Изобретение относится к области металлургии, в частности к защите стальных изделий от коррозии путем нанесения цинкового покрытый. Способ горячего цинкования, предусматривает по меньшей мере, использование соответственно одной обезжиривающей, травильной и флюсовой ванн. Аналогом заявляемого способа является “Способ горячего цинкования” по патенту Германии №3639556 (01.06.1988) [1].
Другой известный способ получения коррозионностойкого декоративного цинкового покрытия предусматривает обработку оцинкованной поверхности в растворе, состоящем из хромового ангидрида, азотной кислоты и серной кислоты, отличающийся тем что, с целью повышения антикоррозионной стойкости покрытия оцинкованию поверхность погружают на 8-15сек. В раствор из 230 г/л хромового ангидрида (Cr203), 25 г/л азотной кислоты (HNO3), и 25 г/л серной кислоты (H2SO4), после чего промывают холодной, а затем горячей содой с температурой не ниже 60°С. (Патент SU 1001170A, класс 486,4) [2].
Прототипом заявляемого способа является изобретения “Способ непрерывного горячего цинкования полосы” по патенту RU №2209846С2 C23C2/06 от 10.08.2003. Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий из цинка, алюминия и их сплавов на изделия, в частности на наружную поверхность полосы.
Способ включает подготовку поверхности полосы, нанесение на нее цинкового покрытия путем погружения в ванну с расплавом цинка, удаление отходов горячего цинкования из ванны, при котором осуществляют их сбор и выемку, и последующее охлаждение полосы [3].
Недостатком данного способа заключается, что он не обеспечивает достаточный уровень защиты стальных полос от коррозии.
Цель изобретения заключается в разработке способа горячего цинкования путём легирования цинка представителями подгруппа галлия.
Для достижения поставленной цели предлагается в качестве легирующего компонента металлического цинка использовать по крайней мере один металл из подгруппы галлия (Ga, In, Tl). Процесс ввода в расплав цинка металлов осуществляется заявляемым способом при 480-500 0С, что позволяет сохранить в составе сплавов расчётное количество активных галлия, индия и таллия в количестве 0,05-0,5 мас.%.
Примеры осуществления предложенного способа представлены в таблице. В разогретый до 480 0С графитовый тигель загружают и расплавляют цинк и далее в полученный расплав вводят один металл из подгруппы галлия (Ga, In, Tl) в завёрнутом в алюминиевой фольге вида с помощью колокольчика. Колокольчик с галлием, индием, таллием проникают в глубь расплава и на том же уровне перемешивают до полного растворения металла. Расплав отстаивают 10-15 мин. Снимают шлак и отливают пробы для исследования.
Исследование коррозионно-электрохимического поведения цинкового защитного покрытия, легированного по крайней мере одним элементом из подгруппы галлия (Ga, In, Tl), проводилось в растворе хлорида натрия с концентрацией 3.0%, с помощью потенциостата ПИ-50.1.1 с выходом на программатор ПР-8 и самописцем ЛКД-4. Температура раствора в ячейке поддерживалась постоянная (200С) с помощью термостата МЛШ-8. Электродом сравнения служил хлорид-серебряный, вспомогательным – платиновый электрод.
Исследование коррозионных и электрохимических свойств цинковых покрытий с подгруппы галлия (Ga, In, Tl) проводились в потенциостатическом режиме со скоростью развёртки потенциала 2 мВ/с. Электроды потенциодинамически анодно поляризовали от установившегося значения стационарного потенциала до резкого возрастания тока (до постоянного значения тока 1А), затем в обратном направлении до значения потенциала – 1.5 В, при котором происходит восстановление оксидной пленки. Далее образцы снова поляризовали в положительном направлении до потенциала питтингообразования. Из полученных потенциодинамических кривых определяли основные электрохимические характеристики сплавов: потенциал коррозии Екор. и ток коррозии iкор., потенциалы питтингообразования Еп.о. и репассивации Ереп..
Скорость коррозии определялся по формуле: K = iкор. · k, где k – электрохимический эквивалент, численное значение которого для цинка составляет 1.22 г/(А·час). Воспроизводимость измерения электрохимических потенциалов равнялся ±2 ÷ ±5 мВ, а плотность тока коррозии составляла (0,001 – 0,005)·10-2 А/м2.
Как видно из таблицы, сплавы цинка №№2-13, содержащие галлия, индия и таллия в заявленных пределах, имеют высокие электрохимические характеристики, причем наибольшие значение рабочего потенциала и скорость коррозии имеют сплавы №=5, №=9, №=13. Для сравнительной оценки на основе того же цинка был приготовлен образец, по известному способу взятый за прототип.
Как видно из таблицы, электрохимические характеристики и скорость коррозии сплава цинка с галлия, индия, таллия, полученного предлагаемым способом приготовленного на основе цинка на 10-17% ниже металлического цинка, те же характеристик.
Механизм действия галлия, индия и таллия на коррозионно-электрохимические свойства металлического цинка (прототип) заключается в изменении, т.е. измельчении его микроструктуры путём абсорбирования на поверхности первичных выделений фаз в процесс их кристаллизации из расплава и последующего затормаживания их роста. Подгруппы галлия, являясь известными модификаторами структуры сплавов широко используются в процессе плавки и литья алюминиевых сплавов. В нашем случае модифицирующая их способность использовалось для металлического цинка. Происходящие в
результате модификации подгруппами галлия структурные изменения способствуют увеличению коррозионной стойкости цинка как защитного покрытия стальных изделий.
Использование предлагаемого способа получения сплавов по сравнению с прототипом позволит изготавливать из них более дешевые протекторы с высокими электрохимическими характеристиками и достаточным сроком службы, которые могут использоваться для защиты от коррозии стальных изделий и конструкций.
Так легирование 0,5% галлием, индием, таллием исходного цинка позволяет на 9% снизить его скорость коррозии (пример №5); легирование 0.5% индием на 14% снижает скорость коррозии исходного цинка (пример №9); легирование исходного цинка с таллием на 17% снижает скорость его коррозии в среде 3%-ного NaCl (пример №13).
Экономический эффект от использования изобретения как защитного покрытия материала заключается в продлении срока службы защищаемых изделий и сооружений на 10-15% и более за счет повышения их коррозионной стойкости. Повышение коррозионной стойкости покрытия на 10% позволяет уменьшить расход защитного покрытия тоже на 10%. При стоимости 1тн цинкового сплава 4600$ США снижение массы защитного покрытия на 10% при объеме 1000тн. сплава экономический составляет 100тн × 4600$ = 460.000$ США.
