RU2680118C1 - Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий - Google Patents
Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680118C1 RU2680118C1 RU2018113155A RU2018113155A RU2680118C1 RU 2680118 C1 RU2680118 C1 RU 2680118C1 RU 2018113155 A RU2018113155 A RU 2018113155A RU 2018113155 A RU2018113155 A RU 2018113155A RU 2680118 C1 RU2680118 C1 RU 2680118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zinc
- activator
- thermal diffusion
- powder
- inert filler
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 32
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 40
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 16
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims abstract description 8
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 abstract description 62
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 29
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 24
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 24
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 1
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 31
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YDONNITUKPKTIG-UHFFFAOYSA-N [Nitrilotris(methylene)]trisphosphonic acid Chemical compound OP(O)(=O)CN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O YDONNITUKPKTIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical class OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- PALNZFJYSCMLBK-UHFFFAOYSA-K magnesium;potassium;trichloride;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[K+] PALNZFJYSCMLBK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000976924 Inca Species 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FMRLDPWIRHBCCC-UHFFFAOYSA-L Zinc carbonate Chemical compound [Zn+2].[O-]C([O-])=O FMRLDPWIRHBCCC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011667 zinc carbonate Substances 0.000 description 1
- 235000004416 zinc carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000010 zinc carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
- C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
- C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating With Molten Metal (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к процессу термодиффузионного цинкования стальных изделий в порошковых смесях, и может быть использовано в отраслях промышленности, где детали и узлы механизмов, изготовленные из сталей различного назначения, работают в агрессивных средах и подвергаются коррозионному воздействию. Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий содержит цинковый порошок, активатор и инертный наполнитель при следующем соотношении, мас.%: цинковый порошок 30-35, активатор 9-11, инертный наполнитель остальное. Активатор состоит из смеси следующих компонентов, мас.%: силикокальций 45-50, фторид натрия 10-15, оксид железа 10-15, кремний металлический 2-5, кислота ортофосфорная остальное, при соотношении содержания оксида железа к кремнию металлическому 3-5. В качестве инертного наполнителя упомянутая порошковая смесь содержит оксид кремния, оксид алюминия, кварцевый песок или их смеси. Предлагаемый состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования позволяет интенсифицировать процесс формирования защитного покрытия, а также повысить содержание в нем цинка, увеличить толщину диффузионного слоя и повысить коррозионную стойкость стальных изделий. 4 табл.
Description
Область техники
Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно, к процессу термодиффузионного цинкования стальных изделий в порошковых смесях и может быть использовано в отраслях промышленности, где детали и узлы механизмов, изготовленных из сталей различного назначения, работают в агрессивных средах, и подвергаются коррозионному воздействию.
Предшествующий уровень техники
Одной из актуальных задач современного машиностроения является повышение надежности и долговечности стальных изделий, работающих в агрессивных средах.
Очевидно, что успешное решение данной задачи зависит от научных изысканий в области разработки и последующего оперативного внедрения в народное хозяйство как новых конструкционных материалов, так и защитных покрытий с повышенной коррозионной стойкостью. Следует отметить, что в данном научно-техническом направлении работы, связанные с усовершенствованием традиционных технологий нанесения защитных покрытий, являются перспективными и наименее затратными.
Одним из эффективных способов повышения коррозионной стойкости стальных изделий является нанесение защитного цинкового покрытия методом термодиффузионного цинкования в насыщающих порошковых смесях.
В зависимости от поставленной задачи порошковые смеси для термодиффузионного цинкования обычно включают цинковый порошок, активатор и инертный наполнитель с различным составом и процентным содержанием компонентов.
Известен состав для термодиффузионного цинкования металлических изделий (Авт.св. №1731872, опубл. 07.05.1992), включающий цинк и инертный наполнитель, и соединение, образующееся в процессе нагрева оксид углерода, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 20-92, инертный наполнитель 4-79,5, соединение, образующееся в процессе нагрева оксид углерода, содержащий карбонат цинка или органические бескислородные соединения 0,5-4,0.
К недостаткам указанного состава следует отнести сложность контроля и регулировки выделившегося из соединения в процессе нагрева оксида углерода. В данном случае, количество выделяющегося в процессе нагрева оксида углерода зависит от многих факторов, а именно: температуры и времени цинкования, количества и химического
состава соединения. Именно многофункциональная зависимость значительно усложняет проведение целенаправленной интенсификации процесса насыщения.
Известен состав для диффузионного цинкования стальных изделий (Патент РФ №2016139, опубл. 15.07.1994), включающий парооксидированный порошок цинка и магний, при следующем соотношении компонентов, мас. %: пороксидированный порошок цинка 80-96, магний 4-20.
Основным недостатком указанного состава является его низкая насыщающая способность, обусловленная отсутствием в нем активных наполнителей, выполняющих роль ускорителей процесса насыщения цинком обрабатываемой поверхности.
Известен состав для диффузионного цинкования стальных изделий (Авт.св. №1138430, 07.02.1985), содержащий окись алюминия, цинк, хлористый аммоний, алюминий и сульфоциловую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 30-40, хлористый аммоний 1-3, алюминий 10-12, сульфоциловая кислота 2-3, окись алюминия - остальное.
К недостаткам данного состава следует отнести относительно низкую его химическую активность, что, в конечном итоге, приводит к невысокой насыщающей способности известного состава.
Известен состав для получения диффузионного цинкового покрытия (Авт.св. №1521790, 15.11.1989), включающий цинкосодержащее вещество - гартцинк, алюминий, хлористый аммоний, инертный наполнитель, магний и карналлит при следующем соотношении компонентов, мас. %: гартцинк 45-49, алюминий 2-3, магний 0,02-0,2, хлористый аммоний 0,02-0,2, карналлит 0,02-0,2, инертный наполнитель - остальное.
К основному недостатку данного состава следует отнести высокую сложность его приготовления, а также достаточно низкую скорость насыщения обрабатываемой поверхности цинком. Так, например, при температуре цинкования 480°С и выдержки 6 часов толщина покрытия составляет всего 100 мкм.
Известен состав для диффузионного цинкования стальных изделий (Авт.св. №1571103, опубл. 15.06.1990 г.), содержащий цинк, алюминий, окись алюминия и нитрилотриметилфосфоновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 25-40, алюминий 5-15, нитрилотриметилфосфоновая кислота 1,5-3,5, окись алюминия 41,5-68,5.
Следует отметить, что наличие в составе порошковой смеси нитрилотриметилфосфоновой кислоты, действительно, позволяет повысить коррозионные свойства цинкового покрытия за счет выделения в процессе цинкования (при температуре более 200°С) продуктов распада (фосфонатов), которые являются ингибиторами коррозии.
Одновременно фосфонаты предотвращают слипание порошковой смеси, что обеспечивает формирование качественного покрытия.
Однако, многочисленными исследованиями не установлено заметного влияния нитрилотриметилфосфоновой кислоты на интенсификацию процесса насыщения цинком обрабатываемой поверхности, а также на увеличение толщины диффузионного слоя при одинаковом времени обработки по сравнению с известными составами.
Известен состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования, раскрытый в изобретении «Способ изготовления порошковой смеси для термодиффузионного цинкования» (Патент РФ №2180018, опубл. 27.02.2002 г. ), включающий порошок цинка, инертный наполнитель и активатор при следующем соотношении ингредиентов, масс. %: инертный наполнитель 50-99, порошок цинка 0,6-40, активатор 0,4-10. В качестве инертного наполнителя используют оксид алюминия - электрокорунд или оксид кремния, а в качестве активатора - хлорид аммония.
Основным недостатком известной смеси является невозможность проведения термодиффузионного цинкования при количестве в ней порошка цинка менее 20% (тем более, 0,6%), независимо от любого количественного соотношения инертного наполнителя и активатора. Следует также отметить, что использование в качестве активатора только одного ингредиента, а именно, хлористого аммония, при содержании в смеси цинкового порошка менее 30%, не может обеспечить необходимой ее химической активности для интенсивного протекания процесса насыщения поверхности обрабатываемого материала цинком.
Наиболее близким к предлагаемому является состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий (патент РФ №2617467, 25.04.2017 г), включающий цинковый порошок, активатор и инертный наполнитель в следующем соотношении, мас. %: цинковый порошок 45-50; активатор5-7; инертный наполнитель -остальное. В качестве активатора используется смесь, состоящая из следующих компонентов, мас. %: фторид кальция 35-40; фторид натрия 35-40; оксид марганца -остальное. В качестве инертного наполнителя используют смесь, состоящую из следующих компонентов, мас. %: оксид кальция 30-35; оксид магния 30-35; опока -остальное.
Как показали исследования, несмотря на подобранный и сбалансированный по компонентам состав порошковой смеси (по сравнению с приведенными выше), все же не удается в полной мере нейтрализовать отрицательное влияние окисной пленки, образующейся при нагреве на поверхности стального изделия и цинковом порошке, на процесс формирования защитного покрытия с максимальными характеристиками по толщине, содержанию цинка и коррозионной стойкости.
Учитывая актуальность проблемы в области повышения коррозионной стойкости стальных изделий, работающих в агрессивных средах (например, в морской воде), разработан состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования с оптимально сбалансированным составом и процентным соотношением входящих в него компонентов.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий с целью интенсификации процесса формирования защитных покрытий, увеличения толщины диффузионного слоя, повышения содержания цинка в покрытии и повышения коррозионной стойкости стальных изделий за счет высокой химической активности летучих элементов, которые образуются при разложении компонентов, входящих в активатор и ускоряющих процессы переноса атомов цинка на обрабатываемую поверхность изделий, диффузии цинка в железную матрицу и диффузии железа в цинк.
Техническим результатом изобретения является то, что применение предложенного состава порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий позволяет интенсифицировать процесс формирования защитных покрытий и получать равномерные по толщине (237-245 мкм) с высоким содержанием цинка (61,7-62,3%), бездефектные (без трещин и отслоений), коррозионно-стойкие (коррозионная стойкость в камере нейтрального соляного тумана, не менее 980 час) цинковые покрытия.
Технический результат достигается при использовании порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий, состоящий из цинкового порошка, активатора и инертного наполнителя при следующем их соотношении, в мас. %:
| цинковый порошок | 30-35 |
| активатор | 9-11 |
| инертный наполнитель | остальное, |
при этом активатор состоит из смеси следующих компонентов, в мас. %:
| силикокальций | 45-50 |
| фторид натрия | 10-15 |
| оксид железа | 10-15 |
| кремний металлический | 2-5 |
| кислота ортофосфорная | остальное, |
причем, соотношение содержания оксида железа к кремнию металлическому находится в пределах 3-5, а в качестве инертного наполнителя используют огнеупорный, прочный и
сыпучий материал, например, оксид кремния, оксид алюминия, кварцевый песок или их смеси в любом качественном и количественном соотношении.
В качестве порошка цинка используют порошок марки ПЦР-1 (порошок цинковый, полученный распылением расплава цинка инертным газом), выпускаемый в промышленном масштабе, имеющий следующий состав, мас. %: фракция менее 63 мкм -не менее 50,0; фракция 63-160 - не более 40,0; фракция более 160 мкм - не более 10,0.
Содержание металлического цинка составляет не менее 98 мас. % по ГОСТ 12601-76.
Цинковый порошок марки ПЦР-1 широко применяется для термодиффузионного цинкования железоуглеродистых сталей и сплавов, чугуна и меди в составе порошковых смесей, включающих при необходимости различные активаторы и инертные наполнители.
Выбор компонентов активатора и их процентное содержание обусловлен высокой химической активностью летучих элементов, образующихся при термодиффузионном цинковании в процессе разложения компонентов, входящих в активатор. Именно летучие элементы оказывают решающее положительное влияние на интенсификацию процесса формирования защитного покрытия (перенос атомов цинка на обрабатываемую поверхность изделия, диффузию цинка в железную матрицу и диффузию железа в цинк), что сопровождается повышением содержания цинка в покрытии, увеличением его толщины, а значит, и повышением его коррозионной стойкости.
Так, например, силикокальций является активным дегазатором и десульфуризатором. Его присутствие в составе активатора в качестве дегазатора препятствует насыщению металла водородом, тем самым, полностью исключается возможность возникновения водородной хрупкости материала при термодиффузионном цинковании, что согласно ГОСТ Р 9.316-2006 «Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроля», является обязательным требованием, особенно для изделий, изготовленных из высокопрочных сталей. Как десульфуризатор силикокальций нейтрализует отрицательное влияние серы, входящей в марочный состав сталей, на качество цинкового покрытия.
Фторид натрия повышает термодиффузионную активность процесса формирования защитных покрытий, ускоряя перенос атомов цинка на обрабатываемую поверхность изделия, диффузию цинка в железную матрицу и диффузию железа в цинк.
Оксид железа также является катализатором при формировании защитных покрытий, а при его взаимодействии в определенном фиксированном соотношении с входящим в состав активатора металлическим кремнием, данный процесс резко активизируется вследствие протекания экзотермической реакции.
Ортофосфорная кислота удаляет с поверхности обрабатываемого металла и цинкового порошка окисную пленку, а при термодиффузионном цинковании препятствует ее восстановлению. Следует отметить, что именно окисная пленка на поверхности обрабатываемого металла и цинкового порошка является основным барьером, затрудняющим взаимные диффузионные процессы при формировании защитных покрытий.
Таким образом, использование предложенного активатора позволяет получать не только качественные коррозионно-стойкие покрытия, но и значительно снизить количество дорогостоящего цинкового порошка.
В качестве инертного наполнителя используют огнеупорный, прочный и сыпучий материал, например, оксид кремния, оксид алюминия, кварцевый песок и др.
Использование данных материалов позволяет повысить температуру плавления используемой порошковой смеси, увеличить ее кроющую способность, а также обеспечить очистку поверхности изделий от налипшей порошковой смеси в процессе термодиффузионного цинкования. Данные положительные факторы также позволяют повысить качество цинковых покрытий.
Следует отметить, что предлагаемый состав порошковой смеси может быть использован для интенсификации процесса формирования защитных покрытий (перенос атомов цинка летучими элементами активатора на обрабатываемую поверхность, диффузия цинка в железную матрицу, диффузия железа в цинк), тем самым повышая содержание цинка в покрытии, увеличивая толщину диффузионного слоя и повышая коррозионную стойкость при термодиффузионном цинковании деталей, изготовленных из широкого класса железоуглеродистых сталей, чугуна и меди.
Использование оптимально сбалансированного заявленного состава порошковой смеси позволяет при термодиффузионном цинковании стальных изделий интенсифицировать процесс формирования защитных покрытий и получать равномерные по толщине (237-245 мкм) с содержанием цинка (61,7-62,3%), бездефектные (без трещин, отслоений и пор), коррозионно-стойкие (коррозионная стойкость в камере соляного тумана не менее 980 час) цинковые покрытия.
Все вышеизложенное позволяет утверждать, что заявляемая порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий характеризуется не только новыми существенными признаками, а именно, оптимально сбалансированным составом ее ингредиентов и компонентов активатора, но и обеспечивает достижение требуемого технического результата - интенсификации процесса формирования защитных покрытий и получения равномерных по толщине, с высоким содержанием цинка, бездефектных, коррозионно-стойких, цинковых покрытий.
Исследование по оценке качества цинковых покрытий проводились на призматических образцах, размером 80×50×10 мм, изготовленных из стали 3.
Испытания на коррозионную стойкость проводили в камере нейтрального соляного тумана по ГОСТ 9.308.
Толщину диффузионного слоя определяли металлографическим методом на поперечных микрошлифах с использованием металлографического микроскопа ММР-4.
Определение содержания цинка на поверхности покрытия проводили химико-спектральным методом на спектрометре ДФС-500
Осуществление изобретения
Нанесение цинковых покрытий осуществляли по ГОСТ Р.9.316-2006 «Покрытия термодиффузионные цинковые». Общие требования и методы контроля». Предварительно обезжиренные образцы, размером 80×50×10 мм, изготовленные из стали 3 и необходимое количество порошковой смеси для термодиффузионного цинкования в заявленном соотношении ингредиентов (мас. %) и процентном соотношении компонентов активатора (мас. %) помещают в контейнер (реторту) с возможностью вращения. Контейнер герметизируют, помещают в печь и ведут термодиффузионное цинкование при температуре 420±5°С в течение 60 минут.После окончания процесса термодиффузионного цинкования и охлаждения контейнера образцы вынимают и очищают их поверхности от остатков порошковой смеси.
Пример 1 (по изобретению)
Для обработки брали образцы, размером 80×50×10 мм, изготовленные из стали 3.
В качестве порошковой смеси для термодиффузионного цинкования брали цинковый порошок, активатор и инертный наполнитель при следующем их соотношении, мас. %: цинковый порошок 30-35; активатор 9-11; инертный наполнитель - остальное. В качестве активатора брали смесь, состоящую из следующих компонентов, мас. %: силикокальций 45-50; фторид натрия 10-15; оксид железа 10-15; кремний металлический 2-5; кислота ортофосфорная - остальное. Соотношение оксида железа к кремнию металлическому находится в пределах 3-5. В качестве инертного наполнителя брали кварцевый песок. Порошковую смесь загружали в контейнер с обрабатываемыми образцами. Контейнер герметизировали, помещали в печь и проводили термодиффузионное цинкование при температуре 420±5°С в течение 60 минут. После окончания процесса цинкования и охлаждения контейнера, образцы вынимали и очищали от остатков порошковой смеси. Характеристики полученного цинкового покрытия приведены в таблице 1.
Примечание: использование в качестве инертного наполнителя других огнеупорных, прочных и сыпучих материалов, например, оксида кремния или оксида алюминия не приводит к изменению характеристик (толщина, содержание цинка, коррозионная стойкость) цинкового покрытия.
Пример 2 (сравнительный)
Образцы для обработки брали по примеру 1. В качестве порошковой смеси для термодиффузионного цинкования брали цинковый порошок, активатор и инертный наполнитель при следующем их соотношении, мас. %: цинковый порошок - менее 30; активатор - менее 9; инертный наполнитель - остальное. Соотношение компонентов активатора по примеру 1. Соотношение оксида железа к кремнию металлическому по примеру 1. Инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионного цинкования проводили по примеру 1.
Характеристики полученного цинкового покрытия приведены в таблице 1.
Пример 3 (сравнительный)
Образцы для обработки брали по примеру 1. В качестве порошковой смеси для термодиффузионного цинкования брали цинковый порошок, активатор и инертный наполнитель при следующем их соотношении, мас. %: цинковый порошок - более 35; активатор - более 11; инертный наполнитель - остальное. Соотношение компонентов активатора по примеру 1. Соотношение оксида железа к кремнию металлическому по примеру 1. Инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионного цинкования проводили по примеру 1.
Характеристики полученного цинкового покрытия приведены в таблице 1.
Пример 4(сравнительный)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования аналогична примеру 1 В качестве активатора брали смесь, состоящую из следующих компонентов, мас. %: силикокальций менее 45; фторид натрия менее 10; оксид железа менее 10; кремний металлический менее 2; кислота ортофосфорная - остальное. Соотношение оксида железа к кремнию металлическому по примеру 1. Инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионного цинкования проводили по примеру 1.
Характеристики полученного цинкового покрытия приведены в таблице 2.
Пример 5(сравнительный)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования аналогична примеру 1 В качестве активатора брали смесь, состоящую из следующих компонентов, мас. %: силикокальций более 50; фторид натрия более 15; оксид железа более 15; кремний металлический более 5; кислота ортофосфорная - остальное. Соотношение оксида железа к кремнию металлическому по примеру 1. Инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионного цинкования проводили по примеру 1.
Характеристики полученного цинкового покрытия приведены в таблице 2.
Пример 6 (сравнительный)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования аналогична примеру 1. Соотношение компонентов активатора по примеру 1. Соотношение оксида железа к кремнию металлическому менее 3. Инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионного цинкования проводили по примеру 1.
Характеристики полученного цинкового покрытия приведены в таблице 3.
Пример 7 (сравнительный)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования аналогична примеру 1. Соотношение компонентов активатора по примеру 1. Соотношение оксида железа к кремнию металлическому более 5. Инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионного цинкования проводили по примеру 1.
Характеристики полученного цинкового покрытия приведены в таблице 3.
Пример 8 (по прототипу патент РФ №2617467)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Состав порошковой смеси, соотношение в ней ингредиентов (мас. %,), состав активатора, соотношение в нем компонентов (мас. %) согласно прототипу (патент РФ №2617467), состав инертного наполнителя, соотношение в нем компонентов (мас. %) согласно прототипу (патент №2617467). Процесс термодиффузионного цинкования поводили по примеру 1.
Характеристики полученного цинкового покрытия приведены в таблице 4.
Таким образом, заявляемый состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий позволяет интенсифицировать процесс формирования защитных покрытий, повысить содержание в нем цинка, увеличить толщину диффузионного слоя и повысить коррозионную стойкость стальных изделий за счет усиления химической активности летучих элементов, образующихся при термодиффузионном цинковании в процессе разложения компонентов, входящих в активатор.
Из таблиц 1-4 (пример 1) видно, что при использовании предлагаемого состава порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий наблюдается интенсификация процесса формирования равномерных по толщине (237-245 мкм) с высоким содержанием цинка (61,7-62,3%), бездефектных (без трещин, отслоений и пор), коррозионно-стойких (коррозионная стойкость в камере соляного тумана не менее 980 час) защитных покрытий.
Следует также отметить, что при термодиффузионном цинковании стальных изделий с использованием предлагаемого состава порошковой смеси наблюдается значительная интенсификация процесса формирования защитного покрытия (перенос атомов цинка летучими элементами активатора на обрабатываемую поверхность, диффузия цинка в железную матрицу, диффузия железа в цинк), а значит, имеется реальная возможность варьировать режимом обработки (температура цинкования, время выдержки) в сторону уменьшения данных характеристик, что экономически целесообразно. Так, например, такие характеристики цинкового покрытия, как толщина (179-183 мкм), содержание цинка (51,3-51,5%) и коррозионная стойкость в камере нейтрального соляного тумана (не менее 870 час.) с использованием порошковой смеси по способу-прототипу формируются при температуре цинкования 420±5°С и времени выдержки 60 минут. При использовании предлагаемого состава порошковой смеси указанные значения данных характеристик получаются при температуре цинкования 390-400°С и времени выдержки 40-45 минут. Кроме того, не менее чем на 30.% снижается количество используемого дорогостоящего цинкового порошка,
Как показали многочисленные эксперименты и видно из таблицы 1 (пример 2), таблицы 2 (пример 4), в результате высокой химической активности разработанной порошковой смеси, имеется реальная возможность снижения массового содержания ингредиентов в порошковой смеси и процентного содержания компонентов в активаторе при достижении достаточно высоких показателей качества цинкового покрытия. Однако, в данном случае, необходимо соблюдать фиксированное соотношение оксида железа к кремнию металлическому (таблица 3 (примеры 1, 6, 7). Следует отметить, и как видно из таблицы 1 (пример 3), и таблицы 2 (пример 5) увеличение массового содержания ингредиентов (цинковый порошок, активатор) в порошковой смеси и процентного содержания компонентов активатора приводит к перенасыщению цинком защитного покрытия, что сопровождается появлением в нем пористости.
Как видно из данных, приведенных в таблице 4 (пример 8), способ-прототип не позволяет решить задачу изобретения и добиться требуемого технического результата по характеристикам цинкового покрытия аналогичным заявляемому изобретению.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет интенсифицировать процесс формирования защитного покрытия, повысить содержание в нем цинка, увеличить толщину диффузионного слоя и повысить коррозионную стойкость стальных изделий.
Claims (5)
- Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий, содержащая цинковый порошок, активатор и инертный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит цинковый порошок, активатор и инертный наполнитель при следующем соотношении, мас.%:
-
цинковый порошок 30-35 активатор 9-11 инертный наполнитель остальное, - при этом активатор состоит из смеси следующих компонентов, мас.%:
-
силикокальций 45-50 фторид натрия 10-15 оксид железа 10-15 кремний металлический 2-5 кислота ортофосфорная остальное, - при соотношении содержания оксида железа к кремнию металлическому 3-5, а в качестве инертного наполнителя используют оксид кремния, оксид алюминия, кварцевый песок или их смеси.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113155A RU2680118C1 (ru) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113155A RU2680118C1 (ru) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680118C1 true RU2680118C1 (ru) | 2019-02-15 |
Family
ID=65442594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113155A RU2680118C1 (ru) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680118C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111850459A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-30 | 盐城科奥机械有限公司 | 一种高耐蚀粉末渗锌剂 |
| CN111876723A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-03 | 盐城科奥机械有限公司 | 一种渗锌方法以及防腐蚀金属件 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2180018C1 (ru) * | 2000-12-20 | 2002-02-27 | Акционерное общество закрытого типа "Высокодисперсные металлические порошки" | Способ изготовления порошковой смеси для термодиффузионного цинкования |
| CN103320790A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-25 | 洪求耀 | 锌化学表面处理工艺 |
| RU2617467C1 (ru) * | 2016-03-17 | 2017-04-25 | Заклад Механизни Прогресс | Состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий |
| CN107385384A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-11-24 | 广西南宁桂知科技有限公司 | 一种无氢脆及表面损伤的粉末渗锌钢铁制件 |
| RU2639755C1 (ru) * | 2016-06-27 | 2017-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" | Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей |
-
2018
- 2018-04-11 RU RU2018113155A patent/RU2680118C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2180018C1 (ru) * | 2000-12-20 | 2002-02-27 | Акционерное общество закрытого типа "Высокодисперсные металлические порошки" | Способ изготовления порошковой смеси для термодиффузионного цинкования |
| CN103320790A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-25 | 洪求耀 | 锌化学表面处理工艺 |
| RU2617467C1 (ru) * | 2016-03-17 | 2017-04-25 | Заклад Механизни Прогресс | Состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий |
| RU2639755C1 (ru) * | 2016-06-27 | 2017-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" | Способ газового азотирования изделий из конструкционных сталей |
| CN107385384A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-11-24 | 广西南宁桂知科技有限公司 | 一种无氢脆及表面损伤的粉末渗锌钢铁制件 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111850459A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-30 | 盐城科奥机械有限公司 | 一种高耐蚀粉末渗锌剂 |
| CN111850459B (zh) * | 2020-08-04 | 2023-09-26 | 盐城科奥机械有限公司 | 一种高耐蚀粉末渗锌剂 |
| CN111876723A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-03 | 盐城科奥机械有限公司 | 一种渗锌方法以及防腐蚀金属件 |
| CN111876723B (zh) * | 2020-08-11 | 2023-08-29 | 盐城科奥机械有限公司 | 一种渗锌方法以及防腐蚀金属件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2617467C1 (ru) | Состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования стальных изделий | |
| US5652064A (en) | Environmentally friendly coating compositions, bonding solution, and coated parts | |
| US20050042440A1 (en) | Magnesium workpiece and method for generation of an anti-corrosion coating on a magnesium workpiece | |
| JP5101173B2 (ja) | 特殊鋼の硬化方法並びに該方法の実施用の溶融塩 | |
| FI96124C (fi) | Menetelmä jatkuvan teräsnauhan upotuspäällystystä varten | |
| EP1347075B2 (en) | Method of salt bath nitriding for producing iron member having improved corrosion resistance and iron parts | |
| WO2020213680A1 (ja) | めっき鋼材 | |
| RU2680118C1 (ru) | Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования стальных изделий | |
| RU2651087C1 (ru) | Порошковая смесь для термодиффузионного цинкования изделий из титановых сплавов, способ термодиффузионного цинкования изделий из титановых сплавов | |
| RU2685841C1 (ru) | Состав порошковой смеси для термодиффузионной обработки стальных изделий, способ термодиффузионной обработки стальных изделий | |
| JP6743524B2 (ja) | 防食塗装鋼材及びその製造方法、塗装鋼材の防食方法 | |
| Xu et al. | Wetting of liquid Zinc-aluminum-magnesium alloy on steel substrate during hot-dipping: Understanding the role of the flux | |
| RU2559386C1 (ru) | Состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования изделий из магниевых сплавов и способ термодиффузионного цинкования изделий из магниевых сплавов | |
| Liu et al. | Formation mechanism of discoloration on die-cast AZ91D components surface after chemical conversion | |
| JP6874363B2 (ja) | 防食塗装鋼材及びその製造方法、塗装鋼材の防食方法 | |
| Kania | Kinetics of growth and structure of coatings obtained on Sandelin steels in the high-temperature galvanizing process | |
| JP2007023309A (ja) | 耐食性に優れた溶融亜鉛合金めっき鋼板 | |
| Chaliampalias et al. | Effect of temperature and zinc concentration on zinc coatings deposited with pack cementation | |
| RU2760770C1 (ru) | Способ комбинированного бороалитирования углеродистой стали | |
| RU2539888C2 (ru) | Способ термодиффузионного цинкования стальных изделий | |
| US3488233A (en) | Surface treatment of steels | |
| TWI894698B (zh) | 熱浸鍍Ａｌ－Ｚｎ系鋼板及其製造方法 | |
| Jalaluddin et al. | ALUMINIDE COATING CHARACTERIZATION ON 304 SS USING SLURRY ALUMINIZING PROCESS | |
| SU1168626A1 (ru) | Состав дл алюмосилицировани изделий из хромоникелевых сталей | |
| Wasserbauer et al. | Investigation of Ni-P coatings on AZ91 cast magnesium alloy |