Способ нанесения алюминиевого газотермического покрытия Советский патент 1993 года по МПК C23C4/18 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при нанесении и последующей обработке газотермических покрытий.

Известен способ нанесения газотермических покрытий параллельными полосами с обеспечением практически равномерной . толщины покрытия 1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ нанесения алюминиевых газотерми- .ческих покрытий, при котором покрытием напыляют на стальную основу и пластически деформируют 2.

Однако несмотря на повышение антикоррозионных свойств покрытия способ не позволяет получать требуемые значения толщины покрытия и основы после пластического деформирования, т.к. отсутствуют рекомендации по режимам напыления покрытия заданной толщины и разнотолщин- ности.

Целью изобретения является получение требуемых значений толщины покрытия и основы после пластического деформирования.

Для достижения поставленной цели в описываемом способе нанесения алюминиевого газотермического покрытия преимущественно толщиной до 200 мкм, включающем напыление покрытия на основу преимущественно из малоуглеродистой стали параллельными полосами и последующее пластическое деформирование, покрытие напыляют со средней толщиной и разнотол- щинностью, определяемыми из следующих соотношений:

Ј (0,781. ,.0,903)-0,57бЈст н

(1)

Н

х -0,433 ----Ј +

Н

+0,531(-)

Аех Н

а пластическое деформирование производят прокаткой, при этом полосы покрытия напыляют со смещением и с амплитудой, определяемыми из следующих соотношений:

,712+0,562-%- ин

,026+1,126 | Н

где Н, h - средняя толщина покрытия до и после прокатки, соответственно;

Ј, ЕСТ - обжатия общее и стальной основы, соответственно;

Дзх - разнотолщинность покрытия до прокатки;

Лзых -разнотолщинность покрытия после прокатки;ч

S - смещение полос;

о- половина ширины полосы напыления;

а - амплитуда полосы.

Нанесение покрытия толщиной и с раз- нотолщинностью, определяемыми по зависимостям (1, 2) позволяет по сравнению с известным способом получить покрытие необходимой толщины и разнотолщинности при напылении в зависимости от требуемых толщины .и разнотолщинности в результате прокатки. Соотношения {3, 4) показывают, как можно получить необходимую разнотолщинность покрытия при его нанесении параллельными полосами и с какой амплитудой необходимо наносить полосу, т.е. обеспечивается достижение нового результата по сравнению с известным решением.

Получение зависимостей для определения необходимых толщины и разнотолщинности покрытия при нанесении, а также амплитуды и смещения полос проводился экспериментально путем напыления алюминиевого покрытия на ленты из малоугле- родйстых марок стали и последующей холодной прокатки. Ширину полосы напыления изменяли за счет изменения расстояния от металлизатора до листов, указанного в инструкции, от 20 мм до 60 мм с шагом 4 мм с точностью до 1 мм. Менее 20 мм ширину полосы выбирать нецелесообразно, т.к. частицы напыляемого материала не успевают приобрести необходимую скорость. Принимать ширину полосы напыления более 60 мм также нецелесообразно, т.к. частицы успевают остыть за время полета. В обоих случаях будет невысокая прочность сцепле

ния покрытия и основы. Величину смещения полос изменяли от 2 мм до 2 а с шагом 2 мм. Меньше 2 мм практически не удаётся, установить смещение полос, а при 2 а не про5. исходит их наложение.

Толщину стальной основы изменяли от 0,4 до 2,0 мм, что соответствует наиболее распространенным ее значениям при холодной прокатке. Среднюю толщину покры10 тия при напылении изменяли от 0,03 до 0,2 мм. Толщина менее 0,03 мм не обеспечивает требуемые антикоррозионные свойства стальной основы, а более 0,2 мм может привести к дефектам формы при прокатке, т.к.

15 разнотолщинность покрытия увеличивается с ростом его толщины.

Толщину покрытия по ширине листа измеряли при помощи магнитного толщиномера МТ-41 НЦ. Разнотолщинность оп20 ределяли как разность между максимальной и минимальной толщиной покрытия по ширине листа, а среднюю толщину по формуле:

Н

п 2 Hi

п

где HI -толщина в 1-й точке по ширине листа;

п - число точек измерения.

Для каждого листа вычисляли отношение разнотолщинности покрытия к его сред- ней толщине. В качестве амплитуды выбирали максимальное значение толщины

полосы напыления по ширине. В результате математической обработки результатов с помощью регрессионного анализа, получили соотношения (3, 4).

Напиленные листы были прокатаны с

разным количеством проходов. Величину относительного обжатия листов с покрытием изменяли до 0,7. При обжатии более 0,7 напряжения сдвига на границе раздела покрытия и основы могут превысить критические значения, что приведет к отслоению покрытия от основы. Разнотолщинность, среднюю толщину покрытия и обжатие общее и основы вычисляли после каждого прохода. В результате математической

обработки результатов с помощью регрессионного анализа, получили соотношения (1,2).

Описываемый способ осуществляется следующим образом. Известны толщины

стальной основы до и после прокатки и диапазон требуемой толщины покрытия после прокатки. Вычисляя обжатие стали по формуле:

,. Нет - her

Ест -

Н

ст

и среднюю толщину покрытия после прокатки:

„макс

h - + hN

где , Ьмин - максимальная и минимальная толщина покрытия после прокатки, соответственно, определяют среднюю толщину напыляемого покрытия по соотношению (1).

Зная толщину слоев до и после прокатки, определяют общее обжатие:

е

Н + Нет - h - her Н -Ь Нет

Определив разнотолщиннрсть покрытия после прокатки как Двых hM3KC - h ,, вычисляют отношение разнотолщинности к средней толщине покрытия (Деых/h). Подставляя Двых/Н и е в соотношение (2), вычисляют отношение разнотолщинности к

Аех

средней толщине после напыления: -- .

н

Подставляя ( х) в соотношение (3), вы- н

числяютотношение величины смещения полос напыления к половине ширины полосы

S

(-), а следовательно, по заданному значению сгопределяют S , Подставляя отношеS

ние ( - ) в соотношение (4), вычисляют

отношение тг а следовательно, требуе- н

мую амплитуду полосы напыления.

Затем после произведенных расчетов на изделия из малоуглеродистой стали посредством металлизатора, перемещаемого в продольном относительно изделия направлении, наносят первую полосу с амплитудой а, которую подбирают на пробной заготовке путем изменения режимов напыления, в частности, скорости движения металлизатора вдоль заготовки. Затем металлизатор смещают в перпендикулярном относительно изделия направлении на расчетную величину S и производят напыление следующей полосы с той же амплитудой а и т.д. После завершения напыления изделие прокатывают с общим расчетным обжатием е. В результате получают изделие с требуемыми значениями толщины покрытия и основы. Следует отметить, что описываемый способ справедлив и в случае, когда стальная основа не деформируется при прокатке, а происходит лишь уплотнение покрытия.

0

5

0

5

0

5

0

5

Пример 1. Для получения ленты из стали 10 с алюминиевым покрытием, идущей на изготовление металлорукавов, толщина стальной основы должна составлять 0,3 мм, а толщина покрытия должна колебаться в диапазоне 20...30 ммкм. В этом случае Азых 10 мкм, a мкм, т.е.

--- 0,4, Толщина ленты без покрытия л

составляет 0,4 мм, следовательно, ЕСТ 0,25. По соотношению (1) Н 06 мкм (использовано среднее значение свободного члена в соотношении (1), равное 0,842). Следовательно, общее обжатие составит е 0,254.

Подставляя Х 0,4 и е 0,254 в (2) и решая квадратное уравнение относительно х получаем --- QA&f. По соотношеН

Н

нию(З) ,986. Выбирая 2(7 из диапазона

20...60 мм, оговоренного в инструкциях на металлизаторы, равную 20 мм, вычисляем

,86 мм. По соотношению (4) ,136.

Н

т.е. ,7 мкм. На стальную ленту шириной 200 мм наносили алюминиевое покрытие стационарным металлизатором ЭМ-12М, перемещаемым вдоль ленты. После нанесения первой полосы с амплитудой 40,7 мкм, металлизатор смещали в перпендикулярном направлении на 9,86 мм и производили напыление следующей полосы с той же амплитудой. Необходимую амплитуду подбирали на пробной заготовке путем изменения скорости движения металлизатора вдоль заготовки. После окончания напыления ленту прокатывали на 4-х валковом реверсивном стане 320, с ,254. В результате получили плакированную сталь с требуемыми значениями her, -;-. Далее ленту

распускали на требуемую ширину 10 мм. П р и м е р 2. Для получения стальных

5 труб (ст.20) с алюминиевым покрытием для трубопроводов горячего водоснабжения толщина стальной основы должна составлять 2,0 мм, а толщина покрытия должна колебаться вдиапазоне90...110мкм. В этом

0 случае Дшх -20 мкм, a мкм, т.е.

х 0,2. Толщина стенки трубы без покрытия также составляет 2,0 мм, следовательно, БСТ 0. По соотношению (1) Н «119 мкм. Общее обжатие составит е 0,009.

Подставляя ()0,2 и ,009 в соотношение (2), получаем

«0,26. По соотно- н

шению (3) 0,858. Выбирая 2сг равную 30 мм,вычисляем ,9 мм. По соотношению (4) ,992, т.е. мкм.

На стальную трубу с толщиной 2,0 мм наносили алюминиевое покрытие стационарным металлизатором ЭМ-12М, перемещаемым вдоль трубы, После напыления первой полосы с амплитудой. 118 мкм метал- лизатор смещали в перпендикулярном направлении на 12,9 мм и производили напыление следующей полосы с той же амплитудой. После окончания напыления трубу прокатывали на трубоправильном стане с Ј 0,009. В результате получили плакированную трубу с требуемыми значениями

,Аеых . Пет, -Ј-,

Прокатка стальных изделий с алюмини- евым покрытием после напыления позволяет не только получать покрытие и основу требуемой толщины, но и повышает антикоррозионные свойства изделий за счет устранения сквозной пористости, а также когезию покрытия.

Формула изобретения Способ нанесения алюминиевого газотермического покрытия, преимущественно толщиной до 200 мкм, включающий напыле- ние покрытия на основу, преимущественно из малоуглеродистой стали, параллельными полосами и последующее пластическое деформирование, отличающийся тем,

что, с цельюполучения требуемых значений толщины покрытия и основы, после пластического деформирования покрытие напыляют со средней толщиной и разно- толщинностью, определенными из следующих соотношений:

JL Н

ВЫХ .. л лпг п т л flX

(0,781.,.0,903)-0,57бЈст

h

--0,022+0,719

Л)Х

Н

-0,433

Авх

Н

Е +

+ 0,531()2

Н

а пластическое деформирование производят прокаткой, при этом полосы покрытия напыляют со смещением и с амплитудой, определяемыми из следующих соотношений:

-g 0,712+0,562

,026+1,126

Лех Н

s

а

где h - средняя толщина покрытия до и после прокатки соответственно,

е, ЕСТ - обжатие общее и основы, соответственно;

Asx - разнотолщинность покрытия до прокатки;

Леых разнотолщинность покрытия после прокатки;

S -. смещение полос;

b - половина ширины полосы напыления;

а - амплитуда полосы.

Сущность изобретения: поверхность стальной подложки готовят под напыление обычными методами. Нанесение алюминиевого покрытия осуществляют, преимущественно, электродуговой металлизацией параллельными полосами при толщине покрытия до 2000 мкм. Ныпыляемые полосы располагают в продольном относительно изделия направлении, толщину и разнотол- щинность покрытия определяют из предложенных математических выражений в зависимости от требуемых значений общего обжатия и обжатия стальной основы при последующей прокатке основы покрытием. Пластическое деформирование изделия с напыленным покрытием осуществляют прокаткой.