Термодиффузионное цинкование что это

Термодиффузионное цинкование что это

Описание технологического процесса и оборудования

Суть технологии термодиффузионного цинкования состоит в образовании на поверхности металлоизделия нового сплава или интерметаллида сложной фазовой структуры с высоким содержанием цинка. Детали и цинк-насыщенная смесь «Термишин» (далее по тексту порошок Термишин) загружаются в специальный контейнер (реторту), которая далее помещается в специальную муфельную печь.

Далее обеспечивается равномерный, рассчитанный по времени разогрев контейнера с деталями и порошком Термишин©.

Формирование термодиффузионного покрытия

Во время процесса формирования покрытия контейнер с деталями все время находится в процессе вращения, что обеспечивает хорошее и равномерное перемешивание деталей с насыщающей смесью и последующую однородность покрытия по всей поверхности каждой детали.

После завершения процесса оцинкованные детали проходят через пассивационный раствор.

Принципиально новым в технологии цинкования Термишин является:

  • Порошок Термишин©:
  • обладает высокой проникающей способностью за счет присутствия специальных аддитивов;
  • обеспечивает регулируемый процесс формирования покрытия;
  • позволяет работать в диапазоне толщины 6—9мкм с высокой коррозионной стойкостью.
  • Уникальные пассивационные растворы, которые:
    • не содержат Cr VI и других вредных в-в;
    • придают покрытию дополнительную коррозионную стойкость;
    • обеспечивают лучший товарный вид .
    • Технология нанесения термодиффузионного покрытия

      Процесс нанесения покрытия представляет собой замкнутый технологический цикл, разбитый на несколько операций.

      • предварительная очистка деталей от жиров, ржавчины и окалины;
      • оцинкование деталей;
      • нанесение защитных пассивационных слоев и/или нанесение других финишных слоев (окрашивание, гуммизация, пластификация и т.д.);
      • сушка готовой продукции.

      В процессе также существуют промежуточные операции по загрузке/разгрузке деталей, промывке и т.д.

      Обратите внимание!
      Для получения качественного антикоррозионного покрытия все технологические этапы имеют одинаково важное значение и являются равными составляющими технологического процесса.

      Технология нанесения покрытия не меняется ни для одного вида деталей.

      Особенности каждого этапа — это разная подготовка поверхности для разного вида деталей.

      В технологии цинкования предусмотрены:

      • дробеметная обработка деталей;
      • ультразвуковая подготовка поверхности.

      Детали из холодно-катанной стали загружаются в контейнер без предварительной обработки. Детали в масле или СОЖ нуждаются в предварительном обезжиривании.

      Этап нанесения покрытия

      • Он длится 90 мин. или 180 мин. ( в зависимости от установленного оборудования и типов используемых смесей для цинкования).
      • Часть времени уходит на разогрев деталей и насыщающей смеси до необходимой температуры и затем, при достижении заданных температурных параметров, происходит непосредственно процесс цинкования.
      • После чего контейнер извлекается из печи и охлаждается.

      Цинкование происходит при температурах от 290С до 400С . Выбор температурного режима зависит от типа стальных изделий, марки стали и установочных норм производителей деталей.

      На протяжении всего процесса цинкования, контейнер находится во вращающемся состоянии и останавливается только перед непосредственной выемкой контейнера из печи.

      Толщина цинкового слоя на поверхности может варьироваться от 5 до 100 мкм.

      Регулируется она только количеством насыщающей смеси, которая закладывается в контейнер вместе с деталями.

      Время обработки является константой, что очень удобно для планирования производственной деятельности.
      После охлаждения, контейнер разгружается и продукция поступает на стадию финишных операций.

      Этап пассивации

      Пассивационные растворы (для первой и второй пассивации) являются ноу-хау фирмы-производителя.

      Данные растворы работают в режиме комнатных температур, в замкнутом цикле с постоянной регенерацией растворов.

      Первоначально приготовленные пассивационные растворы в процессе работы требуют только необходимого технического поддержания и не связанны с системой канализации.

      Пассивационные растворы не требуют перелива или слива в ходе процесса, просты и не имеют в своих составах никаких агрессивных или вредных компонентов.

      Видео о термодиффузионном цинковании

      Цинкование давно используется для защиты металлов от воздействия атмосферных и агрессивных сред. Разработано множество способов нанесения цинкового слоя. Но сравнительно недавно стала применяться технология термодиффузионного цинкования. Кроме коррозионной защиты, обработанные детали стойки к механическим и электрохимическим повреждениям.

      Суть процесса

      Термодиффузия представляет собой процесс проникновения атомов цинка в поверхностный слой металла, происходящий под действием высокой температуры в восстановительной или инертной газовой среде.

      Рабочая температура зависит от толщины покрытия и варьируется в пределах 280°С-470°С. Внедряясь, в кристаллическую решетку металла,

      цинк создает на поверхности защитный слой толщиной в несколько микрон. Процесс протекает в газовой среде водорода.

      Толщина покрытия регламентируется государственным стандартом. Согласно ГОСТ Р 9.316-2006 толщина покрытия делится на пять классов:

      Выбор в качестве антикоррозионной защиты пал на цинк неслучайно. Находясь на стальной поверхности, он распространяется по ней со скоростью 2 мм в год, но при температуре окружающей среды 70 °С. Такое свойство позволяет затягивать поверхностные микроповреждения.

      Практика показывает, что этот способ более перспективен и имеет свои достоинства.

      Технология процесса

      Термодиффузионное цинкование технологический процесс которого разбит на шесть последовательных операций. Строгое следование по маршруту залог получения качественного результата.

      1. Подготовительный. На этапе подготовки детали подвергаются пескоструйной или ультразвуковой очистке от окалины, ржавчины. Удаление жировых загрязнений осуществляется ацетоном. Если деталь имеет большие размеры возможна дробеструйная обработка.
      2. Загрузка контейнера. Очищенные и высушенные детали помещаются в герметичный контейнер. Для насыщения внутреннего объема цинком и водородом добавляется насыщающая смесь. Большой популярностью пользуется «Левикор». От количества смеси зависит толщина слоя покрытия. После тщательного перемешивания контейнеры герметизируются и помещаются в печь.
      3. Процесс насыщения. Температура процесса насыщения зависит от типа сплава и его марки. В среднем процесс длится 60–90 минут. В течение всего времени нагревающая установка вращается, обеспечивая перемешивание деталей с насыщающей смесью.
      4. Выгрузка и очистка. После окончания процесса насыщения производится выгрузка деталей. Удаление остатков насыщающей смеси.
      5. Пассивирование. Эта операция предназначена для защиты покрытия от окислительного воздействия воздушной среды. Изделия, предназначенные для окрашивания, подвергаются обработке однократно. Те, что не окрашиваются, обрабатываются два раза. После каждого пассивирования следует промывка.
      6. Сушка. Во время сушки удаляется влага, и детали остывают.
      Читайте также:  Насос для скважины какой выбрать форум

      Достоинства и недостатки

      На протяжении применения метода антикоррозионной защиты были выявлены характерные для него черты. Термодиффузионное цинковое покрытие обладает рядом достоинств, среди которых выделяются:

      • высокая адгезия за счет того, что микронеровности поверхности не исчезают;
      • экономичность: низкие затраты на подготовку и электроэнергию, малое количество производственных площадей и обслуживающего персонала;
      • толщина покрытия равномерна по всей площади изделия;
      • экологичность процесса;
      • регулирование толщины при образовании защитного покрытия;
      • повышение твердости на поверхности;
      • минимальные затраты;
      • невысокая себестоимость;
      • простое в обслуживании оборудование;
      • невысокая температура не меняет внутреннюю структуру металла;
      • для очищения не используются химические реактивы;
      • получаемые отходы утилизируются естественным способом.

      На фоне достоинств у метода есть и недостатки:

      • в отличие от других методов нанесенное покрытие имеет матовый серый цвет;
      • невысокая производительность;
      • габариты обрабатываемых изделий ограничиваются размерами объемами оборудования.

      Оцинкование деталей различными методами и проведенный сравнительный анализ показал следующие данные.

      № п.п. Метод цинкования
      Горячее Гальваническое Термодиффузионное
      1 Температурный режим протекания процесса, °С 450–540 20 280–470
      2 Толщина нанесенного слоя, мкм 30–60 6–15 5–100
      3 На какой материал наносится Сталь с незначительным содержанием кремния Сталь (ограничение для высокопрочных марок) Черные металлы и сплавы на основе меди
      4 Размер обрабатываемых метизов М10–50 М4–50 М4–90
      5 Типы обрабатываемых отверстий Сквозные Сквозные Сквозные, глухие
      6 Ограничения по обработке Карманы, сплошные сварные швы Карманы, отсутствие сварных швов Без ограничений
      7 Закаленный крепеж Не подлежит обработке (температура протекания процесса близка к низкому отпуску) Не подлежит обработке (кислотная обработка, повышение водородной хрупкости) Без ограничений
      8 Стойкость к солям (лабораторный тест), час 500 96 1500
      9 Свойства покрытия Сниженная адгезия, ресурсозатратная подготовка Сниженная адгезия, ресурсозатратная подготовка Адгезия высокая
      10 Твердость Снижается Отсутствует Плюс 1…2 HRC
      11 Коэффициент трения Повышенный Пониженный Пониженный при выкручивании
      12 Подготовка к нанесению покрытия Химическая Химическая Нейтральная
      13 Испарения вовремя цинкования Обильное дымовыделение Выделение хрома Отсутствие дымовыделения

      Сфера использования

      Этот способ обработки создает однородный слой даже в труднодоступных местах. Микронная толщина слоя позволяет обрабатывать мелкие детали. Термодиффузионному цинкованию подвергают:

      • арматуру для нефтяной, газовой, строительной и железнодорожной отраслей;
      • ограждения мостов, дорог;
      • метизы;
      • мебельную фурнитуру;
      • фитинги;
      • конструкции ЛЭП;
      • элементы автомобилей.

      Оборудование для термодиффузионного цинкования

      В промышленных масштабах производимое термодиффузионное цинкование оборудование используется механизированное, а сам процесс максимально автоматизирован. Используемые агрегаты:

      • загрузчик деталей и насыщающего состава;
      • конвейер, подающий контейнеры к печи;
      • вращающаяся печь;
      • выгружающий конвейер;
      • отсеиватель;
      • вибратор;
      • сепаратор магнитный;
      • емкости для пассивирования и промывки;
      • сушилки;
      • приемник готовой продукции.

      Требования к защитному слою

      К покрытию предъявляются строгие требования. ГОСТ предусматривает отсутствие следующих дефектов на поверхности деталей после термодиффузионного цинкования:

      • выпуклостей;
      • отслоений;
      • трещин;
      • пригоревших остатков;
      • пустот;
      • раковин;
      • сторонних вкраплений;
      • отсутствия покрытия.

      В современных условия этот вид антикоррозионной защиты считается эффективным и экономически целесообразным.

      Общая характеристика технологии термодиффузионного цинкования металлоизделий в электромагнитном поле ТДЦЭ

      Разработанная в ОАО «ВИАСМ» технология (патент RU 2424351 C2) предусматривает химико-термическую обработку изделий в индукционной установке (с использованием токов промышленной частоты (ТДСИ)). Технология обеспечивает формирование внутри и над основой металла гомогенизированного диффузионного слоя заданной толщины. Указанный слой образован интерметаллидами железо-цинк и представляет собой преимущественно дельта-фазу с повышенной плотностью, микротвердостью и коррозионной стойкостью. Процесс взаимной диффузии железа в цинк и цинка в железо интенсифицируется за счет высоких температур от +400°С до +800°С и под воздействием электромагнитного поля промышленной частоты 50 Гц.

      Принципиальной особенностью способа термодиффузионного цинкования в электромагнитном поле является целенаправленное создание значительного температурного градиента с его убыванием вглубь шихты. Более высокая, в сравнении с радиационным нагревом, температура вблизи поверхности цинкуемых изделий обеспечивает более сильное "расшатывание" кристаллической решетки железа в исходном металле изделия и кристаллической решетки цинка в шихте. В результате возникают быстропротекающие двухсторонние процессы диффузии железа в цинк и цинка в железо с образованием интерметаллических соединений. Процесс кристаллизации образующихся интерметаллидов резко ускоряется высокочастотными вибрациями металлоизделий, вызванными индукционными токами. При этом сформированный цинковый слой имеет гомогенизированную структуру и не содержит хрупкую столбчатого вида ς-фазу.

      Метод ТДСИ позволяет формировать не только цинковые покрытия, но и защитные слои на основе меди, алюминия, хрома и никеля.

      Читайте также:  Каркас для ротанговой мебели

      Zn – цинкование изделий из чугуна и низкоуглеродистых сталей с целью повышения коррозионной стойкости и механической прочности изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах.

      Cu — меднение изделий из углеродистых сталей для защиты от коррозии и использования стальных металлоизделий в качестве заменителей изделий из сплавов и цветных металлов.

      Ni – никелирование объектов, работающих в условиях агрессивных щелочных и кислых сред с целью повышения коррозионной и механической стойкости.

      Al – алитирование изделий из легированных и низкоуглеродистых сталей для повышения жаростойкости, эрозионной и коррозионной стойкости изделий, эксплуатируемых в особо агрессивных средах.

      Cr — хромирование изделий, работающих при сверхнизких и высоких температурах, под напряжением, в условиях действия электрических и магнитных полей с целью повышения коррозионной и механической стойкости.

      Технология ТДЦЭ обеспечивает:

      — нанесение ультрадисперсных защитных покрытий повышенной коррозионной стойкости и механической прочности;

      — получение по всей покрываемой площади равномерного гомогенизированного покрытия требуемой стойкости к коррозии, жаростойкости, ударной вязкости и твердости с высоким сопротивлением абразивному износу;

      — получение диффузионного слоя толщиной от 6 до 300 мкм;

      — восстановление защитного покрывного слоя в случае его повреждения;

      — увеличение срока эксплуатации изделий по сравнению с ресурсом работы изделий, покрытых традиционным способом термодиффузионного цинкования;

      — сохранение при цинковании резьбовых соединений геометрии, профиля и диаметра резьбы;

      — сокращение вредных выбросов в окружающую среду.

      Структура поверхности после обработки при процессах горячего цинкования и термодиффузионного цинкования в магнитном поле

      Свойства получаемых изделий значительно расширяют область применения в сравнении с традиционными технологиями

      — характеристики покрытия (микротвердоёть, истираемость , плотность и коррозионная стойкость) допускают его применения с ограничениями

      — характеристики покрытия (микротвердость, истираемость , плотность и коррозионная стойкость) допускают его применение без ограничений

      — характеристики покрытия (микротвердость, истираемость) не допускают его применение

      Эффективность нового метода доказана большим количеством независимых лабораторных исследований и сравнений с распространенными технологиями.

      Покрытие ТДЦЭ обладает высокими адгезионными свойствами и хорошо окрашивается любыми красками без дополнительной подготовки. Шихтовой материал можно использовать многократно, до 50 раз.

      Производимые покрытия соответствуют ГОСТу Р 5163-98, который принят и введен в действие Постановлением № 138 Госстандарта России от 22.04.1998 г., а также соответствует требованиям стандартов США (ASTM B633, ASTM B695), Англии (BS4921:1988), Израиля (ТИ 4271).

      Данный метод защищен патентами

      Нормативные технические документы

      ГОСТ Р 9.316–2006 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроля

      ГОСТ 9.302–88 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля

      ГОСТ 9.308–85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы ускоренных коррозионных испытаний

      Европейский стандарт BS 4921 Покрытия цинковые на стальных и чугунных изделиях, наносимые диффузионным методом (шерардизация)

      Коррозионные испытания

      Данные покрытия с успехом прошли длительные испытания на объектах ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».

      16 апреля 2014 года на различных участках Центральной станции аэрации сточных воды были установлены 26 образцов с пятью типами покрытий.

      В качестве образцов использовались стальные (Ст.3) пруты 15×400 мм с термодиффузионным цинковым покрытием, полученным из цинкового порошка или суспензии по технологии, разработанной на «ВИАСМ», с последующей обработкой жидким стеклом или полимерным органическим покрытием.

      Толщина цинкового покрытия:

      — из порошка около 100 мкм;

      — из суспензии около 30 мкм.

      По результатам 7,5 месяцев испытаний на аэротэнке №7 и в шахте 44-Бис наиболее стойким оказались покрытия на основе эпоксидных материалов. На образцах, защищенных этими материалами, не наблюдалось признаков коррозии.

      При различий в коррозионной стойкости образцов с эпоксидными покрытиями 1 и 2 не обнаружено. Таким образом, наиболее коррозионностойкими являются дуплексные цинково-эпоксидные покрытия.

      Данный метод позволяет производить обработку даже металлических шпунтов, значительно повышая стойкость к агрессивным средам и значительно увеличивая стойкость покрытий по сравнению с окрашиванием. Данным методом были нанесены защитные покрытия на шпунты Ларсена длиной 10,5 м.

      Полученные образцы прошли все необходимые проверки качества и допущены к применению.

      Данное покрытие отлично показало себя в агрессивных средах, с которыми сталкивается оборудование в сельском хозяйстве. В результате получен опыт нанесения защитных покрытий методом ТДСИ на детали клеточных батарей (швеллеры, стяжки, стойки) для выращивания и содержания сельхозптицы.

      На «ВИАСМ» были разработаны автоматизированные технологические линии модульной структуры для выращивания и содержания сельхоз птицы в условиях, обеспечивающих ее максимальную продуктивность.

      Образцы металлоизделий с ТДМП покрытием

      Образцы мелких деталей с ТДМП-покрытиями

      Бронзовый зажим с медным покрытием

      ТДМП-покрытие фланцев после 1326 ч выдержки в камере солевого тумана

      ТДМП-покрытие сварных стальных конструкций

      Технологическая схема процесса ТДЦЭ

      Цех защитных покрытий ТДЦЭ включает в себя:

      — склад исходных компонентов шихты;

      — участок приготовления шихты (диффузионной смеси);

      — участок подготовки деталей;

      — участок загрузки реторт;

      — участок термодиффузионного цинкования в электромагнитном поле ;

      — участок охлаждения и разгрузки реторт;

      Читайте также:  Как отмыть фильтр для воды от налета

      — центральный пост управления;

      — склад готовой продукции.

      Схема основных операций по технологии получения диффузионных цинковых покрытий способом термодиффузионного цинкования в электромагнитном поле приведена на рис.1.

      Термодиффузионный способ нанесения защитного покрытия на металлические изделия начинается с загрузки партии металлоизделий и шихты в реторту. В состав реакционной смеси входят цинковый порошок и инертная добавка – окись алюминия марки ГОО (глинозем). Фракции цинкового порошка – в пределах от 0,05 до 0,15 мм. Сертификат качества по ГОСТ 12601-76. Фракции инертной добавки (ГОСТ 6712) – не более 0,15 мм. Расход диффузионной смеси на 1 кг цинкуемых металлоизделий: цинковый порошок – до 0,040 кг, глинозем – до 0,1 кг в зависимости от требуемой толщины защитного слоя.

      После загрузки партии металлоизделий и шихты реторта перемещается в индукционную установку. После индукционного нагрева изделий из металла в электромагнитном поле в течение 40-90 минут электропитание индукторов отключается, реторта с оцинкованными металлоизделиями продолжает вращаться с принудительной подачей воздуха для охлаждения внешней поверхности реторты. При достижении температуры 250°С на поверхности реторты вращение реторты прекращается, осуществляется ее выгрузка на роликовый конвейер и далее на технологический стол для дальнейшего охлаждения поверхности до температуры 100°С. После достижения требуемой температуры производится выгрузка диффузионной смеси и изделий. Свободная реторта перемещается на стеллаж сменных реторт и далее на роликовый конвейер для загрузки шихты и металлоизделий в начале следующего цикла.

      Рис. 1. Технологическая схема операций участка нанесения защитных покрытий способом ТДЦЭ

      Общая длительность операций обработки изделий, от момента начала загрузки изделий в реторту до момента выгрузки реторты из индукционного модуля на роликовый конвейер, составляет 120-180 минут.

      Таким образом, технологический процесс термодиффузионного цинкования металлоизделий в электромагнитном поле, в общем виде можно представить в виде последовательности следующих основных технологических операций:

      — загрузки изделий в реторту;

      — закрытия реторты крышкой и установки герметизирующего затвора;

      — проведения термодиффузионного цинкования в электромагнитном поле;

      — предварительного воздушного охлаждения реторты, находящейся внутри индукционного модуля;

      — выгрузки реторты из индукционного модуля на роликовый конвейер и ее транспортировки на технологический стол;

      — воздушного охлаждения вращающейся реторты на технологическом столе;

      — выгрузки порошковой смеси из реторты;

      — выгрузки металлоизделий из реторты и их обдув сжатым воздухом;

      — перемещения реторты с технологического стола на стеллаж сменных реторт.

      Технологический цикл термодиффузионного цинкования изделий из металла в электромагнитном поле заканчивается операциями контроля качества покрытия и транспортировки металлоизделий на склад готовой продукции.

      Описанная технологическая схема обеспечивает возможность нанесения защитных слоев способом ТДЦЭ на металлоизделия и детали конструкций различного назначения и длин до 6 метров, том числе на прессованные, литые, кованные, механически обработанные изделия: (гайки, болты, шайбы, цепи, гвозди), строительные профили (тавры, двутавры, уголки и т.п.), арматуру нефте- и газодобывающих и перекачивающих станций, осветительные столбы, арматуру контактных сетей, трубы для магистральных и технологических трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, конструкции причальных сооружений, шпунтовые сваи и др.

      При длинах обрабатываемых деталей более 6 метров используется технология упрочнения поверхности с применением цинкнаполненных суспензий.

      Условия эксплуатации и требования по пожаро- и взрывобезопасности

      В состав диффузионной смеси входят цинковый порошок и инертная добавка – окись алюминия марки Г-00 (глинозем). Фракции цинкового порошка – в пределах от 0,05 до 0,15 мм. Фракции инертной добавки (ГОСТ 6712) – не более 150 мкм. Расход диффузионной смеси на 1 т цинкуемых металлоизделий: цинковый порошок – до 40 кг, глинозем – до 100 кг в зависимости от необходимой толщины покрытия.

      Чистый цинковый порошок по своим физическим данным относится к 4 группе пожаро- и взрывоопасных веществ с температурой воспламенения 873°К и нижним концентрационным пределом взрываемости в воздухе – 480 г/м 2 (ГОСТ-12601). Глинозем металлургический марки Г-00, согласно ГОСТ-30558-98, пожаро- и взрывобезопасен.

      Диффузионная смесь при проведении процесса цинкования находится в замкнутом объеме реторты, без доступа свободного кислорода воздуха, выброс нагретых газов производится через гидрозатвор, с пропусканием газов через емкость заполненную водой, что исключает выброс горячих газов в атмосферу. Используемая диффузионная смесь, в плане взрывоопасности, может быть отнесена к категории А по ПИВЭ.

      Помещение участка для термодиффузионного цинкования является производственным помещением, связанным с применением горячих, но негорючих и невзрывопожароопасных материалов. С точки зрения требований по пожаро- и взрывобезопасности, это помещение может быть отнесено к категории Г, поскольку в режиме выгрузки смеси из реторты температура смеси может достигать 150°С. Класс взрывоопасной зоны, согласно правилам устройства электроустановок – В1.А.

      Электрооборудование (щит управления) размещается не ближе 3-х метров от корпуса термодиффузионной установки.

      Аппаратная реализация технологического процесса

      Ведущей технологической операцией является собственно операция термодиффузионного цинкования, осуществляемая в индукционной установке (установке ТДЦЭ). Основные технические характеристики установки приведены в таблице 1.

      Технические характеристики установок ТДЦЭ

      Ссылка на основную публикацию
      Adblock detector