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].
Общим между заявляемым изобретением и аналогом изобретения является то, что в обоих изобретениях рассматривается технология нанесения защитного покрытия на поверхности стальных изделий для защиты их от коррозии.
Другой известный способ получения коррозионно-стойкого 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 оцинкованную поверхность погружают на 8-15 сек в раствор из 230 г/л хромового ангидрида (Сг203), 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 1001170А, класс 486,4) [2].
Прототипом заявляемого способа является изобретения “Способ непрерывного горячего цинкования полосы” по патенту RU №2209846С2 С23С2/06 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].
Недостаток данного способа заключается в том, что он не обеспечивает достаточный уровень защиты стальных полос от коррозии.
Цель изобретения заключается в разработке способа горячего цинкования путём легирования цинка представителями редкоземельных металлов (РЗМ).
Для достижения поставленной цели предлагается в качестве легирующего компонента металлического цинка использовать по крайней мере один металл из группы редкоземельных металлов (La, Се, Рг). Процесс ввода в расплав цинка металлов осуществляется заявляемым способом при 480-500 °C, что позволяет сохранить в составе сплавов расчётное количество активных редкоземельных металлов в количестве 0,01-0,5 мас.%.
Примеры осуществления предложенного способа представлены в таблице. В разогретый до 480°С графитовый тигель загружают и расплавляют цинк и далее в полученный расплав вводят один металл из группы редкоземельных металлов в завёрнутом в алюминиевой фольге вида с помощью колокольчика. Колокольчик с редкоземельным металлом проникают в глубь расплава и на том же уровне перемешивают до полного растворения металла. Расплав отстаивают 20-25 мин. Снимают шлак и отливают пробы для исследования.
Исследование коррозионно-электрохимического поведения цинкового защитного покрытия, легированного по крайней мере одним элементом из группы редкоземельных металлов, 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 (20°С) с помощью термостата МЛШ-8. Электродом сравнения служил хлорид-серебряный, вспомогательным - платиновый электрод.
Исследование коррозионных и электрохимических свойств цинковых покрытий с редкоземельными металлами 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 iKOp., потенциалы питтингообразования Еп.о. и репассивации Ереп.
Скорость коррозии определялся по формуле: K = iкop. • 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 редкоземельные металлы в заявленных пределах, имеют высокие электрохимические характеристики, причем наибольшее 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 (№1).
Как видно из таблицы, электрохимические характеристики и скорость коррозии сплава цинка с редкоземельными металлами, полученного предлагаемым способом приготовленного на основе цинка на 10-20% ниже металлического цинка.
Механизм действия редкоземельных металлов на коррозионноэлектрохимические 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. Редкоземельные металлы, 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 редкоземельными металлами 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 защитные покрытия с высокими электрохимическими характеристиками и достаточным сроком службы, которые могут использоваться для защиты от коррозии стальных изделий и конструкций.
Так легирование 0,5% лантаном исходного цинка позволяет на 10% снизить его скорость коррозии (пример №5); легирование 0.5% церием на 15% снижает скорость коррозии исходного цинка (пример №9); легирование исходного цинка празеодимом на 20% снижает скорость его коррозии в среде 3%-ного NaCl (пример №13).
Например, повышение коррозионной устойчивости цинкового защитного покрытия, содержащего редкоземельными металлами на 10% позволяет на столько же уменьшить расход цинка, при одинаковых сроках службы защищаемых изделий.
Если принимать во внимание, что стоимость 1тн. металлического цинка, составляет 4600$ США, уменьшение расхода цинка как защитного покрытия на 10% от объёма 1000 тн. в экономическом плане составляет 100 тн., что в денежном выражении равняется 100 • 4600 = 460.000$ США.
