Способ нанесения карбидных покрытий на поверхность изделий из низкоуглеродистых сталей

 

1.СПОСОБ НАНЕеЕНИЯ КАРБИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ, включающий введение в камеру смеси порошка карбидообразуилцего металла и древесного угля, помещение в эту смесь обрабатьшаемых изделий, вакуумирование , нагрев до температуры насыщения, повторное вакуумирование, введение в камеру хлорсодержащего вещества, вьщержку при температуре насьщения и охлаждение, отличаю щ и йс я тем, что, с целью интенсификации процесса, после нагрева до температуры насыщения проводят промежуточную вьщержку в те-, чение 0,7-1,0 ч, а в насыщающую смесь дополнительно вводят карбонаты щелочных и/нли щелочноземельных металлов При следукяцем соотношении компонентов, мас.%: Древесный 12,0-27,0 уголь Карбонаты щелочных и/или щелочноземель0 ,5-3,0 ных металлов (Л Порошок карбидообразующего Остальное металла 2. Способ по п. 1, о т л и чающийся тем, что в качест ,ве хлорсодержащего вещества вводят хлорную медь в количестве 3-8 г/м. 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!И.,SU

С 23 С»/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3503860/22-02 (22) 21. 10. 82 (46) 30.04.84. Бюл. У 16 (72) А.В. Бякова, В.Г. Горбач и С.Б. Бирин (71) Центральное проектно-конструкторское бюро механизации и автоматизации и Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-ле" тия Великой Октябрьской социалисти-" ческой революции (53) 621.785.53.9(088.8) (54) (57) 1.СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КАРБИДНЫХ .ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ, включающий введение в камеру смеси порошка карбидообразующего металла и древесного угля, помещение в зту смесь обрабатываемых изделий, вакуумирование, нагрев до температуры насыщения, повторное вакуумирование, введение в камеру хлорсодержащего, вещества, выдержку при температуре насыщения и охлаждение, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса, после нагрева до температуры насыщения проводят промежуточную выдержку в течение 0,7-1,0 ч, а в насыщающую смесь дополнительно вводят карбона. ты щелочных и/или щелочноземельных металлов при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Древесный уголь 12,0-27,0

Карбонаты щелочных и/или щелочноземельных металлов 0,5-3,0

Порошок карбидообразующего металла Остальное

2. Способ по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в качест,ве хлорсодержащего вещества. вводят хлорную медь в, количестве 3-8 г/м .

1089170

Изобретение относится к получению диффузионных покрытий на поверхности деталей из. низкоуглеродистых сталей (С» - 0,4Ж), что широко используется в машиностроительной и других 5 отраслях промышленности для повышения эксплуатационных свойств изделий.

Известен способ получения карбидного покрытия, включающий загрузку

10 изделий в реактор, промывку инертным газом, нагрев до температуры наСыщения в атмосфере инертного газа и добавление водорода для удаления примесей. Затем в реактор вводят газообразный углерод, галоидную соль металла, водород и инертный газ-носитель (1) .

Недостатками указанного способа являются взрывоонасность вследствие использования,в процессе нанесения покрытий водорода; большой расход непрореагировавших компонентов и, в частности хлоридов титана вследствие осуществления процесса нанесения покрытий при непрерывном протоке че" рез реактор газовой фазы; загрязнение окружающей среды вредными химическими соединениями вследствие выноса их в атмосферу. 30

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения карбидных покрытий на поверхности изделий из низкоуглеродистых 35 сталей, включающий помещение деталей в камеру с порошком карбидо,обраэующего металла и древесным углем, вакуумирование, нагрев деталей до температуры насыщения, повторное 40 вакуумирование, введение в камеру хлорсодержащего вещества, выдержку при температуре насыщения и охлаждение (2) .

Недостатками указанного способа

45 является небольшая толщина получае,мых покрытий, большая продолжительность изотермической выдержки, увеличивающая энергозатраты на проведение процесса, необходимость использования токсичного .четыреххлористого углерода.

Цель изобретения — интенсифика" ция процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа-нанесения карбидных покры,тий на поверхность изделий из низметаллов

Порошок карбидообразующего металла Остальное . Согласно предлагаемому способу в качестве хлорсодержащего вещества вводят хлорную медь в количестве

3-8 г/м .

Уменьшение хлорсодержащего вещества ниже укаэанных пределов привадит к уменьшению количества выделяющегося хлора, который вступает в реакцию с порошками карбидообразующих металлов, образуя хлориды. Хлориды транспортируют атомы металла к насыщаемой поверхности, поэтому недостаточное их количество приводит к уменьшению толщины карбидного слоя.

0,5-3,0

Увеличение расхода хлорсодержащих веществ более указанных пределов приводит к появлению избыточного количества хлора, полностью не вступающего в реакцию с порошками металлов, что в свою очередь приводит к разъеданию хлором поверхности, к уменьшению толщины и ухудшению качества покрытия.

ИспВльзование в качестве хлорсо- держащего вещества нетоксичной хлорной меди позволяет избежать присутствие в газовой фазе вредных балластных примесей, например, водорода, ухудшающих свойства покрытий, а также ускорит диффузию атомов карби I дообразующих металлов вследствие коуглеродистых сталей, включающего введение в камеру смеси порошка карбидообразующего металла и древесного угля, помещение в эту смесь обрабатываемых изделий, вакуумирование, нагрев до температуры насыщения, повторное вакуумирование, введение в камеру хлорсодержащего вещества, выдержку при температуре насыщения и охлаждение, после достижения температуры насыщения проводят промежуточную выдержку в течение 0,7-1,0 ч. а в насыщающую смесь дополнительно вводят карбонаты щелочных и/или ще-, лочноземельных металлов при следующем соотношении компонентов, мас.й

Древесный уголь 12, 0-27, 0

Карбонаты щелочных и/или щелочно-земельных

1089170 адсорбировання поверхностью иэделия атомов меди.

Вводимые в камеры карбонаты щелочных н/нли щелочноземельных металлов при нагреве до температур насыщения.. вьщеляют двуокись углерода СО,, которая, реагируя с древесным углем, генерирует дополнительные порции оки- си углерода CO и, таким образом, ускоряет образование науглероживающей газовой атмосферы и повышает ее активность.

Предлагаемое соотношение компонентов способствует образованию в поверхностных слоях иэделий твердого раствора с содержанием углерода на внешней границе 1,0-0,557.

Проведение промежуточной выдержки после достижения температуры насыщения позволяет развить зону с градиентом концентрации углерода

0,2-0,3Х до 600-800 мкм. Такая толщина внешней науглероженной зоны позволяет в дальнейшем сформировать карбидное покрытие большой толщины и предотвращает обезуглероживание основного материала.

Способ осуществляет следующим образом. 30

Иэделия помещают в камеру с порошком, по меньшей мере одного иэ металлов IV-VI А групп Периодической системы, древесным углем и карбонатами щелочных и/или щелочноземель- З ных металлов ° Камеру герметизируют, -3 создают в ней вакуум 10 мм рт.ст., отключают вакуумный насос, производят нагрев до температур насыщения, осуществляют промежуточную вьщерж- 40 ку в течение 0,7-1,0 ч, повторное ! -4 вакуумирование до давления 10 ммрт.ст., отключают форвакуумный насос, вводят в камеру хлорсодержащее вещество, осуществляют выдержку и охлаждают 45 до комнатной температуры.

Выбор состава покрытия и, соответственно, карбидообразующих метал-, лов проводят исходя из условий эксплуатации изделий. Так, например, .если мерительный инструмент или направляющие контактируют с углеродистыми, легированными сталями, то

;в камеру вводят порошок титана или сочетание титана с ванадием, если контакт осуществляется с титаном и .его сплавами — порошок хрома или со.четание ниобия с хромом, ванадия с ниобием..

П р н м е р. Изделия из технического железа и стали 20 помещают в камеру с порошком титана, древесным углем и карбонатами бария и натрия при следующем соотно1пении компонентов, мас.Ж:

Порошок титана 87,5

Древесный уголь 12ФО

ВаСО, + Na СО, 0,5

Камеру герметизируют, вакуумируют

1 до давления 10 мм рт.ст., отключают

О вакуумный насос, нагревают до 1050 С, осуществляют выдержку в .течение 0,8 ч вновь вакуумируют до давления

10 мм рт. ст., отключают вакуумный насос, вводят 5 мл/м четыреххлористо

ro углерода и осуществляют..выдержку в течение 3 ч. После окончания процес ,са нанесения покрытия детали вместе .с камерой охлаждают до комнатной температуры.

В результате на поверхности изде- " лий образуются слои из карбида титана толщиной: на техническом железе 12 мкм, на стали 20 14 мкм..

Были проведены аналогичные нагре. вы изделий из этих же материалов с использованием других составов и . температурно-временных режимов.

Результаты сравнительных испытаний с использованием предложенного и известного способов приведены в таблице.

1089170

Насьпцаемый матеТолщина поВремя выдержки, ч

Компоненты, вводимые в камеру крытия, мкм риал

12Х Техническое железо

0,5X

100

0,6

0,7

1050

87,5Х

0,7

5 г/м Сталь 20 1050

0,4

1,8X зо

0,7

1050

79,2X

5 г/м Сталь 20

0,4

0,7

1050

0,7

0,6

1050

0,7

5 r/ì

1050

Техническое желе14

0,7

1050

5Х зо

86,5Х

5 мл/м Сталь 20 1050

0,7

Техническое желе19Х

1050

0,7

1,8X зо

0,7

Сталь 20 1050

79,2Х

5 мл/м

27Х.

Техническое желе12

0,7

1050

ЗО

0„7

1050

5 мл/м

Древесный уголь

Порошок титана

Древесный уголь

Порошок титана

Древесный уголь

Порошок титана

Древесный уголь

Порошок титана

Древесный уголь

Порошок титана

Древесный уголь

Порошок титана

19Х Техническое желе27Х Техническое желеЗХ зо

70Х Сталь 20

70Х Сталь 20

Температура насыще ния, С промежу- основТОчнОй нОЙ

1089170

Продолжение таблицы

ТолщиТемпеНасьпцаемый матеВремя выдержки, ч

Компоненты, вводимые в камеру на поратура насьпцения, С ,о крытия, мкм риал основ ной промежуточной

Древесный уголь

19% Техническое железо

79, 2%

Порошок хрома

0,6

1,8%

1050

1,0

5-г/м Сталь 20

1,0

0,4

1050

19% Техническое желеДревесный уголь

3,0

Порошок хрома зо

1050

79, 2%

Ф

3,0

1,8%

Сталь 20

1050

Техничес5 мк/м

0,4

1,0

30%

Древесный уголь кое желе7:

70%

1050

Порошок титана (Известный) зо

5 мл/м Сталь 20

1050

Составитель Т. Степанова

Редактор Е.Кривина Техред M.Tenep

Корректор А. Тяско Заказ 2877/25 Тираж 900

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предложенный способ позволяет получить технико-экономический эффект

40 в результате интенсификации процесса насыщения в 1,2-2 раза по сравнению с прототипом, сокращения цикла технологического процесса в 5,7-7,3 раза и уменьшения энергозатрат на его проведение на 16,5-17,2 кВт/ч и уст45 ранения необходимости использовання токсичного четыреххлористого углерода, что улучшает санитарно-гигиеничес" кие условщя.

Предлагаемь|й способ взрывобезопасен прост с технологической точки зрения, не требует дорогостоящего .оборудо.вания, компоненты, используемые в процессе, не налипают на поверхность образцов, загрязнения окружающей среды не наблюдается,так как процесс проводят в замкнутом реакционном пространстве.