Состав для алитирования металлических деталей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 23 С 10/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКН Г СССР (21) 3777297/02 (22) 06.08.84 (46) 30.10.91, Бюл. ¹ 40 (72) Е.Г,Иванов, А.С.Шкурат и Б.И.пономаренко (53) 621.785.51,06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 406968, кл, С 23 С 9/02, 1972.

Защитные покрытия на металлах. Сборник, вып. 4, К.: -наукова Думка, 1971, с. 158—

164.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке металлических деталей, и может оыть использовано для придания им жаростойкости.

Цельизобретения †снижениетоксичности и улучшение технологичности состава.

Состав включает алюминиевый порошок, ортофосфорную кислоту, хромовый ангидрйд и воду.

В процессе приготовления и сушки краски не токсичен, отсутствуют взрывобезопасные выделения, так как испаряется только вода. В результате чего снижаются требования безопасности, сокращается длительность процесса и упрощается оборудование для его осуществления.

Состав для алитирования металлических деталей методом коасок включает следующие ингредиенты, мас,%:

Алюминиевый порошок, например АСД-4, или смеси порошков: 50 порошка АСД-4 и 50 порошка А-4 40-56

Ортофосфорная кислота НзРО 10-14 (54)(57) СОСТАВ ДЛЯ АЛИТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ, содержащий алюминий, отличающийся тем, что, с целью снижения его токсичности и улучшения технологичности, он дополнительно содержит ортофосфорную кислоту, хромовый ангидрид и воду, при следующем соотношении компонентов, мас, ;

Алюминий 40 — 56

Ортофосфорная кислота 10-14

Хромовый ачгидрид 1,5 — 4,0

Вода Остальное

Храмовый ангидрид СгОз 1,5-4

Вода Остальное

Три последние компонента образуют связку, способству:ощую нанесению состава на изделие, Назначение ингредиентов: — ортофосфорная кислота — для получения неорганической связки, представляющей фосфорнокислый алюминий, Г1ри концентрации ортофосФорной кислоты менее 10 количество связки недостаточно и прочность покрытия недостаточная. При концентрации кислоты более 14 (, из-за большой вязкости краски появляются затруднения при нанесении краски методом напыления; — хромовый ангидрид — для предотвращения слипания частиц алюминия в растворе, Концентрация хромового ангидрида находится в пределах 1,5...4 мас. (. При содержании хромового ангидрида менее 1,5 мас.% происходит частичное слипание частиц порошка алюминия s рpа с тTв оoрpе, что приводит к неравномерности покрытия, а при концентрации более 4 мас. — происходит сильное окисление порошка в растворе. что

1221936

СНИХ(38< 8»Э аКТИВНОС Ь ПРИ ДИффуЗИОННОМ

О ГУ<ИГ8.

Пр<>дт>!!Гаемы!1 состав алитирования

МВТВЛЛ:>I> 8CI;ÛK >IlQTBII8!: ИСПОЛ ЬЗЧЮТ В ВИДЕ сусг)енэ>ли>, к><порую готовят следующим об: разом.

>.» )лб Ы:. ВИ:»08 КО>1И -!<-, > 0 = -ОДЬ> »)>ИваI6T ВСЕ КО>МПОНВ !ТЫ ОРТОфОСфОРНОЙ КИСЛЫ Ы и В Г1О)1" чен!!ь I! Жствор ДОбввляют ОтД8=ibными п<Зр!! >Вми ал!Оминиевый пооошок е

-> 4о< ..-,, ....,. - а,„> „, >и, ВОГО ПОР. .">>>К& ДО Г>Р)8КРЯЩ8НИЯ Р63КЦИИ В ра>ст>3!)ре. Ра. -варевl е порошка ведут при

rIОД0i РВBВ РЗC1!=o!)а )<>;„ЛО.!Ы ДО .!.ЕMП6Р3;->>ры 30 — 40" .. Посля пвекращения газовыделену)! В рпств>эр Высы паю Г ОстальноЙ

ОООО» 3ОК П>--,И; i(efIPBO,,ВНО!>>) > )О!»лвв>)ива >ИИ

После 1щат(3ль»<)го пеоемешивания Добавляют хро! :1>эвь>Й ВНГидрид, Зсю сусг16нзию перемешиваю г, Готовая суспензия мом<ет рà -I PENT!- я -.eñ>ãe 1! 1ичеР>ное Время в Герметичной посуве иэготовденной иэ м318пиала .-:.8 встуг13)ощего В химическое взаимод8.1,,твие с Koi.:.» Онен-,ами сусГ18нэии, Перед

П р>л)ЧВН8>-!Ие 1 ОНЯ Нуя(Г>ВВТСЯ В ПереМЕШИ вании. ,>-,1I, !,;1ООВВН; 8 > Te "e>li ПОМОШЬЮ ОП)1, анно»- О>)>ев»лв;.- „-> Вля81<я методе,;-: акра-ки е с)18дугощей >>О>эл>8Лоеатель!!Ости.

1 Г <) г>ерх;-!Ос1 -. - -) T3JI>1> IöacYOA Детали

Об8эя;>fpи!."Вют ил: I.ОДÝepгаIGT обработке, >Э 8 Кт Р О К Г! Р .! 1л Д> О М . a !> 1 3>!1!>/! ">ан!118 >ОГ>»>О rig< > ° i > ПО>>>>

>>Я i C Г><1! ILIL>! =.,<3 IIУЛ -Вео!133ТОР-". > )Л:<1 Ок >Н .-,» .!

>Зсуш>ест ;:,>1я ю"> су акдаш>ен)-,л:; де:1;::ЛЕ>й1 - В !":,<)Э,:УХО Г 3!1 -:8,,.;Heòi-i<.i:; тЕМПВРат:;,::3 В Те-Ie i;6 -:, - ЭВТ61::;;>С;i ТЕ<.1<18РГГ К>.3 >00 —,> Я i — >3 ..."8 e . >„. з

П T «>>, э В <-,, > я,>1 !>! <)>„О! ! р .>

:.е!.!пав!)Рг>чр>:-. /,!г! "300 .: р =>3»г.)-:л 4 0,5 « а > КРЬ! ТО!tj Г : И -На эоэ "!i" ХЕ < ПО! 3ОШЬ>>-

;.,. Ii!1>Н!!О! О НВГРЗВ3 М. ! >ЛР!: 8!>! lOß ГО>С>)> il(If >:

i р и !, 8, i i, Г);у>: .!"Ств>!яли Влит!>р<)?;ание эаГОто,3 i ;ля >>>так)ПОГ3>к

«К < > < т;. > >л В а >л >: I;>-;;, П б >3) г р К И ".> Л> 6 > T 0 8. О О у НI

Догм7,, ПО/:i.)L!.,Ь>О П.Л1ЬВВ))ЫЭВТОРа На>,ОСИЛИ

68>äHую суспеl-:3>I-О состава. С<>дер)!<3<>4855 мас. -,. о порошка АСД-4, Оргофосфорной

KI/< >)От!.. 1 1,-" час."Q .,L ai,ie>3

<3 п)э>10><пас .<8 колебалось От0,,)038 Q )7 >1!! !а.

)1и< танli j>>i;: .>В»п>,>) ю>1>lp ceL гавляла 1 50 f. !м

П<)cëe:i>Kp3<;ки "= 3ÃiÇ "ое <и с

0 5 Ч . Зате)>,- !3 C >IU!UUi 38)>л В!Кафу При ТЕМ..

П ЭСЛ" ППО """" 3 >i )! " 3-" ЛОВКИ Н Оева)!л> гем;",ера->-.ры > ; 0 !, течение еВремеь!и

tl

1! )

1 .>

r" T »"

\ L » . 1 Г ! > !

).

> предусмотренного технологией штамповки данной де али, и производили их штамповку. В процессе нагрева и выдержки происходило алитирование деталей.

I=> данном случае применение предлагаемого способа алитирования позволило

>)мен!>шить припуск на последующую абр3 ботку от 3 дс 0,1 мм, а дополнительные трудозатраты состояли только в нанесении краски и ее сушке. Диффузионный отжиг был соe":: ещен с нагревом под штамповку.

П р и м 8 р 2, г1брабаты>вали газогенераторну!о трубу длиной 5 м из стали 20X23H18, После обезжиривания его поверхность окрашивали водной суспензией состава, содержащего 45 мас.,4 алюминиевого порошка марки АСД-4, ортсфосфорной кисло>ты — 1!3 мас.,4 и хромОВОГО 3НГиДрида

2,5,4, остальное — вода. Затем поверхность тр><бы сушили Н3 воздухе при комнатной

Гемпературе в течение 1 ч и при температуре 120...200 C в течение 1 ч путем п ропускания через трубку горячего воздуха. Посла сушки трубу подвергал!1 диффузионном, обжигу при, Tef,,iflepaType 1080ОС в течение 1 ч

В печи шахтнОГО типа, ТОлщина алитиоованного слоя составляла 80...100 мкм. Жарос!.Ойкас >ь, оцененная прирашением массы при окисления при температуре 850oÑ В течение 200 ч, повысилась в 12 раз по сравнению с незащищенным материалом данной трубы.

П э и м 8 р 3, Корг!Ус гермокамеры, и имеьлсмой для экспериментальных раб,. .т в лабораториях в печах типа йб, обезжиОи-"">)lè Водным р3сТВороМ содержащим

3 ":1ас. Ъ НзР!Ц и 3 мас. )!. Г1АВ "Синтанол" .ЦС-10, затем п>гтем напь .ления наносили ст>ой водной суспензии состава, содержаЩего алюминиевый порошок чарки АСД-4—

>1»", 3 О/ ортофос<>)орной >i I>fr*f1<)T (>-1з!)< ) 1) !2 Фа<,. ф хромовОГО ангиДриД3 <СГО3) ., ::) " 3>3C. <)CT3fibHG8 — ЗОДВ. После ОКРВШИ>)ан>л)Я> Г,РО)ЗЕЛИ =.УШКУ flOKPbllTéß СТР>)ЕИ ВОЗДУимевше. О темпераTVpy 90-120ОС, >)иффузионный отжиг совместили с экспериментальной работой, ггри которой гермокаме, а;-)одвергалась нагреву до температуры от ."!0 „ : до >200ОС, Срок слу)кбы Гермокамеры увелич>ился В чвтырс р333.

i1 р и м 8 р 4, ЗВГОтовку ПОД штамповку

);-,;> т,)танов>;уо < плава Д "Г 1g подв ъргал)1 Об работке электрокорундом. С помощью пульВеризатора наносили водну!о суспензию

".Ос > ава, сов!ержа(ЦегО 52 M3c. Q алюминие. .о о псрошка )>!арки АСД-4; 10 мас. ь орта :;:осфор!1,й кислоты; 3 мас.g хромового

:-нгидрида, остальное — Вода, Сушку окра-!

>>!8;-::->ой заготовки проводили на Воздухе !

)рай к<3чнатной темпера";.уре в течение 0,8 ч

1221936

Таблица

Алюминиев органичес лин, амилоц уксусной ки (диэтилов

Показатели

Атмос е а

Вак и при температуре 150 0 С. Диффузионный отжиг был совмещен с нагревом под штамповку до температуры 920 С в течение

1 ч. Использование данного состава для насыщения поверхности заготовки алюминием позволило отказаться от применения эмалевых технологических покрытий, защищающих поверхность заготовок от окисления.

Параметры сравнения алитирования деталей методом красок с помощью извест ного и предлагаемого состава приведены в табл. 1.

Проводили алитирование заготовок под штамповку лопаток сплава марки ЗП109.

Поверхность заготовки, как и в примере 1, очищали от окалины и загрязнения путем обдувки злектрокорундом М 20. Пульверизатором наносили водную суспензию состава, содержащего 40 мас. алюминиевого порошка АСД-4, ортофосфорной кислоты—

10 мас,, хромированного ангидрида—

1,5 мас,, остальное — вода. После сушки заготовки на воздухе в течение 0,5 ч и при температуре 150 С в течение 0,5 ч проводили контроль соСтояния шликера на поверхности заготовки, Отмечено, что при данном составе шликера прочность его ниже, чем при составах, соответствующих средним значениям ингредиентов предлагаемого состава (см. примеры 1...4). Имеются участки с различной толщиной заполнения. Наблюдается частичное осыпание осадка, После нагрева заготовки при температуре 1230 С в течение 30 мин в атмосфере воздуха прошло алитирование, но толщина диффузионного слоя по поверхности колебалась от 5 до 100 мкм. Неравномерность осадка шликера и алюминидного слоя, как и низкая прочность осадка шликера, объясняется несоответствием количества связки в виде ортофосфорной кислоты количеству алюминиевого порошка. Таким образом, процесс алитирования на нижнем граничном значении ингредиентов протекает, но получается неравномерное покрытие низкого качества.

Проводили алитирование заготовок под штамповку иэ сплава ЭП109. На очищенную поверхность заготовки наносили водную суспензию состава, содержащего 56 мас. $

5 алюминиевого порошка марки АСД-4, 14 мас,$ ортофосфорной кислоты, 4 мас. хромового a -; ãìà ðL;äà и остал ьное — вода, Высокая вязкость данной суспензии затруднила получение равномерных слоев мето10 дом напыления пульверизатором. После сушки осадок с,-.ëнзии имел высокую прочность, Диффузионный отжиг проводили при температуре 1230 Ñ в течение 30 мин в атмосфере воздуха. Толщина диффузион15 ного слоя составл",. а от 6 до 40 мкм. Уменьшение средней толщины алюминдиного слоя объясняется значительным окислением алюминиевого порошка, высоким содержанием хромового ангидрида.

20 Использование изобретения позволяет получить по сравнению с прототипом следующие преимущества: снизить требования к технике безопасности:-а счет использования нетаксичных и

25 пожароопасных ве;цеств; обрабатывать детали любых размеров; снизить продолжительность процесса алитирования в 7 раз; снизить стоимость процесса за счет от30 каза от специального оборудования, защитHblx газов и сокращения длительности процесса алитирования в 8„,12 раз.

Результаты испытаний на жаростойкость предлагаемых составов для алитиро35 вания металлических деталей приведены в табл

Применение предлагаемого состава суспен зли позволяет проводить процесс насыщения алюминием в атмосфере воздуха, 40 Лучшие результаты насыщения металлических деталей алюминием имеет состав со средним значением ингредиентов. После напыления — равномерный слой обладает высокой прочностью. После обжига — рав45 номерный диффузионный слой обладает высокой жаростойкостью и короозионной сто Й кост ь ю. )221936

1 врОцОЛЖ6ИИ8 ТабЛ. 1

С0СТ88, МЗС, Ъ

ЙЗВВСТЯИЙ ПЯ8ДЯ Гаемы Й

Т8МО8РатуРЯ ДйффЧэф ",въ,, . P,I."IÎ в

7ОО... . ЗОО С

1 ОвсНО г с." ес юе

Ц667 ЯЛ. тй,эоа Я Я НОЙ

МЭКСИМалf=HЯ6 Раа ОГОВЙИЧ8НВ РЯЭУ6РЗ Г8 1ТМеэт1АЧ

М6РИ ЗлйтввРОЯ619АЛ йо- КЗМ8Р

pI j6 g6 q >у )ТЕЛ в II pyв t f pqpp> рО ОГ в

; Ороыесса уи Одних кl Видег;;18..6 -- . "-;, ! 11еооходлмоо оввкоэвв 1ееееэиеевг...виара, почаще

Оборудоаание я(ал 6 06чнО6 ЦООстоанс."зо Ва

i чм-эяядикзторние Йасо:,.",ы fi гая

69ГОн 3HtIQV36f .-. -::,-,- -;-*.; (."8! ) Нй

Л Обце

В:.:держка Р ч

ГкрВтая меч:э йли Гааоаай ГорелKåа

Г зблица 2

Р:"3 /льтэты исйытаний лопЯ ;Ок т,1рбЯК ие солЯВЯ BX=;f< if2V

"ест- """ е. вол "- "". е во"еео кк ГвоесгL, :-"i" .1:4 . I II 68ЛИЧ8э

114! в ИаС в !

1 О; Г СЛ8НИИ о о (g 3QQ Ч, Г;"М

"; .1

1,},(,в

1111 1

1 1 I 1Ч, 1.ье f i ñ. ..- .-. -Ч 1!-1 ее.,эНс"ъс:.Е1/1ь е

О 1

ii

"PTG PQСфО";ЗИ 1Л ЮЛСЛОТЯ 1:; ! чРГ.1м13БЙЯ айгYI.P,PNP 4

80516 ОСТЗЛЬНОЗ

1 ехг)Рх «1 Vfc " e;I ., (г 8ДзктОР 3, t1MliÀï6HÊf., Коррв:ТОр Г. Малец "э .,„. в/ 1,1

:,Э I I;/!1 ч -11 1- р

1в

i1рОиз6О 1стеен н;.-нздатель.кий: - .. ч .-:гт Т1 .:.Ге:1т, г. . .огород, ул. Гага зина, 161

, эе1,. 18,18 6У1о ООООЦ,. .„Щ е, 1 11 .1 1 . " э.з .Е,: :В

""P" -: О"6 1 -1""- " "-"" " "- 1О

1

ОСТЯЛЬное 6698

Х;ЗОМООЫЙ 6Н ГЫ) РИ11, ! !

Х KI На 6ОЗД;1Х8

" d !

<, ." y И» в -, - P,11 В В1 „-: ГВ Е1 . в . ВОЛГ HB BG;,I!)/Y8, . -.Р:Л 92О С ".Т1:.ЛИН

- p > э" у 11 6

i ! tg в1f в jQ 6p.,Ù11If04

Иэ.эИ 29 С;аО МИН