УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА СТАЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ В ЛЕГКОПЛАВКОМ МЕТАЛЛИЧЕСКОМ РАСТВОРЕ
INSTALLATION FOR APPLICATION OF COATING ON STEEL PRODUCTS IN FUSIBLE METAL SOLUTION

Изобретение относится к установкам, предназначенным для нанесения диффузионных металлических покрытий на стальные изделия химико-термической обработкой для повышения физико-химических и механических свойств, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Известна установка для диффузионной металлизации из среды легкоплавких растворов (Патент RU №2293791, опубл. 20.02.2007 г.), содержащее две водоохлаждаемые камеры, в нижней камере располагается ампула с металлическим раствором, теплозащитные экраны и нагревательное устройство, в верхней - подвижный шток, на котором закреплены покрываемые изделия, полости камер связаны вертикальным каналом, закрытым снизу подвижным теплозащитным экраном, камеры имеют вакуумную систему и систему наполнения их инертным газом
Недостатком данной установки является двухкамерная конструкция, с подвижным теплозащитным экраном и вакуумной системой, применение которых приводит к значительному увеличению времени осуществления технологического процесса.
Известно двухкамерное устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент RU № 2692142, опубл. 21.06.2019 г.), состоящее из герметичного корпуса, в котором размещена печь с ванной с легкоплавким жидкометаллическим расплавом для диффузионной металлизации, шлюзовые камеры, устройство для перемещения покрываемых изделий внутри корпуса и системы вакуумирования и последующего наполнения камеры инертным газом.
Недостатком данной установки является двухкамерная конструкция, с шлюзовой камерой и вакуумной системой, применение которых приводит к увеличению времени осуществления технологического процесса.
Известно устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент RU № 2767108, опубл. 16.03.2022 г.), содержащее трехзонную камеру. В нижней зоне камеры размещен легкоплавкий жидкометаллический раствор; в средней зоне расположен слой, состоящий из солевого расплава для очистки изделий от следов легкоплавкого жидкометаллического раствора и имеющий температуру, заданную для термической обработки покрытых изделий; верхняя зона камеры предназначена для предварительного подогрева покрываемых изделий. Камера изготовлена из искусственного графита, и на ее наружной поверхности в местах разделения зон выполнены канавки, заполненные термоизолирующим веществом. Каждая зона камеры оснащена собственным индуктором для высокочастотного индукционного нагрева. В верхней зоне камеры зафиксирован патрубок с вентилем для подачи в нее инертного газа и патрубок для удаления инертного газа, выполненный с возможностью вакуумирования камеры.
Недостатками данного устройства является наличие системы вакуумирования, применение которой приводит к увеличению длительности технологического процесса.
Известна установка для осуществления процесса ВТДО (Сивенков А.В. Повышение коррозионной стойкости деталей машиностроения путем нанесения защитных покрытий способом высокотемпературного диффузионного осаждения из среды легкоплавких расплавов: дис. канд. тех. наук.: 05.02.01 / Алексей Валентинович Сивенков. - СПб., 2009. - 148 с.), принятая за прототип, состоящая из вакуумной печи с водоохлаждаемым корпусом и водоохлаждаемой крышкой, в центральной части которой проходит водоохлаждаемый шток для вертикального перемещения изделия при загрузке и выгрузке из ампулы.
Недостатками данного устройства является оснащенность вакуумным оборудованием, применение которого приводит к увеличению длительности процесса химико-термической обработки.
Известна установка для нанесения покрытий в среде легкоплавких материалов (патент RU № 2711701, опубл. 21.01.2020 г.), принятая за прототип, состоящая из открытой шахтной печи с установленным на дне защитным экраном и емкостью с легкоплавким металлическим раствором, оборудованная термопарой, которая соединена с блоком управления, подключенным к сети переменного тока через вариатор регулирования тока, в верхней части упомянутой печи установлена жаропрочная крышка с термоустойчивым фланцем, на крышке вертикально установлена направляющая со стопорным винтом, в центре крышки выполнено отверстие, в которое помещен водоохлаждаемый загрузочный шток в виде стержня, выполненного с возможностью закрепления на нем стального изделия.
Недостатком данной установки является замкнутая конструкция термической печи, не позволяющая применять системы циркуляции инертных газов с целью повышения качества получаемых диффузионных покрытий.
Техническим результатом является повышение качества получаемых покрытий и снижение процессов высокотемпературного окисления обрабатываемых изделий и конструктивных элементов.
Технический результат достигается тем, что установка снабжена баллоном со сжатым инертным газом, на котором последовательно установлены запорный клапан, газовый редуктор с манометром, соединенный через патрубок с газовым расходомером, который соединен с печью через патрубки, тройник и штуцеры, которые установлены в нижней части печи, а в верхней части печи установлен выводной штуцер, соединенный с патрубком сброса газа через последовательно установленные манометр, запорный клапан и водный теплообменник.
Установка для нанесения покрытия на стальное изделие в легкоплавком металлическом растворе с защитной атмосферой поясняется следующей фигурой:
фиг. 1 – общий вид устройства, где:
1 – печь;
2 – нагревательный элемент;
3 – камера печи;
4 – емкость с металлическим раствором;
5 – защитный экран;
6 – изделие;
7 – крышка;
8 – фланец;
9 – фиксатор;
10 – шток;
11 – направляющая;
12 – термопара;
13 – блок управления;
14 – вариатор регулирования тока;
15 – штуцер;
16 – баллон с сжатым инертным газом;
17 – запорный клапан;
18 – газовый редуктор;
19 – манометр;
20 – патрубок;
21 – газовый расходомер;
22 – тройник;
23 – выводной штуцер;
24 – водный теплообменник;
25 – патрубок сброса газа.
Установка состоит печи 1, в качестве которой используют открытую шахтную печь, с нагревательным элементом 2, вмонтированным в стенки печи 1. Внутри камеры печи 3 закреплен защитный экран 5, выполненный в форме цилиндра. В нижней части камеры печи 3 установлена емкость с металлическим раствором 4. В верхней части печи 1 установлена металлическая жаропрочная крышка 7 с термоустойчивым фланцем 8. Вертикальная направляющая 11 с фиксатором 9, посредством болтового крепления соединена с крышкой 7. В центре крышки 6 выполнено отверстие, в которое установлен загрузочный шток 9 в форме стержня с возможностью закрепления в нем изделием 5. В верхней части камеры печи 3 жестко закреплена термопара 12, контакты которой соединены с блоком управления 13. Блок управления 13 соединен с сетью переменного тока через вариатор регулирования тока 13. Баллон с сжатым инертным газом 16, на котором последовательно установлены запорный клапан 17, газовый редуктор 18 на котором установлен манометр 19. Газовый редуктор 18 соединен патрубком 20 с газовым расходомером 21, который соединен с двумя штуцерами 15, установленными в нижней части печи 1 через патрубки 20 и тройник 22. Штуцера 15 установлены в сквозные отверстия, которые выполнены внизу боковых стенок печи 1. Выводной штуцер 23 установлен в сквозное отверстие, которое выполнены вверху боковой стенки печи 1. Выводной штуцер 23 соединен с патрубком сброса газа 25, через последовательно установленные манометр 19, запорный клапан 17 и водный теплообменник 24.
Устройство работает следующим образом. На дно камеры открытой шахтной печи 1 помещается цилиндрический защитный экран 5 и емкость с металлическим раствором 4. Сверху печь закрывается крышкой 6 с направляющей 11, в которой фиксатором 9 закрепляется водоохлаждаемый шток 10 с изделием 6. Затем, после открытия запорного клапана 17, через патрубок 20 из баллона с сжатым инертным газом 16 в камеру печи 3 подается защитный газ. По мере достижения заданного значения на расходомере 21 осуществляется начало нагрева, а запорный клапан 17 частично перекрывается. При этом, происходит непрерывный выпуск газа из камеры печи 3 через патрубок сброса газа 25. Контроль за температурой осуществляется через термопару 12, соединенную с блоком управления 13. При достижении заданной температуры от 130 до 150°С фиксатор 9 ослабляется и шток 10 опускается, погружая изделие 6 в емкость с металлическим раствором 4, нагрев продолжается до температур, необходимых для протекания реакции металлизации. По окончании времени выдержки нагрев выключается, металлический раствор с изделием охлаждается до температуры от 130 до 150°С, изделие извлекается из раствора, подача газа прекращается.
Технико-экономическая эффективность технического решения заключается повышении качества обрабатываемых металлоизделий, снижением пагубного воздействия высокотемпературного окисления путем применения системы продувки рабочей камеры установки защитным инертным газом.