- •Конспект лекций по дисциплине «Поверхностные физико-химические процессы»
- •Мариуполь - 2012 .
- •Введение
- •1. Выбор и технологическое обеспечение параметров поверхностного слоя деталей машин для заданных эксплуатационных свойств
- •Износ и испытания на износостойкость
- •3. Основные виды износа.
- •4. Упрочняющие фазы.
- •Интерметаллиды.
- •Упрочняющие фазы металлоидного типа.
- •Карбиды.
- •Принципы карбидообразования.
- •Бориды.
- •Нитриды.
- •Оксиды.
- •5. Факторы, определяющие качество поверхностного слоя.
- •5.1. Физическое состояние поверхности материала.
- •Геометрия неровностей поверхностного слоя.
- •5.3. Напряжённость поверхностного слоя.
- •6. Общая характеристика технологических методов обеспечения заданных параметров поверхностного слоя
- •Классификация технологических методов обработки поверхностного слоя деталей машин.
- •7. Упрочнение поверхностным пластическим деформированием
- •8. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
- •9. Теоретические основы химико-термической обработки.
- •10. Цементация
- •11. Азотирование.
- •12. Цианирование и нитроцементация.
- •13. Диффузионная металлизация
- •Алитирование
- •Силицирование
- •Хромирование
- •Борирование
- •Титанирование
- •Факторы, определяющие качество поверхностного слоя.
- •Теоретические основы химико-термической обработки.
13. Диффузионная металлизация
Диффузионной металлизацией называется ХТО, при которой поверхность стальных деталей насыщается различными элементами: алюминием, хромом, кремнием и др. После такой обработки повышаются жаростойкость (окалиностойкость), износостойкость, коррозионная стойкость. Поскольку при насыщении поверхности стали другими металлами должны образовываться твердые растворы замещения, диффузионная металлизация всегда требует большой затраты времени.
Алитирование
Алитирование (алюминирование) — процесс диффузионного насыщения металлов и сплавов алюминием с целью повышения жаростойкости (работоспособность деталей может сохраняться при температурах до 1150 оС), окалиностойкости (для деталей из сталей с содержанием 0,1 – 0,2 % С), коррозионной и эрозионной стойкости, за счет образования на поверхности деталей прочного окисла Al2O3.
Алитированию подвергают различные стали, чугуны, жаропрочные сплавы и тугоплавкие металлы, титановые, медные и другие сплавы. Наиболее изученным и широко применяемым является алитирование в порошковых смесях. В промышленности также применяют алитирование в ваннах с расплавленным алюминием или его сплавами и металлизацию поверхности сплавов алюминием с последующим диффузионным отжигом.
С целью получения качественных покрытий тщательно изучен процесс и отработана технология алитирования в различных порошковых смесях.
Для алитирования обычно используются порошковые смеси, содержащие алюминий (около 50 %), к которому добавляется оксид алюминия (А12О3 — около 50 %) и 1—2 % (от смеси) хлористого аммония (NH4C1). Широко применяется смесь, состоящая из ферроалюминия, к которому добавляется 0,5—2 % хлористого аммония. Проводится при температурах 800 – 1100 оС в течении 2 – 8 часов.
Существенным недостатком порошкового метода диффузионного насыщения является ослабление активности смеси при многократном использовании.
Силицирование
Силицирование — насыщение поверхности деталей кремнием. Используют главным образом газовое силицирование. Детали помещают в ретортные печи, засыпают порошком ферросилиция, карборунда, нагревают до 950—1050 °С и пропускают хлор. При газовом силицировании насыщение кремнием происходит интенсивно: после выдержки при 1050 °С в течение 2 ч получают слой в 1 мм. Количество кремния в поверхностных слоях достигает 14%. В результате диффузионного насыщения поверхности кремнием (силицирования) повышается жаростойкость до 800—850 °С, слой хорошо сопротивляется истиранию и коррозионностоек даже в таких средах, как морская вода и некоторых кислотах, твердость и износостойкость металлов и сплавов.
При силицировании железа и стали на поверхности образуется α - фаза (твердый раствор кремния в α - железе). Иногда диффузионный слой в соответствии с диаграммой Fe—Si состоит из двух фазовых слоев: на поверхности образуется слой упорядоченной α' - фазы (Fe3Si), а далее упомянутая ранее α - фаза.
Часто качество силицированного слоя значительно снижается из-за возникновения пористости. Причиной возникновения пористости считают различие парциальных коэффициентов диффузии встречно диффундирующих элементов в диффузионном слое. Например, при силицировании железа скорость диффузии кремния в направлении α' → α (от поверхности вглубь) превышает скорость диффузии железа в противоположном направлении, в α'-фазе возникают вакансии, которые затем объединяются в поры. С учетом того, что величина парциального коэффициента диффузии зависит от температуры насыщения, активности насыщающей среды и состава насыщаемого сплава - исследователям на сегодняшний день удалось подобрать условия для получения беспористых силицидных покрытий на железе и сталях.