Состав для комплексного насыщения стальных изделий

 

Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть использовано для повышения работоспособности изделий и технологической оснастки предприятий химической промышленности. Целью изобретения является повышение насыщающей способности состава, коррозионной стойкости и износостойкости обрабатываемых изделий. Состав для комплексного насыщения стальных изделий содержит борный ангидрид, окись алюминия, алюминий, порошок окиси меди, а в качестве активатора хлористый аммоний и тетрафтороборат калия при следующем соотношении компонентов, мас. порошок окиси меди 10 40, окись алюминия 29 31, алюминий 10 25; хлористый аммоний 2 4, тетрафтороборат калия 2 3; борный ангидрид остальное. Состав позволяет получить комплексные диффузионные слои толщиной до 240 мкм. 2 табл.

Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к диффузионному нанесению покрытий в порошковой среде, и может быть использовано для повышения работоспособности изделий и технологической оснастки предприятий химической промышленности. Целью изобретения является повышение насыщающей способности состава, износостойкости и коррозионной стойкости обрабатываемых изделий. Состав включает борный ангидрид, окись алюминия, алюминий, порошок окиси меди, а в качестве активатора хлористый аммоний и тетрафтороборат калия при следующем соотношении компонентов, мас. Порошок окиси меди 10-40 Окись алюминия 29-31 Алюминий 10-25 Хлористый аммоний 2-4 Тетрафтороборат калия 2-3 Борный ангидрид Остальное Введение окиси меди в состав для борирования уменьшает толщину диффузионного слоя в 1,5-2 раза. В предлагаемом составе порошок меди в количестве 10-40 мас. служит катализатором реакции восстановления, что обеспечивает более полное восстановление борного ангидрида при предварительном восстановлении насыщающей смеси, а это приводит к ускорению процесса борирования пир насыщении. В процессе окисления алюминия восстанавливается не только борный ангидрид, но и окись меди. Температура в тигле при этом указанном процессе достигает 1100-1200^оС. В результате образуется химическое соединение бора с медью. Окись алюминия в количестве 29-31 мас. обеспечивает восстановление борного ангидрида, окиси меди с образованием устойчивого от окисления твердого раствора и химического соединения. Хлористый аммоний позволяет проводить процесс восстановительно-окислительной реакции с образованием глубокой взаимной диффузии восстановившихся элементов. Тетрафтороборат калия в количестве 2-3 мас. добавляют после восстановления смеси для насыщения деталей. В состав входят порошки компонентов: окись меди стандартный порошок, ГОСТ 16539-79; алюминий ПА-4, ГОСТ 6058-73; окись алюминия стандартный порошок, ГОСТ 8136-76; борный ангидрид, ГОСТ 10068-75; хлористый аммоний стандартный порошок, ГОСТ 3773-72; тетрафтороборат калия стандартный, ГОСТ 9532-75. Для выбора оптимального количества порошка окиси меди, алюминия и активатора были приготовлены смеси, содержащие каждая порошок окиси алюминия 30 мас. (как в прототипе), отличающиеся содержанием окиси меди: 5; 10; 20; 30; 40; 50 мас. алюминия: 5; 10; 15; 20; 25; 30 мас. хлористого аммония: 1; 2; 3; 3; 4; 5 мас. тетрафторобората калия: 1; 2; 2,5; 2,5; 3; 5 мас. борного ангидрида до 100% в каждой смеси. Перед насыщением проводили восстановление насыщающей смеси в тигле под песчаным затвором при помещении тигля в печь, нагретую до 900-950^оС. Процесс борирования из полученного состава с добавлением тетрафторобората калия (2-3 мас.) деталей из стали 10 и 45 проводили при 950^оС в течение 4 ч. Данные по влиянию количества порошка окиси меди, алюминия, хлористого аммония на толщину слоя, микротвердость и коррозионную стойкость приведены в табл.1. Как видно из табл.1, при увеличении содержания окиси меди более 40 мас. значительно повышается толщина слоя: 290 мкм для Ст. 10 и Ст. 45,0 но при этом уменьшается коррозионная стойкость до 5,8.10^-3 г/мм² и микротвердость до 9100 МПа для Ст. 10 и соответственно до 8,6 х 10^-3 г/мм² и 8600 МПа для Ст.45. При уменьшении содержания окиси меди менее 10 мас. и увеличении содержания алюминия свыше 25 мас. увеличивается микротвердость до 21000 МПа у Ст. 10 и до 20300 МПа у Ст. 45, но при этом уменьшаются коррозионная стойкость для Ст. 10 до 9,3.10^-3 г/мм², для Ст. 45 до 11,2х10^-3 г/мм² и толщина слоя до 175 мкм для Ст. 10 и до 165 мкм для Ст.45. Таким образом, наилучшими показателями по коррозионной стойкости (1,2-0,8). 10^-3 г/мм² для Ст. 10 и (4,6-2,6).10^-3 г/мм² для Ст. 45, по толщине диффузионного слоя 190-250 мкм для Ст. 10 и 180-230 мкм для Ст. 45 по микротвердости 20300-16500 МПа для Ст. 10 и 18600-16100 МПа для Ст.45 обладают составы 2-5, содержащие, мас. Порошок окиси меди 10-40 Окись алюминия 29-31 Алюминий 10-25 Хлористый аммоний 2-4 Тетрафтороборат калия 2-3 Борный ангидрид Остальное Диффузионное борирование изделий предлагаемым составом производят следующим образом. Предварительно восстанавливают порошковую смесь без KBF₄ в контейнере, помещая в печь, нагретую до 950-1000^оС, после чего контейнер охлаждают, смесь высыпают из контейнера, просеивают, добавляют КBF₄, состав смешивают в конусном смесителе в течение 15-20 мин. Изделия очищают от ржавчины и грязи, обезжиривают. При борировании в порошковых смесях детали упаковывают в следующем порядке. На дно тигля помещают слой борирующей смеси толщиной 20-30 мм, затем укладывают слой деталей так, чтобы расстояние до стенок контейнера и между деталями было не менее 15-20 мм. Детали засыпают, слегка уплотняя, борирующим составом. Расстояние между слоями деталей должно быть не менее 30 мм. Верхний слой засыпают толщиной 20-30 мм над деталями. Для предотвращения окисления деталей используют плавкий затвор. Контейнер помещают в печь, нагретую до 950^оС, и выдерживают 3-6 ч, после чего контейнер охлаждают на воздухе и распаковывают. П р и м е р 1. Проводят борирование образцов из Ст. 10 и Ст.45, которые предварительно очищают и обезжиривают. Для получения покрытий восстанавливают насыщающую смесь следующего состава, мас. Порошок окиси меди 10 Алюминий 25 Окись алюминия 29 Хлористый аммоний 2 Борный ангидрид 31 После восстановления смесь просеивают, добавляют 3 мас. KBF₄ и смесь перемешивают в конусном смесителе. Приготовленные образцы упаковывают в контейнеры и засыпают насыщающей смесью. Наводят плавкий затвор, помещают контейнеры в печь, нагретую предварительно до 950^оС, и выдерживают в течение 4 ч. затем тигли извлекают из печи, охлаждают и распаковывают. Коррозионные испытания образцов проводят в среде 10%-ного раствора H₂SO₄ в термостате СЖМЛ 19/25-И1 при 70^оС. Скорость коррозии определяют по потери массы. Взвешивание проводят на весах с точностью до 0,001 г. Измерение микротвердости слоев производят на микротвердомере ПМБ-3. Толщину диффузионных слоев определяют на микроскопе МИМ-8. Результаты испытаний приведены в табл.2. П р и м е р 2. Борирование образцов проводят аналогично примеру 1, при этом для получения покрытия восстанавливают насыщающую смесь следующего состава, мас. Порошок окиси меди 25 Окись алюминия 30 Алюминий 17,5 Хлористый аммоний 3 Борный ангидрид 22 К восстановленной насыщающей смеси 2,5 мас. KBF₄. Результаты испытаний приведены в табл.2. П р и м е р 3. Борирование проводят аналогично примеру 1, при этом для получения покрытий восстанавливают насыщающую смесь следующего состав, мас. Порошок окиси меди 40 Окись алюминия 31 Алюминий 10 Хлористый аммоний 4 Борный ангидрид 13 К восстановленному составу добавляют 2 мас. KBF₄. Результаты испытаний приведены в табл.2. Для сравнения с предложенным составом было проведено борирование деталей в составе по прототипу, содержащем, мас. Окись алюминия 69 Алюминий 7,5 Борный ангидрид 23 Фтористый натрий 0,5 Результаты сравнительных испытаний приведены в табл.2. Как видно из табл.2, предлагаемый состав по сравнению с прототипом позволяет: увеличить толщину диффузионного слоя для Ст. 10 в 1,2-1,5 раза, для Ст. 45 в 1,3-1,6 раза; повысить коррозионную стойкость диффузионного слоя для Ст. 10 в 8-12 раз, для Ст. 45 в 3-5 раз; повысить износостойкость диффузионного слоя для Ст. 10 и Ст. 45 в 1,1-1,3 раза.

Формула изобретения

СОСТАВ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО НАСЫЩЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий борный ангидрид, окись алюминия, алюминий и активатор, отличающийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности состава, коррозионной стойкости и износостойкости обрабатываемых изделий, он дополнительно содержит порошок окиси меди, а в качестве активатора хлористый аммоний и тетрафторборат калия при следующем соотношении компонентов, мас. Порошок окиси меди 10 40
Окись алюминия 29 31
Алюминий 10 25
Хлористый аммоний 2 4
Тетрафтороборат калия 2 3
Борный ангидрид Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1