Спосіб отримання покриття із цінкалюмінієвих сплавів на внутрішній поверхні труби

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий из цинкалюминиевых сплавов на внутреннюю поверхность труб. Известен способ нанесения цинкалюминиевых покрытий на внутреннюю поверхность труб, включающий нагрев трубы в защи тной атмосфере и прокачивание через ее полость расплава металла покрытия под давлением газа [1]. Нанесение покрытия производят с помощью замкнутого сифонного сосуда с расплавом, к которому с одной стороны подключается труба, подлежащая покрытию, а с другой - сжатый воздух. После установки трубы в вертикальное положение в сифонном сосуде над зеркалом расплава создают определенное избыточное давление воздуха, за счет которого расплав проникает в канал трубы и полностью его заполняет. После этого над зеркалом расплава снижают давление воздуха до атмосферного и расплав уходит из канала трубы. При применений этого способа имеет место разная продолжительность контакта расплава с внутренней поверхностью трубы по ее длине. Это приводит к неравномерному нанесению покрытия на внутреннюю поверхность трубы, а также образованию интерметаллидов и оксидов. Последнее усугубляется отеканием расплава под действием сил тяжести. Кроме того, поскольку в расплаве оксиды и интерметаллиды находятся во взвешенном состоянии (так как расплав интенсивно перемешивается), то они внедряются в покрытие, что ухудшает его качество, как с точки зрения пластичности, так и коррозионной стойкости. Задачей настоящего изобретения является создание способа получения покрытия из цинкалюминиевых сплавов на внутренней поверхности труб, в котором путем изменения условий прокачивания расплава металла покрытия через полость трубы обеспечивается уменьшение содержания оксидов и интерметаллидов в покрытии при одновременном повышении его равномерности по толщине, что способствует повышению качества полученного покрытия. Эта задача решена тем, что в способе, включающем нагрев трубы в защи тной атмосфере и прокачивание через ее полость расплава металла покрытия под действием газа, прокачивают порцию расплава, объем которой в 130-149 раз меньше объема канала трубы, а в качестве газа используют смесь монооксида углерода и водорода, нагретую выше на 20-60°С температуры плавления расплава. Технический результат от использования предлагаемого способа заключается в уменьшении содержания оксидов и интерметаллидов в покрытии при одновременном обеспечении его равномерности по толщине. Это связано с тем, что при перемещении порции расплава по каналу трубы, она как бы "размазывается" по ее внутренней поверхности, при этом в зависимости от давления защитного газа в канале достигается требуемая толщина покрытия. Указанный объем порции необходим для того, чтобы, во-первых, не происходил прорыв газа через порцию расплава, и, во-вторых, чтобы для его перемещения не требовалось высокого давления защитного газа, которое приводит к утонению покрытия. Указанная температура защитного газа позволяет без существенных энергозатрат удалять излишки расплава с внутренней поверхности трубы прямо в процессе нанесения покрытия. При этом наносимый расплав металла, находясь в контакте с газом, представляющим собой смесь монооксида углерода с водородом, не окисляется и, следовательно, в расплаве не образуются оксиды, ухудшающие качество покрытия. Прокачка расплава металла через полость трубы с указанными параметрами обеспечивает кратковременность контакта расплава металла с покрываемой стальной поверхностью, чем предотвращается образование интерметаллидов из железа, цинка и алюминия, также ухудшающи х качество покрытия. На фиг. 1 и 2 представлена схема установки для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность труб, где: 1 - труба, подлежащая покрытию; 2 - приемник труб; 3 - впускное устройство; 4 - испаритель; 5 - источник внешнего обогрева; 6 - электротеплоизоляция; 7 - теплоизоляция; 8 - преобразователь давления; 9,10,11 электромагнитные клапаны; 12 - сопло; 13 – дозирующее устройство; 14 - сборник расплава; 15 - насос; 16 керамический трубопровод; 17 - резервуар; 18 - уровень расплава; 19 - импульсная трубка; 20 электромагнитный газовый клапан. Способ осуществляют следующим образом. Трубу 1, имеющую предварительно подготовленную поверхность и нагретую до необходимой температуры в защитной газовой среде, помещают в приемник труб 2. При этом в полости трубы и вокруг нее находится защитная газовая среда и поддерживается постоянная температура тр убы, например, за счет размещения трубы в специальной камере (на рис. не показано). При фиксации трубы 1 в приемнике 2 подают электрический сигнал (на схеме не показано) во впускное устройство 3 и производят подачу жидкой смеси бензина с водой (при их отношении 1,2-1,3) в испаритель 4. В последнем заданную температуру поддерживают с помощью источника внешнего обогрева 5. Для предотвращения замыкания электрического источника 5 на корпус испарителя 4 между ними размещают электротеплоизоляцию 6, а для уменьшения потерь тепла в окружающую среду используют теплоизоляцию 7. При испарении жидкой смеси в испарителе 4 происходит химическое взаимодействие воды с бензином, в результате чего образуется монооксид углерода и водород, разогрев последних до температур на 20-60°С выше температуры плавления расплава, а также повышение давления газа. При достижении требуемой величины давления срабатывает преобразователь давления 8 и подается импульс на открытие электромагнитных клапанов 9 и 10 и закрытие электромагнитных клапанов 11 и 20, а также выключение насоса 15. Использование для прокачки порции расплава газа, содержащего монооксид углерода и водород, предотвращает загрязнение защитной среды, окружающей трубу. В результате этого сопло 12 соединяется с дозирующим устройством 13 и испарителем 4. За счет давления, возникшего в испарителе 4, которое переходит в энергию истекающего из испарителя 4 газа, прокачивается порция расплава, объем которой в 130-140 раз меньше объема канала трубы, с помощью сопла 12 через канал трубы 1. Продолжительность этой операции составляет 0,5-1,5 сек. Процесс нанесения и формирования слоя покрытия оканчивают при заполнении газом всего канала трубы. Таким образом, на внутреннюю поверхность труб наносят покрытие, в котором практически отсутствуют интерметаллиды и оксиды. Это обусловлено тем, что за отмеченный промежуток времени соприкосновения расплава с трубой не образуется заметного количества интерметаллидов. При этом других источников поступления интерметаллидов в расплав нет, поскольку расплав транспортируется по керамическому трубопроводу 16 и содержится в керамическом резервуаре 17. Оксидов также практически не образуется, так как расплав все время находится в среде защитного газа. При нанесении покрытия предлагаемым способом одновременно осуществляют нанесение и формирование равномерного по толщине покрытия за счет того, что при перемещении вдоль канала трубы газа происходит дополнительная продувка ее канала. Излишки расплава, удаленные из трубы 1, собирают в сборник расплава 14, из которого насосом 15 по керамическому трубопроводу 16 направляют в резервуар 17. Изменяя уровень расплава 18, что осуществляется за счет продолжительности работы насоса 15, задают величину порции расплава, проталкиваемую через канал трубы 1. В целях поддержания одинакового давления газа в резервуаре 17 и дозирующем устройстве 13 в период формирования порции расплава они соединены между собой импульсной трубкой 19, которая содержит электромагнитный клапан 20, находящийся в закрытом состоянии на протяжении времени проталкивания порции расплава через трубу 1. После окончания цикла нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубы давление в испарителе 4 падает, срабатывает преобразователь давления 8, происходит закрытие клапанов 9, 10 и открытие клапанов 11 и 20, а также включение насоса 15. Благодаря последнему в дозирующее устройство 13 поступает необходимое количество расплава. Предлагаемый и способ по прототипу были опробованы в лабораторных условиях. Опыты проводили на электросварных тр убах размером DxS=16x1,0 мм, длиной 6000 мм (объем канала трубы 923628 мм 3), изготовленных из горячекатанной полосовой стали марки Ст3. Внутренняя поверхность трубы перед нанесением покрытия подвергалась подготовке, заключающейся в обезжиривании, промывке, травлении, промывке и нагреве в защитной газовой среде. Для нанесения покрытия использовали цинкалюминиевые сплавы следующего состава: - 5% алюминия, 0,02% мишметалла (Ce+La) и остальное цинк (сплав типа покрытия "гальфан"); - 55% алюминия, 1,6% кремния и остальное цинк (сплав типа покрытия "гальвалюм"). Для образования газа по предлагаемому способу в испаритель впрыскивают 60 см 3 смеси бензина (А-72) с водой при соотношении 1,25. После их испарения и химического взаимодействия образуется газовая среда, состоящая из 32,0-33,0% СО и 67-68% Н2. В процессе проведения экспериментов величина порции расплава по отношению к объему канала трубы изменяют от 125 до 145, а температуру газовой среды варьируют для покрытий типа "гальфан" и "гальвалюм" от 390 до 450°С и от 590 до 650°С соответственно. Внешний видпокрытия оценивают визуально, толщину покрытий измеряют металлографическим методом и прибором МТ-41НЦ. Скорость коррозии покрытий определяют гравиметрическим методом после испытаний в промышленной атмосфере. Пластичность покрытия определяют по значению a в - напряжения, при котором с образца начинает осыпаться покрытие (эту величину определяют при испытаниях на разрыв образцов с покрытиями, для чего использовали машину ДМ-30 усилием 30000 кг). О количестве интерметаллидов (железо-цинковых или железоалюминиевых соединений) в покрытии судят по количеству железа в растворе после снятия покрытия с образцов и рассчитывают массу железа в процентах к массе покрытия. Количество железа определяют химическим методом. Для стравливания покрытий с образцов применяют раствор HCI (20 г/л) с добавлением ингибитора 0,5 г/л. Моментом окончания процесса стравливания покрытий считают прекращение бурного выделения пузырьков водорода. Результаты экспериментов представлены в табл. 1 и 2. Данные, приведенные в табл. 1, показывают, что покрытие, полученное по предлагаемому способу (№№ п/п 1,2,3), по сравнению с прототипом (№4), содержит в 6 раз меньше железа, т.е. количество интерметаллических соединений в этих покрытиях меньше, В связи с этим, пластичность и коррозионная стойкость полученных покрытий (№№ 1, 2 и 3) выше, чем покрытий по прототипу (№4). Толщина слоя, полученная по предлагаемому способу, имеет разнотолщинность 10%, в то время как по прототипу этот показатель составляет 94%. Покрытия (№№ 1, 2 и 3) табл. 1 имели гладкую светлую поверхность, в то время как покрытия по прототипу (№4) были шероховатыми (отдельные интерметаллиды выходили на поверхность). Данные по нанесению сплава типа покрытия "гальвалюм' представлены в табл. 2. Эти данные показывают, что покрытия, полученные по предлагаемому способу (№№ п/п 1, 2 и 3), имеют по сравнению с покрытием по прототипу (№4) более равномерную толщин у и, как следствие, такие покрытия имеют лучшую пластичность, меньшую скорость коррозии, Обусловленные меньшим содержанием в покрытии железоалюминиевых и железоцинковых соединений.