способ нанесения антикоррозионного покрытия на металлические изделия путем термодиффузионного цинкования

Формула изобретения

Способ нанесения антикоррозионного покрытия на металлические изделия путем термодиффузионного цинкования, включающий загрузку в герметичный контейнер, размещенный в муфельной печи, металлических изделий, насыщающей смеси цинка и инертного наполнителя, перемешивание смеси и изделий путем вибрации и/или вращения контейнера относительно продольной оси и/или перемещения контейнера, заполнение контейнера инертным газом и нагрев до температуры 350-450°С в течение времени, достаточного для диффузии паров цинка на поверхность обрабатываемых изделий и образования защитного слоя заданной величины, отличающийся тем, что обрабатываемые детали размещают в контейнере регулярным образом в оснастке с опорными поверхностями, фиксирующей их и препятствующей их непосредственному контакту между собой и перемещению относительно друг друга при движении контейнера таким образом, что минимальное расстояние между обрабатываемыми поверхностями деталей составляет 3-5 мм, а в процессе цинкования обрабатываемые детали могут совершать перемещения относительно опорных поверхностей оснастки в контейнере не более чем на 5-10 мм, насыщающая смесь содержит кристаллы цинка чистотой 0,97-0,99% игловидной формы с коэффициентом эффективной площади поверхности 10, при этом насыщающая смесь имеет гранулометрический состав в интервале 3-7 мкм, а ее масса составляет 1-4% от массы обрабатываемых деталей или 130-140% от массы требуемого покрытия на поверхности обрабатываемых деталей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технологий нанесения защитных антикоррозионных покрытий и может быть использованно для нанесения диффузионных цинковых покрытий на детали разнообразной конфигурации, например трубы нефтепромыслового сортамента, муфты, крепежные изделия, а также может найти широкое применение в практике общего химического и транспортного машиностроения.

Известен способ нанесения покрытия путем термодиффузионного цинкования, включающий загрузку изделий в реторту поворотной электропечи, засыпку насыщающей смеси, герметизацию реторты, нагрев ее до заданной температуры, выдержку при этой температуре, сброс давления в реторте, выгрузку изделий, мойку и пассивацию их, отличающийся тем, что в реторту засыпают насыщающую смесь, содержащую 80-90% цинка, причем для формирования цинкового покрытия толщиной 1 мкм засыпная масса насыщающей смеси составляет 7,8-8,2 г на 1 м2 покрываемой поверхности, кроме того, в течение всего времени процесса цинкования производят сброс избыточного изделий давления в реторте непрерывно при помощи дренажного патрубка (RU № 2174159).

Недостатком этого способа является неравномерность толщины слоя цинка на поверхности обрабатываемых деталей

Известен также способ нанесения покрытия RU 2025541 на стальные изделия, включающий загрузку в контейнер с насыщающей смесью, нагрев и выдержку при температуре насыщения, отличающийся тем, что, с целью улучшения технологичности способа и повышения его производительности, нагрев и выдержку проводят при подаче в контейнер водяного пара под избыточным давлением 0,2-0,5 атм, которому присущи такие же недостатки как и другому аналогу.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является известный из уровня техники способ диффузионного цинкования металлических деталей (RU № 2386723), включающий подготовку поверхности детали, загрузку их в рабочую камеру вместе с порошкообразными компонентами, содержащих порошкообразный цинк, ваккумирование рабочей камеры и закачку инертного газа, нагрев рабочей камеры до рабочей температуры 350-4500 C и выдержку для обеспечения образования пленки толщиной 3-60 мкм. При этом смесь содержит порошкообразный цинк 55-85% и остальное - диоксид кремния или оксид алюминия, а дисперсность порошкообразных компонентов не менее 0,01 мкм.

К недостатками прототипа относится отсутствие возможности применения способа к деталям различной конфигурации (трубы, крепеж) и различных размеров (от нескольких метров до миллиметров), а так же обеспечения высокого качества покрытия, заключающегося в однородности и постоянстве толщины на всех поверхностях изделий, сложной конфигурации.

Заявленное изобретение решает задачу, направленную на создание на поверхности металлической (стальной) детали покрытия с равномерной толщиной, и однородной структурой и высокой адгезией к поверхности обрабатываемой детали. Эти показатели не должны зависеть от абсолютных размеров детали и ее конфигурации.

Указанная технология обеспечивает создание на изделии защитной пленки толщиной порядка 40 мкм, характеризуемой высокой адгезией. В процессе производства в каждом цикле обработки изделий используется 90-93% порошка цинка, загружаемого в контейнер.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения заключается в увеличении срока службы изделия за счет исключения его коррозии и повышения производительности печи, в которой ведется диффузионное цинкование, а так же сокращения расхода цинка в расчете на единицу поверхности обрабатываемой детали.

Указанная задача и технический результат обеспечиваются тем, что способ нанесения антикоррозионного покрытия на металлические изделия путем термодиффузионного цинкования, включающий загрузку в герметичный контейнер, размещенный в муфельной печи, металлических изделий, насыщающей смеси цинка и инертного наполнителя, перемешивание смеси и изделий путем вибрации и/или вращения контейнера относительно продольной оси и/или перемещения контейнера, заполнение контейнера инертным газом и нагрев до температуры 350-4500 С в течении времени, достаточного для диффузии паров цинка на поверхность обрабатываемых изделий и образования защитного слоя заданной величины, характеризуется также тем, что обрабатываемые детали размещают в контейнере регулярным образом в оснастке с опорными поверхностями, фиксирующей их и препятствующей их непосредственному контакту между собой и перемещению относительно друг друга в при движении контейнера таким образом, что минимальное расстояние между обрабатываемыми поверхностями деталей составляет 3-5 мм, а в процессе цинкования обрабатываемые детали могут совершать перемещения относительно опорных поверхностей оснастки в контейнере не более чем на 5-10 мм, насыщающая смесь содержит кристаллы цинка чистотой 0,97-0,99% игловидной формы с коэффициентом эффективной площади поверхности 10, при этом насыщающая смесь имеет гранулометрический состав в интервале 3-7 мкм, а ее масса составляет 1-4% от массы обрабатываемых деталей или 130-140% от массы требуемого покрытия на поверхности обрабатываемых деталей.

То есть сущность изобретения состоит в том, что помимо операций в известном способе - приготовления смеси, загрузке ее контейнер, механической очистке и обезжиривании поверхностей оцинковываемых деталей, загрузке деталей в контейнер в произвольном положении относительно друг друга («в навал»), ваккумировании рабочей камеры и обеспечении контакта смеси с оцинковываемыми деталями, а так же подачи в камеру инертного газа и нагрева до температуры 350-450°C, и поддерживая ее в течении времени необходимого для создания на поверхности детали слоя цинка заданной толщины, обрабатываемые детали находятся в контейнере с возможностью небольших, порядка 3-5 мм относительно оснастки, вращающемся вокруг горизонтальной оси, размещаются регулярным образом в оснастке препятствующей их непосредственному контакту и перемещению относительно друг друга в процессе вращения контейнера, при этом минимальное расстояние между обрабатываемыми поверхностями деталей составляет 3-5 мм, насыщающая смесь содержит кристаллы цинка чистотой 0,97-0,99% «ежеподобной» формы с коэффициентом эффективной площади поверхности 10, насыщающая смесь имеет гранулометрический состав в интервале 3-7 мкм, масса насыщающей смеси составляет 1-4% от массы обрабатываемых деталей или 130-140% от массы требуемого покрытия на поверхности обрабатываемых деталей, в процессе цинкования обрабатываемые детали совершают перемещения относительно опорных поверхностей оснастки фиксирующей их в барабане не более чем на 5-10 мм.

Предлагаемый способ включает в себя следующие операции:

1. В контейнер, вращающийся относительно горизонтально расположенной оси, загружают обрабатываемые детали. При этом детали располагаются в контейнере регулярным образом, например параллельными слоями, для чего используются соответствующие ложементы. Минимальное расстояние между соседними деталями составляет 3-5 мм, при том, что они располагаются свободно и в процессе вращения барабана могут премещаться относительно опорных поверхностей оснастки не более чем 5-10 мм.

2. В контейнер загружается насыщающая смесь, содержащая кристаллы цинка чистотой 0,97-0,99% игловидной, «ежеподобной» формы с коэффициентом эффективной площади поверхности 10, смесь имеет гранулометрический состав в интервале 3-7 мкм, и ее масса составляет 1-4% от массы обрабатываемых деталей или 130-140% от массы требуемого покрытия на поверхности обрабатываемых деталей.

3. Осуществляется герметизация контенера.

4. Из контейнера вытесняется атмосферный воздух и заменяется на технологический (нейтральный) газ.

5. Контейнер помещается в муфельную печь и вращается вокруг горизонтальной оси при одновременном нагреве до температуры 350-450°C в течении времени диффузии паров цинка на поверхность обрабатываемых изделий и образования защитного слоя заданной величины.

Выполненные эксперименты и металлографический анализ показывают, что при предложенном способе диффузионного цинкования мелкодисперсная пыл ведет себя подобно газу и распространяясь по всему внутреннему объему контейнера, равномерно оседает по всей площади обрабатываемых деталей. Например, применительно к трубам с минимальным диаметром 50 мм и длиной 10-12 м. цинковая пыль оседает и на внутренней и на внешней стороне труб, образуя слой постоянной толщины. При этом на поверхности обрабатываемой детали образуется переходный слой, состоящий из основы в виде кристаллов стали и внедренных в межкристаллитную решетку соединений цинка. Это обеспечивает высокую прочность сцепления поверхностного слоя с подложкой и как следствие позволяет обеспечить прочность и непрерывность цинкового слоя в радиальном и осевом направлении.

Указанная технология обеспечивает решение поставленной технической задачи и получение заявленного технического результата. - создания на изделии защитной пленки толщиной порядка 40 мкм, характеризуемой высокой адгезией. В процессе производства в каждом цикле обработки изделий используется 90-93% порошка цинка, загружаемого в контейнер.