СПОСОБ ЦИНКОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2010 года по МПК C23C10/36 

Изобретение относится к способам создания на поверхностях стальных деталей и изделий защитных покрытий, обладающих высокой коррозионной стойкостью в условиях атмосферы, а также в сероводородсодержащих и водных средах. Может быть использовано в процессах химико-термической обработки, в частности, при термодиффузионном цинковании стальных деталей в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности для повышения ресурса деталей и узлов основного и вспомогательного оборудования.

Известен состав для получения диффузионного цинкового покрытия указанных поверхностей, содержащий металлический порошок и инертный наполнитель при следующем соотношении компонентов (мас.%): металлический порошок 75, инертный наполнитель 25 (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник под ред. Л.С.Ляховича. - М.: Металлургия, 1981, с.160-169). В качестве металлического порошка может быть использован цинк, а в качестве инертного наполнителя - оксид кремния, оксид алюминия и т.д. Недостатком данного состава является низкая насыщающая способность и необходимость дополнительной обработки цинкового покрытия пассиваторами во избежание появления в процессе хранения и эксплуатации «белой ржавчины».

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является способ нанесения цинкового покрытия путем термодиффузионного цинкования, включающий загрузку изделий в реторту поворотной электрической печи, засыпку насыщающей смеси, содержащей 80-90% цинка, причем для формирования цинкового покрытия толщиной 1 мкм засыпная масса насыщающей смеси составляет 7,8-8,2 г на 1 м², герметизацию реторты, нагрев ее до заданной температуры, выдержку при этой температуре, сброс давления в реторте в течение всего времени процесса цинкования, выгрузку изделий из реторты, мойку и пассивацию их.

Недостатком способа является то, что данный метод не позволяет проводить легирование покрытия дополнительными элементами для увеличения коррозионной стойкости при нормальной и повышенных температурах (Патент РФ №2174159, Кл. С2310/52, опубл. 27.09.2001, прототип).

Предлагаемый способ решает техническую задачу создания на поверхности деталей стабильного по толщине покрытия с высокими служебными свойствами. Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения защитного покрытия на стальных деталях, включающем загрузку деталей в реторту, засыпку насыщающей смеси, содержащей цинк, нагрев и выдержку деталей при температуре 360-450°С, используют насыщающую смесь, содержащую (мас.%): 35-60 цинка в виде высокодисперсного порошка, 2-5 хлористого алюминий (АlСl₃) в качестве активатора и окись алюминия, или шамот, или кварцевый песок в качестве инертного наполнителя.

Такое выполнение способа позволило решить поставленную техническую задачу за счет того, что появляется возможность исключить названное явление за счет введения легковозгоняющегося при повышении температуры хлорида алюминия в качестве основного микролегирующего элемента покрытий.

Хлорид алюминия имеет температуру возгонки 183°С, что значительно ниже температуры плавления и цинка и его эвтектик, благодаря чему он полностью переходит в газовую фазу и осаждается на поверхность деталей в виде отдельных атомов, что исключает образование конгломератов на обрабатываемой поверхности и в результате покрытия получаются ровного серого цвета. Преимуществом предлагаемого способа является высокая насыщающая способность, равномерность толщины покрытий и их высокая коррозионная стойкость, за счет микролегирования покрытия легковозгоняющимся при повышении температуры хлоридом алюминия происходит смещение электродного потенциала покрытий в отрицательную сторону.

Пример конкретного выполнения. Для сопоставительной проверки заявляемого способа подготовлена смесь, содержащая (вес.%): порошок цинка 50, хлорид алюминия АlСl₃ 5 (при этом содержание алюминия в смеси составляет 2,2%), инертный наполнитель - остальное. В качестве прототипа использовали смесь: порошок цинка 40, медь 0,05, алюминий 0,2, инертный наполнитель - остальное. Процесс насыщения проводили на образцах из стали 20 при температуре 440°С в течение 1 часа и на болтах высокопрочной стали М22 при температуре 400°С в течение 1 часа. Толщина покрытий на образцах стали 20 при использовании смеси «прототип» имела разброс от 35 до 80 мкм, на поверхности образцов имелись наплывы и припекшиеся конгломераты порошковой смеси. Разброс толщины предлагаемого способа от 60 до 73 мкм. После испытания покрытий в камере с 3% раствором нейтрального солевого тумана в течение 196 часов на образцах-прототипах в местах минимальной толщины покрытия появились бурые пятна коррозии. Покрытия по предлагаемому способу таких пятен не имели, а только изменили цвет со светло-серого на темно-серый, на поверхности образцов с покрытием толщиной 25 мкм отсутствуют «белая ржавчина» даже без проведения пассивации.

Высокопрочные болты после оцинкования в составе-прототипе из-за образовавшихся наплывов в резьбовой части не скручивались с гайкой, в предлагаемом случае этих дефектов не обнаружено и гайки легко накручивались вручную.

Изобретение относится к созданию на поверхности стальных деталей защитных покрытий и может быть использовано в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности. Осуществляют загрузку деталей в реторту, засыпку насыщающей смеси, содержащей, мас.%: 35-60 цинка в виде высокодисперсного порошка, 2-5 хлористого алюминия АlСl₃ в качестве активатора и окись алюминия или шамот, или кварцевый песок в качестве инертного наполнителя. Нагрев и выдержку деталей проводят при температуре 360-450°С. Получается стабильное по толщине покрытие.

Способ получения защитного покрытия стальных деталей, включающий загрузку деталей в реторту, засыпку насыщающей смеси, содержащей цинк, нагрев и выдержку деталей при температуре 360-450°С, отличающийся тем, что используют насыщающую смесь, содержащую, мас.%: 35-60 цинка в виде высокодисперсного порошка, 2-5 хлористого алюминия (АlСl₃) в качестве активатора и окись алюминия или шамот, или кварцевый песок в качестве инертного наполнителя.