Способ местного борирования стальных деталей и состав для его осуществления

Авторы патента:

C23C9/04 - Покрытие металлических материалов; покрытие других материалов металлическим материалом (металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной металлизацией D06Q 1/04); химическая обработка поверхности; диффузионная обработка металлического материала; способы покрытия вакуумным испарением, распылением, ионным внедрением или химическим осаждением паров вообще (для специфических целей см. соответствующие классы, например для производства резисторов H01C 17/06); способы предотвращения коррозии металлического материала, образования накипи или корок вообще (обработка металлических поверхностей или покрытие металлов электролитическим способом или способом электрофореза C25D,C25F)

1. Способ местного борирования стальных деталей, включающий нанесение борсодержащего состава, нагрев и задержку в тлекицем разряде, о т л ичающийся тем, что, с целью увеличения износостойкости обрабатываемых деталей, при одновременном снижении температуры борирования, нагрев и вьщержку в тлеющем разряде производят в смеси водорода и аргона при следующем соотношении компонентов , об.%: Водород5-50 АргонОстальное 2. Состав для борирования стальных деталей, включающий аморфный бор и этиловый спирт, отличающийся тем, что, с целью увеличения износостойкости при одновременном снижейии температуры борирования, он Дополнительно содержит водную (П буру при следующем соотношении компонентов , г/л: . Аморфный б&р, г 200-400 Водная бура, г 60-200 о с Этиловый спирт До 1 л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ и лснн

PECflVSJIHH

ggy С 23 С 9/04

ГОСУДАРСТЮННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н оотоссномм сансстслнстои

13, 200-400

60-200 р

До 1 л (21) 3427921/22-02

° (22) 27.04.82 (46) 30.09.84. Бюл. У 36 .(72) С.А.Альтшулер, Л.С.Ляхович и С.А.Исаков (71) Могилевский технологический институт (53) 621 785 5392621 785 51 06(088 8) (56) 1. Применение тлеющего разряда для ионного силицирования и борирования.-Журнал МИТОМ, 1980, В 3, с. 16-17.

2. Авторское свидетельство СССР

У 836202, кл. С 23 С 9/00, 1981. (54) СПОСОБ МЕСТНОГО БОРИРОВАНИЯ

СТАЛЬНЫХ ДЕТАПЕЙ И СОСТАВ ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ местного борирования стальных деталей, включающий нанесение борсодержащего состава, нагрев и выдержку в тлеющем разряде, о т л и,SU„„1116095 А

1 ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения износостойкости обрабатываемых деталей, при одновременном снижении температуры борирования, нагрев и выдержку в тлеющем разряде производят в смеси водорода и аргона при следующем соотношении компонентов, об.7:

Водород 5-50

Аргон Остальное

2. Состав для борирования стальных деталей, включяюший аморфный бор и этиловый спирт, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения иэнбсостойкости при одновременном снижении температуры борирования, он дополнительно содержит водную буру при следующем соотношении компонентов, г/л:

Аморфный бор, r

Водная бура, r

Этиловый спирт

11160

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных деталей, преимущественно в машиностроении для упрочнения их рабочих поверхностей. 5

Известен способ упрочнения поверхности деталей путем борирования иэ газовой среды в тлеющем разряде в атмосфере ВС1 или В Н в протоке водорода 1 13. 10

Недостатками известного способа являются ограниченное число газообразных соединений бора, сложность их получения и дороговизна, токсичность насыщенного агента (ВС1З), сложность, осуществления местного борирования., 1

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому

1 эффекту является способ местного бо2О рирования стальных деталей $2) из пасты, нанесейной электрофоретическим осаждением с нагревом и выдержкой в тлеющем разряде при остаточном давлении воздуха 5-20 мм рт.ст., напряжении 300-400 В.и плотности тока 0,02 0,03 А/см .

Осуществляется этот способ из пасты состава:

Аморфный бор, г 200-400

Зтиловый спирт, л До 1

ЗО

Недостатками известных способа и состава является необходимость нагрева и вьдержки до температур не менее 900 С. При более низких температурах борирование становитсяневоэмож- 35 ным вследствие уменьшения активности бора в среде остаточного воздуха.

Борирование при 700-800 С приводит к формированию диффуэионного слоя с меньшей дефектностью н более высокой О износостойкостью.

Целью изобретения является увеличение износостойкости обрабатываемых деталей при одновременном снижении температуры борирования.

Поставленная цель достигается тем; что согласно способу местного борирования стальных изделий, включающему нанесение борсодержащего покрытия, нагрев и вьдержку в тлеющем разряде, нагрев и выдержку в тлеющем разряде производят в смеси водорода и аргона при следующем соотношении компонентов, об,X:

Водород 5-50

Аргон Остальное

Состав для борирования стальных деталей, состоящий из аморфного бора

95 2 и этилового с пирта, дополпительн<> содержит водную буру при следукяцем соотношении компонентов:

Аморфный бор, г 200-400

Водная бура, r 60-200

Этиловь.й спирт, л До 1.

Процесс борирования па предлагаемому способу проводят в следующей последоватепьности.

На деталь наносят борсодержащий слой электрофоретическим осаждением в суспензии при соотношении компонентов:

Аморфный бор, r 200-400

Водная бура, r 60-200

Зтиловый спирт, л До 1

Затем деталь помещают в вакуумную камеру, создают вакуум

1-2. 10 мм рт.ст. и продувают камеру смесью водорода и аргона при соотношении компонентов:

Водород 5-50

Аргон Ос тал ьно а

При остаточном давлении 5-20 мм рт.ст. производят нагрев и выдержку в тлеющем разряде. Напряжение горе, ния разряда составляет 200-400 В, плотность тока 0,02-0,03 А/см2.

Пример. По предлагаемому способу подвергали борированию образ-. цы из стали 45 О 10 ми и высотой

20 мм. Борсодержащий слой наносили на образцы электрофоретическим осаждением в суспензии при напряжении

40 В. Образцы являлись катодами. Толщина слоя составляла 0,2 мм.

Нагрев и вьдержку образцов производиг.л в смеси водорода и аргоне с различными соотношениями при давлении

5-20мм рт.ст., напряжении 350 В и плотности тока 0,025 А/см .

При аналогичных режимах обрабатывались образцы из этой же стали известным способом и составом.

Сравнительные результаты обработки приведены в табл. 1. Время выцержки во всех опытах составяло 0,5 ч.

Из полученных результатов вытекает, что в изобретении способ борирования и состав для его осуществления позволяет производить насыщение при о более низких температурах (700-800 С) и высокой скоростью.

Нагрев и выдержка деталей в среде водорода и аргона способствуют сохранению активности бора при температурах ниже 900 С. При этом водород как газ б с сильно восстановительными свойствами активно восстанавливает окислы

111609 i

Таблица 1

Состав атмосферы

Состав борсодержащей суспензии,Борирование

Бор 200 "г

Бура 200 r

Спирт До 1 л

Бор 300 г

Бура 130 r

Спирт До 1 л

Бор 400 r

Бура 60 гСпирт До 1 л бора и железа. 5-ной концентрации водорода достаточно для образования восстановительной атмосферы. Содержание водорода свыше 507 нежелательно, так как напряжение горения тлеющего разряда при этом превышает

400 В. Значительно повышается вероятность перехода тлеющего разряда в дуговой и повышаются энергозатраты на процесс.

Оптимальным является сопеРжжние водорода, равное 307

Введение в суспензию водной буры (Мя В О 10Н О) позволяет производить насыщение при 700-800 С со скоростью, соизмеримой со скоростью в известном способе при 900 С и выше. Количество буры в суспензии более 507 (весовык по отношению к бору) не влияет на результаты борирования. При концентрации буры менее 307 скорость борирования падает.

Оптимальным является. содержание буры, равное 407 (весовых,по отношению к бору).

Предлагаемым 5XH>+95XAw способом

Для сравнения свойств борированных образцов производили их испытание на износостойкость при сухом трении скольжения.

Предлагаемым способом образец из стали 45 борировался при 700 С о, 9 а известным вЂ” при 900 С. В обоих случая толщина слоя составляла 80 мкм, микротвердость 1500- t 600 кгс/мм .

1п Удельная нагрузка при испытании составляла 30 кгс/см, скорость скольжения 1,5 м/с.

Величина износа образцов на 1000 и пути трения показана в табл. 2.

Таким. образом, снижение температуры в предлагаемом способе способствует увеличению износостойкости диффузионного слоя в 1,5 раза.

2О Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в снижении температуры насьпцения, что улучшает технологичность процесса и повышении износостойкости диффузион25 - ного слоя, что увеличивает эффектив;ность процесса борирования.

Толщина диффузионного слоя при температурах выдержки, мкм

700 С 800 С 900 С

20-25 25-30 40-50

До 30 30-35 60-70

15-20 20-30 45-50

t 116095

Состав атмосферы

Борирование

1 1

30-40

40-50 70-80

30-40 . 50-60