8.5.Насыщениеметаллами.

Металлами можно насыщать стали и чугуны, алюминиевые и медные сплавы, сплавы на основе титана и никеля, молибден и вольфрам, а также многие другие металлические или керамические материалы.

К настоящему времени созданы следующие технологически различающиеся группы процессов, способных обеспечить создание диффузионных покрытий металлами: покрытия в порошковых твердых смесях; диффузионное насыщение из газовой фазыциркуляционным методом; покрытия погружением в металлические расплавы; покрытия методом диффузионного отжига изделий с ранее нанесенной различными методами тонкой пленкой насыщающего вещества; диффузионное удаление из поверхности одного из компонентов сплава путем нагрева его в вакууме либо иной контролируемой среде.

Наибольшее распространение имеют методы насыщения в порошковых твердых смесях. Для их проведения насыщаемые изделия упаковывают в порошковые смеси в герметичных стальных ящиках аналогично цементации.

В состав порошковых смесей должнывходить три составные части: активное металлическое вещество покрытия в виде порошка, например, при хромировании стали может использоваться порошок металлического хрома или феррохром; нейтральный порошок, предотвращающий спекание смеси, например, обожженная глина (окись алюминия); галогенид аммония (чаще всего хлористый аммоний), разлразлагающийся при температуре насыщения с выделением большого количества образующихся газов, в том числе газообразного хлора, который взаимодействуюет с насыщающим порошковым металлом, образуя химически активное легко разлагающееся вещество.

Образующиеся таким образом хлориды насыщающего металла переносятся в газовой среде к поверхности насыщаемых изделий, где они разлагаются как на катализаторе, в результате чего высвобождающийся атом металла адсорбируется поверхностью детали, а оставшийся хлор продолжает двигаться в газообразной среде ящика, участвуя в новых актах взаимодействия с новыми атомами насыщающего металла порошковой среды. В качестве примеров насыщения металлами рассмотрим процессы алитирования, силицирования и диффузионного хромирования.

Алитирование применяется с целью повышения стойкости к атмосферной коррозии, особенно при повышенных температурах, и, следовательно, для повышения жаростойкости и окалиностойкости стали, меди и медных сплавов.

Для алитирования стали используют порошкообразный ферроалюминий - 49%, окись алюминия - 49% и хлористый аммоний - 2%. Процесс ведут при температуре 900 – 1000 °С в течение 4 – 16 ч с медленным охлаждением (с печью). Образующийся слой глубиной от 0,15 до 0,50 мм -это твердый раствор алюминия вжелезе, содержание которого может достигать 50%.

Силицирование - процесс насыщения поверхности стали кремнием. Силицирование применяется с целью повышения кислотостойкости поверхности, например, стальных емкостей для перевозки концентрированных кислот, за исключением плавиковой. В состав порошковой твердой среды вводят 60% ферросилиция, 39% глинозема (окиси алюминия) и 1% хлористого аммония.

Температура 950 -1000 °С, выдержка от 2 до 10 ч. Глубина формирующегося слоя от 0,3 до 1 мм. Слой содержит не травящийся кремниевый феррит (твердый раствор кремния в железе с содержанием кремния до 14%). В таком состоянии силицированный слой очень хрупкий, хотя и обладает высокой устойчивостью к коррозии в морской воде, а также стоек в азотной, серной и соляной кислотах. При невысокой твердости, этот слой неплохо сопротивляется истиранию, особенно после проварки деталей в масле при температуре 170 - 200 °С.

Диффузионное хромирование ведут для повышения поверхностной твердости, износостойкости деталей из стали и чугуна при одновременном увеличении коррозионной стойкости и кислотостойкости поверхности. Для хромирования используют металлический порошок хрома или феррохрома в количестве 50% от состава смеси, 47% окиси алюминия и 3% хлористого аммония. Температура 1050 – 1150 °С с выдержкой 12 – 15 ч. Глубина слоя от 0,02 до 0,12 мм представляет собой сложные карбиды хрома, на образование которых расходуется углерод, входящий в состав насыщаемой стали или чугуна.

Твердость карбидного слоя выше 13000 МПа, что обеспечивает высокую износостойкость поверхности детали.

Список используемых источников.

1. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов - М.: Метал-

лургия, 1986. – 480 с.

2. Биронт В.С. Теория термической обработки. Комбинированные мето-

ды: Учебное пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск: 2000. – 140 с.

3. Биронт В.С. Теория термической обработки. Комбинированные мето-

ды: Учебное пособие / СФУ: ИЦМиЗ. Красноярск: 2007. – 138 с.

4. Биронт В.С. Основы теории и технологии термоциклической обработки

металлов и сплавов: Учебное пособие. – Красноярск: Изд-во КПИ, 1984.- 76 с.

74