Состав для получения комплексных покрытий на стальных изделиях

 

СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИ ЯХ, включанлций алн шнийсодержащве вещество, хлористый аммоний, хром. никель-железосодержащее вещество и окись алюминия, отличающийся тем, что, с целью увеличения толщины наносимого покрытия, он дополнительно содержит фтористый аммоний, в качестве алюминийсодержащего вещества - алюминиевую пудру, а в качестве хром, никель-железосодержащего вещества - окалину нержавеющих хромоникелевых сталей при следующем соотношении компонентов, мас.%: Окалйнаг нержавеющих хромоникелевых сталей 30-35 Алюминиевая пудра 12-18 Хлористый аммоний 1,5-2,5 Фтс1ристый аммоний 1,5-2,5 Окись . Остальное

з

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ МООР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ

Н»ТОУСЙСВМ СЗЗФВЧЮЪСТВМ (21) 3557055/22-02 (22) 23.02.83 (46), 30.11.84. Вюл. И 44 (72) П.Т.Горячев, В.И.Евтухов, В.А.Генель и И.А.Макарова (71) Филиал Всесоюзного научноисследовательского химико-фармацевтического института им. Серго Орджоникидзе(53) 621.785.51.06(088.8) (56) 1 Авторское свидетельство СССР

N 870497, кл. С 23 С 9/02, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

В 918331, кл. С 23 С 9/02.. 1982 ° (54) (57) СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМП-, ЛЕКСНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИ»"

ЯХ, включающий алюиннийсодержащее вещество, хлористый аммоний, хром, .Л0.„112 626 A никель-железосодержащее вещество и окись алюминия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увели чения толщины наносимого покрытия, он дополнительно содержит фтористый аммоний, в качестве алюминийсодержащего вещества « алюминиевую пудру, а в качестве хром, никель-железосодержащего вещества — окалину нержавеющих хромоникелевых сталей при следующем соотновении компонентов, мас.X:

Окалина- нержавеющих хромоникелевых сталей 30-35

Алюминиевая пудра . 12-18

Хпористый аммоний 1,5-2,5

Фтористый аммоний 1,5-2,5

Окись алюминия Остальное

1 ются незначительно.

1 1126

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу нанесения диффузионных покрытий на стали и сплавы с помощью: алюмотермической обработки в порошкообразных смесях, содержащих окалину, получающуюся при горячей обработке нержавеющих аустенитных, аустенито-ферритных и ферритных сталей, и может быть использовано на предприятиях химичес- 1б кого и машиностроительного профиля для повышения коррозионной стойкости деталей технологического оборудования.

Печная окалина укаэанных сталей в своем составе может содержать t5. окнсные соединения железа, хрома, никеля или марганца с незначительнымн добавками кислородных соединений молибдена, титана или ниобия, следовательно, образующиеся покрытия явля- K ются многокомпонентными.

Известен состав P)> содержащий искусственно приготовленные смеси окислов и .порошкообразный алюминий при соотношении компонентов, вес.X:

Окись хрома 38-43

Иорошок алюминия 1.1-16

Окись железа (Fe0) 7-10 .

Хлористый аммоний 1-3

Окись алюминия Остальное ЗО

Недостатком данного состава является необходимость проведения предварительного никелирования насыщаемой стальной поверхности, что значительно усложняет и удорожает техноnormo получения покрытий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ (2) получения комплексных покрытий на стальных изделиях следующего состава насыщающей смеси, вес.X:

Окись. хрома 30-37

Окись никеля 5-8

Окись железа 5-8

Порошок алюминия 17-23

Хлористый аммоний 1-3

Окись алюминия Остальное

Недостатками известного способа являются незначительная толщина покрытия, не превышающая 50 мкм, и не-., обходимость использования окисных соединений металлов реактивной квалификации.

Цель изобретения-увеличение тол-; 55 щины наносимого покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что состав для получения комп-, 626 2 лексных покрытий на стальных иэделиях, содержащий алюминийсодержащее вещество, хром, никель-железасодержащее вещество, хлористый аммоний и окись алюминия, дополнительно содержит фтористый аммоний, в качестве алюминийсодержащего вещества — алюминиевую пудру, а в качестве хром, никель-желеэооодержащего вещества— окалину нержавеющих хромоникелевых сталей при следующем содержании компонентов, мас.X:

Окалина нержавеющих хромоникелевых сталей 30-35

Алюминиевая пудра 12-18

Хлористый аммоний 1в5-2ь5

Фтористый аммоннй 1,5-2,5

Окись алюмийия Остальное

Количественный состав компонентов смеси подбирали экспериментально.

Установлено, что уменьшение количества окалины приводит к наличию в диффузионном слое алюминия, а увеличение не дает улучшения качества покрытия и не повышает его толщину. Увеличение .количества активатора усиливает газовьщелеиие, а уменьшение снижает эффективность процесса. Наиболее качественными получаются покрытия при равньи соотношениях хлористого и фтористого аммония в насыщающей смеси.

Технология нанесения покрытий состоит в следующем.

Окалину:нержавеющей стали тщательно измельчают в шаровой мельнице и перемешивают в течение 2-2,5 ч с алюминиевой пудрой. После этого добавляют активаторы и окись алюминия и перемешивают еще в течение

1 ч. Иалученную смесь хранят в герметично закрытой таре. Процесс осуществляют в контейнере с плавким затвором при 1100-1200 С и времени изотермической выдержки 2-2,5 ч.

Извлеченные после охлаждения образцы имеют светло-серый цвет поверхности.

Геометрические размеры и вес их меняДля металлографических исследований берут образцы из стали 18Х1Т, с диффузионным покрытием, полученным при 2-часовой изотермической выдержки при 1200 С в смеси следующего состава, мас.X:

Окалина стали 12Х18Н10Т 32,5

Алюминиевая пудра 15

Хлористый аммоний 2

112662

S5

18

2,5

Фтористый аммоний 2

Окись алюминия Остальное

В качестве исходных поставщиков для формирования комплексного железо. хромоникелевого покрытия берут печную окалину нержавеющих железохромоникелевых сталей, входящие в нее окисные соединения железа, хрома и никеля восстанавливаются агйоминием, В результате этого на покрываемой : !6 поверхности формируется комплексный диффузионный слой, состоящий из железа, хрома и никеля. Сталь 12Х18Н16Т является одной из самых распростре» . венных хромово-никелевых сталей, Из 15 всего ассортимента этих сталей ее получают 90Х.

-С помощью травления ЗЖ-ным спиртовым раствором азотной кислоты выянлен сплошной, достаточно равномерный 20 нетравящнйся поверхностный слой тол-: щиной около 500 мкм,. Граница с осио вой чистая н четко очерчена. Под слоем один ряд зерен имеет более дис» персную структуру, чем основа. От" 25 дельные мелкие зерна с:такой струк-; турой встречаются в основе. Обезугле роживания основы под слоем, характерного для мело- и средиеуглеродистой . хромированной стали, не наблюдается, щ

Травление соляно-кислым раствором медного купороса показывает, что слой имеет столбчатую.структуру, обычную для процессов диффузионного насыщения поверхности. Микротвердость слоя составляет ЗЫ-370 кгс/мм, одинакова по его глубине и близка к микротвердости нержавеющей стали

12Х18010Т (400 ) е

Исследования распределения металлов, входящих в состав омелины, в покрытии на стали 18ТГТ вьнишняют на микрорентгеноспектральном анаиизате- 4 ре "MS46" фирмы "Cameca" .при локаль ности зонда 2 мкм, токе зонда 26 нА ., и ускоряющем напряжении 20 кВ.

Содержание элементов покрытия сле-. дующее, вес.X: Cr 17-22;.Ni 2",Fe yo остальное.

Элементы в покрытии распределены равномерно..

Пример 1. Берут исходные компоненты смеси, мас.Х, Окалина стали 12Х18Н10Т

Алюминиевая пудра °

Хлористый аммоний

Фтористый аммоний 2,5

Окись алюминия Остальное

Перемешивают до однородной смеси.

Заготовки образцов для покрытия нз стали 18ХГТ вырезают на токарном станке из горячекатаного прутка в состоянии поставки. При этом на поверхности их не должно быть дефектов, видимых невооруженным глазом. Процесс нанесения покрытия осуществляют в контейнере с плавким затвором.

Для этого образцы вместе с насыщающей смесью помещают в контейнер, следя, чтобы они не касались друг друга и его стенок. Нагрев осуществляют в шахтной печи от комнатной температуры до 1200 С с изотермической выдержкой 2 ч. После этого печь отключают и охлаждают до 700-800ОС, извлекают контейнер, охлаждают его до температуры помещения и, .разбив плавкий затвор, извлекают, образцы вместе с оставшейся реакционной смесью.

Образцы промывают водой и сушат под вентилятором на воздухе. В результате визуального осмотра их поверхность ровная, без дефектов, слегка шероховатая, цвет светло-,серый.

Размеры и вес увеличиваются. Покрытие при изучении микрошлифа под микроскопом (х100) плотное с хорошим сцеплением с основой. его толщина равномерна по периметру образца и составляет около 550 мкм. Микротвердость слоя 350 кг.с ,мм2

П р и и е р 2. Берут исходные компоненты смеси, мас.X:

Окалина стали 12Х18Н10Т 32,5

Алюминиевая пудра 15

Хлористый аммоний 2

Фтористый аммоний 2

Окись апюминия Остальное

Далее все операции проводят согласно примеру 1.

Покрытие при изучении микрошлнфа код микроскопом (х1:00) плотное с хорошим сцеплением с основой. Его толщина равномерна по периметру образца и составляет около 500 мкм. Иикротверд сть слоя 350 к гс

Пример 3. Берут исходные компоненты емеси, масЛ:

Окалина стали 12Х18Н10Т 30

Аюпачиниевая пудра 12 . Хлористый аммоний 1,5

1126626

Составитель. Г. Вахтинова

Редактор Т.Веселова Техред М, Кузьма Корректор А.Ильин

Заказ 8645/21 Тираж 899 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r.Óèãîðî@, ул.Проектная, 4 фтористый аммоний 1,5

Окись алюминия Остальное

Далее все операции проводят согласно примеру 1

Покрытие при изучении микрошлифа под микроскопом (х100) плотное с хорошим сцеплением с основой. Его толщина равномерна по периметру образца и составляет .около 450 мкм. Микротвердость сйоя 350 - . кгс мм

Предлагаемый, состав позволяет в 5-8 раз увеличить толщину диффузионного слоя. Исходным сырьем для нанесения покрытий .являются отходы .металлургического производства, — печная .окалина нержавеющих сталей, что позволяет значительно удешевить тех" нологический процесс и утилиэи— ровать отходы производства для рационального их использова— ния.