Состав для получения цинк-алюминиевого покрытия на стали Советский патент 1993 года по МПК C23C2/06 

Изобретение относится к коррозионно- стойким цинк-алюминиевым покрытиям, наносимым на стальные листы или проволоку.

Известен состав цинк-алюминиевого покрытия, содержащий 0,3-75% AI, остальное Zn, который наносят на стальную полосу или другое изделие после механической обработки поверхности путем погружения в расплав. Покрытие получают толщиной 14- 46 мкм с высокой коррозионной стойкостью.

Недостатками покрытия являются низкая твердость и износостойкость, недостаточная адгезия к стали.

Известен состав коррозионностойкого цинк-алюминиевого покрытия (Zn-5% AI) для стальной проволоки, в который с целью увеличения пластичности, способности к катодной защите и адгезии введены добавки So, Cr, Co, Mg.

Недостатками данного покрытия являются невысокая износостойкость, так как

присутствие добавок вызывает образование на границе контакта покрытия с основой хрупких интерметаллидов.

Известен состав для получения цинк- алюминиевого покрытия, содержащий добавки (в %): Т или Zz 0.01-10,0; AI 0,15-25.0 (при соотношении Zz к AI от 1/10 до 1/100), одного или нескольких элементов группы Mn. NI, Со и Fe 0,01-0,8%. При необходимости сплав может содержать SI 0,01-5%. В результате в сплаве образуются и (или) ZzAla 0,02-2,6%, Материал обладает высокой коррозионной стойкостью и не отслаивается от основы при изгибе.

К недостаткам покрытия относится сложный состав и наличие интерметаллидов, которые, как известно, отличаются повышенной хрупкостью и, вследствие этого, могут выкрашиваться при трении, что вызывает пониженную износостойкость.

Наиболее близким к предлагаемому является состав для получения цинк-алюмини(Л

с

VI чэ

Ј о

СА

евого коррозионностойкого покрытия, содержащий цинк-алюминиевый сплав (AI от 0,5 до 28,5 мае. %) 95,0 - 99,9 мае. % и добавку изопропилата алюминия 0,1-5,0 мас,%. Покрытие характеризуется высокой твердо- стью и износостойкостью.

К недостаткам его относится невысокая адгезия к стали.

Целью изобретения является повышение адгезии покрытия к стали без ухудше- ния износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что состав для получения покрытия из цинк- алюминиевого сплава с изопропилатом алюминия дополнительно содержит добав- ку гексакарбонила хрома при следующем соотношении компонентов, мае.%:

Цинк-алюминиевый

сплав (алюминия

от 0,5 до 28,5) 92,2 - 99,8

Изопропилат

алюминия-0,1-4,9

Гексакарбонил

хрома0,1-2,9

Патентно-информационный поиск по- казал, что повышение эдгезии цинк-алюминиевого сплава к стальным изделиям обычно осуществляется за счет введения в состав покрытия или основы небольших металлических добавок (Sb, Cr, Co, Mg, Ti, Zx, AI). Однако легирование материала приводит к образованию в процессе нанесения покрытия и при эксплуатации изделия ин- терметаллидов, снижающих прочность материала, способствует формированию промежуточных слоев, содержащих хрупкие фазы,; что увеличивает риск разрушения изделия при нагрузках и повышает склонность к межкристаллитной коррозии. Улучшение адгезии за счет механической или химической обработки поверхности стального изделия не всегда дают требуемый результат. Кроме того, существует технологическая трудность в обработке поверхности детали сложной формы, а в случае химического травления - использование токсичных веществ, которые ограничивают их применение. Известно, что наличие добавки хрома в покрытие улучшает его адгезию к стали, однако износостой- кость при этом может снизиться за счет образования в покрытии интерметаллидов, которые ввиду своей хрупкости выкрашиваются при трении.

Известно, что использование для по- крытий составов цинк-алюминиевого сплава с малым содержанием алюминия (менее 0,5 мас.%) нецелесообразно, так как они склонны к точечной коррозии. В то же время содержание алюминия свыше 28,5 мас.%

нежелательно из-за пазовых превращений в них, а также из-за более высоких температур плавления сплава. Составы цинк-алюминиевых сплавов с содержанием алюминия лот 0,5 до 28,5 мас.% отличаются мелкозернистой структурой и более высокой коррозионной стойкостью, Применение в этом покрытии добавки изопропилата алюминия в количествах от 0,1 до 5 мас.% обеспечивает благоприятное сочетание твердости и износостойкости покрытия. При содержании изопропилата алюминия менее 0,1 мас.% нет эффекта увеличения износостойкости, при 5,0 мас.% увеличивается вязкость расплавленного металла и наблюдается комкование частиц добавки.

Сведений об использовании гексакар- бонильного соединения хрома в составе металлического покрытия для улучшения адгезии нет,

Получение покрытия из предлагаемого состава осуществляется следующим образом. В ванну с расплавом цинка и алюминия при температуре 450-540°С в цанговом зажиме или алюминиевой фольге вводится необходимое количество порошкообразных изопропилата алюминия и гексакарбонила хрома. Расплав тщательно перемешивается и наносится любым известным способом (распылением, окунанием, протягиванием через расплав) на изделие (например, стальную полосу, проволоку). На поверхности изделия формируется покрытие толщиной 5,0-150,0 мкм. Покрытие имеет гладкую поверхность, высокую износостойкость, при этом адгезия его даже к полированной до 13-14 .класса чистоты поверхности стали увеличивается. При изгибе стальной полосы на 90° не образуются микротрещцны и не отмечается отслаивание покрытия от основы. В процессе совместного термораспада используемых металлоорганических соединений происходит выделение в матричной основе сплава цинк-алюминий ультрадисперсных ( 0,01 мкм). частиц оксида хрома и оксида алюминия, а также твердого раствора на их основе. Это приводит к улучшению сцепления между частицами в покрытии (когезии) и к повышению адгези- онного сцепления с поверхностью стального изделия.

Примеры выполнения.

Пример. Состав для получения покрытия готовят следующим образом: сплав цинк-алюминий (AI-21 мас.%) расплавляют при 450°С, в него одновременно вводят в алюминиевой фольге смесь порошков изопропилата алюминия и гексакарбонила хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цинк-алюминиевый сплав (алюминий-21,0)96,9 Изопропилат алюминия 3,0 Гексакарбонил хрома 0,1 Расплав перегревают на 50b и протягивают через ванну стальную полосу толщиной 1 мм со скоростью протяжки 0,5 м/мин. Сформировавшееся покрытие имеет гладкую поверхность и толщину 10 мкм. Покрытие сохраняет высокую износостойкость (1), адгезия к стали повышается до 26 кг/мм ,

Л р и м е р 2. В расплав цинк-алюминиевого сплава, как в примере 1, вводят добавку гексакарбонила хрома при соотношении компонентов, мас.%: Цинк-алюминиевый сплав (алюминия-21,0)94,1 Изопропилат алюминия 3,0 Гексакарбонил хрома 2,9 Через расплав протягивают стальную полосу со скоростью 40 м/мин. Сформировавшееся покрытие имеет толщину 100 мкм, износостойкость 1,5, адгезия составляет 57 кг/мм . Изгиб стальной полосы с покрытием на 90° показал, что трещины в месте изгиба не образуются, что свидетельствует о высокой когезионной прочности покрытия.

Пример 3. В расплав цинк-алюминиевого сплава, как в примере 1. вводится добавка гексакарбонила хрома в смеси с изопропилатом алюминия при соотношении компонентов, мас.%: Цинк-алюминиевый сплав (алюминия 21)95,5 Изопропилат алюминия 3,0 Гексакарбонил хрома - 1,5 После перегрева расплава на 50°С через него протягивают стальную полосу со скоростью 20 м/мин. Толщина сформировавшегося покрытия составляет 80 мкм, износостойкость,1,2, адгезия 40 кг/мм .

П р и м е р 4. Расплав для покрытия готовят, как в примере 1, используя следующее соотношение компонентов, мас.%: Цинк-алюминиевый сплав (алюминия 21)96,95 Изопропилат алюминия 3,0 Гексакарбонил хрома 0.05 Покрытие получают способом протягивания стальной полосы через расплав со скоростью протяжки 20 м/мин. Полученное покрытие обладает хорошей износостойкостью (1,0), но адгезия к стали (24 кг/мм2) не улучшилась, по сравнению с покрытием без добавки гексакарбонила хрома.

Примерб. Состав для получения покрытия готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%.

Цинк-алюминиевый сплав (алюминия 21)93,5 Изопропилат алюминия 3,0 Гексакарбонил хрома 3,5 5 Стальную полосу протягивают через расплав со скоростью 20 м/мин. Сформировавшееся покрытие имеет шершавую поверхность, пониженную износостойкость (0,6) и пониженную адгезию к стали (18

0 кг/мм2). Ухудшение свойств покрытия обусловлено пониженной жидкотекучестью расплава из-за высокого содержания вводимых добавок, комкованием оксидных частиц, их коагуляцией, в результате чего значительно

5 облегчается их выкрашивание при трении и снижается износостойкость.

В таблице приведены данные по износостойкости и адгезионной прочности покрытия с добавкой гексакарбонила хрома и

0 без нее,

Как видно из приведенных примеров и данных, представленных в таблице, введение в цинк-алюминиевый сплав, содержащий изопропилат алюминия, добавки

5 гексакарбонила хрома в количестве 0,1-3,0 мас.% улучшает адгезию к стали. Прочность сцепления покрытия с основой улучшается за счет того, что при совместном термораспаде металлоорганических соединений хро0 ма и алюминия в расплав выделяются ультрадисперсные частицы хрома, оксида хрома и оксида алюминия, на основе которых образуется твердый раствор. Введение добавки гексакарбонила хрома более 3,0

5 мас.% (пример 5) вызывает снижение жид- котекучести расплава и образование рыхлого покрытия пониженной износостойкости из-за комкования частиц окислов. Введение добавки гексакарбонила хрома менее 0,1

0 мас.% не влияет заметно на адгезию и износостойкость покрытия (пример 4),

По сравнению с прототипом Заявляемый состав имеет следующие преимущества: 1) обеспечивает повышенную

5 адгезионную прочность на стальных поверхностях; 2)покрытие не растрескивается даже при изгибе стальной основы на 90°.

Внедрение в производство предлагаемого состава для получения покрытия на

0 стальных изделиях позволит улучшить технико-экономические показатели, благодаря снижению брака на 3-5%. Даже при малосерийном производстве экономический эффект только на одном предприятии может

5 составить 20 000 - 25 000 руб.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я Состав для получения цинк-алюминиевого покрытия на стали, содержащий цинк- алюминиевый сплав и изопропилат алюминия, отличающийся тем, что. с

целью повышения адгезии покрытия к основе без ухудшения износостойкости, он дополнительно содержит гексакарбонил хрома при следующем соотношения компонентов, мас.%:

Цинк-алюминиевый сплав (с содержанием алюминия 0,5-28,5%) Изопропилат алюминия Гексакарбонил хрома

Сущность изобретения: для получения цинк-алюминиевого покрытия на стали используют расплав, содержащий, мас.%: цинк-алюминиевый сплав (с содержанием 0,5-2,8,5%) 92,2-99,8; изопропилат алюминия 0,1-4,9; гексакарбонил хрома 0,1-2,9. 1 табл.

Примечай и е:

Микротвердость определяли с помощью прибора ПМТ-3.

Износостойкость по методике.

Адгезионную прочность методом нормального отрыва.