RU2500833C1

RU2500833C1 - Application method of corrosion protection coating onto metal products by thermodiffusion zinc plating

Info

Publication number: RU2500833C1
Application number: RU2012119479/05A
Authority: RU
Inventors: Виктор Эдуардович Морозов; Игорь Владимирович Петров; Игорь Петрович Ярема
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Неоцинк Технолоджи"
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-12-10
Also published as: RU2012119479A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: corrosion protection coating is applied onto metal products in a sealed container arranged in a muffle furnace. Treated parts are arranged in the container in a regular manner in accessories with supporting surfaces, which fix them and prevent their direct contact between each other and movement relative to each other at movement of the container so that minimum distance between treated surfaces of parts is 3-5 mm. During zinc plating process, treated parts can perform movements relative to supporting surfaces of the accessories in the container by not more than 5-10 mm. Saturating mixture contains zinc crystals with purity of 0.97-0.99% of needle shape with coefficient of effective surface area of 10. Saturating mixture has particle size distribution at the interval of 3-7 mcm, and its weight is 1-4% of the weight of treated parts or 130-140% of the weight of the required coating on surface of treated parts.

EFFECT: increasing service life of a product owing to excluding its corrosion and increasing productivity of a furnace, in which diffusion zinc plating is performed; reducing zinc consumption in terms of per unit of surface of treated part.

Description

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.The invention relates to the field of technologies for applying protective anticorrosive coatings and can be used for applying diffusion zinc coatings to parts of various configurations, for example, oilfield pipes, couplings, fasteners, and can also be widely used in the practice of general chemical and transport engineering.

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).A known method of coating by thermal diffusion galvanizing, including loading products into a retort of a rotary electric furnace, filling the saturating mixture, sealing the retort, heating it to a predetermined temperature, holding it at this temperature, depressurizing the retort, unloading the products, washing and passivating them, characterized in that a saturating mixture containing 80-90% zinc is poured into the retort, moreover, for the formation of a zinc coating 1 μm thick, the filling mass of the saturating mixture is 7.8-8.2 g per 1 m2 of the surface to be coated, except th, produce a reset overpressure retort products continuously using the drain pipe (RU №2174159) during all time galvanizing process.

Недостатком этого способа является неравномерность толщины слоя цинка на поверхности обрабатываемых деталейThe disadvantage of this method is the uneven thickness of the zinc layer on the surface of the workpiece

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.There is also a known method of coating RU 2025541 on steel products, including loading into a container with a saturating mixture, heating and holding at a saturation temperature, characterized in that, in order to improve the processability and increase its productivity, heating and aging are carried out when water is supplied to the container steam under an excess pressure of 0.2-0.5 atm, which has the same disadvantages as the other counterpart.

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.Closest to the claimed technical essence is the prior art method of diffusion galvanizing of metal parts (RU No. 2386723), including preparing the surface of the part, loading them into the working chamber together with powder components containing zinc powder, pumping the working chamber and injecting an inert gas, heating the working chamber to a working temperature of 350-4500 C and exposure to ensure the formation of a film with a thickness of 3-60 microns. The mixture contains powdered zinc 55-85% and the rest is silicon dioxide or alumina, and the dispersion of the powdered components is not less than 0.01 microns.

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.The disadvantages of the prototype include the inability to apply the method to parts of various configurations (pipes, fasteners) and various sizes (from several meters to millimeters), as well as ensuring high quality coatings, which consist in uniformity and constancy of thickness on all surfaces of products, of complex configurations.

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.The claimed invention solves the problem aimed at creating on the surface of a metal (steel) part of the coating with a uniform thickness, and a homogeneous structure and high adhesion to the surface of the workpiece. These indicators should not depend on the absolute dimensions of the part and its configuration.

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.This technology ensures the creation of a protective film on the product with a thickness of about 40 microns, characterized by high adhesion. During the manufacturing process, 90-93% of the zinc powder loaded into the container is used in each product processing cycle.

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.The technical result obtained by using the invention is to increase the service life of the product by eliminating its corrosion and increasing the productivity of the furnace in which diffusion galvanizing is carried out, as well as reducing the consumption of zinc per unit surface area of the workpiece.

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.This task and technical result is ensured by the fact that the method of applying an anti-corrosion coating to metal products by thermodiffusion galvanizing, including loading into a sealed container placed in a muffle furnace, metal products, a saturating mixture of zinc and an inert filler, mixing the mixture and products by vibration and / or container rotation relative to the longitudinal axis and / or container movement, filling the container with inert gas and heating to a temperature of 350-4500 C over time, Attributable to the diffusion of zinc vapor on the surface of the workpieces and the formation of a protective layer of a given value, it is also characterized by the fact that the workpieces are placed in a container regularly in a snap with supporting surfaces, fixing them and preventing them from direct contact with each other and moving relative to each other during container movement in such a way that the minimum distance between the machined surfaces of the parts is 3-5 mm, and during the galvanizing process Ali can move relative to the supporting surfaces of the equipment in the container by no more than 5-10 mm, the saturating mixture contains zinc crystals with a purity of 0.97-0.99% needle-shaped with an effective surface area coefficient of 10, while the saturating mixture has a particle size distribution of the range of 3-7 microns, and its mass is 1-4% by weight of the workpieces or 130-140% of the mass of the desired coating on the surface of the workpieces.

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.That is, the essence of the invention lies in the fact that in addition to the operations in the known method — preparing the mixture, loading its container, mechanically cleaning and degreasing the surfaces of the galvanized parts, loading the parts into the container in an arbitrary position relative to each other (“in bulk”), vacuuming the working chamber and ensuring contact of the mixture with galvanized parts, as well as feeding inert gas into the chamber and heating to a temperature of 350-450 ° C, and maintaining it for the time necessary to create a layer on the surface of the part zinc of a given thickness, the workpieces are located in the container with the possibility of small, about 3-5 mm relative to the tool, rotating around a horizontal axis, are placed regularly in the tool, preventing them from direct contact and moving relative to each other during rotation of the container, while the minimum distance between the machined surfaces of the parts is 3-5 mm, the saturating mixture contains zinc crystals with a purity of 0.97-0.99% of an “like-like” shape with an effective area coefficient surface 10, the saturating mixture has a particle size distribution in the range of 3-7 μm, the mass of the saturating mixture is 1-4% of the mass of the workpieces or 130-140% of the mass of the desired coating on the surface of the workpieces, during the galvanizing process the workpieces move relative to the supporting surfaces of snap fixing them in the drum no more than 5-10 mm.

Предлагаемый способ включает в себя следующие операции:The proposed method includes the following operations:

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.1. In the container, rotating relative to the horizontal axis, load the workpiece. In this case, the parts are placed in the container in a regular manner, for example, in parallel layers, for which the appropriate tool holders are used. The minimum distance between adjacent parts is 3-5 mm, despite the fact that they are located freely and during the rotation of the drum can move relative to the supporting surfaces of the equipment no more than 5-10 mm.

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.2. A saturating mixture is loaded into the container, containing zinc crystals with a purity of 0.97-0.99% needle-shaped, “like-like” with a coefficient of effective surface area of 10, the mixture has a particle size distribution in the range of 3-7 microns, and its mass is 1- 4% of the mass of the processed parts or 130-140% of the mass of the required coating on the surface of the processed parts.

3. Осуществляется герметизация контенера.3. The counter is being sealed.

4. Из контейнера вытесняется атмосферный воздух и заменяется на технологический (нейтральный) газ.4. Atmospheric air is displaced from the container and replaced with technological (neutral) gas.

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.5. The container is placed in a muffle furnace and rotates around a horizontal axis while heating to a temperature of 350-450 ° C during the time of diffusion of zinc vapor on the surface of the processed products and the formation of a protective layer of a given value.

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.The performed experiments and metallographic analysis show that with the proposed method of diffusion galvanizing, finely dispersed dust behaves like a gas and spreads throughout the entire internal volume of the container and uniformly settles over the entire area of the workpieces. For example, in the case of pipes with a minimum diameter of 50 mm and a length of 10-12 m. Zinc dust settles on both the inside and outside of the pipes, forming a layer of constant thickness. At the same time, a transition layer is formed on the surface of the workpiece, consisting of a base in the form of steel crystals and zinc compounds embedded in the intergranular lattice. This provides high adhesion strength of the surface layer to the substrate and, as a result, ensures the strength and continuity of the zinc layer in the radial and axial directions.

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.The specified technology provides a solution to the technical problem and obtain the claimed technical result. - creating a protective film on the product with a thickness of about 40 microns, characterized by high adhesion. During the manufacturing process, 90-93% of the zinc powder loaded into the container is used in each product processing cycle.

Claims

The method of applying a corrosion-resistant coating to metal products by thermodiffusion galvanizing, including loading into a sealed container placed in a muffle furnace, metal products, a saturating mixture of zinc and an inert filler, mixing the mixture and products by vibration and / or rotation of the container about the longitudinal axis and / or moving container, filling the container with inert gas and heating to a temperature of 350-450 ° C for a time sufficient for diffusion of zinc vapor on the surface of the processed products and the formation of a protective layer of a predetermined value, characterized in that the workpieces are placed in a container regularly in a snap with supporting surfaces, fixing them and preventing them from direct contact with each other and moving relative to each other when the container moves so that the minimum distance between the workpieces the surfaces of the parts is 3-5 mm, and during the galvanizing process the machined parts can move relative to the supporting surfaces of the tooling in the container not more than 5-10 mm, the saturating mixture contains zinc crystals with a purity of 0.97-0.99% needle-shaped with an effective surface area coefficient of 10, while the saturating mixture has a particle size distribution in the range of 3-7 microns, and its the mass is 1-4% by weight of the workpieces or 130-140% of the mass of the required coating on the surface of the workpieces.