порошок для цинкнаполненных покрытий

Формула изобретения

Порошок для цинкнаполненных покрытий, содержащий цинк и феррофосфор электротермический в качестве фосфорсодержащей составляющей, отличающийся тем, что феррофосфор электротермический модифицирован марганцем, кремнием, титаном и ванадием при следующем соотношении компонентов в порошке, мас. %: фосфор 6,4-8,0; марганец 2,8-3,16; титан 0,12-0,88; ванадий 0,08-0,16; железо 23,5-28,35; кремний 2,24-2,4; цинк - остальное.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к порошкам для покрытий, работающих в различных атмосферных средах, морской и пресной воде, и может быть использовано для защиты от коррозии нефтедобывающего и нефтеперерабатывающего оборудования, а также в машиностроении, судостроении, строительстве и других отраслях.

Известны цинкнаполненные покрытия на основе цинк-силикатных композиций ("Цинк-силикатные покрытия" В.А.Орлов, М.: Машиностроение, 1984 г., с. 13-16). Порошковая составляющая покрытия содержит феррофосфор доменный марки ФФ-16 с содержанием фосфора 10-16% по массе.

Покрытие, в состав которого входит такой порошок, характеризуется невысокой износостойкостью, что объясняется фазовым составом феррофосфора доменного, а именно соотношением фаз Fe₃Р и Fe₂P в нем. Повышенное содержание фазы Fe₂P в феррофосфоре приводит к ее выкрашиванию при работе в условиях абразивного износа и потере защитных свойств покрытия.

Известен также порошок для цинкнаполненных покрытий, наиболее близкий к заявляемому и принятый нами за прототип (патент России 2125119, МКИ⁶ С 23 С 30/00). Такой порошок содержит цинковую и фосфорсодержащую составляющую, в качестве которой может быть использован феррофосфор электротермический, мас. %: Р 15-30; Si 8-12; Mn 2-4; Fe 55-70.

Введение в порошок феррофосфора, легированного кремнием и марганцем, приводит к образованию соединений типа (Fe, Mn)₂ SiO₄, повышающих износостойкость покрытия, но высокое содержание кремния и марганца приводит к уменьшению электропроводности порошка и, как следствие, к снижению антикоррозионных свойств.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка порошка для цинкнаполненных покрытий, обеспечивающего высокую защитную способность покрытия - его износостойкость и коррозионную стойкость за счет повышения адгезии покрытия к металлической поверхности и повышения электропроводности покрытия.

Задача достигается за счет того, что в порошке для цинкнаполненных покрытий, содержащем цинк и феррофоcфор электротермический в качестве фосфорсодержащей составляющей, согласно изобретению феррефосфор электротермический модифицирован марганцем, кремнием, титаном и ванадием, при следующем соотношении компонентов в порошке, мас.%: фосфор 6,4-8,0; марганец 2,8-3,16; титан 0,12-0,88; ванадий 0,08-0,16; железо 23,5-28,35; кремний 2,24-2,4; цинк - остальное.

Введение в состав порошка для цинкнаполненных покрытий феррофосфора электротермического, модифицированного титаном и ванадием, приводит при взаимодействии покрытия с окружающей средой к образованию соединений с ионной связью типа Me(ОН)⁺ и Ме⁺⁺ (Мe - металл) и оксидов полиметаллов, входящих в состав порошка. Соединения с ионной связью увеличивают адгезию покрытия к металлической поверхности и устойчивость значений электродных потенциалов. Оксиды металлов, таких как титан и ванадий, обладают прочностью, сплошностью и адгезией к стальной подложке. Оксиды образуют силикатную матрицу, являющуюся ингибитором коррозии за счет торможения анодного и катодного процессов и снижения коррозионного тока, что необходимо для электрохимической защиты. Кроме того, введенные модифицирующие добавки стабилизируют электрический контакт между частицами цинковой пыли и защищаемым металлом и улучшают электрохимическую активность цинка, т.к. в покрытии связующее, фосфиды и цинковая пыль действуют синергически.

Содержание марганца менее 2,8%; титана меньше 0,12%; ванадия меньше 0,08% не обеспечивает равномерного распределения этих элементов в порошке, необходимого для образования соединений, обеспечивающих механическую и электрохимическую защиту.

Повышение содержания марганца более 3,16%; титана более 0,88%; ванадия более 0,16% нецелесообразно, т.к. снижает площади контактов фаз Fе₂P и Fе₃Р с частицами цинка, что может снизить коррозионную стойкость покрытия.

Таким образом, содержание в порошке для цинкнаполненных покрытий, мас. %: фосфор 6,4-8,0; марганец 2,8-3,16; титан 0,12-0,88; ванадий 0,08-0,16; железо 23,5-28,35; кремний 2,24-2,4; цинк - остальное является оптимальным как с точки зрения коррозионной защиты, так и с точки зрения повышения износостойкости.

Возможность осуществления изобретения подтверждается опытными работами, при выполнении которых для получения порошка использовали феррофосфор электротермический при следующем содержании, мас.%: фосфор 16-20; марганец 7,0-7,9; кремний 5,6-6,0; титан 0,3-2,2; ванадий 0,2-0,4; железо - остальное. Феррофосфор электротермический получали в кусках размером 50-100 мм, дробили, размалывали в молотковой и шаровой мельницах с последующей доводкой до фракций размером 5-15 мкм в аттриаторах и просеиванием через соответствующие сита. Полученный феррофосфорный порошок смешивали с порошком распыленного цинка в соотношении:

цинковый порошок - 60 и 70% от массы наполнителя;

феррофосфорный порошок - 40-30% от массы наполнителя;

литий-натриевое стекло в качестве связующего - 20% от массы покрытия.

Из полученного состава прессовали электроды при давлении 5 МПа и высушивали при температуре 300^oС.

В качестве критерия оценки электрохимических характеристик покрытия определяли значение силы тока при различных значениях потенциала пяти электродов:

1 - заявляемого состава с содержанием феррофосфора 40%;

2 - заявляемого состава с содержанием феррофосфора 30%;

3 - состава, описанного в аналоге с содержанием феррофосфора (ФФ-16) 30%;

4 - цинковый ПЦ-4 (100% цинка);

5 - стальной.

В качестве электрода сравнения применяли ЭВЛ-1М1 - стеклянный хлорсеребряный электрод. Электроды помещали в электродную ячейку и, изменяя величину потенциала после получения его устойчивого значения, производили замер силы тока. Результаты измерений приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, у электродов 1 и 2 из заявляемого состава наблюдается уменьшение силы тока (коррозионного) по сравнению с электродами 3 и 5, что обуславливает меньшее растворение цинка в покрытии, а следовательно и увеличение защитных свойств и коррозионной стойкости покрытия.

Для измерения защитной способности покрытия стальные пластины с нанесенным на них покрытием заявляемого состава с содержанием феррофосфора 40% и покрытия состава, описанного в аналоге, с содержанием феррофосфора (ФФ-16) 40% помещали в различные среды и по площади разрушения покрытия определяли % снижения защитной способности покрытия по сравнению с 100% цинком. Результаты измерений приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, покрытие из порошка заявляемого состава имеет защитную способность, превышающую защитную способность покрытия из порошка, описанного в аналоге.

Таким образом, применение предложенного порошка для цинкнаполненных покрытий обеспечивает высокую износостойкость и коррозионную стойкость покрытия. Кроме того, технология получения феррофосфора электротермического более экономична, чем феррофосфора доменного, что снижает стоимость получаемого покрытия.