RU2721730C1 - Стальной элемент с модифицированной поверхностью, образованный путем пропитки никелем и цинком, и способ его изготовления - Google Patents

Стальной элемент с модифицированной поверхностью, образованный путем пропитки никелем и цинком, и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2721730C1
RU2721730C1 RU2019107713A RU2019107713A RU2721730C1 RU 2721730 C1 RU2721730 C1 RU 2721730C1 RU 2019107713 A RU2019107713 A RU 2019107713A RU 2019107713 A RU2019107713 A RU 2019107713A RU 2721730 C1 RU2721730 C1 RU 2721730C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
steel substrate
range
diffusion layer
substrate
Prior art date
Application number
RU2019107713A
Other languages
English (en)
Inventor
Юйчжун ЖЭНЬ
Original Assignee
Чунцин Даю Серфейс Текнолоджи Ко., Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чунцин Даю Серфейс Текнолоджи Ко., Лтд filed Critical Чунцин Даю Серфейс Текнолоджи Ко., Лтд
Application granted granted Critical
Publication of RU2721730C1 publication Critical patent/RU2721730C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/52—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation more than one element being diffused in one step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/60—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/021—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/023—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/023—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material only coatings of metal elements only
    • C23C28/025—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material only coatings of metal elements only with at least one zinc-based layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Предложенная группа изобретений относится к стальному элементу с модифицированной поверхностью с антикоррозионными свойствами и к способу его изготовления. Упомянутый стальной элемент содержит, в направлении снаружи вовнутрь, слой осаждения сплава и металлический диффузионный слой, при этом слой осаждения сплава толщиной от 60 микрон до 110 микрон содержит сплавы цинка и железа, а металлический диффузионный слой толщиной от 30 микрон до 120 микрон содержит кристаллы перлита и кристаллы феррита. Способ антикоррозионного модифицирования поверхности стального элемента включает следующие этапы. Этап S1, на котором обеспечивают стальную подложку. Этап S2, на котором проводят предварительную обработку стальной подложки. Этап S3, на котором предоставляют пропиточное вещество. Этап S4, на котором проводят загрузку стальной подложки в закрытый стальной контейнер, нагревание стального контейнера до температуры в диапазоне от 370 до 450°С и вращение стального контейнера со скоростью в диапазоне от 5 до 10 об/мин во время нагревания с модифицированием поверхности стальной подложки. Этап S5, на котором промывают стальную подложку после модифицирования. Обеспечивается получение стальной структуры с модифицированной поверхностью, которая обладает хорошей коррозионной стойкостью, что может снизить убытки, вызванные коррозией стали, при этом основные механические свойства стальной подложки не претерпевают изменений, и улучшается абразивная стойкость стальной подложки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к стальным элементам с модифицированной поверхностью и, в частности, к стальному элементу с модифицированной поверхностью с антикоррозионными свойствами и к способу его изготовления.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Коррозия стали наносит огромный ущерб в мире. Согласно исследованиям сталь, обращенная в лом по причине коррозии, ежегодно составляет более 20% от годового производства стали, нанося ущерб, оцениваемый приблизительно в 7000 сотен миллионов долларов. Стоимость ущерба намного превышает общую стоимость ущерба, вызываемого стихийными бедствиями, такими как землетрясение, наводнение и тайфун. В настоящее время в целях снижения коррозии стали разрабатывают некоторые технологии, направленные на предотвращение коррозии. Однако защитные покрытия, выполненные посредством технологий, направленных на предотвращение коррозии, не решают полностью проблему коррозии, и их твердость является низкой. Пропитка никелем и цинком может придать обрабатываемой детали более высокую коррозионную стойкость, более высокую износостойкость и высокую вибростойкость. Таким образом, существует необходимость в изготовлении стальной структуры с модифицированной поверхностью с антикоррозионными свойствами, образованной путем пропитки никелем и цинком.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существует необходимость в стальной структуре с модифицированной поверхностью с антикоррозионными свойствами, образованной путем пропитки никелем и цинком.
В настоящем изобретении предложен стальной элемент с модифицированной поверхностью, образованный путем пропитки никелем и цинком, при этом стальной элемент с модифицированной поверхностью содержит структуры сплава с антикоррозионными свойствами, образованные на стальной подложке, при этом стальной элемент с модифицированной поверхностью содержит, в направлении снаружи вовнутрь, слой осаждения сплава и металлический диффузионный слой; причем стальная подложка изготовлена из низкоуглеродистой стали или низкоуглеродистой легированной стали, при этом слой осаждения сплава содержит сплавы цинка и железа, металлический диффузионный слой содержит кристаллы перлита, кристаллы феррита и структуры, образованные при закалке и отпуске.
Кроме того, стальная подложка не подвергнута закалке и отпуску, при этом металлический диффузионный слой имеет микротвердость по Виккерсу, превышающую микротвердость по Виккерсу стальной подложки, и при этом микротвердость по Виккерсу стальной подложки находится в диапазоне от 150 до 260, и микротвердость по Виккерсу металлического диффузионного слоя находится в диапазоне от 200 до 400.
Кроме того, стальная подложка подвергнута закалке и отпуску, при этом металлический диффузионный слой имеет микротвердость по Виккерсу, не превышающую микротвердость по Виккерсу стальной подложки, при этом микротвердость по Виккерсу каждого из стальной подложки и металлического диффузионного слоя находится в диапазоне от 240 до 450.
Кроме того, цвет кристаллов перлита в каждом металлическом диффузионном слое является более светлым, чем цвет кристаллов перлита в стальной подложке после нескольких секунд погружения стального элемента с модифицированной поверхностью в травильный раствор, содержащий азотную кислоту и спирт в концентрации от 1% до 5%.
Кроме того, металлический диффузионный слой на низкоуглеродистой стали или низкоуглеродистой легированной стали содержит по меньшей мере одно из сорбата отпуска и троостита отпуска с сохранением блестящего белого цвета металлического диффузионного слоя после нескольких секунд погружения стального элемента с модифицированной поверхностью в травильный раствор, содержащий азотную кислоту и спирт в концентрации от 1% до 5%.
Кроме того, толщина слоя осаждения сплава находится в диапазоне от 60 микрон до 110 микрон, и толщина металлического диффузионного слоя находится в диапазоне от 30 микрон до 120 микрон.
Кроме того, стальная подложка стального элемента с модифицированной поверхностью с антикоррозионными свойствами изготовлена из низкоуглеродистой стали или низкоуглеродистой легированной стали.
В настоящем изобретении дополнительно предложен способ модифицирования поверхности стального материала, включающий:
этап S1, предусматривающий предоставление стальной подложки, которая изготовлена из среднеуглеродистой стали или среднеуглеродистой легированной стали;
этап S2, предусматривающий предварительную обработку стальной подложки, при этом предварительная обработка включает очистку от масла и жира, налипших на поверхность стальной подложки, и очистку от ржавчины на поверхности стальной подложки обдувкой металлическим порошком;
этап S3, предусматривающий предоставление пропиточного вещества, при этом пропиточное вещество содержит порошок Zn в диапазоне от 15 вес.% до 20 вес.%, порошок Ni в диапазоне от 3 вес.% до 4 вес.%, порошок Al в диапазоне от 2 вес.% до 2,5 вес.%, порошок редкоземельных металлов в диапазоне от 2 вес.% до 3 вес.%, хлористый аммоний в диапазоне от 1 вес.% до 4 вес.% и порошок Al2O3 как остальную часть в весовых процентах;
этап S4, предусматривающий загрузку стальной подложки, полученной на этапе S2, и пропиточного вещества, полученного на этапе S3, в закрытый стальной контейнер, нагревание стального контейнера до температуры в диапазоне от 370 градусов Цельсия до 450 градусов Цельсия и вращение стального контейнера со скоростью в диапазоне от 5 об/мин до 10 об/мин во время нагревания с модифицированием поверхности стальной подложки;
этап S5, предусматривающий промывку.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 представлен схематический вид варианта осуществления стального материала с антикоррозионными свойствами.
На фиг. 2 представлен металлографический вид поперечного сечения стальной подложки из стали Q235 после модифицирования поверхности, которая не подвергнута закалке и отпуску.
На фиг. 3 представлен металлографический вид поперечного сечения стальной подложки из стали № 20 после модифицирования поверхности, которая не подвергнута закалке и отпуску.
На фиг. 4 представлен металлографический вид поперечного сечения стальной подложки из стали 20MnTiB после модифицирования поверхности, которая подвергнута процессу закалки и отпуска.
На фиг. 5 представлен металлографический вид поперечного сечения стальной подложки из стали 25CrMoV после модифицирования поверхности, которая подвергнута процессу закалки и отпуска.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Ниже следует описание вариантов осуществления настоящего изобретения исключительно посредством вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые фигуры. Варианты осуществления, показанные и описанные выше, являются исключительно примерами. В подробное описание могут быть внесены изменения в рамках принципов настоящего изобретения, вплоть до изменений в полной мере, установленной широким общим значением терминов, используемых в формуле изобретения. Поэтому следует иметь в виду, что варианты осуществления, описанные выше, могут быть изменены в пределах объема формулы изобретения.
В настоящем изобретении предложен способ модифицирования поверхности для образования стального материала с антикоррозионными свойствами путем пропитки никелем и цинком. Способ включает следующие этапы.
Этап S1 предусматривает предоставление стальной подложки, изготовленной из низкоуглеродистой стали или низкоуглеродистой легированной стали.
В одном варианте осуществления стальная подложка изготовлена из одного из стали Q235, стали №20, стали 20MnTiB и стали 25CrMoV.
На этапе S2 стальную подложку подвергают предварительной обработке.
В одном варианте осуществления предварительная обработка включает очистку от масла и жира, налипших на поверхность, щелочным раствором (или ультразвуковыми волнами и нагреванием) и очистку от ржавчины на поверхности обдувкой металлическим порошком.
Очистка от масла и жира щелочным раствором: щелочной раствор может содержать основную соль, и основная соль содержит каустическую соду, карбонат натрия, трехосновный фосфат натрия, силикат натрия или борат натрия. Основная соль может содержать по меньшей мере два из вышеуказанных компонентов. Кроме того, щелочной раствор может дополнительно содержать хелатообразующее вещество для стали и органическую добавку для улучшения очистки поверхности. Хелатообразующее вещество для стали содержит по меньшей мере одно из этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA), цитрата натрия и триэтаноламина. Органическая добавка содержит по меньшей мере одно из этиленгликоля и моноэтилового эфира этиленгликоля.
Очистка от масла и жира ультразвуковыми волнами (ультразвуковая очистка) предполагает использование ультразвуковых волн для перемешивания промывочной жидкости, тем самым оказывая большие усилия прямо или опосредованно на загрязнители для рассеивания, эмульгирования или отделения загрязнителей, тем самым обеспечивая очистку. Ультразвуковая очистка требует надлежащей промывочной жидкости.
Очистка от масла и жира нагреванием предполагает нагревание стальной подложки до температуры не ниже, чем точка воспламенения масла и жира, тем самым вызывая сжигание и испарение масла и жира.
Стальная подложка до очистки может иметь загрязнители, налипшие на поверхность, включая масло и жир, а также пыль. Если не произвести очистку от загрязнителей, загрязнители будут карбонизироваться, приводя к карбонизации во время нагревания, и карбонизация влияет на внешний вид и результаты модифицирования поверхности. Очистка от масла и жира может удалить загрязнители, налипшие на поверхность, тем самым подготавливая основу для последующего модифицирования поверхности.
Обдувка металлическим порошком может дополнительно очистить поверхность стальной подложки. Обдувка металлическим порошком обеспечивает принудительное удаление ржавчины и слоя окислов струей небольших твердых шариков под высоким давлением, тем самым способствуя обретению поверхностью требуемых шероховатости и блеска и подготавливая основу для последующего модифицирования поверхности.
На этапе S3 подготавливают пропиточное вещество.
Пропиточное вещество подготавливают исходя из типа и требующихся антикоррозионных свойств сплава. Пропиточное вещество находится в форме порошка, который содержит порошок Zn в диапазоне от 15 вес.% до 20 вес.%, порошок Ni в диапазоне от 3 вес.% до 4 вес.%, порошок Al в диапазоне от 2 вес.% до 2,5 вес.%, порошок редкоземельных металлов в диапазоне от 2 вес.% до 3 вес.%, хлористый аммоний в диапазоне от 1 вес.% до 4 вес.% и порошок Al2O3 как остальную часть в весовых процентах. Конкретная концентрация каждого типа порошка в пропиточном веществе может варьироваться, исходя из материала стальной подложки или ее целевого применения.
На этапе S4 модифицируют поверхность стальной подложки.
Стальную подложку, полученную на этапе S2, и пропиточное вещество, полученное на этапе S3, загружают в закрытый стальной контейнер. Стальной контейнер нагревают и вращают во время нагревания. За счет нагревания пропиточным веществом за счет теплопроводности стальная подложка и пропиточное вещество могут иметь одинаковую температуру, и пропиточное вещество может проникать в стальную подложку с модифицированием поверхности стальной подложки. В настоящем изобретении стальной контейнер вращают со скоростью в диапазоне от 5 оборотов в минуту (об/мин) до 10 об/мин во время нагревания. Скорость вращения стального контейнера обеспечивает равномерное нагревание пропиточного вещества и стальной подложки. Таким образом, пропиточное вещество равномерно проникает в стальную подложку, тем самым обеспечивая получение стального материала с антикоррозионными свойствами.
Стальная подложка изготовлена из среднеуглеродистой стали или среднеуглеродистой легированной стали.
В одном варианте осуществления стальной контейнер нагревают при температуре в диапазоне от 370 градусов Цельсия до 450 градусов Цельсия. Температура нагревания стального контейнера также важна, более высокая температура обеспечивает значительно более высокую скорость проникновения атомов в пропиточном веществе. Конкретная температура нагревания и конкретное время нагревания стального контейнера могут варьироваться, исходя из материала стальной подложки или ее целевого применения. Время, необходимое для модифицирования поверхности, находится в диапазоне от 1 часа до 10 часов.
В данном варианте осуществления стальную подложку и пропиточное вещество перемешивают при комнатной температуре. Стальная подложка и пропиточное вещество находятся при одной и той же температуре во время нагревания стального контейнера.
Этап S5, предусматривающий промывку.
Стальную подложку после этапа S4 подвергают естественному охлаждению. После удаления пыли на поверхности, стальную подложку затем промывают водой для удаления оставшегося порошка и других примесей.
Стальной материал с модифицированной поверхностью с антикоррозионными свойствами образован путем модифицирования поверхности стальной подложки. На фиг. 1 показан схематический вид стального материала. Стальной материал с модифицированной поверхностью содержит, в направлении снаружи вовнутрь, слой осаждения сплава, металлический диффузионный слой и стальную подложку. Металлический диффузионный слой образует переходную область между стальной подложкой и слоем осаждения сплава. Если стальная подложка не подвергнута закалке и отпуску, микротвердость по Виккерсу стальной подложки находится в диапазоне от 150 до 260, и микротвердость по Виккерсу металлического диффузионного слоя находится в диапазоне от 200 до 400. В другом варианте осуществления, если стальная подложка подвергнута процессу закалки и отпуска, на поверхности стальной подложки образуются структуры, образованные при закалке и отпуске. Микротвердость по Виккерсу каждого из стальной подложки и металлического диффузионного слоя находится в диапазоне от 260 до 450.
Вариант осуществления 1
Со ссылкой на фиг. 2 и 3, на фиг. 2 представлен металлографический вид поперечного сечения стальной подложки из стали Q235 после модифицирования поверхности, которая не подвергнута закалке и отпуску. На фиг. 3 представлен металлографический вид поперечного сечения стальной подложки из стали №20 после модифицирования поверхности, которая не подвергнута закалке и отпуску.
В настоящем варианте осуществления стальная подложка изготовлена из низкоуглеродистой стали, в частности, стали Q235 или стали № 20. Поверхность стальной подложки из стали Q235 или стали № 20 модифицируют следующим образом.
Стальную подложку подвергали предварительной обработке, включая очистку от масла и жира щелочным раствором и удаление ржавчины обдувкой металлическим порошком. Процессы очистки от масла и жира щелочным раствором и удаления ржавчины обдувкой металлическим порошком были описаны выше, и здесь не приводится более детальная информация.
Было предусмотрено пропиточное вещество, которое находилось в форме порошка и содержало 15 вес.% порошка Zn, 4 вес.% порошка Ni, 2 вес.% порошка Al, 3 вес.% порошка редкоземельных металлов, 1 вес.% хлористого аммония и порошок Al2O3 как остальную часть в весовых процентах.
Кроме того, модифицировали поверхность стальной подложки. Как стальная подложка после предварительной обработки, так и пропиточное вещество находились при комнатной температуре при загрузке в закрытый стальной контейнер. Стальной контейнер нагревали и вращали во время нагревания. За счет нагревания пропиточным веществом за счет теплопроводности стальная подложка и пропиточное вещество могли иметь одинаковую температуру, и пропиточное вещество могло проникать в стальную подложку с модифицированием поверхности стальной подложки. В настоящем изобретении стальной контейнер вращали со скоростью 5 об/мин во время нагревания. Скорость вращения стального контейнера обеспечивала равномерное нагревание пропиточного вещества и стальной подложки, тем самым модифицируя поверхность стальной подложки. Время, необходимое для модифицирования поверхности, составляло 1 час, температура нагревания составляла 420 градусов Цельсия для получения стального элемента с модифицированной поверхностью.
В данном варианте осуществления сталь Q235 или сталь № 20 и пропиточное вещество не подвергали предварительному нагреванию во время перемешивания. То есть, сталь Q235 или сталь №20 и пропиточное вещество перемешивали при температуре окружающей среды и затем загружали в стальной контейнер для проведения модифицирования поверхности.
В этом варианте осуществления низкоуглеродистая стальная подложка представляла собой сталь Q235 или сталь №20. В случае стали Q235 на стальной подложке была образована структура с модифицированной поверхностью с антикоррозионными свойствами. Стальной элемент с модифицированной поверхностью содержал два металлографических слоя, то есть слой осаждения сплава и металлический диффузионный слой, в направлении снаружи вовнутрь. Самый внутренний слой представлял собой стальную подложку.
В случае стали №20, на стальной подложке был также образован стальной элемент с модифицированной поверхностью, который содержал два металлографических слоя, то есть слой осаждения сплава и металлический диффузионный слой, в направлении снаружи вовнутрь. Самый внутренний слой представлял собой стальную подложку.
В этом варианте осуществления поверхность каждой стальной подложки модифицировали без применения процесса закалки и отпуска. Более конкретно, стальную подложку и пропиточное вещество смешивали при комнатной температуре.
На фиг. 2 и 3 показано, что цвет кристаллов перлита в каждом металлическом диффузионном слое светлее, чем цвет кристаллов перлита в стальной подложке. Микротвердость по Виккерсу каждого металлического диффузионного слоя превышала микротвердость по Виккерсу стальной подложки. Толщина металлического диффузионного слоя находилась в диапазоне от 30 микрон до 80 микрон.
Вариант осуществления 2
Как показано на фиг. 4 и 5, на фиг. 4 представлен металлографический вид стальной подложки из стали 20MnTiB после модифицирования поверхности, которая подвергнута процессу закалки и отпуска. На фиг. 5 представлен металлографический вид поперечного сечения стальной подложки из стали 25CrMoV после модифицирования поверхности, которая подвергнута процессу закалки и отпуска.
В настоящем варианте осуществления стальные подложки изготавливали из низкоуглеродистой легированной стали, в частности, включая сталь 20MnTiB или сталь 25CrMoV. Поверхность стальной подложки из низкоуглеродистой легированной стали модифицировали следующим образом.
Стальную подложку подвергали процессу закалки и отпуска для образования структур, образованных при закалке и отпуске.
Стальную подложку затем подвергали предварительной обработке, включая очистку от масла и жира щелочным раствором и удаление ржавчины обдувкой металлическим порошком. Процессы очистки от масла и жира щелочным раствором и удаления ржавчины обдувкой металлическим порошком описаны выше, и здесь не приводится более детальная информация.
Приготовили пропиточное вещество, которое находилось в форме порошка и содержало 20 вес.% порошка Zn, 3 вес.% порошка Ni, 2,5 вес.% порошка Al, 2 вес.% порошка редкоземельных металлов, 4 вес.% хлористого аммония и порошок Al2O3 как остальную часть в весовых процентах.
Кроме того, модифицировали поверхность стальной подложки. Более подробно, стальную подложку после предварительной обработки и пропиточное вещество загружали в закрытый стальной контейнер. Стальной контейнер нагревали и вращали во время нагревания. За счет нагревания пропиточным веществом за счет теплопроводности стальная подложка и пропиточное вещество могли иметь одинаковую температуру, и пропиточное вещество могло проникать в стальную подложку с модифицированием поверхности стальной подложки. В настоящем изобретении стальной контейнер вращали со скоростью 8 об/мин во время нагревания. Скорость вращения стального контейнера обеспечивает равномерное нагревание пропиточного вещества и стальной подложки, тем самым модифицируя поверхность стальной подложки. Время, необходимое для модифицирования поверхности, составляло 10 часов, температура нагревания составляла 370 градусов Цельсия для получения стального элемента с модифицированной поверхностью.
В данном варианте осуществления сталь 20MnTiB или сталь 25CrMoV и пропиточное вещество не подвергали предварительному нагреванию во время перемешивания. То есть, сталь 20MnTiB или сталь 25CrMoV и пропиточное вещество перемешивали при температуре окружающей среды и затем загружали в стальной контейнер для проведения модифицирования поверхности.
В этом варианте осуществления подложка из низкоуглеродистой легированной стали содержала сталь 20MnTiB или сталь 25CrMoV.
На поверхности каждой из стали 20MnTiB и стали 25CrMoV, были образованы два слоя с модифицированной поверхностью. Два поверхностных модифицированных слоя представляли собой, в направлении снаружи вовнутрь, слой осаждения сплава и металлический диффузионный слой. Самый внутренний слой представлял собой стальную подложку.
Структуры, образованные при закалке и отпуске, были образованы на каждой стальной подложке после процесса закалки и отпуска. В данном варианте осуществления структуры, образованные при закалке и отпуске, содержались в металлическом диффузионном слое. Структуры, образованные при закалке и отпуске, представляли собой сорбат отпуска. В данном варианте осуществления сталь 20MnTiB или сталь 25CrMoV и пропиточное вещество перемешивали при комнатной температуре.
На фиг. 4 и 5 показано, что при подвергании металлического диффузионного слоя на каждой из стали 20MnTiB и стали 25CrMoV процессу травления путем погружения металлического диффузионного слоя в травильный раствор, содержащий азотную кислоту и спирт в концентрации от 1% до 5%, блестящий белый цвет металлического диффузионного слоя сохранялся после нескольких секунд, указывая на то, что каждый стальной элемент с модифицированной поверхностью имеет хорошую коррозионную стойкость. Микротвердость по Виккерсу металлического диффузионного слоя не превышала по Виккерсу стальной подложки после подвергания закалке и отпуску. Толщина металлического диффузионного слоя находилась в диапазоне от 80 микрон до 120 микрон.
По сравнению с предшествующим уровнем техники стальная структура с модифицированной поверхностью согласно настоящему изобретению обладает хорошей коррозионной стойкостью, что может снизить убытки, вызванные коррозией стали. Кроме того, основные механические свойства стальной подложки не претерпевают изменений, но улучшается абразивная стойкость стальной подложки в связи с тем, что эти процессы придают высокую твердость.
Варианты осуществления, показанные и описанные выше, являются исключительно примерами. Настоящее раскрытие сущности изобретения является исключительно иллюстративным, и в подробное описание могут быть внесены изменения в рамках принципов настоящего изобретения, вплоть до изменений в полной мере, установленной широким общим значением терминов, используемых в формуле изобретения. Поэтому следует иметь в виду, что варианты осуществления, описанные выше, могут быть изменены в пределах объема формулы изобретения.

Claims (15)

1. Стальной элемент с модифицированной антикоррозионной поверхностью стальной подложки, содержащий, в направлении снаружи вовнутрь, слой осаждения сплава и металлический диффузионный слой;
при этом слой осаждения сплава содержит сплавы цинка и железа, металлический диффузионный слой содержит кристаллы перлита и кристаллы феррита, отличающийся тем, что:
толщина слоя осаждения сплава находится в диапазоне от 60 микрон до 110 микрон, и толщина металлического диффузионного слоя находится в диапазоне от 30 микрон до 120 микрон.
2. Стальной элемент по п. 1, отличающийся тем, что стальная подложка изготовлена из низкоуглеродистой стали или низкоуглеродистой легированной стали.
3. Стальной элемент по п. 1, отличающийся тем, что стальная подложка не подвергнута закалке и отпуску, при этом металлический диффузионный слой имеет микротвердость по Виккерсу, превышающую микротвердость по Виккерсу стальной подложки, и при этом микротвердость по Виккерсу стальной подложки находится в диапазоне от 150 до 260, и микротвердость по Виккерсу металлического диффузионного слоя находится в диапазоне от 200 до 400.
4. Стальной элемент по п. 1, отличающийся тем, что стальная подложка подвергнута закалке и отпуску, при этом металлический диффузионный слой имеет микротвердость по Виккерсу, не превышающую микротвердость по Виккерсу стальной подложки, при этом микротвердость по Виккерсу каждого из стальной подложки и металлического диффузионного слоя находится в диапазоне от 240 до 450.
5. Стальной элемент по п. 3, отличающийся тем, что цвет кристаллов перлита в каждом металлическом диффузионном слое является более светлым, чем цвет кристаллов перлита в стальной подложке после заданного периода времени погружения стального элемента с модифицированной поверхностью в травильный раствор, содержащий азотную кислоту и спирт в концентрации от 1% до 5%.
6. Стальной элемент по п. 4, отличающийся тем, что металлический диффузионный слой содержит по меньшей мере одно из сорбата отпуска и троостита отпуска с сохранением блестящего белого цвета металлического диффузионного слоя после заданного периода времени погружения стального элемента с модифицированной поверхностью в травильный раствор, содержащий азотную кислоту и спирт в концентрации от 1% до 5%.
7. Способ антикоррозионного модифицирования поверхности стального элемента, включающий:
этап S1, на котором обеспечивают стальную подложку;
этап S2, на котором проводят предварительную обработку стальной подложки, при этом предварительная обработка включает очистку от масла и жира, налипших на поверхность стальной подложки, и очистку от ржавчины на поверхности стальной подложки обдувкой металлическим порошком;
этап S3, на котором предоставляют пропиточное вещество, содержащее порошок Zn в диапазоне от 15 до 20 вес.%, порошок Ni в диапазоне от 3 до 4 вес.%, порошок Al в диапазоне от 2 до 2,5 вес.%, порошок редкоземельных металлов в диапазоне от 2 до 3 вес.%, хлористый аммоний в диапазоне от 1 до 4 вес.% и порошок Al2O3 – остальное в весовых процентах;
этап S4, на котором проводят загрузку стальной подложки, обработанной на этапе S2, и пропиточного вещества, полученного на этапе S3, в закрытый стальной контейнер, нагревание стального контейнера до температуры в диапазоне от 370 до 450°С и вращение стального контейнера со скоростью в диапазоне от 5 до 10 об/мин во время нагревания с модифицированием поверхности стальной подложки;
этап S5, на котором промывают стальную подложку после модифицирования.
8. Способ по п. 7, в котором используют стальную подложку, выполненную из низкоуглеродистой стали или низкоуглеродистой легированной стали.
RU2019107713A 2016-08-19 2017-06-30 Стальной элемент с модифицированной поверхностью, образованный путем пропитки никелем и цинком, и способ его изготовления RU2721730C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610690166.XA CN106435466B (zh) 2016-08-19 2016-08-19 利用锌镍渗层形成的钢铁表面改性结构及其制备方法
CN201610690166.X 2016-08-19
PCT/CN2017/091031 WO2018032887A1 (zh) 2016-08-19 2017-06-30 利用锌镍渗层形成的的钢铁表面改性结构及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2721730C1 true RU2721730C1 (ru) 2020-05-21

Family

ID=58182576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019107713A RU2721730C1 (ru) 2016-08-19 2017-06-30 Стальной элемент с модифицированной поверхностью, образованный путем пропитки никелем и цинком, и способ его изготовления

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190161845A1 (ru)
EP (1) EP3502303A4 (ru)
KR (2) KR20190056367A (ru)
CN (1) CN106435466B (ru)
RU (1) RU2721730C1 (ru)
WO (1) WO2018032887A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106435466B (zh) * 2016-08-19 2021-08-13 重庆大有表面技术有限公司 利用锌镍渗层形成的钢铁表面改性结构及其制备方法
CN108220903B (zh) * 2018-01-12 2020-02-18 和县隆盛精密机械有限公司 一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺
CN111893430B (zh) * 2020-08-05 2021-07-13 江苏领嘉科技有限公司 一种碳钢卡压管件的固态扩散表面防腐处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096496C1 (ru) * 1991-02-14 1997-11-20 Компани Женераль Дез Этаблиссман Мишлен-Мишлен э Ко. Металлическая проволока и способ ее изготовления
CN101319300A (zh) * 2008-07-10 2008-12-10 重庆大有表面技术有限公司 锌镍渗层黑色金属防腐工艺
CN102766840A (zh) * 2012-08-08 2012-11-07 中国石油化工股份有限公司 钢换热器管束表面改性锌铝稀***渗方法及其渗剂
RU2539888C2 (ru) * 2013-02-14 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Способ термодиффузионного цинкования стальных изделий
RU2572901C9 (ru) * 2011-07-29 2016-06-20 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Отожженный слой гальванического покрытия и снабженный таким покрытием стальной лист и способ его получения

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4071638A (en) * 1974-11-07 1978-01-31 General Electric Company Method of applying a metallic coating with improved resistance to high temperature to environmental conditions
CN102127732B (zh) * 2011-03-02 2012-10-10 安徽天通达克罗涂复科技有限公司 一种多元合金共渗剂及其制备共渗层的方法
CN102777468B (zh) * 2012-08-21 2014-11-19 重庆大有表面技术有限公司 双高螺栓的生产工艺及得到的螺栓
CN105839047A (zh) * 2016-06-16 2016-08-10 福建大统铁路精密装备股份有限公司 一种金属渗锌渗层防腐工艺
CN106435466B (zh) * 2016-08-19 2021-08-13 重庆大有表面技术有限公司 利用锌镍渗层形成的钢铁表面改性结构及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096496C1 (ru) * 1991-02-14 1997-11-20 Компани Женераль Дез Этаблиссман Мишлен-Мишлен э Ко. Металлическая проволока и способ ее изготовления
CN101319300A (zh) * 2008-07-10 2008-12-10 重庆大有表面技术有限公司 锌镍渗层黑色金属防腐工艺
RU2572901C9 (ru) * 2011-07-29 2016-06-20 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Отожженный слой гальванического покрытия и снабженный таким покрытием стальной лист и способ его получения
CN102766840A (zh) * 2012-08-08 2012-11-07 中国石油化工股份有限公司 钢换热器管束表面改性锌铝稀***渗方法及其渗剂
RU2539888C2 (ru) * 2013-02-14 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Способ термодиффузионного цинкования стальных изделий

Also Published As

Publication number Publication date
EP3502303A4 (en) 2020-01-08
KR20210076172A (ko) 2021-06-23
EP3502303A1 (en) 2019-06-26
CN106435466B (zh) 2021-08-13
CN106435466A (zh) 2017-02-22
KR102411170B1 (ko) 2022-06-22
KR20190056367A (ko) 2019-05-24
US20190161845A1 (en) 2019-05-30
WO2018032887A1 (zh) 2018-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2721728C1 (ru) Стальной элемент с модифицированной поверхностью, образованный путем пропитки никелем и цинком, и способ его изготовления
RU2721730C1 (ru) Стальной элемент с модифицированной поверхностью, образованный путем пропитки никелем и цинком, и способ его изготовления
JP6129752B2 (ja) 鋼製の機械部品を窒化するための溶融塩浴及び実行方法
JPH08158058A (ja) Ｎｉ−Ｐ−Ｂ系無電解めっき皮膜及びこの皮膜を用いた機械部品
CN101736228B (zh) 一种对耐海洋气候工程零件进行浸镀的方法
JP3491811B2 (ja) 摺動部材及びピストン
Osifuye et al. Effect of bath parameters on electroless Ni-P and Zn-P deposition on 1045 steel substrate
CN101748353B (zh) 一种耐海洋气候工程零件进行防腐处理的方法
CN101760717B (zh) 一种对耐海洋气候工程零件涂层进行扩散处理的方法
CN103276349B (zh) 一种低碳钢表面盐浴稀土钒钛共渗剂及处理工艺
JPH04143263A (ja) 硬質オーステナイト系ステンレスねじおよびその製法
CN108103291A (zh) 一种铸铁电饭锅内胆的耐蚀处理工艺
KR101187354B1 (ko) 수세처리 생략기술을 이용한 아연용융도금 방법
CN108411239B (zh) 一种热浸共渗铝铜合金的方法
CN114000135B (zh) 一种大功率柴油机缸套表面功能性磷化工艺
CN101760714A (zh) 一种对钛合金零件进行浸镀的方法
CN105506536A (zh) 一种碳钢炒锅耐蚀工艺
US3547711A (en) Process for coating ferrous surfaces
CN110129779B (zh) 一种铝合金表面化学浸镀铁的方法
JP4104570B2 (ja) 摺動部材の製造方法
CN111321396A (zh) 金属表面处理方法
US2601864A (en) Composition for and method of descaling metal parts
JP7178832B2 (ja) 表面硬化材料の製造方法
US3069296A (en) Method for removal of iron nitride
CN105755478A (zh) 一种常温快速清除金属表面氧化层的除锈剂制备方法