способ очистки стальных изделий от следов свинцовых расплавов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки стальных изделий от следов свинцового расплава, включающий обработку изделий путем погружения их в предварительно нагретый до температуры отпуска материала изделия солевой расплав, содержащий хлориды Na и Са, причем после погружения изделий осуществляют механическое воздействие, отличающийся тем, что солевой расплав дополнительно содержит хлорид Ва при соотношении компонентов, соответствующем эвтектическому составу расплава, мас.%: NaCl - 21, BaCl - 31, CaCl₂ - 48, а механическое воздействие на погруженные в солевой расплав изделия осуществляют фокусированными ультразвуковыми колебаниями, создаваемыми в этом расплаве.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие ультразвуковых колебаний осуществляют с частотой 20-25 кГц в течение 5-10 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплав нагревают до температуры 450-780°С.

4. Устройство для очистки стальных изделий от следов свинцовых расплавов, содержащее корпус с крышкой, в которой закреплен шток для подвески очищаемых изделий, внутри корпуса расположена цилиндрическая емкость с коническим днищем для солевого расплава, а под ней - емкость для сбора свинца с отверстием для вывода свинца и затвором, соединенные между собой каналом, и нагревательные элементы емкостей солевого расплава и расплава свинца, отличающееся тем, что на коническом днище емкости солевого расплава установлены излучатели ультразвуковых колебаний, соединенные с генератором ультразвуковой частоты.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что между стенками корпуса и емкостями для солевого расплава и расплава свинца расположен теплоизолирующий материал.

Описание изобретения к патенту

Способ очистки стальных изделий от следов свинцовых расплавов и устройство для его осуществления относятся к технологическим процессам и устройствам, предназначенным для очистки поверхности изделий в растворах и расплавах щелочей, и служат для формирования требуемого качества и состава поверхностного слоя изделия. В частности, они предназначены для очистки поверхности изделий от следов свинцовых расплавов, остающихся на изделии после нанесения на них диффузионных покрытий, а также после использования свинцовых расплавов для термической обработки изделий.

Существующие в настоящее время способы очистки поверхности изделий от свинцовых расплавов основаны на растворении свинца в химически активных по отношению к свинцу водных растворах уксусной кислоты. В частности, в растворе, содержащем 33% уксусной кислоты, 5% перекиси водорода (30%), остальное - дистиллированная вода [Гальванотехника: Справ. изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А. и др. - М.: Металлургия, 1987. с.549]. Недостатками этой технологии являются: длительность процесса и большой расход реактивов, безвозвратная потеря свинца, наводороживание материала изделия и невозможность совмещения данного технологического процесса с другими технологическими операциями.

Более эффективным способом удаления свинца с поверхности изделий является гальваническое растворение свинца в водном растворе едкого натра, содержащем 100-250 г/л NaOH и нагретом на температуру 70-80°С, при плотности тока 5-10 А/дм². [Гальванотехника: Справ. изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А. и др. - М.: Металлургия, 1987. с.242].

Устройство для удаления свинца, в данном случае, состоит из ванны, выполненной из диэлектрического материала, которая заполняется раствором NaOH. На ванне установлены: устройство для подогрева ванны (теплообменник), токопроводящие подвески, на которых закрепляются очищаемые изделия. На некотором расстоянии от них на ванне закрепляется пластина из нержавеющей стали - электрод. Подвеска с очищаемыми изделиями и пластина-электрод подключаются к регулируемому источнику постоянного тока. На изделие подается положительный электрический потенциал, на электрод (катод) - отрицательный. Удаление свинца осуществляется за счет переноса ионов свинца с поверхности изделий к катоду.

Недостатками гальванического способа удаления свинца с поверхности изделий являются: безвозвратная потеря свинца, наводороживание материала изделия, неравномерность удаления свинца на изделиях сложной конфигурации и невозможность совмещения данного технологического процесса с другими технологическими операциями, в частности с термической обработкой материала изделия.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ очистки стальных изделий от следов свинцовых расплавов и устройство для его осуществления (патент РФ № 2310699, МКИ7 C23G 1/28 (2006.01).

Согласно этому патенту, очистка стальных изделий от следов свинцовых расплавов путем погружения их в щелочно-солевой расплав, предварительно нагретый до температуры 500-700°С, содержащий NaOH и хлориды Na, K и Са, при следующем соотношении компонентов, мас.%: NaOH - 30-10; NaCl - 14-18; KCl - 21-28; CaCl₂ - 35-44. Причем, после погружения изделия в щелочно-солевой расплав, их подвергают вибрационному воздействию.

Устройство для очистки изделий от следов свинцовых расплавов содержит корпус с крышкой, на которой смонтирован вибратор, соединенный со штоком для подвески очищаемых изделий, внутри корпуса расположены цилиндрическая емкость с коническим днищем для щелочно-солевого расплава и под ней емкость для сбора свинца с затвором и отверстием для вывода свинца, соединенные между собой каналом, причем вокруг емкости для щелочно-солевого расплава и под емкостью для сбора свинца расположены нагреватели.

Недостатком прототипа является коррозионное поражение поверхности очищаемых изделий и нарушение их товарного вида вследствие наличия в очищающем расплаве щелочи, а также низкая эффективность вибрационного механизма устройства очистки, вызывающего вибрацию очищаемых деталей, а не очищающей среды, что требует жесткой связи изделий с вибратором и вызывает повышенный шум, так как вибратор расположен на крышке устройства.

Задачей заявляемого изобретения является снижение коррозионной активности очищающей среды, повышение эффективности и снижение шумности устройства очистки изделий от следов свинцовых расплавов.

Технический результат - повышение качества поверхности и товарного вида очищаемых изделий, сокращение длительности, трудоемкости и шумности процесса очистки изделий от следов свинцовых расплавов.

Поставленная задача в заявляемом способе решается тем, что очистка стальных изделий от следов свинцовых расплавов осуществляется путем погружения изделий в предварительно нагретый до температуры отпуска материала изделий солевой расплав, содержащий хлориды Na и Са, после погружения изделий их подвергают механическому воздействию, в отличие от прототипа солевой расплав не содержит щелочи, а дополнительно содержит хлорид Ва и имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: NaCl - 21; BaCl - 31; CaCl₂ - 48, при этом механическое воздействие на погруженные в солевой расплав изделия осуществляется фокусированными ультразвуковыми колебаниями, создаваемыми в этом расплаве.

Устройство для очистки изделий от следов свинцовых расплавов, содержащее корпус с крышкой, в которой закреплен шток для подвески очищаемых изделий, внутри корпуса расположена цилиндрическая емкость с коническим днищем для солевого расплава, и под ней емкость для сбора свинца с отверстием для слива свинца и затвором, соединенные между собой каналом, и нагревательные элементы емкостей солевого расплава и расплава свинца, отличающееся тем, что на коническом днище емкости солевого расплава установлены излучатели ультразвуковых колебаний, соединенные с генератором ультразвуковой частоты.

Благодаря применению для очистки стальных изделий от следов свинца расплава, нагретого до 450-780°С, представляющего собой эвтектическую смесь солей NaCl, BaCl и CaCl₂ , удаление свинца с поверхности изделий происходит в основном за счет ультразвуковых колебаний расплава солей, создаваемых излучателями ультразвуковых колебаний, которые закреплены на коническом днище корпуса заявляемого устройства. Расположение излучателей ультразвуковых колебаний на коническом днище корпуса обеспечивает фокусирование ультразвуковых колебаний в зоне очищаемых изделий и снижение термического воздействия солевого расплава на излучатели ультразвуковых колебаний.

Исключением из очищающего расплава щелочи устраняется его коррозионное воздействие на очищаемые изделия, а фокусированное ультразвуковое воздействие расплава на очищаемые изделия обеспечивает сокращение длительности процесса очистки, повышает его качество, снижение затрат на изготовление оснастки (нет необходимости жесткого закрепления изделий) и трудоемкости, при сохранении тех достоинств, которыми обладает прототип.

На фигуре 1 схематично представлен вариант выполнения заявляемого устройства.

Заявляемое устройство содержит корпус 1, в котором установлена цилиндрическая емкость 2, в которой находится смесь солей NaCl, BaCl, CaCl₂ 3, в коническом днище емкости 2 выполнен канал 4, соединяющий емкость 2 с емкостью для сбора свинца 5. На коническом днище закреплены излучатели ультразвуковых колебаний 6, связанные с генератором ультразвуковых колебаний 7. В нижней части емкости для сбора свинца 5 изготовлен канал для слива свинца 8, с затвором 9. На цилиндрической поверхности емкости 2 установлен нагреватель 10, а на емкости для сбора свинца установлен нагреватель 11. Емкость 2 сверху закрыта крышкой 12, на которой смонтирован шток 13 для подвески очищаемых изделий. На штоке 13 закрепляется очищаемое изделие 14. Для уменьшения тепловых потерь между боковыми и нижними поверхностями емкостей 2 и 5 и корпусом устройства 1 нанесен теплоизолирующий материал 15.

Очистка изделий от следов свинцового расплава осуществляется следующим образом. Смесь солей NaCl, BaCl, CaCl₂ 3 загружается в емкость 2, включаются нагреватели 10, и производится расплавление смеси 3 и нагрев ее на заданную температуру процесса. Изделия 14 закрепляются на штоке 13 и погружаются в расплав 3, где выдерживаются заданное время для прогрева и расплавления свинцового расплава на их поверхностях. Включается генератор ультразвуковых колебаний 7, и электрический сигнал подается на излучатели ультразвуковых колебаний 6. Излучатели ультразвуковых колебаний 6 вызывают ультразвуковые колебания соленого расплава 3, что обеспечивает удаление свинцового расплава с поверхности изделий 14. Под действием собственного веса капли свинцового расплава скатываются по коническому днищу емкости 2 через канал 4 в емкость для сбора свинца 5, где свинцовый расплав кристаллизуется. Аналогично производится очистка других изделий. После заполнения свинцом емкости 5 включается нагреватель 11, свинец расплавляется, открывается затвор 9 и через канал 8 производится слив свинцового расплава и его повторное использование.

Нагрев, который испытывают изделия в процессе очистки их поверхностей от следов расплава, может быть использован для проведения термической обработки материала изделия - отпуска. Для этого очистку изделий от следов расплава ведут при температуре, соответствующей температуре отпуска материала изделия.

Таким образом, благодаря изменению состава соленого расплава и созданию в соленом расплаве фокусированных ультразвуковых колебаний достигается решение поставленных задач - снижение коррозионной активности очищающей среды, что устраняет коррозию и потерю товарного вида изделий, повышение эффективности и снижение шумности устройства очистки изделий от следов свинцовых расплавов.

Пример. Очистке от следов свинцового расплава, оставшегося после нанесения диффузионных никель-хромовых покрытий из среды легкоплавкого расплава, подвергались оси роликовых ножей, изготовленные из стали 4Х5МФС, применяемые для перфорации стволов нефтяных скважин.

На поверхности осей после нанесения покрытий остался легкоплавкий расплав, состоящий из 87% свинца, 3% никеля, 3% хрома. Очистка осуществлялась путем погружения осей в расплав, содержащий NaCl - 21%, BaCl - 31%, CaCl₂ - 48%, нагретый до температуры 520°С, с последующей выдержкой осей в расплаве в течение 1 часа. При выдержке ролика в расплаве через 10 минут после погружения их в солевой расплав включался генератор ультразвуковой частоты, что вызвало ультразвуковые колебания излучателей колебаний, а от них колебания соленого расплава. Частота колебаний составляла 20-25 КГц, длительность ультразвукового воздействия - 5-10 минут.

После извлечения осей из установки они были очищены от свинцового расплава, а выдержка ролика при температуре 520°С в течение 1 часа обеспечила проведение отпуска материала основы осей.