СПОСОБ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ЦИНКОВАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C23C10/36 

Изобретение относится к химико-термической обработке способом термодиффузионного цинкования муфт для обсадных и насосно-компрессорных труб в порошковых средах с целью защиты резьбы от коррозии в атмосферных условиях, агрессивных средах, повышения эксплуатационных характеристик деталей, увеличения количества циклов свинчивания-развинчивания.

Известен способ термодиффузионного цинкования стальных изделий в порошковых смесях, содержащих цинковую пыль в количестве 20 мас.% цинка и более и инертный наполнитель (песок, оксид алюминия, огнеупорная глина) - остальное. Детали вместе с цинковой пылью загружают в стальные заваренные или имеющие фланцы и асбестовые прокладки патроны и цинкуют при температуре 350-600°C. При использовании цинковой пыли без наполнителя термодиффузионное насыщение проводят при температуре 350-400°C, а при использовании цинковой пыли с оксидом алюминия - при температуре 500-600°C (Зильберфарб М.И., Приходько Л.Н. Диффузионное цинкование. Труды Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института химического машиностроения. - 1959, вып. 28, с. 95-123).

Недостатком известного способа является высокая стоимость процесса из-за использования в смеси большого количества дорогого цинка (20 мас.% и более). Кроме того, при использовании цинковой пыли, имеющей до 50 мас.% оксида цинка, снижается толщина получаемых покрытий. Кроме того, при температурах свыше 400°C происходит отпуск термически обработанных муфт, что приводит к снижению прочностных характеристик.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ термодиффузионного цинкования в порошковых смесях, содержащих цинковый порошок и инертные материалы (разбавители), например, оксид алюминия, кварцевый песок, шамот в количестве 25 мас.%. Возможно цинкование стали в порошковых смесях, содержащих 90 мас.% кварцевого песка, но при этом сильно уменьшается толщина покрытия. При использовании однородной смеси из цинкового порошка со средним диаметром части 100 мкм используют кварцевый песок с частицами диаметром 140 мкм, шамот - 150 мкм, оксид алюминия - 156 мкм. Порошковую смесь можно использовать многократно, однако, при этом снижается ее кроющая активность из-за частичного окисления порошка цинка. Для поддержания активности порошковой смеси в нее периодически добавляют новые порции цинкового порошка до 10 мас.% (Проскуркин Е.В., Попович В.А., Мороз А.Т. Цинкование. Справочник. - М.: "Металлургия", 1988, с. 403-406).

Недостатком известного способа является высокая стоимость процесса из-за применения в нем дорогой смеси, имеющей в своем составе от 10 до 75 мас.% дорогого порошка цинка, а при многократном использовании смеси уменьшается толщина покрытия.

Задачей настоящего изобретения является разработка безотходного способа термодиффузионного цинкования с одновременным удешевлением.

Для решения поставленной задачи в известном способе термодиффузионного цинкования, включающем загрузку в герметичный вращающийся реактор стальных деталей и насыщающей смеси, состоящей из инертного носителя, активатора, а также от 30 до 60 мас.% высоко дисперсного порошка цинка в количестве к весу загружаемых деталей, реактор с деталями и насыщающей смесью нагревают и выдерживают при 360-380°С в инертной атмосфере, затем охлаждают до температуры 20-36°С, при этом загружают высокодисперсный порошок цинка крупностью 4-60 мкм в количестве 0,05-0,18 кг на 1 м² покрываемой поверхности стальных деталей.

Другой особенностью способа является то, что насыщающую смесь загружают в реактор от 40 до 100 мас.% к весу деталей.

Еще одной особенностью способа является то, что инертный носитель используют крупностью 60-140 мкм.

Способ осуществляют следующим образом.

В герметичный вращающийся реактор загружают стальные детали, подлежащие термодиффузному цинкованию, и насыщающую смесь, состоящую из инертного носителя, активатора и высокодисперсного порошка цинка, в количестве от 30 до 60 мас.% к весу загружаемых деталей, с учетом конфигурации изделия и его массы. Реактор закрывают крышкой с герметичным уплотнением. Реактор устанавливают во вращающуюся нагревательную установку, где осуществляют нагрев реактора с деталями и насыщающей смесью до температуры 360-380°С. После выхода на заданную температуру реактор с деталями и насыщающей смесью выдерживают при установленной температуре в течении 1-3 часов, в зависимости от необходимой толщины цинкового покрытия, а затем охлаждают до температуры 20-36°С. После завершения процесса термодиффузного цинкования реактор открывают, детали и смесь извлекают.

При загрузке следующих партий деталей каждый раз добавляют дополнительные порции высокодисперсного порошка цинка крупностью 4-60 мкм, необходимого для получения заданной толщины покрытия из расчета 0,05-0,18 кг на 1 м² покрываемой поверхности, при этом количество инертного носителя остается постоянным. Таким образом, каждый раз цинк полностью расходуется на образование диффузионного слоя.

В качестве инертного носителя (разбавителя) используют абразивные негигроскопичные материалы, не вступающие в химическую реакцию с цинком и железом, крупностью 80-140 мкм. Такая дисперсность разбавителя является оптимальной для получения качественного покрытия резьбы муфт обсадных и насосно-компрессорных труб, при этом нет налипания цинкующей смеси на резьбовые участки деталей.

Если брать порошок цинка крупностью менее 25 мкм, его кроющая способность небольшая из-за увеличения оксидной пленки на поверхности цинкового порошка. Покрытие получается неравномерное и малой толщины. Чтобы инертный носитель не забивал резьбу на метизах, оптимальная крупность его берется 60-140 мкм. С увеличением крупности порошка носителя более 140 мкм процесс цинкования замедляется и даже совсем прекращается. Оптимальное количество носителя используется от 30 до 60 мас.% к весу загружаемых деталей, что позволяет получать равномерное покрытие по всей поверхности резьбы муфт обсадных и насосно-компрессорных труб. Если носителя в контейнере меньше 30%, то на резьбе могут появиться участки без цинкового покрытия. Увеличивать количество носителя более 100% к весу деталей нецелесообразно из-за удорожания процесса цинкования.

Экономическая эффективность и безотходность способа достигается тем, что содержание высокодисперсного порошка цинка в смеси, равное 0,10-0,20 кг на 1 м² покрываемой поверхности деталей, соответствует получению необходимой толщины покрытия, а количество добавляемого высокодисперсного порошка цинка для цинкования каждой следующей партии резьбы муфт обсадных и насосно-компрессорных труб равно расходу его на заданную толщину покрытия. Таким образом, для нанесения цинкового покрытия на новую партию муфт используется свежий высокодисперсный порошок цинка, не снижается кроющая способность цинкующей смеси и нет отходов. Цинкующая смесь постоянно находится в работе, и не образуются отходы производства.

Покрытие по антикоррозионным свойствам не уступает другим способам термодиффузионного цинкования стальных деталей и выдерживает многократное свинчивание и развинчивание (более 50 циклов) муфт насосно-компрессорных труб.

Данное изобретение может быть использовано в нефте-газодобывающей промышленности для повышения коррозионной стойкости муфт насосно-компрессорных труб. Оцинкованная термодиффузным способом муфты позволят совершать более 50 спускоподъемных операций с насосно-компрессорными трубами, при этом свинчивание развинчивание резьбы проходит без потери герметичности и геометрических параметров профиля резьбы, а при проведении ремонтных и технологических работ на нефтегазодобывающих скважинах, также позволяют добиться сохранения способности легко отвинчиваться при подъеме труб даже после нескольких лет эксплуатации.

Изобретение относится к химико-термической обработке, может быть использовано в нефте-газодобывающей промышленности для повышения коррозионной стойкости муфт насосно-компрессорных труб. Способ термодиффузионного цинкования стальных деталей включает загрузку в герметичный вращающийся реактор стальных деталей и насыщающей смеси, состоящей из инертного носителя, активатора и от 30 до 60 мас.% высокодисперсного порошка цинка в количестве к весу загружаемых деталей, нагрев реактора с деталями и насыщающей смесью, выдержку при 360-380°С в инертной атмосфере и последующее охлаждение до температуры 20-36°С. Используют высокодисперсный порошок цинка крупностью 4-60 мкм в количестве 0,05-0,18 кг на 1 м² покрываемой поверхности стальных деталей. Насыщающую смесь загружают в реактор от 40 до 100 мас.% к весу деталей, а инертный носитель используют крупностью 60-140 мкм. Обеспечивается безотходный способ термодиффузионного цинкования с одновременным удешевлением.

Способ термодиффузионного цинкования стальных деталей, включающий загрузку в герметичный вращающийся реактор стальных деталей и насыщающей смеси, состоящей из инертного носителя, активатора и от 30 до 60 мас.% высокодисперсного порошка цинка в количестве к весу загружаемых деталей, нагрев реактора с деталями и насыщающей смесью, выдержку при 360-380°С в инертной атмосфере и последующее охлаждение до температуры 20-36°С, отличающийся тем, что используют высокодисперсный порошок цинка крупностью 4-60 мкм в количестве 0,05-0,18 кг на 1 м² покрываемой поверхности стальных деталей, насыщающую смесь загружают в реактор от 40 до 100 мас.% к весу деталей, а инертный носитель используют крупностью 60-140 мкм.