СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ПРОВОЛОКИ ПЕРЕД СУХИМ ВОЛОЧЕНИЕМ Российский патент 2001 года по МПК C23C22/13 C23C22/36 

Изобретение относится к области подготовки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла и деталей машин.

Известен способ подготовки поверхности проволоки (1), включающий активацию и фосфатирование, причем активацию осуществляют путем нагрева образцов в реакционной трубке, заполненной воздухом, до температуры 400^oC в течение 60 с и вводят проволоку в фосфатирующий раствор в горячем состоянии (200-300^oC).

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки проволоки (2), включающий активацию поверхности и фосфатирование, причем активацию поверхности ведут в газовой среде, содержащей окись и двуокись углерода в соотношении 3:(1-2) при 410-690^oC.

Недостатками известных составов являются низкие антифрикционные свойства покрытия и высокий расход волочильного инструмента.

Задачей настоящего изобретения является создание способа подготовки поверхности проволоки, позволяющего повысить антифрикционные свойства фосфатного покрытия и стойкость волочильного инструмента.

Указанная задача достигается тем, что активацию поверхности ведут в растворе активатора фосфатирования на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0-5,0 г/л при температуре 20-45^oC в течение 1-5 мин погружением проволоки в активирующий раствор либо протягиванием через раствор при температуре 20-45^oC в течение 10-40 с, а фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 8,0 - 35,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 7,0 - 24,0
Ионы NO₃ ^- - 20,0 - 63,0
Ионы Ni⁺² - 0,05-1,0
Ионы Fe⁺³ - 0-0,3
Ионы F^- - 0-2,0
Вода - Остальное
погружением проволоки в фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oC в течение 3-20 мин либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oC в течение 10-40 с; предварительно проводят очистку поверхности от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в щелочном очищающем растворе следующего состава, г/л:
Едкий натр NaOH - 20,0 - 50,0
Соединение фтора - 0,5 - 20,0
Натрий углекислый Na₂CO₃ - 3,0-30,0
Натрия метacиликaт Na₂SiO₃•9H₂О - 1,0 - 15,0
Органический комплексообразователь - 0 - 8,0
Поверхностно-активное вещество - 0-5,0
Вода - Остальное
погружением при перемешивании в течение 2-15 мин при температуре 80-95^oC либо протягиванием проволоки через очищающий раствор при перемешивании при температуре 70-95^oC в течение 10-30 с.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Раствор для активации готовили путем разбавления до концентрации 3,0 - 5,0 г/л активатора фосфатирования АМ-2, имеющего следующий состав, мас.%:
Щавелевая кислота H₂C₂O₄ - 80,0 - 87,0
Медь сернокислая CuSO₄•5H₂O - 13,0 - 20,0
Раствор для фосфатирования готовили путем разбавления до концентрации 130-300 г/л исходного фосфатирующего концентрата, имеющего следующий состав, мас.%:
Ионы Zn⁺² - 8,0 - 12,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 5,0 - 10,0
Ионы NO₃ ^- - 17,0 - 23,0
Ионы никеля Ni⁺² - 0,05 - 2,0
Ионы железа Fe⁺³ - 0 - 1,0
Ионы фтора F^- - 0 - 1,0
Вода - Остальное
Корректирование раствора осуществляли корректирующим раствором следующего состава, мас.%:
Ионы цинка Zn⁺² - 9,0 - 12,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 20,0 - 27,0
Ионы NO₃ ^- - 11,0 - 15,0
Ионы никеля Ni⁺² - 0,05 - 2,0
Ионы железа Fe⁺³ - 0 - 1,0
Ионы фтора F^- - 0 - 1,0
Вода - Остальное
В раствор для фосфатирования перед началом работы вводили нитрит натрия в количестве 0,3 - 0,4 г/л для создания автокаталитического режима работы ванны, обеспечивающего выведение ионов Fe⁺² из раствора. Во всех примерах (по вышезаявленному способу и по прототипу) фосфатные покрытия наносились на образцы высокоуглеродистой проволоки из стали марки 70, диаметром 2,0 мм.

Усилие волочения определялось при протягивании образцов катанки с фосфатным покрытием на разрывной машине.

Скорость протягивания составляла 30 см/мин. Единичное обжатие на волоку 24,5%.

Маршрут волочения 2,0 - 1,8 мм.

Волочение осуществляли с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Расход волок при волочении фосфатированной проволоки из стали марки 70, диаметром 2,0 мм определяли на стане сухого волочения. Скорость волочения 300 - 520 м/мин, единичное обжатие 25%, суммарное обжатие 87%.

Маршрут волочения 2,0- 1,83- 1,65- 1,34- 1,16- 1,01- 0,9.

Пример 1
Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:
1. Очистка в очищающем растворе следующего состава, г/л:
Едкий натр NaOH - 20,0
Соединение фтора - 0,5
Натрий углекислый Na₂CO₃ - 3,0
Натрия метасиликат Na₂SiO₃•9Н₂О - 1,0
Органический комплексообразователь - 0
Поверхностно-активное вещество - 0
Вода - Остальное
погружением проволоки в течение 2 мин при температуре 80^oC в очищающий раствор при перемешивании.

2. Промывка.

3. Термообработка.

4. Травление в растворе серной кислоты.

5. Промывка.

6. Активация в растворе активатора АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0 г/л при температуре 20^oC в течение 1 мин погружением проволоки в активирующий раствор.

7. Фосфатирование в растворе следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 8,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 7,0
Ионы NO₃ - 20,0
Ионы Ni⁺² - 0,05
Ионы Fe⁺³ - 0
Ионы F^- - 0
Вода - Остальное
погружением проволоки в фосфатирующий раствор при температуре 70^oC в течение 3 мин.

8. Промывка.

9. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

10. Сушка.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,56 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,24 шт./т.

Пример 1а.

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:
1. Очистка в очищающем растворе следующего состава, г/л:
Едкий натр NaOH - 20,0
Соединение фтора - 0,5
Натрий углекислый Na₂CO₃ - 3,0
Натрия метасиликат Na₂SiO₃ • 9Н₂О - 1,0
Органический комплексообразователь - 0
Поверхностно-активное вещество - 0
Вода - Остальное
протягиванием проволоки через очищающий раствор при перемешивании в течение 10 с при температуре 70^oC.

2. Промывка.

3. Термообработка.

4. Травление в растворе серной кислоты.

5. Промывка.

6. Активация в растворе активатора АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0 г/л при температуре 20^oC в течение 10 с протягиванием проволоки через активирующий раствор.

7. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 8,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 7,0
Ионы NO₃ ^- - 20,0
Ионы Ni²⁺ - 0,05
Ионы Fe⁺³ - 0
Ионы F^- - 0
Вода - Остальное
протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70^oC в течение 10 с.

8. Промывка.

9. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

10. Сушка.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,55 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,24 шт./т.

Пример 2
Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:
1. Очистка от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в очищающем растворе следующего состава, г/л:
Едкий натр NaOH - 30,0
Соединение фтора - 1,5
Натрий углекислый Na₂CO₃ - 15,0
Натрия метасиликат Na₂SiO₃ • 9Н₂O - 10,0
Органический комплексообразователь - 3,0
Поверхностно-активное вещество - 1,5
Вода - Остальное
протягиванием проволоки в течение 15 с при температуре 90^oC через очищающий раствор при перемешивании.

2. Промывка.

3. Термообработка.

4. Травление в растворе серной кислоты.

5. Промывка.

6. Активация в растворе активатора АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,6 г/л при температуре 40^oC в течение 20 с протягиванием проволоки через активирующий раствор.

7. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 24,2
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 15,4
Ионы NO₃ ^- - 44,3
Ионы Ni⁺² - 0,24
Ионы Fe⁺³ - 0,1
Ионы F^- - 0,2
Вода - Остальное
протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 90^oC в течение 30 с.

8. Промывка.

9. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

10. Сушка.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,49 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,21 шт./т.

Пример 2а
Проволока обработана по схеме, приведенной в примере 2, но очистка проводится погружением проволоки в течение 5 мин при температуре 90^oC в очищающий раствор при перемешивании; активация проводится в растворе активатора, взятого в концентрации 3,8 г/л при температуре 40^oC в течение 2 мин погружением, а фосфатирование - в растворе с составом, приведенным в примере 2, погружением при температуре 87^oC в течение 10 мин.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,53 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,22 шт./т.

Пример 3
Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:
1. Очистка в очищающем растворе следующего состава, г/л:
Едкий натр NaOH - 50,0
Соединение фтора - 20,0
Натрий углекислый Na₂CO₃ - 30,0
Натрия метасиликат Na₂SiO₃ • 9Н₂O - 15,0
Органический комплексообразователь - 8,0
Поверхностно-активное вещество - 5,0
Вода - Остальное
протягиванием проволоки в течение 30 с при температуре 95^oC через очищающий раствор при перемешивании.

2. Промывка.

3. Термообработка.

4. Травление в растворе серной кислоты.

5. Промывка.

6. Активация в растворе активатора АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 5,0 г/л при температуре 45^oC в течение 40 с протягиванием проволоки через активирующий раствор.

7. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 35,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 24,0
Ионы NO₃ ^- - 63,0
Ионы Ni⁺² - 1,0
Ионы Fe⁺³ - 0,3
Ионы F^- - 2,0
Вода - Остальное
протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 95^oC в течение 40 с.

8. Промывка.

9. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

10. Сушка.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,54 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,22 шт./т.

Пример 3а
Проволока обработана по схеме, приведенной в примере 3, но очистка проводится погружением в течение 15 мин при 95^oC при перемешивании, активация - погружением в течение 5 мин при температуре 45^oC, а фосфатирование - погружением при температуре 95^oC в течение 20 мин.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило, 0,57 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,24 шт./т.

Пример 4 (по прототипу)
Проволоку из стали 70 диаметром 2,0 мм обработали по следующей схеме:
1. Термообработка.

2. Травление в растворе серной кислоты.

3. Промывка.

4. Активация в муфельной печи при температуре 480^oC.

Образец проволоки помещают в кварцевую трубку, наполненную газовой смесью следующего состава: 13% CO, 6,5% CO₂, остальное азот, после нагрева ее до требуемой температуры.

Образец выдерживали в течение 60 с, затем охлаждали и на холоду продували инертным газом.

5. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата КФЭ-1, взятого в концентрации 150 г/л протягиванием при температуре 90^oC в течение 30 с.

6. Промывка.

7. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

8. Сушка.

Фосфатное покрытие крупнокристаллическое.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм.

При волочении наблюдалось дымление и скрип.

Усилие протяжки составило 0,85 кН.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,32 шт./т.

Предлагаемый способ подготовки поверхности позволяет:
1) провести подготовку поверхности катанки из высокоуглеродистой стали марок 55-80 перед операциями волочения на станах многократного волочения (в частности, станах девятикратного волочения) и получить проволоку высокого качества диаметром 1,8 - 2,6 мм с остаточным фосфатом 3,0 - 3,8 г/м²;
2) провести подготовку поверхности высокоуглеродистой проволоки на агрегатах скоростным методом (в потоке) перед волочением на станах среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла и получить качественную проволоку диаметром 0,8 - 1,0 мм с остаточным фосфатом 1,8 - 2,2 г/м²;
3) провести подготовку поверхности проволоки перед операциями тонкого (мокрого) волочения;
4) получить проволоку пружинную диаметром 0,35-0,4 мм, по своим техническим характеристикам соответствующую 1 классу по ГОСТ 9389-75, и проволоку стальную канатную, соответствующую требованиям ГОСТ 7372-79;
5) провести подготовку поверхности изделий перед другими операциями холодной деформации, например вытяжкой труб или выдавливанием.

Литература
1. Патент Франции N 1597725 от 7 августа 1970 г.

2. Авторское свидетельство N 1361196 от 08.01.1985 г.

Изобретение относится к области подготовки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла и деталей машин. Предварительно проводят очистку поверхности от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в щелевом очищающем растворе следующего состава, г/л: едкий натр NaOH 20,0-50,0, соединение фтора 0,5-20,0, натрий углекислый Nа₂СО₃ 3,0-30,0, натрия метасиликат Na₂SiO₃ • 9 H₂O 1,0-15,0, органический комплексообразователь 0-8,0, поверхностно-активное вещество 0-5,0, вода остальное, протягиванием проволоки через очищающий раствор при перемешивании при температуре 70-95°С в течение 10-30 с либо погружением при перемешивании в течение 2-15 мин при температуре 80-95°С. Проводят активацию поверхности в растворе активатора фосфатирования на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0-5,0 г/л, при температуре 20-45°С в течение 1-5 мин погружением проволоки в активирующий раствор либо протягиванием через раствор при температуре 20-45°С в течение 10-40 с. Затем проводят фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л: ионы Zn⁺² 8,0-35,0, фосфорный ангидрид P₂O₅ 7,0-24,0, ионы NО^- ₃ 20,0-63,0, ионы Ni⁺² 0,05-1,0, ионы Fe⁺³ 0-0,3, ионы F^- 0-2,0, вода остальное, погружением проволоки в фосфатирующий раствор при температуре 70-95°С в течение 3-20 мин либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70-95°С в течение 10-40 с. Предлагаемый способ подготовки поверхности позволяет получить проволоку высокого качества, повысить антифрикционные свойства фосфатного покрытия и стойкость волочильного инструмента. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ подготовки поверхности проволоки перед сухим волочением, включающий активацию и фосфатирование, отличающийся тем, что активацию поверхности ведут в растворе активатора фосфатирования на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0 - 5,0 г/л, при температуре 20 - 45°С в течение 1 - 5 мин погружением проволоки в активирующий раствор либо протягиванием через раствор при температуре 20 - 45°С в течение 10 - 40 с, а фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 8,0 - 35,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 7,0 - 24,0
Ионы NO₃ ^- - 20,0 - 63,0
Ионы Ni⁺² - 0,05 - 1,0
Ионы Fe⁺³ - 0 - 0,3
Ионы F^- - 0 - 2,0
Вода - Остальное
погружением проволоки в фосфатирующий раствор при температуре 70 - 95°С в течение 3 - 20 мин, либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70 - 95°С в течение 10 - 40 с. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно проводят очистку поверхности от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в щелочном очищающем растворе следующего состава, г/л:
Едкий натр NaOH - 20,0 - 50,0
Соединение фтора - 0,5 - 20,0
Натрий углекислый Na₂CO₃ - 3,0 - 30,0
Натрия метасиликат Na₂SiO₃ x 9H₂O - 1,0 - 15,0
Органический комплексообразователь - 0 - 8,0
Поверхностно-активное вещество - 0 - 5,0
Вода - Остальное
погружением при перемешивании в течение 2 - 15 мин при температуре 80 - 95°С либо протягиванием проволоки через очищающий раствор при перемешивании при температуре 70 - 95°С в течение 10 - 30 с.