Расплав для нанесения защитного покрытия и способ нанесения защитного покрытия Советский патент 1993 года по МПК C23C2/06 

V зобретение относится к области нанесена защитных покрытий на стальной прокат гутем погружения в расплавленный металл.

Ч-- : . .Цель изобретения - повышение срока службы покрытия.

Согласно изобретению, используемый для нанесения покрытия, расплав содержит (мас.%):

Алюминий4,0-6,0 Мишметалл 0,02-0,06 Индий 0,003-0,03 Цинк Остальное Введение индия в состав расплава 0 указанном количестве обеспечивает дополнительное повышение растекаемости, в результате чего улучшается взаимодействие покрытия с поверхностью стальной основы и исчезают мелкие непокрытые точки. Улучшение взаимодействия покрытия с поверхностью основы способствует образованию сплошного интерметаллидногб слоя, за счет чего повышается его коррозионная стойкость, что обеспечивает увеличение срока службы всего цинкового покрытия. При содержании индия ниже указанного предела влияние его на сплошность интерметаллид- ного слоя не обнаружено. При введении индия выше предлагаемого количества не установлено заметного улучшения сплошности интерметаллидного слоя, однако экспериментально установлено увеличение коррозионных потерь покрытия.

VI

ю

GO О О

СА)

Согласно изобретению способ нанесения защитного покрытия из расплава, содержащего мас.%: алюминий 4,0-6.0, мишметалл 0,02-0,06, индий 0,003-0,03 и цинк - остальное, включает нагрев полосы, выдержку, охлаждение, подачу газовой смеси из азота и водорода на поверхность расплава и погружение полосы в расплав, имеющий температуру 390-430°С, а газовую смесь подают на поверхность расплава с влагосодержанием, определяемым по формуле:

СН2о 0,02 + 7493 (0,01 tp)8 + 1,35(Czn). где tp - температура расплава. °С;

Czn - содержание индия в расплаве, . мас.%.

Качество покрытия, получаемого путем погружения стальной полосы, прошедший предварительную термохимическую обработку в печи определяется как степенью термохимической очистки поверхности от загрязнений и полнотой восстановления образовавшихся при нагреве оксидов, так и состоянием поверхности расплава в месте погружения полосы. Смачивание и растекание расплава по поверхности полосы в значительной степени ухудшаются при наличии незначительного количества оксидов компонентов расплава, образующихся при взаимодействии с парами воды, содержащихся в защитном азотоводородном газе.

Защитную газовую смесь азота с водородом подают на поверхность расплава в месте погружения полосы, поэтому содержание влаги в нем должно быть таким, чтобы отсутствовало как окисление поверхности погружаемой полосы, так и компонентов расплава.

Температура расплава в пределах 390-430°С значительно снижает возможность окисления компонентов расплава. Кроме того, низкая температура расплава предотвращает образование гидридов - соединений компонентов расплава с водородом, представляющих собой не стойкие твердые соединения, переходящие в покрытие и ухудшающие его качество.

Нагрев расплава свыше 430°С ведет к увеличению испарения индия с поверхности расплава и снижению его концентрации в поверхностном слое расплава, что ухудшает смачиваемость погружаемой полосы и, соответственно, качество покрытия.

Снижение температуры расплава ниже 390°С уменьшает интенсивность химического взаимодействия стальной поверхности полосы с расплавом, ухудшается растекание расплава по поверхности полосы и не обеспечивается необходимая толщина интерметаллидного слоя, приводящая также к ухудшению качества покрытия. Содержание влаги в газовой смеси азота с водородом должно отвечать оптимальным значениям, чтобы обеспечить отсутствие окисления компонентов расплава в заявляемом диапазоне температур расплава 390-430°С, а с другой стороны

исключить дополнительные затраты на осушку газа от влаги, поскольку снижение влагосодержания ниже оптимального уровня слабо влияет на качество покрытия. Оптимальный уровень влагосодержания газовой смеси, подаваемой на поверхность расплава, задан в виде формулы, полученной, на основании экспериментальных данных. Влагосодержание представлено в зависимости от температуры расплава

ц содержания индия в цинкалюминиевом расплаве, т.к. заданные температуры расплава и заданное содержание индия в нем являются необходимым условием для обеспечения качества покрытия.

Пример. Способ нанесения защитного покрытия из расплава заявляемого состава осуществляли следующим образом.

. На лентуизстали08кп толщинойО,5мм и шириной 35-мм наносили покрытие погружением в расплав на лабораторной установке непрерывного действия с предварительной подготовкой поверхности ленты, которая включает нагрев ленты продуктами сгорания природного газа с воздухом в проходной печи до температуры 620°С. Дальнейший нагрев ленты для восстановления окисленной поверхности производили в печи восстановительного нагрева в атмосфере газовой смеси азота с

водородом при 850°С. После восстановительного нагрева и охлаждения ленту подавали по переходному желобу в ванну с расплавом.

После извлечения из расплава ленту с

нанесенным покрытием сматывали на приемный барабан. Время взаимодействия ленты с расплавом составляло 2-3 с при температуре расплава от 380 до 450°С, а содержание индия изменяли от 0,001 до

0,05% при содержании мишметалла - 0,03%. алюминия - 5% (мае.).

Газовую смесь азота с 15-20% водорода подавали в нижнюю часть переходного желоба. Влагосодержание подаваемого газа, необходимое для получения качественного покрытия определяли в соответствии с заявляемой формулой.

Составы расплавов, из которых наносили покрытия, приведены в табл.1.

Полученные образцы с покрытием толщиной 20 ±1 мкм подвергали ускоренным испытаниям на коррозионную стойкость по ГОСТ 9021-74 в растворе, содержащем 58 г/л NaCI и 10 мл 30% Н202. Продолжительность испытаний составляла 3 ч. Наличие дефектов в интерметаллидном слое покрытия определяли после снятия наружного слоя покрытия в растворе хромового ангидрида с добавлением фосфорной кислоты. Данные испытаний приведены в табл, 1 и табл. 2. Анализ результатов таблицы 1 показывает, что введение индия в состав расплава позволяет получить покрытие с минимальными дефектами в интерметаллидном слое, обеспечивающее повышение адгезии покрытия и его качества при сохранении его коррозионной стойкости.

Экспериментально установлено, что увеличение содержания индия больше 0,03% практически не влияет на повышение качества покрытия, однако, индий - дорогостоящий металл и его введение в больших количествах экономически нецелесообразно. Кроме того, увеличение содержания индия больше 0,03% снижает коррозионную стойкость покрытия.

При очень небольших добавках индия (мен ёе 0,003%) его действие на растекае- мость расплава по стальной основе не установлено,

на

поверхности

интерметаллидного слоя наблюдаются не- спло шности - в виде отдельных точек, что приводит к ухудшению качества покрытия. Введение мишметалла в расплав ограничено интервалом 0,02-0,06%, поскольку

при меньшем содержании его влияние на повышение качества покрытия не обнаружено. Верхний предел ограничен предельной растворимостью его при температуре

430°С,

При увеличении содержания алюминия больше 6% возрастает количество дефектов в интерметаллидном слое и ухудшается качество и внешний вид покрытия, а при сниженин концентрации алюминия ниже 4% коррозионная стойкость покрытия снижается.

Иелользование данного расплава по сравнению с прототипом позволяет увеличить качество покрытия за счет снижения дефектов в интерметаллидном слое, повысить адгезию покрытия к основе, обеспечивающее сохранение сплошности покрытия при его деформации при сохранении коррозионной стойкости покрытия.

Анализ данных табл. 2 показал, что с. увеличением температуры расплава выше 430°С и снижением ниже 390°С количество дефектов в интерметаллидном слое возрастает в 1,5-2 раза.

Определение необходимого влагосо- держания газа по формуле позволяетучиты- вать конкретные условия, нанесения

покрытия, т.е. определенную температуру расплава, содержание индия в нем, при этом обеспечивается повышение качества покрытия за счет дефектов в интерметаллидном слое. При этом не требуетсядополнительная осушка азотоводородного газа.

Сущность изобретения: для нанесения защитного покрытия используют расплав, содержащий мас.%: алюминий 4,0-6,0; мишметалл 0,02-0,06, индий 0,003-0,03 и цинк остальное. Способ нанесения покрытия на полосу включает нагрев полосы, выдержку, охлаждение и погружение в расплав вышеуказанного состава, температуру которого поддерживают в пределах 390-430°С, а на поверхность его подают газовую смесь из азота и водорода с влаго- содержанием, определяемым по формуле: Сн20 0,02 + 7493 (0,01tp) 8 + 1,35(С|П), где tp - температура расплава, a Cin - содержание индия в расплаве, мас.%. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения

Алюминий4,0-6,0 Мишметалл 0,02-0,06

Индий0,003-0,03

ЦинкОстальное.

смесь из азота и водорода, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы покрытия, в качестве расплава на основе цинка берут расплав, содержащий, мас,%:

Алюминий4,0-6.0 Мишметалл 0,02-0,05 Индий 0,003-0,03 Цинк Остальное, температуру которого поддерживают в пределах 390-430°С, а газовую смесь из азота и водорода используют с влагосодержани- ем СнаО. определяемым по формуле

СН2о 0,02 + 7493 (0,01 tp)8 1,35(Cln), где tp - температура расплава, °С;

С|П - содержание индия в расплаве, мас.%.

Таблица 1

Таблица 2