Термодифузійне цинкування в електромагнітному полі (тдце)

Загальна характеристика технології термодиффузионного цинкування металовиробів в електромагнітному полі ТДЦЕ

Розроблена в ВАТ «ВІАСМ» технологія (патент RU 2424351 C2) передбачає хіміко-термічну обробку виробів в індукційній установці (з використанням струмів промислової частоти (ТДСІ)). Технологія забезпечує формування всередині і над основою металу гомогенізоване дифузійного шару заданої товщини. Зазначений шар утворений интерметаллидами залізо-цинк і являє собою переважно дельта-фазу з підвищеною щільністю, мікротвердістю і корозійну стійкість. Процес взаємної дифузії заліза в цинк і цинку в залізо інтенсифікується за рахунок високих температур від + 400 ° С до + 800 ° С і під впливом електромагнітного поля промислової частоти 50 Гц.

Принциповою особливістю способу термодиффузионного цинкування в електромагнітному полі є цілеспрямоване створення значного температурного градієнта з його спадання вглиб шихти. Більш висока, в порівнянні з радіаційним нагрівом, температура поблизу поверхні цінкуемих виробів забезпечує більш сильне "розхитування" кристалічної решітки заліза в вихідному металі вироби та кристалічної решітки цинку в шихті. В результаті виникають бистропротекающие двосторонні процеси дифузії заліза в цинк і цинку в залізо з утворенням інтерметалічних сполук. Процес кристалізації утворюються интерметаллидов різко прискорюється високочастотними вібраціями металовиробів, викликаними індукційними струмами. При цьому сформований цинковий шар має гомогенізований структуру і не містить тендітну столбчатого виду ς-фазу.

Метод ТДСІ дозволяє формувати не тільки цинкові покриття, але і захисні шари на основі міді, алюмінію, хрому і нікелю.

Zn - цинкування виробів із чавуну і низьковуглецевих сталей з метою підвищення корозійної стійкості та механічної міцності виробів, експлуатованих в агресивних середовищах.

Cu - меднение виробів з вуглецевих сталей для захисту від корозії і використання сталевих металовиробів в якості замінників виробів із сплавів і кольорових металів.

Ni - нікелювання об'єктів, що працюють в умовах агресивних лужних і кислих середовищ з метою підвищення корозійної і механічної стійкості.

Al - алитирование виробів з легованих і низьковуглецевих сталей для підвищення жаростійкості, ерозійної і корозійної стійкості виробів, експлуатованих в особливо агресивних середовищах.

Cr - хромування автомобільних виробів, що працюють при наднизьких і високих температурах, під напругою, в умовах дії електричних і магнітних полів з метою підвищення корозійної і механічної стійкості.

- нанесення ультрадисперсних захисних покриттів підвищеної корозійної стійкості та механічної міцності;

- отримання по всій покривається площі рівномірного гомогенізоване покриття необхідної стійкості до корозії. жаростійкості, ударної в'язкості і твердості з високим опором абразивному зносу;

- отримання дифузійного шару завтовшки від 6 до 300 мкм;

- відновлення захисного покривного шару в разі його пошкодження;

- збільшення терміну експлуатації виробів в порівнянні з ресурсом роботи виробів, покритих традиційним способом термодиффузионного цинкування;

- збереження при цинкування різьбових з'єднань геометрії, профілю і діаметра різьби;

- скорочення шкідливих викидів в навколишнє середовище.

Структура поверхні після обробки при процесах гарячого цинкування і термодиффузионного цинкування в магнітному полі

Властивості одержуваних виробів значно розширюють сферу застосування в порівнянні з традиційними технологіями

- характеристики покриття (мікротвердоёть, стираність. щільність і корозійна стійкість) допускають його застосування з обмеженнями

- характеристики покриття (мікротвердість, стираність. щільність і корозійна стійкість) допускають його застосування без обмежень

- характеристики покриття (мікротвердість, стираність) не допускають його застосування

Ефективність нового методу доведена великою кількістю незалежних лабораторних досліджень та порівнянь з поширеними технологіями.

Покриття ТДЦЕ володіє високими адгезійними властивостями і добре забарвлюється будь-якими фарбами без додаткової підготовки. Шихтової матеріал можна використовувати багаторазово, до 50 разів.

Даний метод захищений патентами

Нормативні технічні документи

ГОСТ 9.302-88 Єдина система захисту від корозії і старіння. Покриття металеві та неметалеві неорганічні. методи контролю

ГОСТ 9.308-85 Єдина система захисту від корозії і старіння. Покриття металеві та неметалеві неорганічні. Методи прискорених корозійних випробувань

Європейський стандарт BS 4921 Покриття цинкові на сталевих і чавунних виробах, що наносяться дифузійним методом (шерардизации)

корозійні випробування

Дані покриття з успіхом пройшли тривалі випробування на об'єктах ГУП «Водоканал Харкова».

Як зразки використовувалися сталеві (Ст.3) прути 15 × 400 мм з Термодифузійна цинковим покриттям, отриманим з цинкового порошку або суспензії за технологією, розробленою на «ВІАСМ», з подальшою обробкою рідким склом або полімерним органічним покриттям.

Товщина цинкового покриття:

- з порошку близько 100 мкм;

- з суспензії близько 30 мкм.

За результатами 7,5 місяців випробувань на аеротенкі №7 і в шахті 44-Біс найбільш стійким виявилися покриття на основі епоксидних матеріалів. На зразках, захищених цими матеріалами, не спостерігалося ознак корозії.

При відмінностей в корозійної стійкості зразків з епоксидними покриттями 1 і 2 не виявлено. Таким чином, найбільш корозійностійкими є дуплексні цинково-епоксидні покриття.

Даний метод дозволяє проводити обробку навіть металевих шпунтів, значно підвищуючи стійкість до агресивних середовищ і значно збільшуючи стійкість покриттів в порівнянні з фарбуванням. Даним методом були нанесені захисні покриття на шпунти Ларсена завдовжки 10,5 м.

Отримані зразки пройшли всі необхідні перевірки якості і допущені до застосування.

Дане покриття відмінно показало себе в агресивних середовищах, з якими стикається обладнання в сільському господарстві. В результаті отримано досвід нанесення захисних покриттів методом ТДСІ на деталі клітинних батарей (швелери, стяжки, стійки) для вирощування та утримання сельхозптіци.

На «ВІАСМ» були розроблені автоматизовані технологічні лінії модульної структури для вирощування та утримання сільгосп птиці в умовах, що забезпечують її максимальну продуктивність.

Зразки металовиробів з ТДМП покриттям

Зразки дрібних деталей з ТДМП-покриттями

Бронзовий зажим з мідним покриттям

ТДМП-покриття фланців після 1326 год витримки в камері сольового туману

ТДМП-покриття зварних сталевих конструкцій

Технологічна схема процесу ТДЦЕ

Цех захисних покриттів ТДЦЕ включає в себе:

- склад вихідних компонентів шихти;

- ділянку приготування шихти (дифузійної суміші);

- ділянку підготовки деталей;

- ділянку завантаження реторт;

- ділянку термодиффузионного цинкування в електромагнітному полі;

- ділянку охолодження і розвантаження реторт;

- центральний пост управління;

- склад готової продукції.

Схема основних операцій по технології отримання дифузійних цинкових покриттів способом термодиффузионного цинкування в електромагнітному полі приведена на рис.1.

Термодифузійний спосіб нанесення захисного покриття на металеві вироби починається з завантаження партії металовиробів і шихти в реторту. До складу реакційної суміші входять цинковий порошок і інертна добавка - окис алюмінію марки МГО (глинозем). Фракції цинкового порошку - в межах від 0,05 до 0,15 мм. Сертифікат якості по ГОСТ 12601-76. Фракції інертною добавки (ГОСТ 6712) - не більше 0,15 мм. Витрата дифузійної суміші на 1 кг цінкуемих металовиробів: цинковий порошок - до 0,040 кг, глинозем - до 0,1 кг в залежності від необхідної товщини захисного шару.

Після завантаження партії металовиробів і шихти реторта переміщається в індукційну установку. Після індукційного нагріву виробів з металу в електромагнітному полі протягом 40-90 хвилин електроживлення індукторів відключається, реторта з оцинкованими металовиробами продовжує обертатися з примусовою подачею повітря для охолодження зовнішньої поверхні реторти. При досягненні температури 250 ° С на поверхні реторти обертання реторти припиняється, здійснюється її вивантаження на роликовий конвеєр і далі на технологічний стіл для подальшого охолодження поверхні до температури 100 ° С. Після досягнення необхідної температури проводиться вивантаження дифузійної суміші і виробів. Вільна реторта переміщається на стелаж змінних реторт і далі на роликовий конвеєр для завантаження шихти і металовиробів на початку наступного циклу.

Мал. 1. Технологічна схема операцій ділянки нанесення захисних покриттів способом ТДЦЕ

Загальна тривалість операцій обробки виробів, від моменту початку завантаження виробів в реторту до моменту вивантаження реторти з індукційного модуля на роликовий конвеєр, становить 120-180 хвилин.

Таким чином, технологічний процес термодиффузионного цинкування металовиробів в електромагнітному полі, в загальному вигляді можна представити у вигляді послідовності наступних основних технологічних операцій:

- завантаження виробів в реторту;

- закриття реторти кришкою і установки герметизуючого затвора;

- проведення термодиффузионного цинкування в електромагнітному полі;

- попереднього повітряного охолодження реторти, що знаходиться всередині індукційного модуля;

- вивантаження реторти з індукційного модуля на роликовий конвеєр і її транспортування на технологічний стіл;

- повітряного охолодження обертається реторти на технологічному столі;

- вивантаження порошкової суміші з реторти;

- вивантаження металовиробів з реторти і їх обдування стисненим повітрям;

- переміщення реторти з технологічного столу на стелаж змінних реторт.

Технологічний цикл термодиффузионного цинкування виробів з металу в електромагнітному полі закінчується операціями контролю якості покриття і транспортування металовиробів на склад готової продукції.

Описана технологічна схема забезпечує можливість нанесення захисних шарів способом ТДЦЕ на металовироби і деталі конструкцій різного призначення і довжин до 6 метрів, в тому числі на пресовані, литі, ковані, механічно оброблені вироби: (гайки, болти, шайби, ланцюги, цвяхи), будівельні профілі (таври, двотаври, куточки і т.п.), арматуру нафто- і газодобувних і перекачувальних станцій, освітлювальні стовпи, арматуру контактних мереж, труби для магістральних і технологічних трубопроводів гарячого і холодного водопостачання я, конструкції причальних споруд, шпунтові палі та ін.

При довжинах оброблюваних деталей більше 6 метрів використовується технологія зміцнення поверхні з застосуванням цинкнаповнені суспензій.

Умови експлуатації та вимоги щодо пожежо- та вибухобезпеки

До складу дифузійної суміші входять цинковий порошок і інертна добавка - окис алюмінію марки Г-00 (глинозем). Фракції цинкового порошку - в межах від 0,05 до 0,15 мм. Фракції інертною добавки (ГОСТ 6712) - не більше 150 мкм. Витрата дифузійної суміші на 1 т цінкуемих металовиробів: цинковий порошок - до 40 кг, глинозем - до 100 кг в залежності від необхідної товщини покриття.

Чистий цинковий порошок за своїми фізичними даними відноситься до 4 групі пожежо- та вибухонебезпечних речовин з температурою займання 873 ° К і нижнім концентраційним межею вибуховості в повітрі - 480 г / м 2 (ГОСТ-12601). Глинозем металургійний марки Г-00, згідно з ГОСТ-30558-98, пожежо- та вибухобезпечний.

Електрообладнання (щит управління) розміщується не ближче 3-х метрів від корпусу термодифузійною установки.

Апаратна реалізація технологічного процесу

Провідною технологічною операцією є власне операція термодиффузионного цинкування, здійснювана в індукційній установці (установці ТДЦЕ). Основні технічні характеристики установки наведені в таблиці 1.

Технічні характеристики установок ТДЦЕ