Состав для борирования стальных изделий
Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть использовано в машиностроении, сельхозмашиностроении, пищевой промышленности и инструментальном производстве для повышения эксплуатационных характеристик изделий. Цель изобретения - увеличение коррозионной стойкости покрытия и устранение налипания насыпания насыщающей смеси на изделия. Состав для борирования стальных изделий содержит порошок технического карбида бора, нитрид кремния и в качестве активатора щавелевокислый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%: нитрид кремния 2-10 щавелевокислый аммоний 1-2 технический карбид бора 88-97. Обработка стальных изделий в предложенном составе позволяет значительно повысить их коррозионную стойкость и устранить налипание частиц порошка на поверхность борированных изделий, что исключает операцию очистки изделий после процесса борирования. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (51)5 С 23 С 8/70
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
2-1 0
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4417999/31-02 (22) 28.03.88 (46) 15.06. 90. Бюл. У 22 (71) Киевский политехнический институт им ° 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.М.Чернега, 10.Е.Яковчук и В.Н.Писаренко (53) 621.785.51.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 802396, кл. С 23 С 8/70, 1979, (54) СОСТАВ ДЛЯ БОРИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ
ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к химикотермической обработке и может быть использовано в машиностроении, сельхозмашиностроении, пищевой промьппленности и инструментальном производстве для повьппения эксплуатационных
Изобретение относится к химикотермической обработке материалов и может быть использовано в машиностроении, сельхозмашиностроении, пищевой промышленности, инструментальном производстве для повьппения эксплуатационных характеристик изделий.
Целью изобретения является увеличение коррозионной стойкости покрытия и устранение налипания насыщающей смеси на изделия.
Состав для борирования стальных изделий, включающий порошок технического карбида бора, дополнительно содержит нитрид кремния и в качестве активатора — щавелевокислый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
„„Я0„„15711О2
2 характеристик изделий. Цель изобретения — увеличение коррозионной стойкостии покрытия и. устранение налипания насыщающей cìåñè на изделия.
Состав для борирования стальных изделий содержит порошок технического карбида бора, нитрид кремния и в качестве активатора щавелевокислый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%: нитрид кремния
2-10; щавелевокислый аммоний l-2; технический карбид бора 88-97. Обработка стальных иэделий в предложенном составе позволяет значительно повысить их коррозионную стойкость и устранить налипание частиц порошка на поверхность борированных изделий, что исключает операцию очистки изделий после процесса борирования.
2 табл.
Нитрид кремния
1Цавелевокислый аммоний 1-2
Технический карбид бора 88-97
Карбид бора В С используется в виде порошка технической чистоты. Поставлять его можно в виде порошков зернистостью 16 М5 для шлифовальнополировальных операций, первый сорт содержит В4С 90-93%, В О 0,4-0,5%, Сс в060 .Ч. — 5-10% °
Нитрид кремния Si3Ng светлосерого цвета, устойчивое соединение, суще-. ствует в двух модификациях o(и р
o(— низко-, а ф — высокотемператур ная модификация, температура a - р
1571102 перехода 1450"С (неметаллические тугоплавкне соединения), Окисление порошка нитрида кремния на воздухе начинается при температуре выше 900 С SiNp + 20 =
=ЗЛО,+М.
Щавелевокислый аммоний — аммойий оксалат (NH „) С О„Н О вЂ” бесцв ет" ные кристаллы, при нагревании разлагаются.
При нагреве насьпцающей смеси предложенного состава для диффузионного борирования происходит разложение щавелевокислого аммония и нитрида кремния с выделением продуктов реакции, изменяющих термодинамический потенциал бора в насыщающей среде.
В силу этого интенсифицируется процесс насьпцения бором. Одновременно с бором диффузионный слой насыщается азотом за счет возможного протекания указанных реакций и разложения щавелевокислого аммония (NH 4) С 0 .
2N + 2СО + 2Н О + 2Н . 25
Повьппение коррозионной стойкости боридных покрытий, полученных в предлагаемом составе, связано с уменьшением пористости боридного слоя и частичным, растворением азота в боридах железа. Наличие атомов азота в аустените уменьшает прочность межатомных связей Fe Fe, что облегчает диффузию бора с образованием боридов железа, легированных азотом. Наличие азота в боридах железа, где имеется сильная межатомная связь Fe-В, приводит к появлению более сильных межатомных связей В-N что и способствует повышению корроэионной стойкости.
Введение щавелевокислого аммония в состав насьпцающей смеси способствует появлению не только азота в реакционном пространстве, но и созданию восстановительной атмосферы, что интенсифицирует процесс диффузии бора в насьпцаемую сталь. Кроме того, щавелевокислый аммоний, разлагаясь, выделяет окись углерода, что способствует разложению нитрида кремния. Окись кремния, которая образуется в результате разложения нитрида кремния, взаимодействуя с карбидом бора, интенсифицирует процесс его разложения.
Пример. Процесс борирования сталей заключается в следующем: в контейнер из нержавеющей стали засыпают смесь порошка технического карбида бора, нитрида кремния и шавелевокислого аммония предлагаемого состава. Затем в контейнер помещают изделия и. засыпают указанной порошковой смесью.
Для отделения реакционного пространства контейнера от печной атмосфе.ры и п редотв ра ще ни я и ро ник нов ения в него воздуха контейнер закрывают листом асбеста и засыпают натросиликатное стекло толщиной 10 мм. При нагреве до температуры борирования (950 С) продолжительностью 6 ч натросиликатное стекло расплавляется (750-800 С) и герметиэирует контейнер.
По окончании изотермической выдержки контейнер с деталями извлекают иэ печи и охлаждают до комнатной температуры на воздухе. После охлаждения контейнера застывший силикат разбивают, контейнер распаковывают и извлекают детали с чистой поверхностью, не требующей дополнительной очистки. В слу"ае борирования в составе прототипа наблюдается налипание порошка на поверхность деталей.
Образцы иэ стали 45, обработанные по данному способу в предложенном составе и составе прототипа, подвергаются следующим испытаниям.
Измерение толщины покрытий и их микротвердости (на приборе ПМТ-Э по стандартной методике).
Корроэионную стойкость боридных покрытий определяют гравичетрическим методом, при этом используют весы марки ВЛР-200 Г с точностью 10 г.
В качестве коррозионной среды служит 10%-ный раствор NaC1 в воде, 1 0%-ный раствор с ерной кислоты в в оде и 10%-ный раствор НС1 в воде. Продолжительность испытаний 10 сут, Измерение площади образцов, занятой налипшими частицами борирующей смеси.
В табл. 1 приведены результаты сравнительных испытаний предложенного состава при оптимальном соотноше-. нии компонентов и прототипа. Результаты испытаний предложенного состава при соотношении компонентов в указанных пределах и в запредельных случаях приведены в табл, 2.
При выходе количественного состава компонентов насыщающей смеси за нижний предел уменьшается толщина боридных покрытиИ R 1,4 раза, а кор15711
Таблица 1
Содеркание компонентов смеси, X
Весовой паказагель коррозии> кгlм
Микротвердость, ИПа
Толщина боридного слоя (FeB+FetB) мкм
Площадь эвнятой налипюими пороюками смеси, X
l0X H SOe IOX НС1 IOX ПаС1 в с 9г
1Вввелевая кислота 8
1SOOO FeB
204
0,060 0>012
0,0040 EOO (прототип) 16000 FeeÂ
20000 Fe В
В!С 92,5
819Пь 6 гоо
0,025 0,0068 0,0019 Налипвние отсутствует (NHe)eC Og l,5
18000 FeeB
П р и м е ч а и и е: Корроэионнвя стойкость н толщина бориднык покрытий па стали 45 (условия насыщения . Т 950 0> C 4 ч> продопинтельность корровионных испытаний по весовому методу в IOX-ном раствора Н<ВО> н HC1 - lo сут, I OX-ном растворе Naol - 20 сут).
Таблица 2
Весовой показатель коррозии, кг/м з
IOX-нвя Нззо 1ОХ-ная HCl I OX-ная Па01
Компоненты насыщающей смеси, мвс.X
Толщина борндного слоя (FeB+FeqB)> мкм икротвердость, МПа
В,С
0,012
0,0040 (прототип) 1ЭО
I8O00 FeH !
6000 Ре1В
О,О5О
О,ОО4О
0 0035
0,0030
0,0027 о,оогз
98,5
98,0
97,5
97>0 .97,25 о, о1г
14О
0>050
l,О
0>5
140
0,045
0,040
О,О1О
0>009
О,ООВ
l,О
l,O
I,О
145
1 5
160
0,036
0,032
l,О
2,0
2,О
19000 FeB
17500 FeeB
О,OO76
0 75
175
° >
0,028
0,026
0,0255
0,026
О,ОО71
0,0071 о,оо70
О,ОО7О
0,0020
0,0020
1,О
97,0
96,5
2,0
ISO
20000 FeB !
8000 Fe4B г,о
1>S
О,ОО2О
О,O02O
О,OO2O
0,0019
0,0019
180
96>0
95,5 г,о
2,0
2,5 г,о
»о
0,026
О, 0252
96, 25
96>0
О,ОО7О
0,0069 з,о
0,75
l7O з,о
1,О
17О
0,0068
0,0251
95,5
1ВО э,о
I,5 розионная стойкость падает почти в
2 раза во всех исследованных средах по сравнению с оптимальным составом для насыщения. При выходе количест5 венного с ос тав а к омпонентов насьпцающей смеси за верхний предел наблюдается также снижение толщины диффузионных слоев и их коррозионной стойкости. 10
Приведенные данные показывают, что толщины боридных покрытий, полученные в составе прототипа (204 мкм) и в предложенном составе (200 мкм) находятся на одном уровне. Состав позволяет увеличить коррозионную стойкость в 2 раза по сравнению с прототипом и устранить налипание частиц порошка на поверхность бориро- 20 ванных изделий, что исключает опера02
6 цию по очистке изделий после процес» са борирования.
I
Формула изобретения
Состав для борирования стальных изделий, включающий порошок технического карбида бора и активатор, отличающийся тем,: что, с целью увеличения коррозионной стойкости покрытия и устранения налипания насьпца10щей смеси на изделия, состав дополнительно содержит нитрид кремния, а в качестве активатора— щавелевокислый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.X:
Нитрид кремния . 2-10
Щ велевокислый аммоний 1-2
Технический карбид бора 88-97
1571102
Ф,Ородолкение табл.2 корровии, кгlн
2 толцина боридного слоя (FeB+Fe Конпояеиты иасьвааищей смеси> мас, l Никротвердость, MIla Весовой показатель Ф I ОХ-,íaÿ НеЯОе 10Х"ная НС1 I ОХ-ная NaC1 ВеС BiaNa (ННа) аС тО л 95,0 3,0 2,0 ISO 0 025 0,026 0,025 0,025 0,0068 Oi0070 0,0019 94,5 3,0 94,5 4,0 170 2>5 0,0022 0,00!9 О, 0019 Oi0021 190 л 1 5 0,0068 0,0068 93,5 5,0 1,5 190 л 93 5 6,0 0,5 l 70 0,0070 0,0068 0,0068 0,0072 93,О 6,0 1 0 195 О, 0019 0,0019 0,0022 920 - 60 91,5 6 0 2,0 195 20000 FeB 18000 Fe В 2,5 170 0,0068 0,0068 91,0 8,0 1,0 190 0,0020 0 OOI9 90 0 8 0 89,5 8,0 2,0 190 2,5 170 19500 FeB 17500 Fee 0,0072 0,0023 0,0020 0,025 и 88,0 10 0 2,0 175 0,0069 0>0070 I6О 87;О 11,0 87iO 12,5 1,5 0,027 О, 028 О, 0021 О, 0024 160 и 1,5 0,0072 It р н н е ч а н и е. Коррознонная стойкость и толщина боридиых покрытий на стали 45 (условия насыщения: Т 950 С, !. 6 ч, лродолкительиость корровиониык ;.-. питаний ло весовому методу: в IОХ-ных растворах кислот 10 сут, IOI-ного раствора NaCl — 30 сут). Составитель С. Кучерявый Техред М.Ходанич Корректор С. Щекмар Редактор О. Спесивых. Заказ 1488 Тира7к 815 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.у!Кгород, ул. Гагарина, 101 0,0255 0,025 О, 026 Oi025 0,025 0,028
