-4) : 1. Способ обеспечивает равномерное распределение элементов в порошке при одновременном увеличении поверхности контакта ингредиентов, что позволяет снизить содержание цинка в цинкнаполненом покрытии и увеличить его коррозионную стойкость. 1 табл.

Способ получения порошка для цинкнаполненных покрытий, включающий операции измельчения и смешивания порошков цинка и феррофосфора, отличающийся тем, что смешивание ингредиентов осуществляют путем совместного доизмельчения частиц фракций менее 50 мкм в аппарате, работающем на принципе истирания, до размера частиц менее 20 мкм, при этом соотношение порошков цинка и феррофосфора берут соответственно (1 - 4) : 1.