СПОСОБ ДИФФУЗИОННОГО ЦИНКОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2012 года по МПК C23C10/36 C23C10/60 

Настоящее изобретение относится к химико-термической обработке металлических деталей, например, из стали и чугуна, в частности к процессу диффузионного цинкования, который может быть использован в электроэнергетике и других областях народного хозяйства для создания поверхностного защитного покрытия на изделиях, повышая их коррозионную стойкость.

Известен способ получения цинкового покрытия, преимущественно на алюминиевых сплавах для блока силового полупроводникового вентиля, включающий диффузионное насыщение в порошковой смеси на основе цинка и последующий отжиг сплавов, при этом порошковую смесь отжигают при 500-530°С, отжиг сплавов производят при 250-270°С [1].

Этот рассматриваемый известный способ получения цинкового покрытия характеризуется очень узкой функциональной направленностью, а именно преимущественно используется только на деталях из алюминиевых сплавов. В то же время, например, детали линейной арматуры для воздушных линий электропередачи и электрических подстанций изготавливаются в основном из стали и чугуна и работают в жестких атмосферных условиях (дожди, роса, повышенное содержание агрессивных веществ в атмосфере и т.п.), поэтому к цинковому покрытию таких изделий предъявляются очень высокие требования по его прочности и долговечности. Очевидно, что указанный способ не может обеспечить необходимые характеристики. Кроме того, данный способ достаточно сложен по своему технологическому процессу, так как в нем предусматривается двух этапный цикл отжига последовательно порошковой смеси и затем непосредственно отжиг алюминиевых сплавов.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является способ диффузионного цинкования поверхности металлических изделий, включающий заполнение контейнера изделиями и цинковым порошком, размещение контейнера в нагретой печи [2].

По технологической методике указанного способа нанесения цинкового покрытия на поверхность металлических изделий достаточно сложно и не в любых условиях можно организовать производство, из-за обязательной необходимости вести цинкование в водородной среде, а в качестве насыщающей смеси применять достаточно дорогостоящий и дефицитный материал, в частности гидрид титана, что может привести к существенному удорожанию процесса серийного изготовления, например, линейной арматуры.

Заявитель ставил перед собой конкретную задачу по достижению положительного, технического результата, связанного с увеличением производительности производственного процесса нанесения цинкового покрытия на металлические изделия и повышением их коррозионной стойкости. Этот результат был достигнут за счет новой совокупности существенных признаков способа диффузионного цинкования поверхности металлических изделий, изложенной в нижеследующей формуле изобретения: «способ диффузионного цинкования поверхности металлических изделий, включающий заполнение контейнера изделиями и цинковым порошком, размещение контейнера в нагретой печи; перед заполнением контейнера изделиями их поверхность очищают от загрязнений, заполнение контейнера изделиями осуществляют на 0,2-0,7 от его объема, цинковый порошок загружают в контейнер в количестве 0,005-0,15 от массы загруженных изделий, дополнительно в контейнер загружают оксид цинка 0,005-0,2 от массы цинкового порошка, порошок активированного угля 0,005-0,1 от массы цинкового порошка, сульфат аммония 0,007-0,3 от массы цинкового порошка, хлорид аммония 0,001÷0,1 от массы цинкового порошка, абразивный порошок 0,1-0,5 от массы цинкового порошка, после заполнения контейнера изделиями и насыщающей смесью проводят герметизацию контейнера, устанавливают контейнер на стенд с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и вращают его в течение 5-10 минут, затем контейнер устанавливают в печь, нагретую до температуры 1,2-1,5 от температуры плавления цинка, вращают контейнер в печи в течение 1-4 часов, извлекают контейнер из печи, устанавливают его на стенд и вращают с одновременным обдувом воздухом в течение 1-5 часов, после чего извлекают изделия из контейнера, удаляют с их поверхности избыток цинкового порошка, помещают изделия в раствор, содержащий ортофосфорную кислоту, затем промывают и сушат; очистку поверхности изделий проводят обработкой металлической дробью; очистку поверхности изделий проводят обработкой абразивными материалами; избыток цинкового порошка с поверхности изделий удаляют струей проточной воды; изделия выдерживают в растворе, содержащем ортофосфорную кислоту, 2-10 минут; промывку изделий осуществляют проточной водой; изделия сушат теплым воздухом в течение 10-60 минут; используют порошок активированного угля с фракцией, составляющей 0,5-3,0 от размера фракции цинкового порошка».

Предлагаемый способ диффузионного цинкования поверхности металлических изделий, например, деталей линейной арматуры для воздушных линий электропередачи и электрических подстанций осуществляют следующим образом: поверхности изделий из стали, чугуна или других металлов, подлежащих цинкованию, сначала подвергают очистке от окисных, жировых, водных пленок и других загрязнений путем обработки их металлической дробью или абразивными материалами. Затем очищенные изделия загружают в герметичный контейнер цилиндрической формы, заполняя ими контейнер на 0,2-0,7 от его объема. После чего загружают в контейнер массу насыщающей смеси, состоящей из цинкового порошка 0,005-0,15 от массы загруженных изделий, оксида цинка 0,005-0,2 от массы цинкового порошка, порошка активированного угля 0,005-0,1 от массы цинкового порошка (размер фракции активированного угля, составляющей 0,5-3,0 от размера фракции цинкового порошка), сульфата аммония 0,007-0,3 от массы цинкового порошка, хлорида аммония 0,001-0,1 от массы цинкового порошка, абразивного порошка 0,1-0,5 от массы цинкового порошка. Проверяют герметичность контейнера и, если фиксируются утечки в его корпусе, герметизируют контейнер специальными вставками или иными известными способами и устройствами. Устанавливают контейнер с загруженными изделиями и массой насыщающей смеси на стенд специальной конструкции, имеющей возможность вращаться вокруг вертикальной оси, и вращают его в течение 5-10 минут.

Следующим этапом устанавливают контейнер в печь, которая предварительно нагрета до температуры 1,2-1,5 от температуры плавления цинка. Контейнер, находящийся в печи, непрерывно вращают в течение 1-4 часов, после чего извлекают контейнер из печи, устанавливают его на стенд и вращают с одновременным обдувом воздуха в течение 1-5 часов. Окончательно извлекают оцинкованные изделия из контейнера и удаляют с их поверхности избыток цинкового порошка струей проточной воды; на 2-10 минут помещают изделия в раствор, содержащий ортофосфорную кислоту, затем извлекают их из этого раствора, промывают проточной водой и сушат теплым воздухом в течение 10-60 минут.

Заявляемый способ диффузионного цинкования поверхности изделий освоен в серийном производстве линейной арматуры ЗАО «МЗВА». На специально разработанной и изготовленной установке все детали линейной арматуры, подлежащие монтажу на воздушных линиях электропередачи, открытых распределительных устройствах и электрических подстанциях, подвергаются по вышеописанной технологии обработке путем диффузионного цинкования их поверхности, которая обеспечивает высокую производительность данного процесса и значительное повышение коррозионной стойкости изделий.

Источники информации

[1]. Описание изобретения к авторскому свидетельству №1032042 «Способ получения цинкового покрытия», С23С 10/34;60, заявлено 05.05.81, опубликовано 30.07.83, бюл. №28.

[2]. Описание изобретения к авторскому свидетельству №1130620 «Способ диффузионного цинкования», С23С 10/28, заявлено 15.04.83, опубликовано 23.12.84, бюл. №47.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлических деталей и может быть использовано в электроэнергетике и других областях народного хозяйства для повышения их коррозионной стойкости. Поверхность изделий очищают от загрязнений, заполняют контейнер изделиями и цинковым порошком, размещают контейнер в нагретой печи. Заполнение контейнера изделиями осуществляют на 0,2-0,7 от его объема, цинковый порошок загружают в контейнер в количестве 0,005-0,15 от массы загруженных изделий. Дополнительно в контейнер загружают оксид цинка 0,005-0,2 от массы цинкового порошка, порошок активированного угля 0,005-0,1 от массы цинкового порошка, сульфат аммония 0,007-0,3 от массы цинкового порошка, хлорид аммония 0,001-0,1 от массы цинкового порошка, абразивный порошок 0,1-0,5 от массы цинкового порошка. После заполнения контейнера изделиями и насыщающей смесью проводят герметизацию контейнера, устанавливают контейнер на стенд с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и вращают его в течение 5-10 минут. Затем контейнер устанавливают в печь, нагретую до температуры 1,2-1,5 от температуры плавления цинка, вращают контейнер в печи в течение 1-4 часов, извлекают контейнер из печи, устанавливают его на стенд и вращают с одновременным обдувом воздухом в течение 1-5 часов, после чего извлекают изделия из контейнера, удаляют с их поверхности избыток цинкового порошка, помещают изделия в раствор, содержащий ортофосфорную кислоту, затем изделия промывают и сушат. Повышается производительность цинкования и обеспечивается повышенная коррозионная стойкость поверхностного защитного цинкового покрытия на изделиях, работающих в сложных атмосферных условиях. 7 з.п. ф-лы.

1. Способ диффузионного цинкования поверхности металлических изделий, включающий заполнение контейнера изделиями и цинковым порошком, размещение контейнера в нагретой печи, отличающийся тем, что перед заполнением контейнера изделиями их поверхность очищают от загрязнений, заполнение контейнера изделиями осуществляют на 0,2-0,7 от его объема, цинковый порошок загружают в контейнер в количестве 0,005-0,15 от массы загруженных изделий, дополнительно в контейнер загружают оксид цинка 0,005-0,2 от массы цинкового порошка, порошок активированного угля 0,005-0,1 от массы цинкового порошка, сульфат аммония 0,007-0,3 от массы цинкового порошка, хлорид аммония 0,001-0,1 от массы цинкового порошка, абразивный порошок 0,1-0,5 от массы цинкового порошка, после заполнения контейнера изделиями и насыщающей смесью проводят герметизацию контейнера, устанавливают контейнер на стенд с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и вращают его в течение 5-10 мин, затем контейнер устанавливают в печь, нагретую до температуры 1,2-1,5 от температуры плавления цинка, вращают контейнер в печи в течение 1-4 ч, извлекают контейнер из печи, устанавливают его на стенд и вращают с одновременным обдувом воздухом в течение 1-5 ч, после чего извлекают изделия из контейнера, удаляют с их поверхности избыток цинкового порошка, помещают изделия в раствор, содержащий ортофосфорную кислоту, затем промывают и сушат.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку поверхности изделий проводят обработкой металлической дробью.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку поверхности изделий проводят обработкой абразивными материалами.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыток цинкового порошка с поверхности изделий удаляют струей проточной воды.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что изделия выдерживают в растворе, содержащем ортофосфорную кислоту, 2÷10 мин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку изделий осуществляют проточной водой.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что изделия сушат теплым воздухом в течение 10÷60 мин.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют порошок активированного угля с фракцией, составляющей 0,5-3,0 от размера фракции цинкового порошка.