Способ нанесения медно-кадмиевых покрытий на стальные изделия

Способ нанесения медно-кадмиевых покрытий на стальные изделия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕДНО-КАДМИЕВЫХ ПОКРЬЛТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, включающий нанесение медьсодержащего слоя и последукмцее кадмирование, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии нанесения и улучшения условий труда, нанесение медьсодержащего слоя осуществляют при 1090-1200°С в течение 1520 мин в смеси, содержащей, мас.%1 50-58 хлорида меди, остальное окись алюминия, а кадмирование осуществляют при 330-420°С в течение 50-90 мин в смеси, содержащей,мае.%: Кадмий10-30 Хлористый аммоний 3-5 Окись алюминия Остальное.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛ М ИЗОБРЕ EH Й И ОТКРЫТИЙ

„.SU„„1473 А

М59 С 23 С 9 02 (21) 3318413/22-02 (22) 13. 07. 81 (46 ) 07. 0 l . 84. Бюл. 9 25 (72) В. A. Генель, T. П. Старосветская, П. Т. Горячев и Н. И. Алешин (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория полимерных контейнеров (53) 621. 795. 539 (088. 8) (56 ) 1. Электролитические покрытия сплавами. Сборник. М., 1975, с. 205208.

2. Электропромышленность и приборостроение. Сборник, 1976, 9 7, с. 266. (54)(57) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕДНО-КАДNHEBbK ПОКРЫТИИ HA СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, включающий нанесение медьсодержащего слоя и последующее кадмирование, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии нанесения и улучшения условий труда, нанесение медьсодержащего слоя осуществляют при 1090-1200 С в течение 1520 мин в смеси, содержащей, мас. t:

50-58 хлорида меди, остальное— окись алюминия, а кадмирование осуществляют при 330-420 С в течение

50-90 мин в смеси, содержащей,мас.Ъ:

Кадмий 10-30

Хлористый аммоний 3-5

Окись алюминия Остальное. 3

1101473

Изобретение относится к металлур= гии, а именно к химико-термической обработке поверхности стали, в частности к нанесению на ее поверхность защитных медно-кадмиевых покрытий.

Кадмиевые покрытия нашли широкое распространение для защиты стальных изделий, особенно крепежных, от атмосферного воздействия, в морской воде и других коррозионных средах. 10

Известен способ нанесения вакуумных кадмиевых покрытий на подслой из олова или свинца (1) .

Однако этому методу свойственны недостатки вакуумного способа: вылож- !5 ность оборудования, низкая адгезия покрытия и основы, а также применение подслоя из олова или свинца.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ, заключающийся в нанесении гальванического кадмиевого покрытия на подслой из меди или никеля, получаемый гальваническим способом, для защиты стальных изделий, 25 эксплуатирующихся в атмосферных условиях с высокой влажностью и в воздухе с высоким содержанием солей j2) .

Однако известный способ очень сложен, так как для получения прочно сцепленных кадмиевых покрытий трЕбуется применение специальных.методов подготовки. После электролитического никелирования или меднения изделия тщательно отмываются от следов электролита, сушатся и обезжириваются в парах трихлорэтилена в течение 5-10 мин. После промывания горячей водой изделия подвергаются химическому обезжириваиию в течение

° 30-40 мин при 50-60 С в водном растворе состава, г/с: NaOH 10-30, Na PO4 40-60, На СО 40-бО, Na

3-5 pH=13) . Промывка после химического обезжиривания проводится в 45 проточной горячей (80-90ОС) воде, затем в холодной и вновь в горячей воде, а декапирование - в течение

10-20 с в растворе, содержащем 105 мл

Н Z Б О4, 15 8 мл HNO>, 2, 1 и аСЮ (вода — 50 до 1 л).

К недостаткам известного способа относятся также сложность технологического процесса, возможность наводороживания стальной основы, большие 55 затраты труда на предварительную обработку, наличие труднорегенирируемых вредных отходов, невозможность обработки деталей сложных конфигураций.

Цель изобретения - упрощение технологии нанесения и улучшение условий труда.

Цель достигается тем, что согласно способу нанесения медно-кадмиевых 65 покрытий на стальные изделия, нанесение медьсодержащего слоя осуществляют при 1090-1200 С в течение 15-20 мин в смеси, содержащей 50-58 мас. Ъ хлорида меди, остальное — окись алюминия, кадмирование осуществляют при

330-420оС в течение 50-90 мин в смеси, содержащей, мас. Ъ:

Кадмий 10-30

Хлористый аммоний 3-5

Окись алюминия Остальное

Медное покрытие наносят с применением хлорида меди. Приготавливают смесь, состоящую из 50-б5% СиС3 и

35-50% А8 О . Смесь тщательно перемешивают. Затем насыщенную смесь . вместе со стальными образцами помещают в керамическую или кварцевую лодочку. Установка, в которой проводят процесс, представляет собой трубчатый реактор из нержавеющей стали, герметизированный с одной стороны и связанный с атмосферной через водяной затвор с другой. Нагрев осуществляют трубчатой печью, контроль температуры — термопарой с милливольтметром. Перед нагревом лодочку вместе с насыщающей смесью и образцами помещают в зону нагрева реактора. После нагрева и изотермической выдержки реактор извлекают из печи и охлаждают на воздухе до комнатной температуры. Затем из него извлекают покрытые образцы. Нагревание проводят до 1090-1200 С и выдерживают при о этой температуре 15- 20 мин.

Для нанесения кадмиевого покрытия приготавливают смесь следующего состава: 10-ЗОВ порошкообразного металлического кадмия, 3-5В хлористого аммония, остальное — инертный разбавитель — окись алюминия.

Смесь тщательно перемешивают.

Процесс кадмирования проводят аналогично описанному процессу меднения с применением керамической или кварцевой лодочек, стального реактора, связанного с атмосферой через водяной клапан, и трубчатой печи.

Нагревание проводят до 330-420 С и выдерживают при этой температуре

50-90 мин.

При использовании однохлористой меди процесс меднения осуществляется эа счет обменных реакций между CuCZ и Fe. При 430 С однохлористая медь расплавляется, протравливая на поверхности стали границы зерен. При этом она взаимодействует с железом и восстанавливается до меди, которая располагается по границам зерен и образует покрытие.

Для получения качественного покрытия необходимо, чтобы температура нагрева была не ниже температуры о плавления меди — 1083 C.

1101473

25

Время иэотермической выдержки определяют экспериментально. После достижения температуры плавления меди необходима выдержка в течение

15-20 мин. Покрытие получается качественное, блестящего медного цвета.

Наблюдается увеличение веса изделия после меднения. При увеличении длительности выдержки до 30-40 мин качество покрытия не меняется и его толщина не увеличивается.

Однако при длительности выдержки

60 мин и более качество покрытия ухудшается и наблюдается уменьшение веса образцов после насыщения медью.

Поскольку температура плавления 15 кадмия составляет 321 С, а температура кипения - 765ОС; нанесение кадмиевого покрытия при температурах ниже температуры плавления кадмия нецелесообразно, так как покрытия получаются некачественные. При температурах, близких к температуре кипения кадмия, на поверхности образцов появляются подтеки. Это же явление наблюдается и при температурах выше температуры кипения кадмия.

Кроме того, при температурах выше температуры кипения кадмия наблюдается уменьшение веса образцов и потери кадмия, который, испаряясь, оседает на стенках реактора.

Если время кадмирования менее

50 мин, то покрытие получается некачественное, а увеличение времени выдержки более 90 мин нецелесообразно, так как это не приводит к улучшению качества покрытия.

Пример 1; Приготавливают исходную смесь состава 50 мас.Ъ СиСХ+

Ф50 мас. % АЗ ОЗ и тщательно ее перемешивают. Полученную шихту вместе с 40 образцами из Ст. 3 помещают в керамическую лодочку, которую устанавливают в стальной реактор с водным затвором, нагревают в печи до 1100 С о и выдерживают при этой температуРе 45

20 мин. После отключения печи реактор охлаждают на воздухе до комнатной температуры и извлекают образцы.

Затем приготавливают смесь соста,ва 20 мас. Ъ Cd+3 мас.Ъ МН4CZ+

77 мас .Ъ А2 О и тщательно ее перемешивают. Затем вместе с медненными образцами из стали Ст.З помещают в керамическую лодочку, которую устанавливают в стальной реактор с водяным затвором и нагревают в печи до 350ОС и выдерживают при этой температуре 20 мин. После отключения печи реактор охлаждают на воздухе до комнатной температуры и извлекают образцы, которые имеют блестящую ce- ® ребристую поверхность. Толщина покрытия 120 мкм.

Пример 2. Составляют исходные смеси из 55 мас. Ъ Со С3+45 мас.Ъ М 03 jg и иэ 15 мас.% Cd+3 мас.% #HENCE+

82 мас.Ъ А0 03и тщательно их перемешивают. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толщина покрытия 80 мкм.

Пример 3. Составляют исходные смеси из 60 мас.Ъ СиС1+40 мас. Ъ

М О и иэ 30Ъ мас.Ъ Cd+5 мас. Ъ

М Н4 С8 +65 мас. Ъ И 0) и тщательно их перемешивают. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1.

Толщина покрытия 150 мкм.

Пример 4. Составляют исходные смесй из 53 мас.Ъ CuC +47 мас.Ъ

М О и иэ 25 мас. Ъ Cd+3 мас.Ъ НН СВ+

72 мас. % МО и тщательно их перемешивают. Нанесение медных покрытий проводят при 1120 С, а кадмированиепри 380 С. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толщина покрытия 130 мкм.

Пример 5. Составляют исходные смеси из 58 мас.Ъ СцС1+42мас.Ъ

А6<О и из 18 мас. Ъ Cd+3 мас. Ъ

ЙН Ce+ 79 мас.Ъ АР О и тщательно их перемешивают. Нанесение медных о покрытий проводят при 1200 С, а кадмирование — при 420 С. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1.. Толщина покрытия 100 мкм.

Проводят меднение (нижний предел

СиСО и верхний АЕ, О, Пример 6. Составляют исходные смеси из 50 мас. Ъ CuC3+50 мас. Ъ

М О> и иэ 20 мас. Ъ Cd+4 мас. Ъ Й Н4СВ+

76 мас. Ъ АВ>О и тщательно перемешивают. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толщина покрытия 80 мкм.

Проводят кадмирование (нижний предел Сс) и средний NH CL) .

Пример 7 ° Составляют исходные смеси из 50 мас. Ъ СиСЕ+50мас. Ъ А370 и иэ 10 мас. Ъ Cd+4 мас.Ъ НН4СГ +

86 мас.Ъ AL>0> и тщательно перемешивают их. Остальные операции осуществляют согласно примеру 1. Толшина покрытия 50 мкм.

Определение коррозионной стойкости стальных образцов с медно-кадмиевым покрытием и образцов с кадмиевым покрытием на подслой из меди и никеля проводят в ЗЪ-ном водном растворе соляной кислоты (табл. 12

Анализ данных табл. 2 позволяет сделать вывод, что коррозионная стойкость образцов с медно кадмиевым покрытием не ниже, чем с кадмиевым покрытием, нанесенным на подслой из меди и никеля, и в 10-12 раэ выше, чем образцов без покрытия.

Предлагаемое покрытие можно наносить как на наружную, так и внутреннюю поверхность стальных изделий.

Для его использования не требуется специальной подготовки поверхности перед химико-термической обработкой.

1101473 в воэможности нанесения покрытий на детали сложных конфигураций, а также в возможности нанесения покрытий как на наружную, так и внутреннюю по-. верхность стальных иэделий, поскольку гальванические процессы заменены диффузионными, в высокой адгеэии покрытий к стальной основе.

Потери веса, мг/мм

Время, сут.

Образец с кадмие- Образец вым покрытием на без подслой из меди покрытия и никеля .б бразец с медноадмиевым покрыием

0,9 О, 94б

1,020 10

Составитель Л. Вурлинова

Редактор Н. Егорова Техред A. Бабинец Корректор H- Зрдейн

Заказ 4727/15 Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения будет заключаться в упрощении технологического процесса эа счет уменьшения заграт труда на предварительную обработку, в отсутствии наводороживания стальной основы, в отсутствии труднорегенирируемых вредных отходов, 0 0151

0,0455

О, 0458

0,0464

О, 047

О, 0477

0,0498

0,0142

0,0421

О, 043

0,0451

0,0459

О, 0459

О, 0471

О, 197

0,59

0,712

О, 81б