RU2570856C1 - Methods of coating production on items out of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by method of thermodiffusion galvanising - Google Patents
Methods of coating production on items out of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by method of thermodiffusion galvanising Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570856C1 RU2570856C1 RU2014120633/02A RU2014120633A RU2570856C1 RU 2570856 C1 RU2570856 C1 RU 2570856C1 RU 2014120633/02 A RU2014120633/02 A RU 2014120633/02A RU 2014120633 A RU2014120633 A RU 2014120633A RU 2570856 C1 RU2570856 C1 RU 2570856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- rpm
- powder mixture
- minutes
- zinc
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанесения защитных металлических покрытий, в частности покрытий на изделиях из низко- и высоколегированных сталей, из цветных металлов или их сплавов, из порошковых смесей, содержащих цинковый порошок, методом термодиффузионного цинкования и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости изделий, улучшения их внешнего вида, таких как мелкие детали (крепежные изделия), а также изделия длиной в несколько метров (элементы строительных конструкций, трубы различного назначения).The invention relates to the field of applying protective metal coatings, in particular coatings on products from low and high alloy steels, from non-ferrous metals or their alloys, from powder mixtures containing zinc powder, by the method of thermal diffusion galvanizing and can be used to increase the corrosion resistance of products, improve their appearance, such as small parts (fasteners), as well as products several meters long (elements of building structures, pipes for various purposes).
В частности, для монтажа мостовых конструкций применяют высокопрочные болты (ГОСТ 22353-77 и ГОСТ 22356-77) (сдвигоустойчивые), которые изготовляют горячей штамповкой или холодной высадкой из легированной стали. Готовые болты термически обрабатывают. Высокопрочные болты являются болтами нормальной точности, их ставят в отверстия большего, чем болт, диаметра. Гайки затягивают тарировочным ключом, позволяющим создавать, контролировать силу натяжения болтов. Большая сила натяжения болта плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает монолитность соединения. При действии на такое соединение сдвигающих сил между соединяемыми элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга. Таким образом, высокопрочный болт, работая на осевое растяжение, обеспечивает передачу сил сдвига трением между соединяемыми элементами. Поэтому подобное соединение часто называют фрикционным.In particular, high-strength bolts (GOST 22353-77 and GOST 22356-77) (shear-resistant), which are manufactured by hot stamping or cold heading from alloy steel, are used for the installation of bridge structures. Finished bolts are thermally processed. High-strength bolts are bolts of normal accuracy, they are put into holes of a larger diameter than the bolt. The nuts are tightened with a calibration wrench, which allows you to create, control the tension of the bolts. The large tension force of the bolt tightly tightens the elements to be connected and ensures the solidity of the connection. When a shear forces acts on such a connection, frictional forces arise between the elements to be joined, which prevent the elements from moving relative to each other. Thus, a high-strength bolt, working on axial tension, provides the transfer of shear forces by friction between the connected elements. Therefore, such a connection is often called friction.
Для защиты метизов от коррозии (на период их транспортировки и хранения до проведения монтажа мостовых металлоконструкций) необходимо принять меры по их антикоррозийной защите (консервации).To protect the hardware from corrosion (for the period of their transportation and storage prior to the installation of bridge metal structures), it is necessary to take measures to protect them from corrosion (conservation).
Существуют многочисленные способы защиты металлов от коррозии. Выбор того или иного способа определяется конкретными условиями работы и хранения металлических изделий.There are numerous ways to protect metals from corrosion. The choice of a particular method is determined by the specific working conditions and storage of metal products.
Покрытия, применяемые для защиты металлов от коррозии, подразделяют на металлические, неметаллические и образованные в результате химической или электрохимической обработки поверхности металла.Coatings used to protect metals from corrosion are divided into metallic, non-metallic and formed as a result of chemical or electrochemical treatment of the metal surface.
Металлические покрытия придают поверхностным слоям металлоизделий требуемую твердость, износостойкость и коррозионную стойкость.Metal coatings give the surface layers of metal products the required hardness, wear resistance and corrosion resistance.
Металлические покрытия наносят различными способами. Наиболее часто применяется метод горячего цинкования или электрогальванизация. При методе горячего цинкования изделие, например, погружают в расплавленный металл цинка, который смачивает его поверхность и покрывает толстым до 100 мкм слоем. Затем изделие вынимают из ванны и охлаждают. Таким методом изделие покрывают слоем цинка.Metal coatings are applied in various ways. The most commonly used method is hot dip galvanizing or electro galvanization. In the hot dip galvanizing method, for example, the product is immersed in molten zinc metal, which wetts its surface and covers it with a thick layer up to 100 microns. Then the product is removed from the bath and cooled. In this way, the product is coated with a layer of zinc.
При гальваническом способе металлические изделия помещают в гальваническую ванну. Под действием электрического тока на поверхности изделия происходит катодное осаждение пленки защитного металла. Толщину гальванического покрытия можно регулировать в достаточно узких пределах.In the galvanic method, metal products are placed in a galvanic bath. Under the influence of electric current, cathodic deposition of a protective metal film occurs on the surface of the product. The thickness of the plating can be adjusted within a fairly narrow range.
Недостатками обеих методов считается водородная заражаемость металла во время процесса, слабая коррозионная защита и т.п.The disadvantages of both methods are hydrogen contamination of the metal during the process, poor corrosion protection, etc.
Известно большое количество различных сплавов, составов и композиций, выпускаемых различными отечественными и зарубежными производителями и применяемых для противокоррозионной защиты метизов, в том числе для временной.There are a large number of different alloys, compositions and compositions produced by various domestic and foreign manufacturers and used for corrosion protection of hardware, including temporary.
Металлизационные покрытия на основе медно-цинковых сплавов и свинца (патент РФ №2138702 «Защитное покрытие»), а также на основе никеля (патент РФ №2095469), на основе олова (патент РФ №2177055), марганца (патент РФ №2258765) обладают самым низким значением коэффициента трения, благодаря чему предотвращается заедание резьбы при закручивании метизов. Однако они являются катодными покрытиями по отношению к стальной подложке метизов. При закручивании метизов неизбежно повреждение покрытий на острых гребнях резьбы. В условиях воздействия влаги от атмосферных осадков возникает гальваническая пара между катодным покрытием и стальной подложкой, что неизбежно приведет к быстрому коррозионному разрушению стальной подложки. Продукты коррозии стали (ржавчина) имеют объем в 14 раз больший монолитного металла, что приводит к быстрому отслоению катодных покрытий. Кроме того, для нанесения металлизационных покрытий требуется специальное оборудование в виде печей для химико-термической обработки или установок магнетронного облучения, что усложняет и удорожает процесс нанесения покрытий.Metallization coatings based on copper-zinc alloys and lead (RF patent No. 2138702 "Protective coating"), as well as on the basis of nickel (RF patent No. 2095469), based on tin (RF patent No. 2177055), manganese (RF patent No. 2258765) possess the lowest value of the coefficient of friction, which prevents thread sticking when twisting hardware. However, they are cathodic coatings with respect to the steel substrate of the hardware. When twisting the hardware, inevitably damage to the coatings on the sharp crests of the thread. Under conditions of moisture from atmospheric precipitation, a galvanic pair occurs between the cathode coating and the steel substrate, which will inevitably lead to rapid corrosion destruction of the steel substrate. Steel corrosion products (rust) have a volume 14 times greater than the monolithic metal, which leads to the rapid detachment of the cathode coatings. In addition, the application of metallization coatings requires special equipment in the form of furnaces for chemical-thermal treatment or magnetron irradiation plants, which complicates and increases the cost of the coating process.
Наиболее широкое распространение при получении металлических покрытий на изделиях с целью получения на их поверхности антикоррозийного слоя в последнее время получил способ получения покрытий на различных металлических изделиях (сталь, цветные металлы, их сплавы) из металлических порошков термодиффузионным методом.The most widely used method for producing metal coatings on products in order to obtain an anticorrosive layer on their surface has recently been the method of producing coatings on various metal products (steel, non-ferrous metals, their alloys) from metal powders by the thermal diffusion method.
Данный вид покрытия используется для изделий, работающих в жестких условиях эксплуатации, в частности для обсадных и насосно-компрессорных труб, собираемых в колонны с помощью соединительных муфт. Крепление трубы к муфте в колонне осуществляется посредством резьбового соединения. В процессе эксплуатации именно резьбовое соединение более всего подвержено износу и различного рода повреждениям, приводящим к преждевременному выходу колонны из строя. Термодиффузионное цинковое покрытие в наибольшей степени, чем любое другое, обеспечивает резьбовому соединению высокую износостойкость, герметичность и коррозионную стойкость (ТУ 1327-001-56591711-03 «Трубы насосно-компрессорные диффузионно оцинкованные и муфты к ним», ТУ 4859-002-50721682-2008 «Покрытия защитные термодиффузионные цинковые на элементах резьбовых соединений насосно-компрессорных труб»).This type of coating is used for products operating in harsh operating conditions, in particular for casing and tubing, assembled into columns using couplings. The pipe is fastened to the coupling in the column by means of a threaded connection. During operation, it is the threaded joint that is most susceptible to wear and various kinds of damage, leading to premature failure of the column. Thermal diffusion zinc coating to the greatest degree than any other provides threaded joints with high wear resistance, tightness and corrosion resistance (TU 1327-001-56591711-03 "Diffusion galvanized tubing and couplings for them", TU 4859-002-50721682- 2008 “Zinc protective thermal diffusion coatings on the elements of threaded joints of tubing”).
Известен способ термодиффузионного цинкования (ТДЦ), в котором в качестве источника цинка используется порошок с содержанием металлического цинка не менее 94% (масс.) и размером частиц менее 75 мкм (Британский стандарт «Нанесение покрытий на черные металлы методом шерардизации» BS 4921: 1988). Однако он нетехнологичен из-за слипания мелких частиц порошка и налипания на поверхность изделий, происходящего из-за близости температур плавления цинка и процесса цинкования.A known method of thermal diffusion galvanizing (TDC), in which a zinc source is used a powder with a content of metallic zinc of at least 94% (mass.) And a particle size of less than 75 microns (British standard "Coating of ferrous metals by sherardization" BS 4921: 1988 ) However, it is not technologically advanced due to the adhesion of small particles of powder and sticking to the surface of products, which occurs due to the proximity of the melting points of zinc and the galvanizing process.
Известны также способы ТДЦ, в которых в качестве источника цинка используются смеси порошка цинка с инертными наполнителями, что повышает тугоплавкость порошковой смеси и улучшает технологичность процесса (например, кварцевый песок). Процесс проводят при температуре 430-450° в течение 1,5-3 часов с последующим охлаждением на воздухе (Патент РФ №2244094). Соотношение железа и цинка в покрытии составляет 0,0638-0,3330, а микротвердость получаемого покрытия составляет 3360-5250 МПа, что соответствует 6 и Г-фазе. Однако указанные диапазоны включают как все возможные величины соотношений железа и цинка, так и все возможные значения микротвердости для таких покрытий. Это позволяет определить при каком соотношении получается наиболее износостойкое покрытие.TDC methods are also known in which zinc powder mixtures with inert fillers are used as the zinc source, which increases the refractoriness of the powder mixture and improves the processability (for example, quartz sand). The process is carried out at a temperature of 430-450 ° for 1.5-3 hours, followed by cooling in air (RF Patent No. 2244094). The ratio of iron and zinc in the coating is 0.0638-0.3330, and the microhardness of the resulting coating is 3360-5250 MPa, which corresponds to 6 and G phase. However, these ranges include both all possible values of the ratios of iron and zinc, and all possible values of microhardness for such coatings. This allows you to determine at what ratio the most wear-resistant coating is obtained.
Известны способы ТДЦ с использованием модифицированного порошка с содержанием цинка до 99 масс. %, имеющего поверхностную пленку из частиц оксида мелкозернистой структуры, при этом размер частиц порошка составляет от 4 мкм до 1 мм, а размер частиц активного оксида цинка в поверхностной пленке составляет от 0,03 до 0,50 мкм [Патент РФ №2170643]. Активность модифицированного порошка цинка обусловлена наличием на его поверхности рыхлого слоя частиц оксида цинка определенного размера, имеющих большую удельную поверхность, на которой адсорбирован водород, образовавшийся при обработке порошка водой. Такая структура способствует быстрому испарению цинка с поверхности частиц порошка. Способ включает химико-термическую обработку изделий во вращающейся реторте вышеуказанным порошком.Known methods of TDC using a modified powder with a zinc content of up to 99 mass. % having a surface film of fine-grained oxide particles, wherein the particle size of the powder is from 4 μm to 1 mm, and the particle size of the active zinc oxide in the surface film is from 0.03 to 0.50 μm [RF Patent No. 2170643]. The activity of the modified zinc powder is due to the presence on its surface of a loose layer of zinc oxide particles of a certain size, having a large specific surface on which hydrogen adsorbed during the treatment of the powder with water is adsorbed. This structure contributes to the rapid evaporation of zinc from the surface of the powder particles. The method includes chemical-thermal treatment of products in a rotating retort with the above powder.
Известен способ термодиффузионного цинкования, заключающийся в том, что в герметичный вращающийся реактор загружают стальные детали и насыщающую смесь, состоящую из инертного материала (песок, оксид алюминия, огнеупорная глина) крупностью 60-140 мкм и высокодисперсного цинкового порошка крупностью 5-60 мкм, при этом инертный материал загружают в реактор от 40 до 100 мас. % к весу деталей, нагревают и выдерживают при температуре 390-430°C в инертной атмосфере (RU 2147046).A known method of thermal diffusion galvanizing is that steel parts and a saturating mixture consisting of an inert material (sand, aluminum oxide, refractory clay) with a grain size of 60-140 microns and finely dispersed zinc powder with a grain size of 5-60 microns are loaded into a sealed rotating reactor this inert material is loaded into the reactor from 40 to 100 wt. % by weight of parts, heated and maintained at a temperature of 390-430 ° C in an inert atmosphere (RU 2147046).
К недостаткам данного способа можно отнести, во-первых, невысокую скорость процесса цинкования и, соответственно, невысокую производительность по причине применения цинкового порошка, полученного методом воздушного распыления, при осуществлении которого частицы порошка покрываются сплошной окисной пленкой, являющейся барьером для возгонки металлического цинка, что приводит к необходимости увеличения длительности термодиффузионной выдержки для получения требуемой толщины покрытия при заданной температуре, во-вторых, повышенные энергозатраты из-за необходимости длительной выдержки при достаточно высокой температуре нагрева, требующейся для обеспечения достаточной (для практического применения) скорости возгонки металлического цинка сквозь сплошную окисную пленку, покрывающую частицы цинкового порошка, в-третьих, недостаточно высокое качество покрытия как по причине зарастания узких канавок (например, резьбы) мельчайшими частицами мелкодисперсного цинкового порошка, так и по причине непривлекательного товарного вида, имеющего пятнистый темно-серый цвет, в-четвертых, технологическую нестабильность из-за возможности появления на деталях участков без цинкового покрытия при использовании насыщающей смеси с количеством нейтрального материала около 40% к весу деталей, а также заметного замедления (до полного прекращения) процесса цинкования при крупности инертного материала вблизи 140 мкм.The disadvantages of this method include, firstly, the low speed of the galvanizing process and, accordingly, low productivity due to the use of zinc powder obtained by air spraying, in which the powder particles are coated with a continuous oxide film, which is a barrier to the sublimation of zinc metal, which leads to the need to increase the duration of thermal diffusion exposure to obtain the desired coating thickness at a given temperature, and secondly, increased en costs due to the need for long exposure at a sufficiently high heating temperature, which is required to ensure a sufficient (for practical use) sublimation rate of zinc metal through a continuous oxide film covering zinc powder particles, and thirdly, insufficient coating quality due to narrow grooves overgrowing (for example, threads) with the finest particles of finely dispersed zinc powder, and because of the unattractive presentation having a spotty dark gray color, Werth process instability due to the possible appearance of detail on portions of the zinc coating without using saturating the mixture with the amount of neutral material about 40% to the weight of components as well as a noticeable deceleration (until complete cessation) dip galvanizing process at inert material particle size near 140 microns.
Известен другой способ нанесения цинкового покрытия путем термодиффузионного цинкования, включающий загрузку изделий в реторту поворотной электропечи, засыпку насыщающей смеси, герметизацию реторты, нагрев ее до заданной температуры (360-470°C), выдержку при этой температуре, сброс давления в реторте, выгрузку изделий, мойку и пассивацию их, при этом в реторту засыпают насыщающую смесь с содержанием 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 изделий, кроме того, в течение всего времени процесса цинкования производят сброс избыточного давления в реторте непрерывно при помощи дренажного патрубка (RU 2001131234, 20.01.2004).There is another method of applying a zinc 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 (360-470 ° C), holding at this temperature, depressurizing the retort, unloading the products , washing and passivating them, at the same time, a saturating mixture containing 80-90% zinc is poured into the retort, and 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 m 2 of coated product characteristics, in addition, during the entire time of the galvanizing process, overpressure in the retort is continuously discharged using the drain pipe (RU 2001131234, 01.20.2004).
К недостаткам этого способа следует отнести, во-первых, недостаточно высокую производительность процесса по причине применения цинкового порошка, полученного методом воздушного распыления и вследствие этого имеющего на поверхности своих частиц сплошную окисную пленку, которая снижает способность к возгонке цинка; во-вторых, повышенные энергозатраты из-за необходимости нагрева насыщающей смеси, а вместе с ней и обрабатываемых изделий вместе с контейнером до более высокой температуры для того, чтобы обеспечить достаточно высокую способность к возгонке цинка с поверхности частиц, покрытых сплошной окисной пленкой, в-третьих, покрытие не обладает высоким качеством из-за непривлекательного товарного вида, имеющего неравномерный (пятнистый) темно-серый цвет.The disadvantages of this method include, firstly, the insufficiently high productivity of the process due to the use of zinc powder obtained by air spraying and therefore having a continuous oxide film on the surface of its particles, which reduces the ability to sublimate zinc; secondly, increased energy consumption due to the need to heat the saturating mixture, and with it the processed products, together with the container to a higher temperature in order to provide a sufficiently high ability to sublimate zinc from the surface of particles coated with a continuous oxide film, thirdly, the coating does not have high quality due to the unattractive presentation that has an uneven (spotty) dark gray color.
Кроме того, недостатком известных способов ТДЦ является формирование на обрабатываемой поверхности недостаточно равномерного по толщине покрытия, особенно на резьбовых поверхностях. Это отрицательно влияет на герметичность резьбовых соединений и снижает их эксплуатационные свойства в различных условиях применения.In addition, the disadvantage of the known methods of TDC is the formation on the treated surface is not uniformly uniform in thickness of the coating, especially on threaded surfaces. This negatively affects the tightness of threaded joints and reduces their operational properties in various application conditions.
Технической задачей и достигаемым техническим результатом является разработка такого способа, который бы обеспечивал повышенную эффективность получения антикоррозийного слоя покрытия разной толщины, как на малогабаритных изделиях, так и на крупных изделиях, то есть повышение производительности процесса термодиффузионного нанесения порошков металлических.The technical task and the technical result achieved is the development of such a method that would provide increased efficiency for obtaining an anti-corrosion coating layer of different thicknesses, both on small-sized products and on large products, that is, increasing the productivity of the process of thermal diffusion deposition of metal powders.
Поставленная техническая задача и достигаемый технический результат обеспечиваются заявленным в качестве изобретения способом получения покрытия на изделиях из низко- и высоколегированных сталей, цветных металлов или их сплавов путем нанесения на них металлического покрытия термодиффузионным методом, заключающимся в том, что он включает следующие последовательно осуществляемые стадии:The stated technical problem and the achieved technical result are provided by the claimed as a invention method of producing a coating on products from low and high alloy steels, non-ferrous metals or their alloys by applying a metal coating to them by the thermal diffusion method, which consists in the following stages being carried out in series:
а) загрузку обрабатываемого(ых) изделия(ий) в постоянно вращающийся контейнер с одновременно насыщающейся порошковой смесью на основе порошка цинка с примесью оксида цинка, образующейся в виде пылевого облака по всему объему контейнера;a) loading the processed product (s) into a constantly rotating container with a simultaneously saturating powder mixture based on zinc powder mixed with zinc oxide, which is formed in the form of a dust cloud throughout the container;
б) равномерное осаждение насыщающей порошковой смеси на всей поверхности изделия(ий) за счет трибостатического эффекта, при общей длительности стадий (а) и (б) не более 15 минут и скорости вращения контейнера 7 об/мин - 10 об/мин;b) uniform deposition of a saturating powder mixture on the entire surface of the product (s) due to the tribostatic effect, with a total duration of stages (a) and (b) of no more than 15 minutes and a container rotation speed of 7 rpm - 10 rpm;
в) нагревание контейнера с изделием(ми) в диапазоне температур от 250°C до 500°C при скорости нагрева 5°C/мин - 10°C/мин и скорости вращения контейнера 5 об/мин - 8 об/мин и при длительности стадии нагрева не более 50 мин;c) heating the container with the product (s) in the temperature range from 250 ° C to 500 ° C at a heating rate of 5 ° C / min - 10 ° C / min and a container rotation speed of 5 rpm - 8 rpm and for a duration heating stage no more than 50 min;
г) выдержку не менее 5 мин при указанных температурных режимах и при скорости вращения контейнера 2 об/мин - 6 об/мин иd) holding for at least 5 minutes at the indicated temperature conditions and at a container rotation speed of 2 rpm - 6 rpm and
д) принудительные охлаждения контейнера с изделием(ми) при увеличении скорости вращения контейнера до 7 об/мин - 10 об/мин и скорости снижения температуры 5°C/мин - 10°C/мин и при длительности стадии охлаждения не менее 60 мин, что в целом обеспечивает получение покрытия с толщиной антикоррозийного слоя от 1.5 до 16.0 мкм регулируемой длительностью осуществления стадий (г) и (д).e) forced cooling of the container with the product (s) with an increase in the rotation speed of the container to 7 rpm - 10 rpm and a temperature reduction rate of 5 ° C / min - 10 ° C / min and with a duration of the cooling stage of at least 60 minutes, which generally provides a coating with a thickness of the anticorrosion layer from 1.5 to 16.0 μm adjustable duration of the implementation of stages (g) and (e).
При этом при осуществлении способа:Moreover, when implementing the method:
металлическая порошковая смесь, приготовленная на основе порошка цинка, представляет собой дисперсию частиц не более 10 мкм с примесями оксида цинка;a metal powder mixture prepared on the basis of zinc powder is a dispersion of particles of not more than 10 microns with impurities of zinc oxide;
возникающий трибостатический эффект обусловлен постоянным вращением контейнера, во время которого создается эффект разнополярности, что обеспечивает равномерное осаждение металлических частиц по всей поверхности обрабатываемых изделий;the resulting tribostatic effect is due to the constant rotation of the container, during which the effect of opposite polarity is created, which ensures uniform deposition of metal particles over the entire surface of the processed products;
металлическая порошковая смесь в контейнер загружается вместе с наполнителем, который не реагирует с используемыми порошковыми смесями;the metal powder mixture is loaded into the container together with a filler that does not react with the used powder mixtures;
принудительное охлаждение осуществляют при помощи обдува охлажденным воздухом;forced cooling is carried out by blowing with cooled air;
принудительное охлаждение осуществляют при помощи опрыскивания контейнера водой;forced cooling is carried out by spraying the container with water;
вращение контейнера осуществляют как по часовой, так и против часовой стрелки.container rotation is carried out both clockwise and counterclockwise.
В качестве наполнителя, который может быть дополнительно включен в состав наносимой порошковой смеси на основе порошка цинка, используют, например, следующие порошки: кварцевый песок, диоксид титана, оксид алюминия, огнеупорную глину и др.As a filler, which can be additionally included in the composition of the applied powder mixture based on zinc powder, for example, the following powders are used: silica sand, titanium dioxide, alumina, refractory clay, etc.
Содержание металлических порошков цинка в используемых порошковых смесях (с примесями оксида цинка) составляет 99% мас.The content of metal zinc powders in the used powder mixtures (with impurities of zinc oxide) is 99% wt.
В общем виде заявленный способ по изобретению иллюстрируется нижеследующими примерами, неограничивающими его.In general terms, the claimed method according to the invention is illustrated by the following examples, but not limiting it.
Осуществление изобретения:The implementation of the invention:
Пример 1. Процесс нанесения покрытия путем термодиффузионного насыщения порошковой смесью на основе порошка цинка структуры обрабатываемого изделия может быть разбит на четыре основные последующие фазы:Example 1. The coating process by thermodiffusion saturation with a powder mixture based on zinc powder, the structure of the workpiece can be divided into four main subsequent phases:
1) Фаза создания из порошковой смеси на основе цинка и возможными добавками указанных наполнителей пылевого облака по всему объему контейнера и равномерного осаждения частиц цинка на поверхность обрабатываемых изделий за счет трибостатического эффекта;1) The phase of creation of a zinc-based powder mixture and possible additives of the indicated dust cloud fillers throughout the entire volume of the container and uniform deposition of zinc particles on the surface of the processed products due to the tribostatic effect;
2) Фаза нагрева до заданной температуры (250-500°C) при определенной скорости и длительности нагрева;2) The phase of heating to a given temperature (250-500 ° C) at a certain speed and duration of heating;
3) Фаза выдержки на заданной температуре (в течение определенного временного периода не менее 5 мин (5-10 мин);3) The holding phase at a given temperature (for a certain time period of at least 5 minutes (5-10 minutes);
4) Фаза принудительного охлаждения в течение определенного времени не менее 60 мин (60-80 мин) и определенной скорости снижения температуры;4) The phase of forced cooling for a certain time of at least 60 minutes (60-80 minutes) and a certain rate of temperature decrease;
Фаза создания пылевого облака по всему объему контейнера и равномерного осаждения частиц порошковой смеси на поверхность обрабатываемых изделий за счет трибостатического эффекта. Контейнер находится в постоянном вращении, при котором скорость вращения составляет от 7 до 10 оборотов в минуту, и предпочтительно вращение контейнера для этой фазы осуществлять на скорости вращения, близкой к максимуму оборотов, что дает более лучший эффект трения между частицами порошковой смеси воздуха и поверхности деталей. Время, отведенное для этой фазы, составляет не более 15 мин, и на всем временном отрезке этой фазы тепло на контейнер не подается. Таким образом, эта фаза происходит при комнатной температуре.The phase of creating a dust cloud over the entire volume of the container and the uniform deposition of particles of the powder mixture on the surface of the processed products due to the tribostatic effect. The container is in constant rotation, at which the rotation speed is from 7 to 10 revolutions per minute, and it is preferable to rotate the container for this phase at a rotation speed close to the maximum speed, which gives a better friction effect between the particles of the powder mixture of air and the surface of the parts . The time allotted for this phase is not more than 15 minutes, and heat is not supplied to the container over the entire time period of this phase. Thus, this phase occurs at room temperature.
По окончании первой фазы начинается фаза нагрева до указанной температуры путем включения нагревательных элементов или газовых горелок, которые подают тепло на внешнюю стенку контейнера, и через нее тепло проникает во внутрь контейнера, равномерно нагревая поверхность обрабатываемых изделий и металлических частиц (цинк), которые уже за счет трибостатики как бы приклеены к поверхности изделий равномерным слоем. Контейнер находится во время прохождения этой фазы в постоянном вращении на минимуме скорости вращения, но не менее 5 об/мин. При этом вращение контейнера происходит в реверсном режиме, каждые три минуты меняя направление вращения. Начиная примерно с температуры 250-260°C и до 500°C, начинается диффузия атомов металлов порошковой смеси в структуру обрабатываемых изделий. Время, отведенное для этой фазы, составляет до 50 мин, и при этом нагрев начинается с комнатной температуры, а скорость нагрева составляет 5-10°C/мин. При достижении заданной температуры нагрев выключается и сразу начинается следующий этап, а именно фаза выдержки на заданной температуре. Фаза выдержки на заданной температуре необходима для регулирования толщины слоя покрытия, в связи с чем, ее временной диапазон составляет от 5 до 15 мин и минимальным колебаниям температуры в диапазоне не более 4 градусов. В связи с этим общее время нахождения контейнера в печи обогрева может составлять от 45 - до 80 мин, что, безусловно, в разы короче, чем все известные ранее методы термодиффузии. По окончании фазы выдержки начинается последняя фаза процесса, а именно принудительное охлаждение контейнера: с помощью, например, моторов, нагнетается холодный воздух и подается по специальным направляющим шлангам прямо на наружные стенки контейнера, который так же, как и в предыдущих фазах, находится в постоянном вращении, и скорость вращения на этой фазе так же, как и на первой фазе, увеличивается до максимальных оборотов. Задачей этой фазы является быстрое снятие температурного градиента до 260°C и затем планомерно снижать температурный градиент до комнатной температуры. Время заключительной фазы составляет до 70 мин. При этом крайнее значение времени отводится для полного охлаждения до комнатной температуры.At the end of the first phase, the phase of heating to the indicated temperature begins by turning on the heating elements or gas burners that supply heat to the outer wall of the container, and through it the heat penetrates into the container, evenly heating the surface of the processed products and metal particles (zinc), which are already behind Due to tribostatics, they are as if glued to the surface of the products with a uniform layer. The container is during the passage of this phase in constant rotation at a minimum rotation speed, but not less than 5 rpm. In this case, the container rotates in reverse mode, changing the direction of rotation every three minutes. Starting from about 250-260 ° C and up to 500 ° C, the diffusion of metal atoms of the powder mixture into the structure of the processed products begins. The time allotted for this phase is up to 50 minutes, and in this case, heating starts from room temperature, and the heating rate is 5-10 ° C / min. When the set temperature is reached, the heating is turned off and the next stage immediately begins, namely the holding phase at the set temperature. The holding phase at a given temperature is necessary to control the thickness of the coating layer, and therefore, its time range is from 5 to 15 minutes and the minimum temperature fluctuations in the range of not more than 4 degrees. In this regard, the total residence time of the container in the heating furnace can be from 45 to 80 minutes, which, of course, is several times shorter than all previously known thermal diffusion methods. At the end of the holding phase, the last phase of the process begins, namely the forced cooling of the container: with the help of, for example, motors, cold air is pumped and fed through special guide hoses directly to the outer walls of the container, which, as in the previous phases, is in constant rotation, and the rotation speed in this phase, as well as in the first phase, increases to maximum revolutions. The objective of this phase is to quickly remove the temperature gradient to 260 ° C and then gradually reduce the temperature gradient to room temperature. The time of the final phase is up to 70 minutes. In this case, the extreme value of time is allotted for complete cooling to room temperature.
Ниже приводятся конкретные другие примеры осуществления изобретения - нанесение металлического покрытия с помощью порошковых смесей, а именно порошков цинка с примесью оксида цинка, а также с возможными добавками наполнителей, таких как диоксид титана и др., при различных конкретных условиях осуществления различных стадий процесса.The following are specific other examples of the invention - the application of a metal coating using powder mixtures, namely zinc powders with an admixture of zinc oxide, as well as with possible additives of fillers, such as titanium dioxide and others, under various specific conditions for the implementation of various stages of the process.
Пример 2. Способ осуществляют согласно примеру 1, в качестве порошковой смеси используют смесь порошка цинка с примесями оксида цинка (содержание порошка цинка в смеси 98%, размер частиц в порошковой дисперсии составляет 2-8 мкм).Example 2. The method is carried out according to example 1, as a powder mixture, a mixture of zinc powder with impurities of zinc oxide is used (the content of zinc powder in the mixture is 98%, the particle size in the powder dispersion is 2-8 μm).
Для цинкования термодиффузионным методом используют шпильки из стали (низко- или сильнолегированной). Равномерное осаждение порошковой смеси осуществляют при постоянно вращающемся контейнере со скоростью его вращения 7 об/мин, общая длительность первой фазы 10 мин. Осуществляют нагрев от комнатной до температуры от 250°C до 400°C при скорости нагрева 5°C/мин и скорости вращения контейнера 5 об/мин, длительность нагрева 50 мин, осуществляют выдержку при указанной температуре в течение 5 мин и скорости вращения контейнера 2 об/мин. Осуществляют принудительное охлаждение при помощи обдува контейнера охлаждающим воздухом при увеличении скорости вращения контейнера до 7 об/мин и скорости снижения температуры 5°C/мин для быстрого снятия температуры до 250°C с последующим планомерным снижением температуры до комнатной. Длительность стадии охлаждения составляет 70 мин. Толщина слоя антикоррозийного покрытия составляет 1.5 мкм - 20 мкм.For galvanizing by the thermal diffusion method, steel studs (low- or high-alloyed) are used. Uniform deposition of the powder mixture is carried out with a constantly rotating container with a speed of rotation of 7 rpm, the total duration of the first phase of 10 minutes It is heated from room temperature to a temperature of 250 ° C to 400 ° C at a heating rate of 5 ° C / min and a container rotation speed of 5 rpm, a heating duration of 50 minutes, and holding at the indicated temperature for 5 minutes and container rotation speed 2 rpm Forced cooling is carried out by blowing the container with cooling air while increasing the rotation speed of the container to 7 rpm and the temperature lowering rate of 5 ° C / min to quickly remove the temperature to 250 ° C, followed by a gradual decrease in temperature to room temperature. The duration of the cooling stage is 70 minutes. The thickness of the anti-corrosion coating layer is 1.5 microns - 20 microns.
Пример 3. Способ, осуществляемый аналогично примеру 1, но в качестве изделий, на которые наносят покрытие термодиффузионным цинкованием, используют мелкие детали, крепежной группы, холодной штамповки, а также из цветных металлов (медь, латунь, алюминий). Толщина покрытия антикоррозийного слоя составляет от 3.0 мкм до 7.0 мкм.Example 3. The method is carried out analogously to example 1, but as products that are coated with thermal diffusion galvanizing, use small parts, fasteners, cold stamping, as well as non-ferrous metals (copper, brass, aluminum). The coating thickness of the anticorrosion layer is from 3.0 μm to 7.0 μm.
Пример 4. Осуществляют согласно примеру 2, но в качестве порошковой смеси используют порошковую смесь на основе порошка цинка с примесью оксида цинка и добавкой наполнителя диоксида титана (содержание порошка цинка в смеси 88% мас). Толщина антикоррозийного слоя 1,5 мкм до 12.0 мкм.Example 4. Carried out according to example 2, but as a powder mixture using a powder mixture based on zinc powder mixed with zinc oxide and the addition of titanium dioxide filler (the content of zinc powder in the mixture is 88% by weight). The thickness of the anti-corrosion layer is 1.5 microns to 12.0 microns.
Пример 5. Способ осуществляют аналогично примеру 2, но в качестве изделий, на которые наносят металлическое покрытие, используют длинномерные изделия, а также изделия сложной конфигурации, получаемые методом штамповки.Example 5. The method is carried out analogously to example 2, but as products on which a metal coating is applied, long products are used, as well as products of complex configuration obtained by stamping.
Все покрытия, полученные по примерам 1-5 в соответствии со способом по изобретению, имеют равномерную толщину антикоррозийного слоя по всей поверхности, которое не разрушается под воздействием различных атмосферных факторов при хранении и транспортировке, а также при последующей их эксплуатации, то есть имеют однородную структуру, что обеспечивает улучшение их эксплуатационных свойств. Сам способ по сравнению с известными, указанными в качестве известного уровня техники, более технологичен, позволяет получать покрытия с небольшой толщиной антикоррозийного слоя.All coatings obtained according to examples 1-5 in accordance with the method according to the invention have a uniform thickness of the anti-corrosion layer over the entire surface, which does not deteriorate under the influence of various atmospheric factors during storage and transportation, as well as during their subsequent operation, that is, have a uniform structure that provides an improvement in their operational properties. The method itself, in comparison with the known ones indicated as the prior art, is more technologically advanced, allows to obtain coatings with a small thickness of the anti-corrosion layer.
Claims (7)
а) загрузку обрабатываемых изделий в постоянно вращающийся контейнер с одновременно насыщающейся порошковой смесью на основе цинкового порошка с примесью оксида цинка в виде образующегося по всему объему контейнера пылевого облака из указанной порошковой смеси;
б) за счет трибостатического эффекта равномерное осаждение насыщающей порошковой смеси на всей поверхности изделия, при этом вышеуказанные загрузку и осаждение проводят в течение не более 15 минут при скорости вращения контейнера 7 об/мин - 10 об/мин;
в) нагревание контейнера с изделием в диапазоне температур от 250°C до 500°C при скорости нагрева 5°C/мин - 10°C/мин и скорости вращения контейнера 5 об/мин - 8 об/мин при длительности стадии нагрева не более 50 мин;
г) выдержку не менее 5 мин при указанных температурных режимах и при скорости вращения контейнера 2 об/мин - 6 об/мин и
д) принудительное охлаждение контейнера с изделием при увеличении скорости вращения контейнера до 7 об/мин - 10 об/мин и скорости снижения температуры 5°C/мин - 10°C/мин и при длительности стадии охлаждения не менее 60 мин с обеспечением получения покрытия с толщиной антикоррозийного слоя от 1,5 до 16,0 мкм, которую регулируют длительностью осуществления стадий (г) и (д).1. A method of obtaining a coating on products of low or high alloy steels, or non-ferrous metals, or their alloys by the thermal diffusion method, comprising the following successively carried out steps:
a) loading the processed products into a constantly rotating container with a simultaneously saturating powder mixture based on zinc powder mixed with zinc oxide in the form of a dust cloud formed over the entire volume of the container from the specified powder mixture;
b) due to the tribostatic effect, uniform deposition of the saturating powder mixture on the entire surface of the product, while the above loading and deposition is carried out for no more than 15 minutes at a container rotation speed of 7 rpm - 10 rpm;
c) heating the container with the product in the temperature range from 250 ° C to 500 ° C at a heating rate of 5 ° C / min - 10 ° C / min and a container rotation speed of 5 rpm - 8 rpm with a heating stage duration of not more than 50 min;
d) holding for at least 5 minutes at the indicated temperature conditions and at a container rotation speed of 2 rpm - 6 rpm and
d) forced cooling of the container with the product with an increase in the speed of rotation of the container to 7 rpm - 10 rpm and a rate of decrease in temperature of 5 ° C / min - 10 ° C / min and with a duration of the cooling stage of at least 60 minutes to provide coverage with a thickness of the anti-corrosion layer from 1.5 to 16.0 μm, which is regulated by the duration of the implementation of stages (g) and (d).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014120633/02A RU2570856C1 (en) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | Methods of coating production on items out of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by method of thermodiffusion galvanising |
| EA201400618A EA026378B1 (en) | 2014-05-22 | 2014-05-30 | Method for producing coatings on items made of low- and high-alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by method of thermodiffusion galvanizing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014120633/02A RU2570856C1 (en) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | Methods of coating production on items out of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by method of thermodiffusion galvanising |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015141127A Division RU2607871C1 (en) | 2015-09-28 | 2015-09-28 | Method of producing coatings on articles of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by thermal diffusion of chromium plating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014120633A RU2014120633A (en) | 2015-11-27 |
| RU2570856C1 true RU2570856C1 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54704910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014120633/02A RU2570856C1 (en) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | Methods of coating production on items out of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by method of thermodiffusion galvanising |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA026378B1 (en) |
| RU (1) | RU2570856C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2644092C1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Волнар" | Method of thermal diffusion zinc coating of articles made of high-strength aluminum alloys |
| RU2651087C1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" | Powder mixture for thermodiffusion zinc coating of titanium alloys, the method of thermodiffusion zinc coating of the articles from titanium alloys |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3561144A1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-10-30 | Remix spolka akcyjna | Method of depositing a zinc layer on the surface of steel elements and a unit for deposition of a zink layer on the surface of steel elements |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3414428A (en) * | 1964-10-20 | 1968-12-03 | Allied Chem | Chromizing compositions and methods and continuous production of chromium halides for chromizing |
| RU2221898C2 (en) * | 2001-11-19 | 2004-01-20 | Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Process of thermal-diffusion treatment of articles made of metals and alloys |
| WO2009130051A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Bodycote Wärmebehandlung GmbH | Sherardizing method |
| RU2507300C2 (en) * | 2012-05-02 | 2014-02-20 | ОАО "Первоуральский новотрубный завод" | Application method of thermal diffusion zinc coating, and coupling with thermal diffusion zinc coating |
-
2014
- 2014-05-22 RU RU2014120633/02A patent/RU2570856C1/en active
- 2014-05-30 EA EA201400618A patent/EA026378B1/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3414428A (en) * | 1964-10-20 | 1968-12-03 | Allied Chem | Chromizing compositions and methods and continuous production of chromium halides for chromizing |
| RU2221898C2 (en) * | 2001-11-19 | 2004-01-20 | Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Process of thermal-diffusion treatment of articles made of metals and alloys |
| WO2009130051A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Bodycote Wärmebehandlung GmbH | Sherardizing method |
| RU2507300C2 (en) * | 2012-05-02 | 2014-02-20 | ОАО "Первоуральский новотрубный завод" | Application method of thermal diffusion zinc coating, and coupling with thermal diffusion zinc coating |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2644092C1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Волнар" | Method of thermal diffusion zinc coating of articles made of high-strength aluminum alloys |
| RU2651087C1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" | Powder mixture for thermodiffusion zinc coating of titanium alloys, the method of thermodiffusion zinc coating of the articles from titanium alloys |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201400618A1 (en) | 2015-11-30 |
| RU2014120633A (en) | 2015-11-27 |
| EA026378B1 (en) | 2017-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dutta et al. | Morphology and properties of hot dip Zn–Mg and Zn–Mg–Al alloy coatings on steel sheet | |
| CN105543775B (en) | A kind of fast powder zincizing agent and its application method | |
| KR20190078509A (en) | Zinc alloy coated steel having excellent corrosion resistance and surface smoothness, and method for manufacturing the same | |
| US7241350B2 (en) | Corrosion resistant poly-metal diffusion coatings and a method of applying same | |
| AU2013360025B2 (en) | Alloy coated workpieces | |
| RU2570856C1 (en) | Methods of coating production on items out of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by method of thermodiffusion galvanising | |
| CN110423981B (en) | Permeation-aid agent for zinc-aluminum-magnesium mechanical energy permeation aid and using method thereof | |
| JP5640312B2 (en) | Zinc-based alloy-plated steel with excellent corrosion resistance and weldability and painted steel with excellent corrosion resistance | |
| JP2006187679A (en) | Rustproof coated article and coating film forming method | |
| US20240141471A1 (en) | Metal-coated steel strip | |
| CN104946930A (en) | Uniform composite-structure aluminum-zinc protective coating and manufacturing method thereof | |
| EP3561144A1 (en) | Method of depositing a zinc layer on the surface of steel elements and a unit for deposition of a zink layer on the surface of steel elements | |
| RU2237745C1 (en) | Method and process line for deposition of compound-profile steel articles | |
| RU2607871C1 (en) | Method of producing coatings on articles of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by thermal diffusion of chromium plating | |
| RU2507300C2 (en) | Application method of thermal diffusion zinc coating, and coupling with thermal diffusion zinc coating | |
| JP2012087267A (en) | Conductive metal coating, and corrosion protection method and corrosion prevention repairing method by conductive metal coating | |
| WO2022153694A1 (en) | Plated steel material | |
| JP2004115908A (en) | Method of producing coated steel product, the steel product, and coating composition | |
| Wang et al. | The effects of zinc bath temperature on the coating growth behavior of reactive steel | |
| JPH09316618A (en) | Coated aluminum-zinc base alloy plated steel sheet excellent in edge creep resistance | |
| JP2803566B2 (en) | Alloyed galvanized steel sheet with excellent film destruction resistance | |
| JP2005336432A (en) | Coating for steel material and steel material having excellent corrosion resistance and rust preventing property | |
| KR960009191B1 (en) | Method for manufacturing a hot-dipped zinc coating steel sheets with an excellent corrosion resistance and plating adhesion | |
| KR20120054239A (en) | Coating material for preventing corrosion and manufacturing method thereof | |
| CN108441685A (en) | Low temperature bolt galvanizing by dipping high heat conduction kirsite containing Sc and Rh |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20160531 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170630 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20160531 Effective date: 20170711 |
|
| RZ4A | Other changes in the information about an invention |