Ванна (варіанти) та спосіб гарячого цинкування

1 Ванна для гарячого цинкування з легованим цинком, яка відрізняється тим, що до и складу входять 3-15 мас % олова, свинець у концентрації до насичення, до 0,06 мас % щонайменше одного металу з групи, до якої входять алюміній, кальцій та магній, і решта - цинк будь-якої якості, від переплавленого цинкового скрапу до цинку марки SHG (спеціальний, високого рівня чистоти) 2 Ванна для гарячого цинкування з легованим цинком, яка відрізняється тим, що до и складу входять 1-5 мас % олова, 0,01-0,1 мас % нікелю, свинець у концентрації до насичення, до 0,06 мас % щонайменше одного металу з групи, до якої входять алюміній, кальцій та магній, і решта - цинк будь-якої якості, від переплавленого цинкового скрапу до цинку марки SHG (спеціальний, високого рівня чистоти) 3 Ванна за п 1, яка відрізняється тим, що до и складу входить до 0,03 мас % щонайменше одного металу з групи, до якої входять алюміній, кальцій та магній 4 Ванна за п 2, яка відрізняється тим, що до и складу входить до 0,03 мас % щонайменше одного металу з групи, до якої входять алюміній, кальцій та магній 5 Ванна за пп 1 або 3, яка відрізняється тим, що до її складу входить 3,5-14 мас % олова 6 Ванна за п 5, яка відрізняється тим, що до и складу входить 5-10 мас % олова 7 Ванна за пп 2 або 4, яка відрізняється тим, що до и складу входить принаймні 2,5 мас % олова 8 Ванна за пп 2, 4 або 7, яка відрізняється тим, що до и складу входить принаймні 0,03 мас % нікелю 9 Ванна за п 8, яка відрізняється тим, що до и складу входить 0,03-0,06 мас % нікелю 10 Ванна за будь-яким з пп 1-9, яка відрізняється тим, що до и складу входить 0,005-0,015 мас % щонайменше одного металу з групи, до якої входять алюміній, кальцій та магній 11 Спосіб періодичного гарячого цинкування сталі, який відрізняється тим, що у ньому використовується ванна за будь-яким з пп 1-10 Цей винахід має відношення до ванни для гарячого цинкування, до складу якої входить легований цинк, яка є особливо придатною для періодичного цинкування сталевих виробів, вміст кремнію у яких є змінним або склад яких є невідомим Під час цинкування сталі у традиційній ванні з нелегованим цинком, виникають серйозні проблеми у разі, якщо до складу сталі входить більше, ніж 0,02% (мас) кремнію утворене цинкове покриття є занадто товстим та занадто крихким і, на додаток, має сіруватий вигляд Це обумовлено тим, що шар залізо-цинкового сплаву, який утворюється на поверхні сталі, коли остання знахо диться у контакті зі звичайною ванною для цинкування, росте ЛІНІЙНО з часом впродовж усього періоду занурення, у разі, коли до складу сталі входить більше ніж 0,02% (мас ) кремнію Цього не спостерігається зі сталями, до складу яких входить менша КІЛЬКІСТЬ кремнію, оскільки швидкість росту у цьому випадку є пропорційною корню квадратному від часу занурення Вплив вмісту кремнію у сталі на товщину покриття ілюструється на діаграмі, наведеній на доданій фігурі 1 пік товщини на сталях з 0,03 - 0,15% (мас) Si називають піком Санделіна У минулому вже робились зусилля подолати q Ю 00 48215 цю проблему У способі Techmgalva® застосовують ванну для цинкування, леговану 0,05 - 0,06% (мас ) нікелю Як показано на фіг 1, пік Санделіна у ванні Techmgalva® зникає, однак товщина покриття підвищується у залежності від вмісту кремнію у сталі У способі Polygalva® застосовують ванну для цинкування з 0,035 - 0,045% (мас) алюмінію та 0,003 - 0,005% (мас) магнію Як показано на фіг1, ванна Polygalva® дає достатньо добрі результати, и недолік, однак, полягає у тому, що вміст алюмінію у цій ванні повинен контролюватись дуже строго, оскільки реакція між сталлю та ванною майже повністю блокується у тому разі, коли вміст алюмінію у ванні перевищує 0,05% (мас) Мета цього винаходу полягає у наданні ванни для гарячого цинкування, до складу якої входить легований цинк, яка робить товщину покриття набагато менше залежною від вмісту кремнію у сталі, аніж це спостерігається у випадку з ванною Techmgalva®, та набагато менше залежною від незначних коливань складу ванни, аніж це спостерігається у випадку з ванною Polygalva® Згадана мета досягається, за цим винаходом, ванною, до складу якої входять або 3 - 15% (мас) олова, або 1 - 5% (мас ) олова та 0,01 - 0,1% (мас ) нікелю, і до складу якої також може входити свинець у концентрації до насичення та до 0,06% (мас) щонайменше одного металу з групи, до якої входять алюміній, кальцій та магній, у той час як рештою є цинк та домішки, яких не можна позбутися Якщо до складу ванни не входить нікель, переважний вміст олова у ній складає 3,5 - 14% (мас), у найбільш переважному випадку вміст олова складає 5-10% (мас ) Якщо до складу ванни входить нікель, переважний вміст олова та нікелю складає, ВІДПОВІДНО, 2,5 - 5% (мас ) та 0,03 - 0,06% (мас) Вміст нікелю у ванні з 1 - 5% (мас) олова повинен складати, як мінімум, 0,01% (мас), інакше товщина покриття буде коливатись у значних межах у залежності від вмісту кремнію у сталі Вміст нікелю, однак, не повинен перевищувати 0,1% (мас ) — інакше виникає ризик утворення плавного шлаку Додання свинцю у концентрації, рівень якої може досягти насичення, наприклад, 0,1 - 1,2% (мас), може бути придатним для зменшення поверхневого натягу ванни Додання щонайменше одного металу з групи, до якої входять алюміній, кальцій та магній, переважно у концентрації від 0 до 0,03% (мас) і, більш переважно, 0,005 - 0,015% (мас ), може також бути придатним для захисту цинку від окиснення, інакше на поверхні ванни утворюється жовтувата плівка, яка забруднює оцинковані вироби Вміст алюмінію, однак, у переважному випадку не повинен перевищувати 0,03% (мас), інакше виникає ризик утворення непокритих плям Вміст магнію та/або кальцію у переважному випадку не повинен перевищувати 0,03% (мас), інакше МдО або СаО, які плавають на поверхні ванни, можуть зіпсувати покриття, більш того, ванна стає менш рідкою, наслідком чого може виявитись погіршення якості обробки покриття Для ванни може бути застосований цинк будьякої якості від переплавленого цинкового скрапу до цинку марки SHG (спеціальний, високого рівня чистоти) Рекомендується, однак, використовувати цинк, як мінімум, Zn 98,5 (стандарт ISO 752-1981), у переважному варіанті, як мінімум, Zn 99,5 і у ще більш переважному варіанті, як мінімум, Zn 99,95 Слід відзначити, що у патенті Люксембургу № 81061 наведено описання способу з використанням ванни для цинкування, до складу якої входить, як мінімум, 70% (мас) цинку, який відрізняється тим, що до складу згаданої ванни для цинкування входить один або більше з наведених далі елементів хром, нікель, бор, титан, ванадій, цирконій, марганець, мідь, ніобій, церій, молібден, кобальт, сурма, кальцій, ЛІТІЙ, натрій, калій, у такій КІЛЬКОСТІ, що до складу ванни входить менше 2% (мас) кожного окремо взятого елементу У патенті Великобританії № 2289691 також наведено опис покриття різноманітних металевих основ слабовідбивним висококорозшностійким шаром сплаву на основі цинку та олова Розкривається покриття на основі сплаву з вмістом цинку у межах ЗО - 85% (мас) та з вмістом олова у межах 15 - 70% (мас ) До складу сплаву може також входити нікель, вісмут, сурма, мідь, залізо та свинець Покриття може наноситись на основу способом гарячого цинкування, тобто шляхом переміщення металевої основи через ванну для цинкування, яка вміщує розтоплений сплав Цей винахід ілюструється наведеними далі прикладами Приклад 1 У ваннах з цинком SHG та різним вмістом олова цинкували сталь шістьох класів X, М, Е, D, RTa Y при температурі ванни 450°С та часом занурення 5 хвилин Вимірювали товщину покриття Результати цих випробувань узагальнено у наведеній далі таблиці 1 Таблиця 1 (Zn-Sn ванни) Клас сталі % (мас) Si % (мас) Р Вміст Sn у ванні 0,0% (мас) 1,0% (мас) 2,5% (мас) 5,0% (мас) X М Е D R Y 0,010 0,092 0,177 0,450 0,018 0,069 0,075 0,017 236 189 168 100 398 271 138 222 Товщина покриття у мкм 63 77 82 78 244 228 136 100 136 82 48215 Продовження таблиці 1 Клас сталі % (мас) Si % (мас) Р Вміст Sn у ванні 10,0% (мас) 20,0% (мас) 30,0% (мас) (Zn-Sn ванни) X М 0,010 0,092 91 76 59 Графічне відображення цих результатів на діаграмі, наведеній на фіг 2, показує, що у разі вмісту олова, який дорівнював, приблизно, 3% (мас), на п'яти з шести випробуваних сталях вже з'являлось покриття товщиною менше 150мкм, а у разі вмісту олова, який дорівнював 5% (мас), на усіх випробуваних сталях з'являлось покриття товщиною у межах, приблизно, від 75мкм до, приблизно, 110мкм У цьому контексті слід занотувати, що найбажанішою є товщина покриття, яка дорівнює 70 90мкм Слід занотувати також, що особливо реакційноздатною виявляється сталь класу Y з 0,075% Е 0,177 D 0,450 R 0,018 0,069 98 78 67 Товщина покриття у мкм 86 67 84 65 64 64 58 54 61 Y 0,075 0,017 81 57 52 (мас) Si та 0,017% (мас) Р, причому вплив Р на реакцій нездатність сталі набагато перевищує вплив Si З вищенаведених даних випливає також, що результати не поліпшуються у разі, якщо вміст олова перевищує 15% (мас) і рекомендується використовувати не більше, ніж 10% (мас ) олова Приклад 2 У ваннах з цинком SHG та 0,055% (мас) вмістом нікелю та різним вмістом олова за тих же умов, які було застосовано у прикладі 1, цинкували сталі з прикладу 1 тих же самих типів Результати цих випробувань узагальнено у наведеній далі таблиці 2 Таблиця 2 Клас сталі Вміст Sn у ванні 0,0% (мас) 1,0% (мас) 2,5% (мас) 5,0% (мас) (Zn-Q,055 Ni-Sn ванни) X М Е Товщина покриття у мкм 59 116 134 67 97 92 69 80 70 72 80 72 Графічне відображення цих результатів на діаграмі, наведеній на фіг 3, показує, що 1% (мас) вміст олова вже забезпечує суттєве поліпшення Вона також показує, що рекомендований вміст олова коливається у межах від 2,5 до 5% (мас ) Приклад З D R Y 212 195 115 95 413 242 88 88 У ваннах з цинком SHG та 1,2% (мас ) вмістом свинцю та різним вмістом олова за тих же умов, які було застосовано у прикладі 1, цинкували сталі з прикладу 1 тих же самих типів Результати цих випробувань узагальнено у наведеній далі таблиці З Таблиця З Вміст Sn у ванні 1,0 (мас) % 1,5 (мас) % 2,0 (мас) % 2,5 (мас) % 3,0 (мас) % (Zn-1,2 Pb-Sn ванни) Клас сталі X М Е D Товщина покриття у мкм 79 219 199 192 174 155 82 109 88 138 Графічне відображення цих результатів на діаграмі, наведеній на фіг 4, знову показує благодійний вплив олова на товщину покриття У разі 3% (мас) вмісту олова досягають дещо кращих результатів, аніж у прикладі 1 (див фіг 2) Тому додання свинцю до ванни може виявитись корисним З наведеного перед тим випливає, що ванна за цим винаходом дозволяє уникнути як недоліків ванни Techmgalva®, так і недоліків ванни R Y 123 128 Polygalva® Ще однією перевагою ванни за цим винаходом є те, що вона забезпечує одержання кращої флористичної структури та більш високий ступінь білизни, аніж ванни попереднього рівня техніки Слід занотувати також, що впродовж довгострокових випробувань ванни за цим винаходом не спостерігалось утворення ні придонного, ні плавного шлаку Важливою також є обмежена витрата олову, 7 48215 вміст олова у покритті набагато нижчій, аніж вміст олова у ванні Саме тому ванна за цим винаходом є особливо придатною для загального процесу 8 цинкування, коли гальваніку доводиться обробляти сталеві вироби різного роду з невідомим йому вмістом кремнію та фосфору 0 010 Si 0.177Si -0 092 Si -0.450 Si \ 35B [.m 300 ym \ 250 |BP —~-^ Д 200 цт. \ \ юо^т *waF" •. 50 jim 0 urn 3.00 010 0 20 0.30 Вміст кремнію у сталі, (%) ФІГ 1 0.40 % Sn у Zn ванні ФІГ 2 9 -•-0 010 Si -»-0177SI П 10 4 8 2 1 5 -*-0.450Si 0 0 1 8 S i + 0.O69P 0.010 Si 0.177 SI 0.018 Si + 0.069 Р -x—0.O75SH-0Q17P 4-50 мт -ш- 0.092 Si ->«- 0.450 Si о 0.075 Si + 0.017 Р 250 urn 400 ^m 1 350 ym 200 >jm 300 мт 150 um 200 \ s а : .— О 100мт 50 нт 0 0% 1 0% 2 0% 3.0% 4 0% 5 0% Oum 0 0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5% % Sn у Zn + 0,055% Ni ванні % Sn у Zn + 1,2% Pb ванні Фіг.З Фіг 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71