Состав растворов и режимы работ

ванн металлопокрытий.

Содержание:

1. Состав растворов для цинкования

2. Состав растворов для кадмирования

3. Раствор для фосфатирования

4. Состав растворов для хромирования

5. Состав раствора для силицирования

6. Состав раствора для борирования

7. Состав раствора для алитирования

8. Заключение

9. Список литературы

Введение:

           Нанесение покрытий – весьма важная область промышленного производства, без которой немыслимы решения многих задач новой техники.

           Все детали машин механизмов и сооружений находятся во взаимодействии с окружающей средой- газами, жидкостями и твердыми телами. В связи с этим на поверхности детали протекают физико-химические процессы: адсорбция, коррозия, эрозия, трение, трещинообра-

зование и т. д. Надежность 90 % деталей, определяющих ресурс работы машин и сооружений, зависит от интенсивности этих поверхностных процессов. Уменьшить скорость протекания поверхностных процессов или вообще устранить их можно использованием материалов с повышенным сопротивлением поверхностным процессам; изменением структуры или химического состава поверхностного слоя; нанесением покрытий из материала с максимальным или достаточным сопротивлением внешним воздействиям.

           В условиях интенсификации производственных процессов повышение надежности деталей машин и механизмов- одна из важнейших проблем наиболее рационально использовать имеющиеся и вновь создаваемые материалы, повышать надежность деталей массового и единичного производства и получать при этом значительные экономические выгоды можно благодаря нанесению покрытий. Существующие способы нанесения покрытий совершенствуются путем создания нового оборудования, обеспечивающего повышение производительности процесса и улучшение свойств наносимых покрытий. Новые способы нанесения покрытий создаются на основе использования новых физико- химических или сочетания нескольких существующих процессов.

           Металлопокрытия повышают коррозионную стойкость в атмосфере,

пресной и морской воде, в бензине и горячих газах. Металлопокрытию подвергают различные виды деталей, применяемые во всех отраслях промышленности:  авиастроении, судостроении, машиностроении, кок-

схимической, нефтяной, газовой, горнорудной и в др. Для этого используют специальные ванны для подготовки поверхности и нанесения

гальванических, химических и анодизационных покрытий. Значение таких ванн трудно переоценить: они ускоряют сам процесс покрытия, делают его менее трудоемким, практически полностью автоматизированным, что актуально в наши дни для выпуска качественной продукции в очень больших объемах.

          Состав растворов, наносимых на детали, выбирается, исходя из

Различных условий: какой формы и размера эта деталь, где она будет

Применятся, то есть от чего ее нужно защитить: будь то вода, газы или

просто солнечные лучи. Различают множество  видов металлопокрытий: цинкование, азотирование, кадмирование, хромирование, борирование, золочение и другие виды покрытий. Каждый из этих видов покрытий различен не только по составу растворов, но и по технологии нанесения на деталь: выбор температурного режима, времени нанесения, применение каких-либо вспомогательных операций.

 Рассмотрим самые основные составы растворов для них.

Состав растворов для цинкования.

        Цинкование заключается в диффузионном насыщении поверхности стали цинком при 300-550 °С в соответствующей среде.

        Основное назначение цинкования- повышение коррозионной стойкости в атмосфере, пресной и морской воде, в бензине и горячих (300- 500 °С ) газах, содержащих сероводород. Цинковое покрытие не стойко в кислотах и щелочах. Цинкованию подвергают лист, ленту, полосу, трубы, проволоку, сетку, крепежную арматуру, опоры ( мачты линий электропередач ), емкости, различные детали, применяемые в судостроении, коксохимической, нефтедобывающей, горнорудной промышленности и т. д.

        Наиболее часто цинкование осуществляют в расплавленном цинке при 440- 470  °С, 1- 10 мин. Расплав цинка легируют алюминием (0,11- 0,2 % ), магнием (0,01-0,1% ), титаном ( 0,005-0,02 % ), которые в отличие от железа улучшают процесс и способствуют образованию равномерных блестящих цинковых слоев, повышающих пластичность и коррозийную стойкость. Толщина слоя 10-200 мкм.

        Перед цинкованием изделия обезжиривают, промывают и травят в водном растворе серной или соляной кислоты. Для защиты от окисления рекомендуется обработка во флюсе- 2%- ном растворе смеси солей ( 70% ВаСl2+30% NaCl) при 80-90 °С. Существую способы жидкого цинкования без травления и применения флюсов. В этом случае холоднокатаную полосу нагревают сначала на воздухе при 400-450 °С для окисления поверхности, затем при 700-950 °С в азотно-водородной атмосфере для восстановления окислов до чистого железа; после охлаждения до 470-500 °С полоса поступает в расплав цинка. Введение нагретого изделия в расплав сокращает продолжительность цинкования.

         В последние годы для цинкования различных деталей применяют метод порошковых смесей . Смесь состоит из цинкового порошка( он содержит до 65% цинка и цинковую пыль-пусьеру( отход производства цинка содержит 60-50% цинка и 40-50% окиси цинка).

         Вообще цинковые покрытия хорошо выдерживают изгибы,

развальцовку. С повышением температуры более 250 °С и понижением ниже 70 °С увеличивается хрупкость. Цинк относится к химически активным металлам, он весьма активно реагирует со многими соединениями-кислотами, щелочами, сернистыми соединениями и другими веществами. Влажный воздух, содержащий даже незначительное количество углекислого газа, также воздействует на цинк, образуя продукты коррозии цинка в виде основных углекислых солей белого цвета (белая ржавчина).

         Скорость коррозии цинка в микронах за 1 год составляет:

Чистая сухая атмосфера (пустыня)…………………………..0,5

Сельская местность умеренного климата…………………..1-1,5

Чистая влажная атмосфера тропиков………………………..до 5

Городская атмосфера, загрязненная

 газами (СО2, SO2,H2S)………………………………………..6-8

Особо загрязненная атмосфера города………………………до 2

Атмосфера Приморья………………………………………….4-20

           Цинк является наиболее распространенным металлом, применяемым в качестве покрытия для защиты от коррозии стальных изделий.

            В ряду напряженности цинк более электроотрицателен по отношению к железу, поэтому цинковые покрытия обычно в сочетании с железом являются анодом и обеспечивают электрохимическую защиту железа в случае возникновения гальванического микроэлемента при попадании влаги в поры и другие дефекты покрытия. Таким образом в результате возможного развития коррозионного процесса будет происходить разрушение (растворение) покрытия, а не металла снова которой практически не корродирует до тех пор, пока не растворится значительная часть цинкового покрытия .

             Образующиеся в процессе коррозии цинка продукты, частично заполняют поры в покрытии, несколько уменьшают скорость коррозии. Защитные действия цинка сохраняются не только при наличии пор, но и других дефектов покрытия-царапин, забоин.

             Защитные свойства цинкового покрытия могут быть увеличены различными способами, наиболее распространенными из которых являются:

Катодный процесс.

             Восстановление цинка на поверхности катода практически осуществляют:

1)     Из электролитов, содержащих цинк в виде простых гидротирующих ионов, которые образуются вследствие электролитической диссоциации таких солей, как сульфаты, фторбараты.

2)     Из электролитов, содержащих цинк в виде комплексных анионов-ционидов, пирофосфатов, цинкатов.

3)     Из электролитов, содержащих цинк в виде комплексных катионов-аммиачных, этилендиаминовых.

(таблица 1)

Состав сернокислых электролитов и режимы цинкования в них:

Электролит N 1 как наиболее простой получают наибольшее применение для цинкования деталей на подвесках и в ваннах колокольного или барабанного типов. Электролит N 2 применяется преимущественно для цинкования проволоки и листовых материалов при высокой скорости наращивания покрытия, что обеспечивается интенсивным перемешиванием.

Электролит N 3 позволяет получать блестящие покрытия в условиях интенсивного перемешивания электролита. Детали, оцинкованные в Электролите N 3, после выгрузки их из ванны обычно не имеют блестящего вида.

          Для получения блестящей поверхности производят так называемое осветление, которое заключается в кратковременном(1-3 секунды) погружении деталей при комнатной температуре в раствор, имеющий следующий состав (г/л):

          Хромный ангидрид CrO3……………………….150

          Серная кислота H2SO4………………………….3-4

          При осветлении цинковых покрытий по первому варианту одновременно достигается улучшение защитных свойств покрытия вследствие явления пассивации цинка.

Цинкование в цианистых электролитах.

Применение цианистых электролитов обеспечивает получение более мелкозернистых покрытий, чем покрытия из кислых электролитов. Цианистые электролиты обладают высокой рассеивающей способностью и поэтому используются для покрытия деталей сложной формы.

Электролит N 1 позволяет после осветления цинкового покрытия получать блестящие осадки, обладающие повышенными декоративными качествами.

Электролит N 2 является очень распространенным электролитом, широко применяемым как в стационарных, так и в барабанных ваннах.

Электролит N 3 характеризуется пониженным содержанием цианидов, что уменьшает профессиональную вредность процесса цинкования, дает экономию цианистых солей.

Состав цианистых электролитов и режимы цинкования.

Цинкатный электролит.

       В цинкатном электролите цинк находится в виде цинката натрия. Для обеспечения стабильной работы этого электролита и получения светлых осадков цинка в электролит вводят в небольшом количестве соединения олова, ртути или свинца.

       В зависимости от сложности покрываемых деталей рекомендуется применять один из помещенных в таблице 3 вариантов электролитов.

       Менее концентрированные электролиты применяют для покрытия более сложных по рельефу деталей (Электролит N 3), для покрытия простых по форме деталей (Электролит N 1). Для осаждения больших слоев цинка рекомендуется наиболее концентрированный (Электролит N 4).

       Опыт эксплуатации цинкатных электролитов в промышленности показал, что использование их в колокольных установках и автоматах более эффективен, чем в стационарных ваннах.

Электролит для блестящего цинкования.

       Для блестящего цинкования разработан электролит состава (г/л):

       Сернокислый цинк ZnSO4*7H2O…………………….230-250

       ¾²²¾ натрий  Na2SO4*10H2O……………………….80-85

       ¾²²¾ алюминий  AI2(SO4)3*18H2O………………...25-30

       Алюмокалиевые квасцы Kal(SO4)2*12H2O………….25-30

       Декстрин ………………………………………………..1-2

       Блескообразователь У2…………………………………1,5-2

       Блескообразователь ДЦУ………………………………1

Осаждение цинка рекомендуется вести при следующих режимах:

 Температура электролитов в °С……………………………18-25

Катодная плотность тока в а/дм кв.

       Без перемешивания……………………………………...2-2,5

       С перемешиванием………………………………………3-4,5

Блестящие осадки цинка можно получать в электролите состава (г/л):

Окись цинка ZnO…………………………………………….17,5

Бисульфат калия KHSO4…………………………………….75

Сернокислый аммоний  (NH4)SO4………………………….20

Полиакриамид………………………………………………..5-10

Рн……………………………………………………………..1,9-3,5

Температура электролитов в °С……………………………18-33

Катодная плотность тока в а/дм кв…………………………2-3

Состав электролитов и режимы цинкования в цинкатных ваннах.

Цинкование в аммиакатных электролитах.

        В заводской практике широкое применение получили так называемые аммиакатные электролиты, в которыхцинк находится в виде комплексного катиона Zn(NH3)2.

        В гальванических цехах наиболее распространены аммиакатные электролиты следующего состава (г/л) и режимы работ:

Окись цинка ZnO…………………………………………12-15

Хлористый аммоний NH4Cl……………………………..240-260

Борная кислота H3BO3……………………………………20-25

Клей столярный……………………………………………1-2

Рн……………………………………………………………6,5-6,7

Температура электролитов в °С…………………………..18-35

Катодная плотность

При 18 °С……………………………………………………0,8-1

При 35 °С……………………………………………………1-2

Катодный выход по току %………………………………..98-99

Аммиакатно-уротропиновый электролит.

         На ряде предприятий успешно эксплуатируются уротропиновые электролиты, в которых цинк содержится в виде сложного уротропино-аммиачного комплекса типа 2n((C6H12N4)4(NH4)2). Для получения полублестящих осадков цинка рекомендуют электролит следующего состава

 Окись цинка ZnO………………………………………….25-30

Хлористый аммоний NH4Cl………………………………200-220

Уротропин C6H12N4……………………………………….90-100

Бура Na2B4O7*10H2O……………………………………..15-20

Фурфурол……………………………………………………3-5

Аммиак(25%) в мл/л………………………………………..25-30

Рн…………………………………………………………….7,5-8

Температура электролитов в °С…………………………..20-30

Катодная плотность………………………………………..3-6

         Весьма эффективным в производственных условиях является более простой по составу аммиакатно-уротропиновый электролит (г/л)

Окись цинка ZnO…………………………………………..50-60

Хлористый аммоний NH4Cl……………………………….250-260

Аммиак(25%) в мл/л………………………………………..100-110

Уротропин C6H12N4……………………………………….60

Клей столярный (экстра)……………………………………3-4

Рн……………………………………………………………..8,2-8,3

          В этом электролите хорошие по качеству осадки цинка получаются при комнатной температуре и катодной плотности тока до 3 а/дм кв.

Пирофосфатный электролит

       Пирофосфатные кислоты и ее соли легко образуют соответствующие комплексные соли с ионами более тяжелых металлов (Zn, Mg, Cu и др.) в которые данный металл входит в состав комплексного аниона.

       Способность пирофосфата образовывать комплексные соли широко используется в современной гальванотехнике для приготовления электролитов меднения, а также электролитов для осаждения сплавов цинка с медью (латунь), олова с медью, цинка с оловом и т. д.

       Состав электролита следующий (г/л)

Пирофосфат натрия Na4P2O7H2O........................................150-200

Сернокислый цинк ZnSO4*7H2O..........................................40-50

Фтористый калий KF..............................................................5-10

Рн..............................................................................................8-9,5

Пример состава сплава для нанесения защитного покрытия на основе цинка.

Использование: при горячем цинковании стальных изделий. Сущность изобретения: стальной образец подвергали обработке в растворах хлористых солей щелочных металлов. Затем образец вводили в ванну для непрерывного цинкования в расплав на основе цинка, содержащий алюминий, мишметалл и марганец. После выдержки образцы вынимали из ванны и охлаждали. При испльзовании указанного сплава покрытие было однородным, не имело дефектов. Коррозионная стойкость и адгезия имели высокие значения.

           Изобретение относится к защитным металлическим покрытиям и может быть использовано при горячем цинковании, в частности, стальных листов и проволоки.

           Известен сплав для горячего цинкования, содержащий, мас. Т1 0 1-2,0; Мп. N1 и/или Со 0,1-1,6; А! 0,08-0,50: Мд 0,01-0,80; 2п остальное (Заявка Японии N 61-199063, С 23 С 2/06, 1986). Изделие с данным покрытием отличается    высокой    коррозионной стойкостью, стойкостью к растрескиванию.

          Однако в случае цинкования проволоки при ее изгибе наблюдаются отслоения. Режим обработки изделия достаточно сложен.

          Известен состав сплава для нанесения металлического покрытия методом горячего цинкования, содержащий, мас. А1 3,5-5,0; 81 0,02-0,50;  Мд 0.01-0,05; 2п  остальное (Патент ФРГ N 3444540, кл. С 22 С 18/04, 1985).

Недостатком данного состава является невысокая    степень    однородности получаемого покрытия.

          Наиболее близким  к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является состав сплава для нанесения защитного покрытия на основе   цинка,   содержащий   5,0-5,2% алюминия и 0,016-0,05% мишметалла (Патент СССР N 1301320, С 22 С 18/04, 1987).

Недостатком данного состава является низкое получаемое качество покрытия, в частности, коррозионная стойкость стальных листов в различных средах и уменьшение обрывности   при   покрытии   стальной проволоки.

П р и м е р1. Образец из стали размером 200х300х2 мм опускали во флюсовую ванну, содержащую 600 г/л хлорида цинка. Время контакта составляет 3 с. Затем образец вводили  в ванну для непрерывного цинкования, содержащую расплав металлов состава . Алюминий 3,0 Мишметалл 0,005, Марганец 0,005, Цинк Остальное Температура контакта составляла 460° С, образцы охладили в токе газа, и затем они были подвергнуты испытаниям для оценки адгезии и коррозионной стойкости в различных средах.

          Коррозионная стойкость при испытании солевой струей на покрытиях из заявляемого состава в 1,7 раза больше, чем на покрытии прототипа.

П р и м е р 2. Стальную проволоку отрезками 500 и 300 мм, диаметром 3,0 и 4,0 мм  последовательно  пропускали через флюсовую ванну, содержащую 600 г/л хлорида цинка. Затем проволоку при 460° С выдерживали в расплаве металлов состава, мае. Алюминий 5,0 Мишметалл 0,008 Марганец 0,007 Цинк Остальное

Далее проволоку охлаждали.

В  результате  получили  равномерно оцинкованную проволоку. Обрывность при использовании  проволоки  отсутствовала. Коррозионная стойкость при испытании солевой струей в 2,8 раза больше, чем на покрытии    проволоки,    полученной   с использованием метода прототипа.

          Результаты экспериментов приведены в таблице. 

Как следует из данных таблицы, качество покрытия,   получаемого   с   помощью предлагаемого состава, значительно выше, чем по прототипу.

Формула изобретения:

ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ СОСТАВ СПЛАВА ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ЦИНКА, содержащий алюминий и мишметалл, отличающийся тем, что он дополнительно содержит   марганец   при   следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 3,0-5,5 -

Мишметалл 0,005-0,050

Марганец 0,005-0,050

Цинк Остальное

Составы растворов для кадмирования.

        Осаждение кадмиевого покрытия в основном осуществляется из кислот или цианистых электролитов.

        Состав сернокислых электролитов и режимы кадмирования. (таблица4) (таблица 4)

Электролит N 1 удобно использовать в колокольных и барабанных ваннах, т. к. он обладает повышенной электропроводностью, легко приготавливается и обеспечивает достаточно хорошие декоративные качества кадмиевого покрытия.

Электролит N 2 отличается повышенным содержанием сернокислого кадмия, использующегося для кадмирования при высоких плотностях тока, таких изделий, как, например, проволока.

Кадмирование в цианистых электролитах.

          Цианистые электролиты кадмирования широко применяются в различных отраслях промышленности для покрытия сложнопрофильных деталей. Эти электролиты обеспечивают получение мелкозернистых и равномерных осадков кадмия.

Состав цианистых электролитов и режимы кадмирования. (таблица 5) (таблица 5)

Приведенные электролиты отличаются друг от друга в основном тем, что Электролит N 1содержит блескообразующие добавки; кадмируемые покрытия, осажденные из него после осветления, приобретают блестящий вид.

Состав сернокислых электролитов и режимы кадмирования. 

Состав цианистых электролитов и режимы кадмирования.

Для замены цианистых электролитов кадмирования исследован ряд электролитов, содержащих различные комплексообразователи. Эти электролиты имеют пока что ограниченное применение из-за высокой стоимости ком­понентов или недостаточной стабильности электролитов.

Рассмотрим некоторые электролиты, применяющиеся на предприятиях.

Аммиакатные электролиты

Кадмий в этих электролитах находится в виде комп­лексного катиона СсЦМНз); электролиты аналогичны аммиакатно-цинковым.

Состав сульфатаммониевого электролита (г/л):

Окись кадмия…………………………………….20-30

Сульфат аммония………………………………..250-300

Борная кислота…………………………………..20

Декстрин………………………………………....2

Тиомочевина…………………………………….3

Температура электролитов в °С………………..20-40

Катодная плотность тока в а/дм кв…………….1-2

Состав хлористоаммонийного электролита (г/л):

Окись кадмия………………15

Хлористый кадмий…………40

Хлористый аммоний ............ 200

Борная кислота ....... ... ……...20

Столярный клей ..................... 1

Режимы осаждения кадмия аналогичны режимам суль-фатаммонийного.

По данным исследования и производственных испыта­ний, выполненных МХТИ им. Менделеева [9], рекомен­дован сульфатаммониевый электролит с добавками дис-пергатора НФ-А *, уротропина и смачивателя ОП-10. Этот электролит обладает рассеивающей способностью, максимально приближающейся к рассеивающей способ­ности цианистого. Состав электролита (г/л) и режим ра­боты :

Сернокислый кадмий ............................50

Сульфат аммония .................………….250

Диспергатор НФ-А в мл/л ...........…….50—100

Уротропин ..........................................……15—20

Смачиватель ОП-10 ...........……………....0,7—1,2

Величина рН   ......."......…………………..4—6

Температура электролита в °С ….....…….25—35

Катодная плотность тока (в зависимости от слож­ности конфигурации деталей) в о/им² . . ………………………. 0,8—1,2

Электролиты на основе трилона Б

Весьма мелкозернистые и равномерные осадки кадмия получаются в электролите, содержащем в качестве комп-лексообразователя трилон Б (натриевая соль этилендиа-минотетрауксусной кислоты).

Состав электролита (г/л) и режим работы:

Сульфат кадмия  ………………………………40

Едкое кали  …………………………………….20

Трилон Б ...............……………………………..75

Сульфат натрия   ............………………………45

Сульфат никеля .............……………………….1—1,5

Температура электролита в °С   .....…………..18—25

Катодная плотность тока в а/дм²:

без перемешивания   .......………………………0,5—1,6

при перемешивании .........…………………….До 3

Материалы, применяемые при цинковании и кадмировании

Раствор для фосфатирования стальных поверхностей

       Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности к составам для нанесения фосфатного слоя под лакокрасочное покрытие, и может быть использовано в машиностроении, энергомашиностроении, электро- и радиотехнике. Раствор для фосфатирования содержит ионы цинка 0,8-8,7 г/л, ион кальция 0,76-9,0 г/л, фосфат-ионы (в пересчете на Р2О5) 1,6-19,5 г/л, окислитель HNO3 3,6-31,5 отход гидрофторида калия с содержанием основного вещества не менее 75% 0,048-0,615 и воду остальное до 1 л. При использовании предлагаемого раствора для фосфатирования металлической поверхности повышается адгезия и коррозионная стойкость покрытия в комплексе с лакокрасочным.

          Известен раствор для фосфатирования стальных  поверхностей  (I)  следующего состава, г/л:

Ионы фосфата (в пересчете на Р205) -2,5-9,6

Ионы нитрата - 0,5-4,2

Ионы хлората - 0,4-3,8

Ионы кальция - 0,2-2,0

Ионы молибдена - 0.005-0,02

Разжижитель С-3 - 0,001-0,02

Тайрон    или    1,10-фенантролин 0,0004-0,009

Вода - до 1 л

Наиболее   близким   по  технической сущности к заявляемому является раствор для образования фосфатного покрытия на металлической поверхности (2), включающий в себя, г/л:

2п - 2-20

Са-1-25

N03-20-150

Р04 - 3-20

Вода - Остальное

Недостатком известного состава являются недостаточные защитные свойства.

Задачей данного изобретения является разработка раствора для фосфатирования металлической    поверхности,    который обеспечивает   повышение   адгезии   и коррозионной   стойкости  покрытия   в комплексе с лакокрасочным.

Поставленная задача достигается тем, что раствор для фосфатирования металлической поверхности, содержащий ионы кальция, цинка,    фосфат-ионы   и   окислитель, дополнительно содержит отход гидрофторида калия, с содержанием основного вещества не менее 75%, а в качестве окислителя –

НМОз, при следующем соотношении компонентов. г/л:

Zn- 0,8-8,7

Са - 0,76-9,0

Фосфат ионы (в пересчете на Р2О5) -1,6-19,5

N03--3,6-31,5

Отход гидрофторида калия - 0,048-0,615

Вода - Остальное до 1 л

Рабочий раствор для фосфатирования готовят из расчета разбавления водой 20-150 г концентрированного водного раствора до 1 л.

Выбранное соотношение компонентов позволяет получить за время от 1,5 до 10 мин мелкокристаллическое фосфатное покрытие, имеющее высокую коррозионную стойкость и высокую адгезию.

После растворения концентрированного раствора наносим на поверхность металла различными    методами:    погружением, распылением    или    комбинированными методами.

Испытание  проводили  на  образцах листовой холоднокатанной стали 08КП (ГОСТ 16523-70) толщиной 0,8-0,9 мм.

Фосфатирование     проводили     по следующей схеме

1 Обезжиривание моющим средством ПТС-5 (ТУ 113-0203659-30-92)

Концентрация, г./л - 2-30

Температура, °С - 50-60

Время обработки, мин - 2-10

2. Промывка водопроводной водой

Температура, °С - 20-35

Время, мин - 1-2

3     Фосфатирование    распылением подготовленным раствором

Время фосфатирования, мин - 2

Температура раствора, °С - 50-55

4. Промывка водопроводной водой Температура, °С - 20-35 Время; мин - 1-2

5. Сушка

Температура, °С - 100

Время, мин - 5

Коррозионную стойкость определяют в часах.

Для этого образцы помещают в камеру солевого    тумана,    где    непрерывно распыляется 3%-ный раствор хлористого натрия. Температура поддерживается автоматически в пределах 34-37°С. Осмотр образцов проводят невооруженным глазом при естественном рассеянном свете.

Испытания проводили до появления первых видимых точек коррозии, Чем больше время до появления коррозии, тем выше стойкость фосфатного покрытия.

Адгезия определяется в баллах в соответствии с ГОСТ 15140-78 методом решетчатых надрезов.

При  определении   адгезии  данным методом на испытуемом участке поверхности образца на расстоянии от края не менее 10 мм делается режущим инструментом -бритвенным лезвием с кромкой толщиной 0,05-0,13 мм или скальпелем с углом заточки режущей части 20-30° - по линейке или шаблону не менее шести параллельных надрезов до металла длиной не менее 20 мм на расстоянии 1,2 или 3 мм друг от друга.

Аналогичным методом делают надрезы в перпендикулярном    направлении.   В результате на покрытии образуется решетка из квадратов одинакового размера. После нанесения надрезов для удаления отслоившихся кусочков покрытия проводят мягкой кистью по поверхности решетки в диагональном направлении по пять раз в прямом и обратном направлении.

Адгезию оценивают в баллах, используя при необходимости лупу

Балл 1 присваивается, если края надрезов полностью   гладкие   и   нет   признаков отслаивания ни в одном квадрате решетки.

Балл 2 - если имеет место незначительное отслаивание покрытия в местах пересечений линий решетки, а нарушение наблюдаются не более чем на 5% площади поверхности решетки.

Балл 3 присваивается, если имеет место частичное или полное отслаивание покрытий вдоль линий, надрезов решетки или в местах их пересечения, нарушения наблюдаются не менее чем на 5% и более чем на 35% площади поверхности решетки.

Балл 4 присваивается, если имеет место отслаивание покрытия не более чем 35% площади поверхности.

Mатериалы, применяемые при фосфатировании

Состав растворов для хромирования

Хромирование заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали хромом при температуре 900—1300 °С в соответствую­щей среде (таблица 8).

Хромирование повышает жаростойкость (до 800 °С), коррозионную стойкость в пресной и морской воде, азотной, уксусной и фосфорной кислотах, эрозионную стойкость при низкой и высоких температурах. Хромировать можно любые стали.

Диффузионный слой, полученный при хроми­ровании технического железа (рис. 30.65, а), состоит из твердого раствора хрома в а-железе. Содержание хрома на поверхности 25—50 %. Если при хромировании стали для активации процесса используется NН4С1, при диссоциации которого образуется NН3, на поверхности ста­ли формируется тонкая пленка карбонитрида хрома Сг2(NС). При хромировании стали, со­держащей 0,25—0,5 % С, на поверхности об­разуется слой карбида хрома Сг23С6, под ко­торым находится переходной слой с еще более высоким содержанием углерода (>1,0 % С), состоящий  из эвтектоида  а+Сг7С3. К сердцевине примыкает обезуглероженная зона. Карбидный слой на поверхности образуется в результате диффузии углерода из внутренних слоев к поверхности навстречу хрому. Углерод обладает значительно большей диффузионной подвижностью, чем хром, по­этому под слоем карбида образуется зона, обо­гащенная углеродом, а ниже обезуглероженная зона.

При хромировании стали с высоким содер­жанием углерода (>0,3%) образуется двой­ной слой карбидов — Сг;зСб и ниже Сг7Сз. Под слоем карбидов отмечается зона эвтектонда <х+Сг7Сз [9]. Для деталей, работающих в агрессивных средах, хромированный слой дол­жен состоять из а-фазы (Нюо200—300) и иметь толщину 0,1—0,5 мм. На деталях, работаю­щих в условиях сильного изнашивания и кор­розии, рекомендуется получать карбидный слой толщиной 0,025—0,03 мм, обладающий высокой твердостью (Нюо 1200—1500). При хромировании легированной стали, содержащей >0,3 % С, диффузионный слой состоит из твердой износостойкой карбидной фазы. На легированных низкоуглеродистых сталях наря­ду с а-фазой образуется интерметаллидное со­единение, например а-фаза, придающая слою высокую хрупкость. Для создания более тол­стого слоя без увеличения температуры или продолжительности процесса хромирования ис­пользуют низколегированные стали, содержа­щие <1,0—1,5 % карбидообразующих элемен­тов (Мо, Тi, N1)), которые, связывая углерод, ускоряют диффузию хрома. Наибольшее при­менение получило хромирование в порошках в герметичных контейнерах.

В конце 60-х годов хромирование было применено для повышения коррозионной стой­кости низкоуглеродистой листовой стали. В про­мышленном масштабе был применен следую­щий метод:

 1. На полосу стали в специальном устройстве

наносятся слой малоуглеродистого феррохро­ма (15—20 мкм).

2. Нагрев рулона производится в колпако-вой печи в азото-водородной (4 % Нг) атмо­сфере до 425 °С для удаления из печи воздуха.

3. Выдержка при 425 °С, 4—5 ч в смеси во­дорода и азота.

4. Нагрев до 900—925 °С, выдержка 25 ч в той же атмосфере.

5. Охлаждение рулонов до 260 °С в атмосфе­ре водорода до 150 °С в азото-водородной смеси.

6. После охлаждения полоса поступает на дрессировку и резку. Перед дрессировкой рас­пущенные рулоны перематывают. При пере­мотке проводят травление в растворе азотной кислоты для удаления хлоридов, образовав­шихся при хромировании.

Диффузионный слой состоит из а-фазы (-26—28 % Сг).

В последние годы применяют более перспек­тивный неконтактный вакуумно-днффузионный метод хромирования на большую глубину (2— 4мм) металлургических полуфабрикатов из ста­лей 05кп, 08кп, 10кп и 09Г2 с последующей прокаткой на листы и трубы. Хромирование заготовок ведут в вакууме (10—0,1 Па) при 1400—1420 °С 18—24 ч. Металлизатором слу­жит феррохром ФХ010 (>69 % Сг). Толщина слоя достигает 2,0—2,5 мм (на каждую на сторону), концентрация хрома на поверхности 30—70 %. При производстве жести слябы из низкоуглеродистой стали хромируют в ваку­уме на глубину 5 мм (с каждой стороны). При этом на жести получается слой толщиной 0,005—0,01 мм, содержащий 40—50 % хрома. Для изготовления сварных труб применяют стальную (~0,25 % С) ленту из прокатанных хромированных штрипсовых заготовок (тол­щина слоя 3 мм).

Стальную холоднокатаную ленту (сечением до 2Х1000 мм) хромируют в вакууме (10— 10'-¹ Па) при ~1300°С из сублимированной фазы, образующейся при испарении феррохро­ма (при 1600 "С).

Режимы работы и конструкция агрегатов позволяют получить при —1300°С на движу­щейся ленте из стали 08 хромированный слой толщиной 200—100 мкм, содержащий 30—50 % Сг. В зависимости от требуемой толщины днф' фузионного слоя скорость ленты изменяют от 60 до 3600 м/ч.

Диффузионный слой состоит из а-фазы и имеет пониженное содержание углерода, серы, неметаллических включений и растворенных газов.

Хромированная лента хорошо сваривается (контактная и электродуговая сварка в среде аргона), подвергается гибке и глубокой штам­повке. Изделия

из хромированной ленты имеют высокую коррозионную стойкость на воздухе и в .продуктах сгорания топлива (до 800°С). Высокая коррозионная стойкость хромирован­ной ленты позволяет ее использовать вместо нержавеющих сталей (12Х17, 10Х17Н2 и др.).(таблица 8)

 Хромирование в вакууме (паро-газовый способ)

Газовое хромирование (неконтактный способ)

Состав раствора для силицирования

   Силицирование заключается в диффузионном насыщении поверхности металла кремнием при 950—1200 °С в соответствующей среде (таблица 9).

  У силицированного слоя, полученного в ста­ли, высокая устойчивость против коррозии в морской воде, в кислотах (НNОз, Н2SO4, НС1 и др.) при комнатной и повышенных темпера­турах; окалиностойкость до 800 °С (у аустенитных сталей до 1000 °С) и повышенная изно­состойкость после предварительной проварки в масле при 175-200 °С.

    Строение силицированного слоя зависит от метода силицирования. После электролизного и жидкостного, а также газового силицирова-ния в моносилане (см. табл. 30.55) диффузи­онный слой состоит  из плотной, пластичной, кислотостойкой и жаропрочной а-фазы. В диффузионном слое должно быть 14,5 % S1. При меньших содержаниях крем­ния устойчивость в Н2SO4 и НNОз уменьша­ется. Микротвердость а-фазы около НV 400. При газовом силицировании в порошках (кон­тактный способ) на поверхности образуется упорядоченная а'-фаза  (Fe3Si), за которой следует а-фаза. В а'-фазе нередко встречает­ся развитая пористость, возник­новение которой объясняется эффектом Киркендалла (диффузионная пористость). Слои а'-фазы по сравнению с а-фазой обладают больше» твердостью (НV 500), жаростойкостью и кислотостонкостью, но меньшей вязкостью. Слой хрупок.

При силицировании  в  четыреххлористом кремнии с азотом диффузионный слой состоит из нескольких силицидов: FeSi2;FeSi (е-фаза);

Fe3Si (а'-фаза) и обладает  высокой  твер­достью.

       Применение газовой среды SiCl4+H2, значи­тельно более активной, чем SiCl4- инертный газ, приводит к образованию пористости, поэ­тому рекомендуется использовать среду из SiCl4 и инертного газа.

      Хорошие результаты получены при приме­нении для силицирования циркуляционного способа [7] и тлеющего разряда с использо­ванием в качестве газовой среды SiCl4 (тетрахлорида кремния). В плазме тлеющего разря­да при 1000°С за короткое время 0,5—1,0 ч можно получить плотный диффузионный слой толщиной 0,15—0,20 мм, состоящий из а- или а'-фазы.

При диффузии в сталь кремний оттесняет углерод от поверхности к внутренним зо­нам, которые обогащаются углеродом 0,8— 1,0 % С.

Если дуффизионный слой должен обладать антифрикционными свойствами,   пористость слоя не является дефектом, особенно в систе­мах с постоянной подачей смазки. Если сили­цирование применяют для повышения кислостойкости, слой должен быть плотным.

Состав раствора для борирования

       При борировании происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя нагретой стали бором в соответствующей среде  . Борирование—один из наиболее эф­фективных методов повышения износостой­кости изделий. Борированный слой обладает высокой твердостью (НУ 1500—2000), износо­стойкостью, коррозионной стойкостью, окалн-ностойкостью (до 800 °С) и теплостойкостью. Износостойкость борированной стали 45 в ус­ловиях сухого трения скольжения в 4—6 раз выше износостойкости цементированной стали. Структура борированного слоя  на железе и сталях перлитного класса состоит из характерных столбчатых кристаллов боридов железа FеВ (Н100~ >20000 МПа) и Fе2В (Н100~ 16500 МПа). Под слоем боридов рас­полагается переходная зона из твердого раст­вора бора в а-железе. Углерод в процессе бо-.рирования оттесняется вглубь, поэтому не­посредственно под слоем боридов образуется зона, обогащенная углеродом. Бор в 'переход­ной зоне укрупняет зерно аустенита. Недостаток борирования — хрупкость слоя. Наиболь­шей хрупкостью обладает борид FеВ, поэтому в последние годы разрабатываются процессы получения диффузионного  слоя, состоящего только из борида Fе2В. Это достигается при снижении температуры борирования, правиль­ном подборе состава ванн и использовании твердого борирования в атмосфере водоро­да.

Покрытие из Fе2В может быть получено и при электролизном борировании, если плот­ность тока на катоде <1 кА/м². Такое одно­фазное борирование увеличивает на 20—50 "о предел выносливости при изгибе. Закалка с отпуском после борирования и двухфазное бо­рирование снижают предел выносливости. Хо­рошие результаты получены при борировании в тлеющем разряде. В качестве рабочего газа использовались В6Н6-Н2 или ВС1з+Н2. Бори­рование активно протекает при температурах <600—700°С.                                            Борирование применяют для повышения износостойкости следующих деталей: втулок грязевых нефтяных насосов; дисков пяты тур­бобура; вытяжных, гибочных и формовочных штампов; деталей механизмов и машин, рабо­тающих в абразивных условиях (детали гусе­ничных машин, различные транспортеры, цепи и т. д.); деталей пресс-форм и машин для литья цветных металлов и т. д. Стойкость ука­занных деталей после борирования возрастает в 2—10 раз.

Состав раствора для алитирования

      Алитирование- диффузионное насыщение поверхности стали алюминием, как правило, при температуре 700-1100 °С в соответствующей среде. Алитирование применяют для повышения жаростойкости до 850—950 °С, коррозионной и эрозионной стойкости.Алитированный слой в обычных сталях — а-твердый раствор алюминия в железе. На поверхности в соответствии с диаг­раммой состояния Fе—А1 возможно образова­ние интерметаллидных фаз: FеА12, FеА1. Вследствие малой растворимости угле­рода в алюминиевом феррите он оттесняется из поверхности вглубь, образуя под слоем а-фазы зону, обогащенную углеродом. При алитировании аустенитных сталей (12Х18Н10Т, 10Х11Н23ТЗМР и др.) на поверхности образу­ется фаза, аналогичная FеА1, далее следует зона а+FеА1 и к сердцевине прилегает у-фаза (твердый раствор алюминия в аустените). Со­держание алюминия в алитированном слое сталей достигает 40—50 %. При >30 % А1 слой хрупок. Для снижения концентрации алю­миния проводят отжиг при 900—1000°С. Тол­щина слоя при этом возрастает на 20—40 %. Твердость алитированного слоя не превышает НV5ОО.

Алитирование рекомендовано для деталей печной арматуры, чехлов термопар, поддонов, тиглей, ковшей и различных контейнеров (ящи­ков), используемых при термической и химико-термической обработке [1,2].

Процесс кратковременного горячего алитирования (700—750°С) в расплавленном алю­минии применяется для защиты от коррозии листового и полосового проката, а также про­волоки. Образуется двухслойное покрытие:

слой железо-алюминиевых соединений (Fe2Al5 или FеАl), прилегающих к стальной основе, и сверху слой алюминия (твердого раствора же­леза в алюминии). Защитные свойства алюми­ниевого покрытия выше, чем цинкового.

Горячему алитированию подвергают холод­нокатаную стальную полосу толщиной 0,25—• 4,5 мм, шириной <1800 мм на непрерывно дей­ствующих установках. После электрохимичес­кого обезжиривания, промывки и сушки по­лосу для удаления остатков смазки, загрязне­ний и создания на поверхности пленки окислов железа нередко нагревают до 450—600 °С в окислительной атмосфере, после чего в проход­ной печи проводится нагрев до 730—850 °С в восстановительной азотно-водородной атмосфе­ре. Затем полосу охлаждают до 700—750 °С, пропускают через ванну с расплавом алюминия, охлаждают и сматывают в рулон.

Скорость движения полосы 12—60 м/мин. Толщина покрытия 25—50 мкм.

Хрупкий промежуточный слой должен быть возможно тоньше (не более 5—7 мкм), чтобы не препятствовать деформации (штамповке, изгибу и др.) листа. Производительность ли­ний доходит до 4—6 т/ч (полоса шириной <1000 мм и толщиной 0,9 мм).

Добавляя в расплавленный алюминий 2— 6 % Si, толщину промежуточного слоя можно снизить до 1—2 мкм. Однако кремний ухудшает внешний вид покрытия. Для восстановления внешнего вида в ванну добавляют 0,1—0,4 % Сг. Алитированный лист (покрытие А1+Si) работает в коррозионноактивной среде при <500°С без изменения цвета покрытия.

При всех методах горячего алитирования для получения блестящего покрытия ванну с рас­плавленным алюминием покрывают флюсом, состоящим из 35—55 % NаС1; 35—55 % КС1;

10—12 % А1Fз (или NaF) и 5—20 % NазА1Рз. Существуют и другие составы, содержащие КF, NаF,NaOH, КОН и NаNОз, а также хлориды бария.

Заключение

     Таким образом, металлопокрытие является важной областью промышленного производства. Ведь в условиях интенсификации производственных процессов повышение надежности деталей машин и механизмов- одна из важнейших проблем наиболее рационально использовать имеющиеся и вновь создаваемые материалы, повышать надежность деталей массового и единичного производства и получать при этом значительные экономические выгоды можно благодаря нанесению покрытий. Существующие способы нанесения покрытий совершенствуются путем создания нового оборудования, обеспечивающего повышение производительности процесса и улучшение свойств наносимых покрытий. Новые способы нанесения покрытий создаются на основе использования новых физико- химических или сочетания нескольких существующих процессов.

           Металлопокрытия повышают коррозионную стойкость в атмосфере,

пресной и морской воде, в бензине и горячих газах. Металлопокрытию подвергают различные виды деталей, применяемые во всех отраслях промышленности:  авиастроении, судостроении, машиностроении, кок-

схимической, нефтяной, газовой, горнорудной и в др. Для этого используют специальные ванны для подготовки поверхности и нанесения

гальванических, химических и анодизационных покрытий. Значение таких ванн трудно переоценить: они ускоряют сам процесс покрытия, делают его менее трудоемким, практически полностью автоматизированным, что актуально в наши дни для выпуска качественной продукции в очень больших объемах.

             Теория и практика металлопокрытий непрерывно совершенствуются. Труды отечественных и зарубежных исследователей позволили за последние десятилетия значительно интенсифицировать процесс металлопокрытий, создать способы, обеспечивающие осаждение металлов на поверхности с повышенным выходом металлов по току, разработать электролиты, позволяющие значительно расширить диапазон режимов электролиза, гарантирующих получение высококачественной продукции за короткое время и в больших объемах, что и является в целом главной задачей металлопокрытий .

Список литературы:

¾ «Хромирование.» Под редакцией Вячеславова 1971 г.

¾ «Металлирование.» Авдеев Н.В. 1978 г.

¾ «Металловедение и термическая обработка стали.» Бернштейн, Ралштадт. Москва «Металлургия» 1983 г.

¾ «Цинкование и кадмирование.» Ильин В.А. издательство «Машиностроение» Ленинград 1971 г.

¾ «Металловедение и термическая обработка металлов.» Худокормова Р.Н. 1976г.

¾ «Дефекты на горячеоцинкованных изделиях.» (справочник) Под редакцией Д. Хорстмана. Перевод с немецкого «Металлургия» 1983 г.

¾ «Справочник по машиностроительным материалам.» Под редакцией доктора технических наук профессора Г.И. Погодина-Алексеева. «Машгиз» 1959 г.

¾ «Современные агрегаты горячего цинкования алюминирования полос.» Дунаевский В.И., Криклий Н.М. ЦНИИТЯХМАШ 1982 г.

¾ «Ванны для подготовки поверхности и нанесения гальванических и анодизационных покрытий.» 1980 г.

¾ «Оборудование для химического осаждения покрытий.» Гилене О.Д. 1992

¾ «Защитные покрытия при изготовлении деталей машин и их ремонте.» Тезисный доклад научно-технической конференции. Минск. 1992 г.

¾ «Комбинированная линия горячего цинкования и алитирования.» Оттербах В. 1991 г.

¾ «Влияние Cu-промежуточных слоев на толщину покрытия и оборудования Fe-Zn фаз при цинковании погружением в расплаве.»  ЦНИИПСК. (статья) Перевод статьи  Auerswald K.H. из журнала Fetrigungstechnik und Betrieb. 1989 г.

 ¾ «Состав сплава для нанесения защитного покрытия на основе цинка.»

Патент ФРГ №3444540, кл.с22с 18/04, 1985. Патент СССР №1301320, с22с 18/04, 1987. Дата публикации: 19.06.1995

Заявитель и патентообладатель: ООО Научно-производственный центр «Гальва», Лтд.

Изобретатель: Фомин С.С., Шуровский С.Б., Кривощапов В.В.,              Кузнецов Е.И., Макаров Б.И., Пудов Е.А., Камалутдинов М.К.

¾ «Раствор для фосфатирования стальных поверхностей.»

Патент FR 2180704 A. 15.04.88. Дата публикации: 10.12.1998

Заявитель и патентообладатель: Акционерное общество «ФК»

Изобретатель: Евгеньева М.И., Мякишева Е.А., Скворцова Л.Б.,            Набатова Е.А., Мальцева Н.В., Иконников И.В., Бойцов Г.П.,             Чумаевский О.В.

¾ «Цинковые покрытия.» ВЦП.№ Р-26625 перевод статьи Groshart из журнала Metal Finishing. 1986.

¾ «Горячее цинкование погружением.» ТПП УССР Днепропетровск, перевод статьи Puech M. из журнала Technique Moderne 1987.

¾ «Сплавы никель-бор, осажденные химическим способом из ванн с диметиламинбораном.» Перевод статьи Rey J.M. из журнала Traitements. 1978.

¾ «Горячее цинкование оптимально защищает сталь от коррозии.» ТПП УССР Львов, перевод статьи Oeteron K.A. из журнала Bander, Bleche, Rohre. 1984.

¾ «Цинк-как защитное покрытие стали.» ТПП УССР ОДС. Перевод статьи Cassidy V.M. из журнала Modern metals. 1985.