Спосіб отримання покриття из цинку, алюмінію та їх сплавів на зовнішній поверхні циліндричних довгомірних виробів

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий из цинка, алюминия и их сплавов на изделия, в частности, на наружную поверхность труб и проволоки. Известен способ получения цинковых покрытий на наружной поверхности труб, включающий подготовку поверхности путем обезжиривания, промывки, травления, промывки, нагрева изделий и нанесения на их поверхность покрытия в потоке расплава, находящегося в ванне. Нагрев труб и нанесение на их наружную поверхность покрытия осуществляется в среде защитного газа [1]. Нанесение покрытия производится на непрерывную трубу, которая проходит через ванну с движущимся расплавом. При этом происходит длительный контакт наружной поверхности трубы с движущимся расплавом, который приводит к образованию интерметаллических соединений, ухудшающих качество покрытия, поскольку они накапливаются в расплаве и внедряются в покрытие, что снижает его пластичность и коррозионную стойкость. Помимо этого, при таком способе нанесения покрытия наблюдаются дефекты в виде непокрытых участков. Задачей данного изобретения является создание способа нанесения цинкового, алюмоцинкового и их сплавов покрытий на наружную поверхность цилиндрических длинномерных изделий, обеспечивающего повышение качества покрытия за счет уменьшения в нем интерметаллидов и устранения дефектов в виде непокрытых участков. Эта задача решена тем, что в способе, включающем подготовку поверхности изделий, нанесение покрытия из расплава на нагретые изделия в среде защитного газа и охлаждение, подготовку поверхности осуществляют путем последовательного нагрева изделий сначала на воздухе до температуры 550-600°С, а затем в восстановительной среде до температуры 780-800°С с последующим охлаждением в той же среде до температуры 460-730°С, при достижении которой начинают нанесение покрытия при струйной подаче его на поверхность изделий, причем нанесение покрытия проводят в два этапа, на первом из которых температура расплава превышает температуру изделия на 90-110°С, а на втором этапе их температуры равны, при этом в процессе первого этапа наносят покрытие толщиной 0,05-0,1 от заданной величины, а после каждого из этапов изделие обдувают защитным газом. Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что подготовку поверхности изделия проводят с использованием окислительно-восстановительного цикла, позволяющего иметь чистую и неокисленную поверхность изделий при нанесении на нее покрытия. Кроме того, новым является нанесение покрытия в два этапа из расплава при струйной его подаче при указанном соотношении температур расплава и изделия, а также неравномерное нанесение покрытия по толщине на каждом из этапов, а именно предлагается нанесение на первом этапе практически микронного слоя с выведением на заданную толщину покрытия на втором этапе его нанесения. Техническим результатом от применения предлагаемого способа являются получение покрытий, в которых отсутствуют интерметаллиды, попадающие из расплава. Это обусловлено тем, что применение нагрева изделий последовательно в окислительной и восстановительной средах позволяет отказаться от использования флюса и, следовательно, уменьшит образование интерметаллида. Это связано с тем, что в качестве флюса, обычно, используют смесь из солей хлористого аммония и хлористого цинка. При взаимодействии последних с расплавом образуются хлориды, в том числе FeCl2. При контакте его с расплавом происходит восстановление железа. Образовавшееся железо взаимодействут с жидким цинком, переходит в интерметаллид. Помимо этого, в предлагаемом способе интерметаллиды практически не уносятся с поверхности изделия в связи с тем, что имеет место кратковременный контакт изделий с расплавом. Применение струйной подачи расплава на изделие не требует использования металлических транспортных механизмов, помещенных в расплав, а сбор расплава, стекающего с изделия, производят в небольшую по объему керамическую ванну, не требующую специального обогрева. Таким образом, при нанесении покрытия на изделия отсутствуют источники образования интерметаллида в расплаве. Кроме этого, на поверхности готовых изделий отсутствуют непокрытые участки. Это связано с тем, что покрытия наносят в два этапа. При первом этапе нанесения покрытия получают тончайший его слой, в котором могут быть дефекты (непокрытые участки), устраняемые на втором этапе. На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа получения покрытий на наружной поверхности цилиндрических длинномерных изделий, где обозначено: 1 - длинномерное цилиндрическое изделие, например, труба; 2 - разматыватель; 3 - направляющая; 4 - камера окисления; 5 камера восстановления; 6 -камера охлаждения; 7 - камера первичного нанесения покрытия; 8 - насос для перекачки расплава; 9 - обдувочное устройство с холодильником; 10 - камера вторичного нанечения покрытия; 11 - насос для перекачки расплава; 12 - обдувочное устройство с ускоренным охлаждением; 13 охлаждающее устройство; 14 - направляющая; 15 - наматыватель. Способ осуществляется следующим образом. Например, труба 1 с разматывателя 2 за счет работы наматывателя 15 перемещается через весь агрегат. Горизонтальное размещение трубы обеспечивается направляющими 3 и 14. Из разматывателя 2 через направляющую 3 труба 1 поступает в камеру окисления 4, где нагревается в воздушной среде до температуры 550-600°С и происходит окисление ее поверхности. После этого она попадает в камеру восстановления 5, где труба нагревается в восстановительном защитном газе до температуры 780-800°С и происходит восстановление имеющихся на ее поверхности окислов. Труба 1 со свободной от окислов поверхностью поступает в камеру охлаждения 6, где она охлаждается до температуры 460-730°С, после чего она попадает в камеру первичного нанесения покрытия 7. На поверхность трубы 1 с помощью -насоса 8 осуществляется струйная подача расплава. Помимо этого насосом 8 производится циркуляция расплава и поддержание его температуры на заданном уровне, т.е. на 90-110°С выше температуры трубы 1. Труба 1 с нанесенным на ее поверхность расплавом подвергается обдуву защитным газом в устройстве 9, где удаляются излишки расплава. После этой операции толщина покрытия составляет 0,05-0,1 от заданной величины и происходит охлаждение ее до температуры 450-600°С. С этой температурой труба 1 поступает в камеру 10, где с помощью насоса 11 на ее поверхность подается расплав, имеющий температуру трубы 1. Из камеры 10 труба 1 направляется на обдув защитным газом и охлаждение в устройство 12. Рабочее пространство камер 5-7 и 10 заполняется защитным газом, поступающим из обдувочных устройств 9 и 12. Удаление защитного газа происходит через входное отверстие камеры 5 и выходное отверстие устройства 12, на выходе из которых он сжигается. Окончательное охлаждение трубы 1 осуществляется в устройстве 13 водой, после чего она через направляющую 14 поступает на наматыватель 15, где образуется бунт. Предлагаемый и изеветный способы были опробованы на электросварных трубах размером 6 х 0,5 мм из стали марки Ст. 3. В качестве защитного газа использовали газ, содержащий 75% Н2 и 25% N2, с влажностью, соответствующей температуре точки росы, -50°С. В этом защитном газе производили восстановление окислов, охлаждение, нанесение покрытия и обдув труб. Линейная скорость перемещения труб составляла 2,0 м/мин. Для нанесения покрытия использовали сплав следующего состава, вес.%: 1) алюминий - 0,1; цинк - остальное; 2) алюминий - 55,0, кремний - 1,6, цинк - остальное; 3) алюминий - 100. При этом алюминий - ГОСТ 11069-74, цинк - ГОСТ 364-79, кремний - ГОСТ 2169-73. Параметры проведения экспериментов и полученные результаты приведены в таблице. При нанесении покрытий по известному способу подготовку поверхности труб осуществляли путем обезжиривания, промывки, травления, промывки. Обезжиривание труб осуществляли в водном щелочном растворе следующего состава, г/л: 180 едкого натрия и 75 жидкого стекла, в котором они выдерживались 15 мин. При этом температура раствора составляла 85°С. Промывку труб производили в проточной воде, имеющей температуру 80°С, в течение 5 мин. Травление труб осуществляли в 20% водном растворе соляной кислоты (100 г/л) с добавлением ингибитора ПКУ-М в количестве 0,5 г/л при температуре 60°С. Продолжительность травления составляла 35 мин. Промывку труб после их травления осуществляли в холодной (25°С) проточной воде в течение 5 мин. Трубы после нанечения на их поверхность слоя покрытия охлаждали в проточной воде с температурой 25°С. Внешний вид покрытия определяли визуально, толщину покрытия - металлографическим методом и прибором МТ-41НЦ. Пластичность определяли по значению sΒ напряжение, при котором с образца начинает осыпаться покрытие (эту величину определяли при испытаниях на разрыв образцов с покрытиями, для чего использовали машину ZDM-30 усилием 30000 кг). О количестве интерметаллидов (железоцинковых или железоалюминиевых соединений) в покрытии судили по количеству железа в растворе после снятия покрытия с образцов и рассчитывали массу железа в процентах к массе покрытия. Количество железа определяли химическим методом. Для стравливания покрытий с образцов применяли раствор HCI (20 г/л) с добавлением ингибитора 0,5-1,0 г/л. Моментом окончания процесса стравливания покрытий считали прекращение бурного выделения пузырьков водорода. Результаты экспериментов показали, что в покрытиях, полученных по предлагаемому способу, количество интерметаллидов в 2,4-3,6 раза меньше, чем в покрытиях, полученных по известному способу. В связи с этим пластичность покрытий, полученных по предлагаемому способу, в 1,1-1,36 раз выше. Отсутствуют непокрытые участки на поверхности труб, при этом полученные по предлагаемому способу покрытия имели гладкую и светлую поверхность, в то время как покрытия, нанесенные по известному способу были шероховатыми из-за выхода отдельных интерметаллидов на поверхностность.