СПОСОБ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ Российский патент 2002 года по МПК C23C10/28 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нанесению покрытий на сложнопрофильные металлические изделия путем химико-термической обработки их в порошковых насыщающих средах, и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Наиболее близким аналогом предложенному способу является способ термодиффузионного нанесения покрытий на металлические изделия, включающий очистку изделий, загрузку партии изделий в барабан поворотной электрической печи, загрузку насыщающей смеси, герметизацию, нагревание до температуры 150-200^oС, сброс давления, герметизацию и дальнейший нагрев до температуры свыше 300^oС, выдержку и выгрузку изделий (см. RU 2139366 С1, МПК 7 С 23 С 10/36, опубл. 10.10.1999).

Недостатками этого способа являются повышенная энергоемкость, недостаточное качество покрытия изделий вследствие отсутствия гарантированной сплошности и однородности покрытия.

Наиболее близким аналогом предложенной технологической линии является технологическая линия термодиффузионного нанесения покрытий на длинномерные полые изделия, содержащая участок очистки, устройство для захвата и переноса изделий, устройство диффузионного насыщения, снабженного барабаном с возможностью реверсивного вращения, нагревания и герметизации, при этом устройство диффузионного насыщения выполнено с механизмом наклона относительно горизонтальной оси (см. RU 2023971 С1, МПК 7 С 23 С 10/28, опубл. 30.11.1994).

Эта технологическая линия не позволяет обрабатывать одновременно несколько изделий, с ее помощью невозможно нанести покрытия на мелкие изделия, к ее недостаткам относятся также высокая энергоемкость и низкая эффективность.

Задачей, решаемой предлагаемыми изобретениями, является создание эффективной, универсальной технологической линии, позволяющей наносить различные покрытия с высокими качественными характеристиками на сложнопрофильные изделия разной формы и размеров, а также снижение трудоемкости, энергоемкости, повышение экологичности процесса.

Поставленная задача решается за счет того, что предложенный способ термодиффузионного нанесения покрытий на сложнопрофильные металлические изделия, включающий подготовительную стадию - очистку поверхности изделий, загрузку партии изделий в барабан, подачу насыщающей смеси в барабан и стадию нанесения покрытия путем термодиффузионного насыщения партии изделий и охлаждения, предполагает одновременно обрабатывать по меньшей мере две партии изделий по меньшей мере в двух барабанах, при этом в одном барабане проводят подготовительную стадию с подачей насыщающей смеси в барабан и выдержкой под избыточным давлением, а в другом - нанесение покрытия на партию изделий, прошедших подготовительную стадию, при этом термодиффузионное насыщение ведут в устройстве термодиффузионного насыщения с реверсивным вращением барабана в вакууме при температуре насыщения с одновременной фильтрацией отходящих газов.

При этом в качестве сложнопрофильных металлических изделий используют длинномерные изделия, партию которых загружают в барабан, предварительно расположив изделия в ячейках стеллажа, предназначенных для ограничения их перемещения в барабане. Также в качестве сложнопрофильных металлических изделий можно использовать мелкие изделия, партию которых загружают в барабан насыпью.

Сложнопрофильные металлические изделия могут быть изготовлены из стали или чугуна, а покрытия на них можно наносить цинкованием, или борированием, или алитированием.

При этом наилучшие результаты достигают, если цинкование ведут в насыщающей смеси, состоящей из мелкодисперсного порошка оксида цинка и хлористого аммония в вакууме при давлении -0,2 ата и температуре 350^o С в течение 60 мин; борирование ведут в вакууме при давлении -0,2 ата и температуре 380^oС в течение 20 мин, а алитирование - в вакууме при давлении -0,2 ата и температуре 400^oС в течение 120 мин.

Согласно изобретению барабан выполнен с возможностью его герметизации и охлаждения.

Поставленная задача решается также за счет того, что технологическая линия термодиффузионного нанесения покрытий на сложнопрофильные металлические изделия, содержащая устройства для захвата и переноса изделий, устройство диффузионного насыщения, снабженное барабаном, имеющим возможность реверсивного вращения, нагревания и герметизации, выполнена с возможностью одновременной обработки по меньшей мере двух партий изделий по меньшей мере в двух барабанах, дополнительно снабжена участком для очистки поверхности изделий, участком загрузки партии изделий в барабан и ее насыщения порошковой смесью под давлением, расположенными перед устройством термодиффузионного насыщения, участком охлаждения барабана и участком разгрузки, при этом устройство термодиффузионного насыщения снабжено станиной с электроприводом вращения барабана через легкоразъемную муфту, роликами, центрирующими и поддерживающими барабан, выполненный съемным, устройством подогрева барабана, раскрывающимся кожухом-отражателем лучистой энергии, трубопроводом отсоса паров из барабана, соединенным последовательно с фильтром и вакуумным насосом.

Технологическая линия предназначена для нанесения покрытий на длинномерные изделия, которые предварительно расположены в ячейках стеллажа, служащих для ограничения перемещения изделий в барабане, при этом стеллаж выполнен разборным в виде перегородок с отверстиями круглой формы.

Технологическая линия также предназначена для нанесения покрытий на мелкие изделия и выполнена с возможностью загрузки мелких изделий в барабан насыпью.

Устройство термодиффузионного насыщения технологической линии имеет систему управления технологическими параметрами и контроля за ними в процессе нанесения покрытия.

Изобретения могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

На фиг.1 показана схема технологической линии термодиффузионного нанесения покрытий на сложнопрофильные металлические изделия, на фиг.2 - устройство термодиффузионного насыщения, на фиг.3 - стеллаж для размещения в барабане длинномерных изделий.

Технологическая линия содержит устройства для захвата и переноса изделий 1, участок очистки поверхности изделий 2, участок загрузки и насыщения порошковой смесью 3 партии изделий в барабан 4, устройство термодиффузионного насыщения 5, участок охлаждения 6 и участок разгрузки 7.

Устройство термодиффузионного насыщения содержит раскрывающийся кожух-отражатель лучистой энергии 6, установленный на станине 7 с устройством подогрева барабана 8, трубопровод отсоса паров из барабана 9, соединенный последовательно с фильтром 10 и вакуумным насосом 11, а также электропривод вращения барабана 12 через легкоразъемную муфту 13 и ролики 14, центрирующие и поддерживающие барабан 4.

Разборный стеллаж на состоит из перегородок 16 с отверстиями круглой формы 15 для установки в них изделий.

Технологическая линия работает следующим образом.

Обработке подвергают насосно-компрессорные трубы диаметром 73•7500 мм. На участке 2 химико-механической очистки трубы подвергают пескоструйной обработке для снятия ржавчины и окалины. На следующем участке 3 первую партию труб загружают в первый барабан 4 с помощью стеллажа и заполняют указанный барабан цинксодержащей насыщающей смесью из мелкодисперсного порошка оксида цинка и хлористого аммония и выдерживают в течение 30 мин при избыточном давлении 0,3 ати без подогрева. При обработке с избыточным давлением инициируется процесс активирования и насыщения цинком поверхностных слоев металла изделий, что интенсифицирует последующий процесс термодифузионного насыщения и приводит к повышению механических и коррозионных свойств покрытия при снижении энергозатрат. Одновременно во втором барабане в устройстве термодиффузионного насыщения 5 на другую партию предварительно очищенных и обработанных насыщающей смесью при избыточном давлении труб наносят термодиффузионное цинковое покрытие при абсолютном давлении -0,2 ата, температуре 350^oС в течение 60 мин с последующим принудительным охлаждением в течение 40 минут и температуре 20^oС. В течение процесса термодиффузионного насыщения ведут утилизацию пара из барабана через парозаборники и фильтры с помощью вакуумного насоса. После выгрузки второго барабана из устройства термодиффузионного насыщения 5 в него загружают первый барабан и подвергают трубы термодифузионному насыщению с параметрами режима, приведенными выше, контроль за которыми осуществляют автоматически. Для повышения технологичности процесса барабан выполнен съемным в местах его установки на ролики.

В результате были получены партии насосно-компрессорных труб с термодиффузионным цинковым покрытием толщиной 50 мкм, при этом покрытие было сплошным и равномерным как снаружи, так и внутри труб. Дополнительная обработка для сопряжения размеров не требовалась. Испытания показали, что у труб, полученных предложенной технологией, многократно увеличилась возможность свинчивания и развинчивания, а также стойкость к другим механическим воздействиям, повысилась коррозионная стойкость изделий.

Предложенная технология является универсальной, высокопроизводительной, экологически чистой, без вредных выбросов, не требует очистных и фильтрующих сооружений, а также высоких энергозатрат.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нанесению покрытий на сложнопрофильные металлические изделия путем химико-термической обработки их в порошковых насыщающих средах, и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности. Способ включает очистку поверхности изделий, загрузку изделий в барабан, подачу насыщающей смеси в барабан и нанесение покрытия путем термодиффузионного насыщения с последующим охлаждением. Изделия подвергают обработке по меньшей мере в двух барабанах, при этом, когда в одном барабане изделия проходят подготовительную стадию с подачей насыщающей смеси в барабан и выдержкой под избыточным давлением, в другом - стадию нанесения покрытия ведут в устройстве термодиффузионного насыщения с реверсивным вращением барабана в вакууме при температуре насыщения с одновременной фильтрацией отходящих газов. Технологическая линия содержит устройства для захвата и переноса изделий, устройство диффузионного насыщения, включающее герметичный барабан реверсивного вращения с подогревом. Линия снабжена участком очистки, участком загрузки в барабан и насыщения поверхности под давлением, устройством термодиффузионного насыщения, снабженным кожухом-отражателем лучистой энергии, участком охлаждения барабана и участком разгрузки. Изобретение позволяет получить качественные покрытия на сложнопрофильных изделиях, а также снизить трудоемкость, энергоемкость и повысить экологичность процесса. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ термодиффузионного нанесения покрытий на сложнопрофильные металлические изделия, включающий подготовительную стадию - очистку поверхности изделий, загрузку партии изделий в барабан, подачу насыщающей смеси в барабан и стадию нанесения покрытия путем термодиффузионного насыщения партии изделий и охлаждения, отличающийся тем, что обрабатывают одновременно по меньшей мере две партии изделий по меньшей мере в двух барабанах, при этом в одном барабане проводят подготовительную стадию с подачей насыщающей смеси в барабан и выдержкой под избыточным давлением, а в другом - нанесение покрытия на партию изделий, прошедших подготовительную стадию, при этом термодиффузионное насыщение ведут в устройстве термодиффузионного насыщения с реверсивным вращением барабана в вакууме при температуре насыщения с одновременной фильтрацией отходящих газов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сложнопрофильных металлических изделий используют длинномерные изделия. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что партию длинномерных изделий загружают в барабан, предварительно расположив изделия в ячейках стеллажа, предназначенных для ограничения их перемещения в барабане. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сложнопрофильных металлических изделий используют мелкие изделия. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что партию мелких изделий загружают в барабан насыпью. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сложнопрофильные металлические изделия изготовлены из стали или чугуна. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что покрытие наносят цинкованием, или борированием, или алитированием. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что цинкование ведут в вакууме при давлении -0,2 ата и температуре 350^oС в течение 60 мин. 9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что цинкование ведут в насыщающей смеси, состоящей из мелкодисперсного порошка оксида цинка и хлористого аммония. 10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что борирование ведут в вакууме при давлении -0,2 ата и температуре 380^oС в течение 20 мин. 11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что алитирование ведут в вакууме при давлении -0,2 ата и температуре 400^oС в течение 120 мин. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что барабан выполнен с возможностью его герметизации и охлаждения. 13. Технологическая линия термодиффузионного нанесения покрытий на сложнопрофильные металлические изделия, содержащая устройства для захвата и переноса изделий, устройство диффузионного насыщения, снабженное барабаном, имеющим возможность реверсивного вращения, нагревания и герметизации, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью одновременной обработки по меньшей мере двух партий изделий по меньшей мере в двух барабанах, дополнительно снабжена участком для очистки поверхности изделий, участком загрузки партии изделий в барабан и ее насыщения порошковой смесью под давлением, расположенными перед устройством термодиффузионного насыщения, участком охлаждения барабана и участком разгрузки, при этом устройство термодиффузионного насыщения снабжено станиной с электроприводом вращения барабана через легкоразъемную муфту, роликами, центрирующими и поддерживающими барабан, выполненный съемным, устройством подогрева барабана, раскрывающимся кожухом-отражателем лучистой энергии, трубопроводом отсоса паров из барабана, соединенным последовательно с фильтром и вакуумным насосом. 14. Технологическая линия по п. 13, отличающаяся тем, что она предназначена для нанесения покрытий на длинномерные изделия. 15. Технологическая линия по п. 14, отличающаяся тем, что она предназначена для обработки длинномерных изделий, предварительно расположенных в ячейках стеллажа, служащих для ограничения перемещения изделий в барабане. 16. Технологическая линия по п. 15, отличающаяся тем, что стеллаж выполнен разборным в виде перегородок с отверстиями круглой формы. 17. Технологическая линия по п. 13, отличающаяся тем, что предназначена для нанесения покрытий на мелкие изделия. 18. Технологическая линия по п. 17, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью загрузки мелких изделий в барабан насыпью. 19. Технологическая линия по п. 13, отличающаяся тем, что устройство термодиффузионного насыщения имеет систему управления технологическими параметрами и контроля за ними в процессе нанесения покрытия.