Процесс диффузионного хромирования стальной полосы. Назначение лужения. Технологи горячего лужения. Электролитическое свинцевание

9. ХРОМИРОВАНИЕ

Нанесение хрома на стальную полосу осущ-ся электрическими и диффузионными металлами. Метод и толщина слоя выбирается в зависимости от назначения. Для производства тары, как4 правило, хромируют одну сторону полосы или ленты, вторая сторона покрывается слоем олова. Хромирование одной стороны полосы позволяет усилить защиту жести от атмосферной коррозии придавая более товарный вид. Для достижения этой цели в линию агрегата лужения встроили линию одностороннего электролитического хромирования ленты. (рис.76 Технологическая схема агрегата одностороннего хромирования.) От разматывателя 1 ст. полоса подаётся в травильную ванну 2 и после ванны струйной промывки 3 поступает в ванну электролит. Хромирования 4 вращающимся барабаном 5 к шлифованной пов-ти к-ого полоса (катод) прижимается одной стороной, т.о хромируется только одна сторона обращённая к аноду, к-ым служит свинцово-оловянистая пластина. После хромирования полоса проходит ванну струйной промывки 7, затем на нехромированную сторону наносится флюс и полоса погружается в ванну 8 с жидким оловом и маслом. После чистильной машины 9 полоса сматывается в рулон на маталке 10. Толщина нужного покрытия получается 2-3 мк-рон, а хромированного 0,1-0,3 мк-рон.

10. ПРОЦЕСС ДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ

Предназначено для повышения стойкости стали против окисления при обычных и высоких t-рах (от 900 до 1000С), а также для повышения износостойкости и ТВ-ти стальных изделий. Насыщение хромом малоуглеродистой стали приводит к образованию α твёрдого р-ра с содержанием хрома от 10 до 50%. При насыщении хромом средне- и высокоуглерод. Стали на её пов-ти образуется сплошной белый слой карбидной фазы Cr27C6. Тв-ть пов-ти достигается от 16000 до 18000 МН/м². Диффузионное хромир-е может осущ-ся в газовой среде содержащей фторид или хлорид хрома, в спец. Колпаковых печах для хромир-я  распушенных рулонов стальной полосы. В промышл. масштабе исп-ют технологию нанесения на полосу тонкого слоя порошкообразного тонкого мат-ла. Поле нанесения порошка на полосу рулон туго сматывается и отжигается в атмосфере водорода в течен. 5 часов. Диффуз-ый слой получается до 50 мкрон. В поверх-ном слое расворяется до 38% хрома и хромированная т.о. полоса легко сваривается электродом из нержавеющей стали.

1.  НАЗНАЧЕНИЕ ЛУЖЕНИЯ

Метал-ие покрытия на листовую и полосовую сталь наносятся с двоякой целью:

1.  Защита от коррозии и придание мат-лу лучшего внешнего вида

2.  Улучшение кач-ва проката

Всё это снижает затраты в нар. хоз-ве, т.к. операции отделки употребителя заменяются в металлургии непрерывными высокопроизводительними процессами.

Первым защитным покрытием применённым на метал. Заводах было оловяное покрытие. Ещё в 12в. в Европе начали применять лужение стальных листов методом погружения в оловянный расплав. Из таких листов изготавливали предметы домашнего обихода, взамен оловянных сосудов и др. изделий. В нач. 19в. Начало развиваться консервная промышл-ть, для к-ой понадобились стальные луженые листы (белая жесть). Кроме того, внутри банки в пищевых средах приобретало более отрицат. Потенциал, чем железо и поэтому служило надёжной защитой от коррозии. Олово – Ме белого цвета с лёгким голубым оттенком, плот-ть 7290 кг/м³, t-ра плавлен=231,9 ºC. В промыш-ти применяют различ. Марки олова ОВЧ-000; 0,1п.ч.; 0,2; 0,3;0,4. Олово марки ОВЧ-000(99,999), применяются для полупроводниковой техники. Олово марки 0,1п.ч. и 0,1(99,915Sn) и примен. Для лужения жести. В олове допускается огранич. кол-во примесей (Cu,Al,Zn,Pb) понижают коррозион. Стойкость. Кроме того мышьяк и свинец делают покрытие ядовитым, а Al и Zn препятствуют сложности покрытий. Лужоная жесть почти сохраняет мех. св-ва чёрной жести, но её внешний вид покрытия более привлекателен и декоративен. Оловянистое покрытие хорошо отражает свет. Удлинение олова достигает 86% - это более чем в 2раза превышает удлинение углерод. стали. Поэтому в разл. Видах деф-ции белой жести олово служит смазкой и покрытие не нарушается при деф-ции. Кроме того в орп. кол-вах (до 200 м²/1кг пищ продукта) олово явл. нетоксичным Ме и явл.надёжной защитой от коррозии при хранении пищевых продуктах. Олово дифицитный и дорогой Ме. Его содержание в земной коре сост-ет 0,0006%. Белая жесть может выпускаться с электротехн. Покрытием. Может выпускаться жесть с дифференцированным покрытием, когда одна сторона жести покрыта отн-но тонким слоем (0,38-0,78мкрон), а вторая сторона отн-но толстым слоем(1,22-1,54мкрон). Жесть с дифференцированным покрытием прим-ся в 2-х случаях (во 1-х, когда в жестяной таре консервируют агрессивные продукты и в этом случае, на внутр. Пов-ти банки должен быть слой повышенной толщины; во 2-ых, когда усл-е тропического климата необх. Повысить стойкость наружной пов-ти консервной банки).

2. ТЕХНОЛОГИ ГОРЯЧЕГО ЛУЖЕНИЯ

Принципиально процесс горячего лужения практически не измен-ся со дня его возникновения в течении неск-их столетий. Ванны с расплавленным оловом, коробкой с флюсом, и баком с пальмовым или хлопковым маслом постепенно обрастала мех. уст-вами, что в конечном итоге привело к современной конструкции агрегата.Подготовленная жесть(травленая и промытая) подаётся в флюсовую коробку 1,после чего лист погружается в ванну 2 с жидким или с расплавленным оловом.

Формование оловянного покрытия происх.в жаровой

Ванне 3.Самым ответственным технолог.узлом лужения,определяющим качество покрытия явл.

узел А,где интенсивно идут процессы взаимоде йствия на границах раздела жесть-флюс,жестьолово и олово-флюс.Протекающие в узле А процессы приводят к образованию на жести промежуточного слоя, состоящего из соединения FeSn и слоя относительно чистого олова.При горячем лужении флюс применяют в виде водного р-ра в виде хлористого цинка с плотностью 1450-1530 кг/м³,что соотв-ет содержанию хлористого цинка 600-800г/л.Водные р-ры флюса наводятся на зеркало оловянной ванны небольшими порциями, t-ра флюса при этом 200-250ºC. Высота слоя флюса в кипящем состоянии 70-100 мм. Наведенный свежий флюс полочает активность при накоплении в нём 8-10% ZnCl2. В раб. флюсе содер-ся до 20% хлористого Zn. На участке выхода жести из флюсовой коробки t-ра ванны должна быть не больше 320-350ºC с постепенным падением по пути перемещения жести в жировой ванне до 260-280ºC. Второй технолог. узел лужения Б охватывает процессы возникающие на границе фаз жесть-масло, жесть-олово и олово-масло. В этом узле идёт формир-е слоя с помом-ю жировых машин, сост-их из неск-их пар стальных валков и масляной среды. В листовых агрегатах ск-ть дв-я жести сост-ет 0,2-0,3м/с, толщину оловянного покрытия можно регулировать.

При лужении в агрегатах предварит. протравленных и промытых образцов различ.3 зоны:

1.к-ая прошла ч/з флюс и жид. олово наз. блестящая зона ;

2. прошедшая ч/з флюс;

3. находящаяся выше зеркала флюса.

Во флюсе на пов-ть листа высаживается тончайший слой олова, к-ый обретает с железом интерметал-ое соед-е FeSn2.  В протекании этого процесса и заключ. осн-ое назначен флюса. По этому слою олова легко растекается образуя сплошное покрытие. Во флюс олово переходит на границе раздела оловян. расплав - флюс растворяясь по реакциям: Sn+2H→Sn²+H2 до 1% олова. Но осн-ая масса олова переходит из ванны во флюс по р-и: FeCl2+3Sn→FeS+SnCl2. Продолжительность обработки жести во флюсе в зав-ти от типа автомата сост. 0,3-0,4сек в листовых автоматах, а  в автоматных полосы до 2 сек.    

3..Согласно осн. технолог. схеме стальная полоса толщиной 0,1-0,3 мм и шириной до 1 м после подготовки пов-ть – обезжирования, травления, промывки и сушки погружается в ванну с солевым расплавом. Полоса 1 прижимаясь одной стороной к барабану 2 проходит ванну так, что другая её сторона соприкас-ся  с эл-литом и обращена в сторону жид. оловянного эл-та 3. Электроосаждение олова происход только на внешн. стороне полосы. Внутренняя сторона ленты соприкас-ся с расплавом солей только на участки 4. Подача тока к полосе( к катоду) осущ-ся ч/з вал барабана 5. При вращен. барабана 2 солевой р-р захватывается полосой в виде тонкого слоя шерсти. В точке В этот слой делится на 2 потока. Один из них выносится полосой в виде слоя 7 из ванны, а другой в виде слоя 8 возврщ. в неё. На пути АВ в рез-те соприкас-ия внутр. стороны полосы с жид. солевым расплавом на её внутр. пов-ти возник-ет соед-е олова и железа FeSn2. Толщина плёнки интерметалида завис. от времени соприкосновения полосы с расплавом и от tры и состава электролита.На внешней стороне полосы в рез-те электроосаждения олова при tре электролита 300-320°C образуется оплавленное оловянное покрытие,толщина к-го регулируется плотностью тока и ск-ю движения полосы.Практически толщина оловянного покрытия 9 колеблется от 1 до 9 микрон,а толщина плёнки интерметалида- от 0,3 до 0,5 микрон.Для предупреждения выноса юлектролита внешней стороной ленты служит устройство наз. затворообразователем.Это необх.потому,что даже небольшая капля расплава вынесенная  лужоной стороной из ванны может повредить покрытие,т.к.под каплей может появиться раковина и матовость.Принцип работы затворообразователя закл.в том,что полоса своей вешней стороной огибает вращающийся ролик10 и м/у полосой и роликом образ-ся жидкий оловянный затвор 11,12.Ч/з этот оловянный затвор капли солевого расплава практически не проходят.При этом толщина оловянного покрытия не изменяется,т.к.часть олова,уносимого роликом от менеска12 вазвращается обратно к менеску 11.Полученное таким путём покрытие на жести хар-ся чистотой,свойственной электролит.покрытию. Время нахождения полосы в ванне сост. от 0,5 до 2 сек, а ск-ть лужения в зав-ти от пути, проходимого полосой,опред. по фор-ле:V=L/τ, где τ-время лужения;а т.к.Ǿбарабана промыш. агрегатов сост. 700-1000мм,то L будет = 700-1000мм. Значение плотности тока понижается как частное деление силы тока на площадь пов-ти полосы.

4.ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЧ. СХЕМА ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ПОВ-ТИ,НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ И ИХ ОБРАБОТКА

Процесс начинается с размотки полосы на разматывателе 1. затем полоса проходит ножницы2 для обрезки передних и задних концов ленты.в сварочной машине 3 конец предыдущей полосы соединяется с началом последующей для обеспечения непрерывности дв-я. Проходя тянущее 4 и петлевое 5 уст-ва полоса поступает в ванну для обезжиривания 6,промывки 7,травление водным раст-ом соляной к-ты 8 и в моющее уст-во 9. После сушилки 10 полоса направляется в ванну лужения 11. Ванна лужения закрыта крышкой  и всё прост-во над солевым расплавом заполнено углекислым газом во избежание образ-ния оксихлоридов. С целью отмывки лужоной полосы от солевого расплава ,вынос к-го лентой сост-ет 15-20 г/м² полоса проходит моющее уст-во 12,сушку 13 и поступает в камеру,где в электростатическом поле на нелужоную сторону наностися слой лака 14. Одностороннелуженая и одностороннелакированная полоса проходит тянущее 15 и петлевое 16 уст-во,ножницы 17 и наматывается на моталку 18.В этом технологич.процессе применена оригинальная конструкция моющего уст-ва с воздушно-водяными брызгалками,смывающими под давлением вынесенный с полосой расплав. Водный р-р этого расплава поступает на регенерацию. Лужоная сторона жести при ререработке её в тару соотв-ет внутрен.стороне банки,а нелужоная лакированная – её наружной пов-ти.

5.СВИНЦЕВАНИЕ.СТРУКТУРА СВИНЦОВЫХ ПОКРЫТИЙ

    Свинец-элемент 4ой гр.табл.Мендел.,ρ=11340 кг/м³,tплав=327.4ºC,tкип=1740ºC.Свинец в отличие от олова окисляется на воздухе ,особенно сильно в присутствие воды.Попадая в организм даже в небольших дозах свинец не выводится из него и оказыв. Отравляющее действие.Свинец использ-ся для облицовки ванн с серной кислотой,ванн хромирования, для защиты от рентгеновских и др.излучений.Свинцовые склады прим-ся для изготовления подшипников. В природе свинец встречается в виде минералов. Кроме того свинец содер-ся в урановых рудах.Свинец хорошо противостоит действию серной кислоты,серных и сернистых газов и др.газообразных жидких сред. Поэтому они хорошо примен-ся  для защиты хим.аппаратуры и разл.ёмкостей для горячих жид-ей.

6.СВИНЦЕВАНИЕ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВ.  

Свинцеванию обычно подвергаются листы размером 1000-2000мм и толщиной 0,5 до 2,5 мм. Подготовка пов-ти имеет важное значение для свинцевания. На ней не должно быть следов окалины. Перед свинцеванием листы подвергаются травлению в 7% серной кис-те в течении 30мин при tре 45-50ºC. При наличии большой окалины к серной к-те может быть добавлена соляная к-та. После травления листы промывают чистой водой,погружают в ванну с 0,2-0,5%соляной к-ты и переносят в ванну свинцевания. Ванна свинцевания обычно изготавливается из тонкого лист. железа . Иногда ванны распологают ниже уровня пола. Ванны имеют две направляющие 1 и перегородку 2 разделяющую ванну на входную и выходную части.

РИС.

Сурьма добавляется в кол-ве 7% от Pb. 3-бункер для флюса. Движение листа в ванне показано стрелками. Хлористый цинк находится на пов-ти расплава. Перегородка 2 погружена в расплав и не даёт флюсу попасть в вых.часть ванны. Для повышения активности флюса в него вводится небольшая добавка аммония. T°C свинцевой ванны для листов 0,5-0,7мм 390-400 °C, а для листов толще 0,8мм-380°C. Погружение листов н входной стороне должно производиться медленно,но непрерывно. В ванне постоянно находится до 30 листов , а тонкие -15 мин. Затем их извлекают на выходной стороне ванны. После охлаждения листы правят за 1 переход.

.СВИНЦЕВАНИЕ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ  

Свинцеванию подвергаются полосы или ленты шириной от 100 до 300мм и толщиной от 0,12 до 1,5мм. Освинцованные полосы или листы имеют способность к грубой вытяжке примерно на 5% выше чем обычная сталь.

РИС,

Рулон 1 устанавливается на разматыватель 2 и полоса по рольгангу подаётся в камеру 3 с горелками,где она нагревается до tры 130-150°C. Затем полоса травится в закрытой травильной камере 4 с технической соляной кислотой к которой добавляется 1% от объёма азотной к-ты HNO3. после травления полоса проходит м/у планками с войлоком 5,для снятия штампа(загрязнения) и поступает в камеру 6 для струйной промывки водой. Далее полоса проходит флюсовый отсек 8,закрепл.в свинцевальной ванне 7. В отсек 8 на зеркало ванны до уровня 9 заливают р-р хлористого цинка ниже зеркала 10 в глубине Ме расплава 11-Pb+Sb,крепят-ся три стальные сегменты 12 со скрепками 13.Изменяя положение сегментов можно регулировать толщину покрытия с каждой стороны полосы. Деревянные планки 14 снимают окислы вносимые из ванны. Планки-стиратели 15 также регулируют толщину покрытия. Сразу за планками 15 полоса обдувается холодным воздухом, чтобы свинец не налипал на ролики.

8.ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ СВИНЦЕВАНИЕ.  

Электролитическое покрытие даёт тонкие плёнки на Ме. Наиб. Широко на практике примен. кремний фтористые водородные,борфторводородные,сульфатные электролиты свинцевания.

Состав кремний фтористоводородных электролитов.

   Режимы электролиза:t-35-40°C,катодная плотность тока 0,5-8А/дм²,анодная плотность тока 0,5-3 А/дм². Фтористо-водородные ванны более стабильны и обеспечивают получение мелкокристаллических покрытий с хорошим сцеплением со стальной основой. Сущ-ют и др. электролиты ванн электролитического свинцевания