Способ хромирования стальных изделий в обмазках

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, инструментальном производстве для повышения эксплуатационных характеристик изделий . Цель - интенсификация процесса, повышение коррозионной и кавитационной стойкости. Способ включает нанесение насыщающей обмазки, содержащей 50-60 мас.% порошка хрома и 40-50 мае.% 1-2%- ного органического раствора смеси поливи- Нилхлорида и диметилформамида при их соотношении 1:(9-10), сушку, нанесение защитной обмазки, содержащей 39-43 мас.% оксида алюминия, 7-16 мас.% криолита и 45-50 мас.% насыщенного раствора борного ангидрида в органическом растворителе в соотношении 1:(3-4), сушку и насыщение. Способ позволяет интенсифицировать процесс насыщения в 1,3-1,9 раза, коррозионную стойкость в 1,5-2,0 раза, кавитационную стойкость в 1,5-2 раза. 1 табл. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4Е СКИХ

РЕСПУБЛИК

{5{)5 С 23 С 10/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

Г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4785748/02 (22) 25.01.90 (46) 23.03,92. Бюл. М 11 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения (72) С.М. Чернега, Ю.Е, Яковчук, М.Т. Чернега, А.А. Дашковский, В,Г. Хижняк и А.Л, Литвин (53) 621.793.669.586.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 585235, кл. С 23 С 10/56, 1977. (54) СПОСОБ ХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ОБМАЗКАХ (57) Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, инструментальном производстве для повышения эксплуатационных характеристик изделий.

Известен состав для хромирования изделий в обмазке, содержащей следующие компоненты, мас.%:

Хром 10 — 40

Sl 5 — 15

Al - Пудра 12 — 20

Связка Остальное

В качестве связки использовали раствор цапонлака в органическом растворителе.

Недостатками этого состава являются низкая насыщающая способность, невысо„„SU ÄÄ 1721121 А1 инструментальном производстве для повышения эксплуатационных характеристик иэделий.. Цель — интенсификация процесса, повышение коррозионной и кавитационной стойкости. Способ включает нанесение насыщающей обмаэки, содержащей 50-60 мас. порошка хрома и 40-50 мас. 1-2 ного органического раствора смеси поливинилхлорида и диметилформамида при их соотношении 1:(9-10), сушку, нанесение защитной обмазки, содержащей 39 — 43 мас, $ оксида алюминия, 7 — 16 мас.g криолита и

45-50 мас. насыщенного раствора борного ангидрида в органическом растворителе в соотношении 1:(3-4), сушку и насыщение.

Способ позволяет интенсифицировать- процесс насыщения в l,3-1,9 раза, коррозионную стойкость в 1,5 — 2,0 раза, кавитационную стойкость в 1,5-2 раза. 1 табл. кая кавитационная и коррозионная стойкость полученного покрытия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ хромирования стальных. изделий в обмаэке, которая состоит из следующих компонентов, мас.%.

Окись хрома 30 — 45

Порошок алюминия 10 — 20

Окись алюминия 14 — 24

Хлористый аммоний 3 — 6

Смесь ацетона с клеем на основе фенолформальдегидных смол, модифицированных поливинилбутиралем,15 — 25

Причем в смесь ацетона с клеем на основе фенолформальдегидных смол, модифицированных поливинилбутиралем, компоненты входят при следующем соотношении, об. :

1721121

Клей на основе фенолформаль" дегидных смол, модифицированных поливинилбутиралем 10 — 40

Ацетон 60- 90

Покрытия, полученные таким способом, 5 отличаются высокими твердостью и износоСТОЙКОСТЬЮ, Недостатками этого способа являются недостаточно высокая твхнологичность процесса и активность насыщающей Обмаз- 10 ки. Кроме того, формируются пористые слои с невысокой кавитационной и коррозионной стойкостью.

Целью изобретения является интенсификация процесса хромирования s обмаз- 15 ках и получение диффузионных слоев с повышенной кавитационной и коррозионной СтОЙкОСтЬЮ.

Поставленная цель достигается тем, что способ хромирования стальных изделий в обмазках включает нанесение на поверхность деталей активной пасты, содержащей

50 — 60 мас. порошка хрома и 40 — 50 мас.7 связующего, состоящего из 1 — 2 . ного органического раствора смеси поливинилхлорида и диметилформамида в соотношении 1: (9 — 10), сушку, нанесение защитной пасты, содержащей 39-43 мас.,(» оксида алюминия, 7 — 16 мас.g криолита и

45 — 50 мас. (, насыщенного раствора борного ангидрида в органическом растворителе в соотношении 1: (3 — 4), сушку и насыщение.

Кавитационная стойкость покрытий возрастает в 1,7 раз ., коррозионная стойкость — в 1,4 раза в среде 0,1 н. раствора

HzS04, а в 3 -ном растворе NaCI — в 1,8 раз, толщина покрытий — в 1,5 раза, по сравнению с прототипом.

Хромирование в обмазках с использованием хлорсодержащей связки дает экономию насыщающих материалов, не вызывает появления ржавчины, которые наблюдаются.при хромировании в обмазках, содержащих хлористый аммоний, не вызывает спекания насыщающей обмазки с поверхностью изделий, что, в свою очередь, не требует затрат на очистку изделий и интенсифицирует процесс насыщения. Все это обусловливает повышение технологичности процесса хромирования в Обмазках.

Химизм процесса следующий: поливинилхлорид (-СН2-СНС-) ° и при . нагреве до температуры хромирования

1000 С диссоциирует с выделением атомов хлора, водорода и углерода ((-CHz-CHCl-)хп) — СГ+ Н++ С . Хлор, взаимодействуя с хромом, Образует хлориды хрома

2С! + Сг — СгС!2, 20

Хлориды хрома взаимодействуют с железом обрабатываемых изделий по реакции

СгС!2+ Ее — Сг2 + FeClg.

При этом образуются активные атомы хрома, которые диффундируют в стальную матрицу упрочняемого изделия. Роль водорода сводится к тому, что он не допускает окисления обрабатываемых изделий, а углерод, диффундируя совместно с хромом в стальную матрицу, способствует интенсификации образования карбидного слоя, состоящего из фаз Сг2зС6 и Сг7Сз.

Более интенсивное поступление к насыщаемой поверхности стали атомов хрома и углерода способствует образованию более плотных карбидных слоев, так как при этом подавляется встречная диффузия железа.

Защитная обмазка применяется с целью предохранения от осыпания насыщающей обмазки после разложения связки и способствует сохранению в насыщающей обмазке хлорсодержащей атмосферы, Связка в насыщающей обмазке одновременно выполняет роль активатора, поскольку содержит хлор и углерод, а также является связывающим веществом с высокой связующей способностью, В результате диффузионных процессов, протекающих при хромировании, а обмаэках предложенного состава формируются карбидные покрытия, практически беспористые, с малым размером кристаллитов — зерен, составляющих 1 — 2 мкм.

Мелкоэернистость полученных покрытий определяет высокие прочностные характеристики, что обусловливает высокую кавитационную стойкость полученных покрытий.

Кроме того, в покрытиях формируются напряжения сжатия, что повышает их сопротивление износу в условиях кавитации в коррозии. В этих покрытиях отсутствует открытая пористость, т, е. нет контакта материала матрицы с окружающей атмосферой, Все это в комплексе позволяет повысить кавитационную и коррозионную стойкость покрытия, т. е. достичь поставленной цели.

Хромирование изделий в обмазках предложенным способом заключается в нанесении насыщающей обмазки, После этого следует операция сушки; затем наносят защитную обмазку, проводят сушку и высокотемпературную выдержку для прохождения диффузионных процессов, Насыщающая обмазка для хромирования готовится. на хлорсодержащем связующем, представляющем собой раствор поливинилхлорида в органических растворителях (например, диметилформамиде с последующим разбавлением ацетоном), а защитная обмазка готовится из смеси порошков Alga и крио1721121

Микротвердость и толщину диффузион- . ных слоев определяют на приборе ПМТ-3 1о стандартной методике.

Кавитационную стойкость определяют

5 магнитострикцианным методом на приборе

УЗДН-2Т, средой служит водопроводная вода, оценивают износ по потере массы на весах ВЛР-200 г в течение 10 ч, Корроэионную стойкость оценивают ве10 совым методам, коррозионной средой служит 0,1 н, раствор HzS04 и 3 -ный раствор

NeCI в воде.

В таблице приведены характеристики полученных покрытий, 15

Способ хромирования стальных изделий в обмазках, включающий нанесение на20 сыщающей обмазки, содержащей порошок хрома и связующее, сушку и насыщение, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, повышения коррозионной и кавитационной стойкости, пе25 ред насыщением проводят нанесение защитной обмазки, содержащей оксид алюминия, криолит и насыщенный раствор борного ангидрида в органическом растворителе в соотношении I:(3-4) с после30 дующей сушкой, при следующем соотношении ингредиентов, мыс. :

- Оксид алюминия 39 — 43

Криолит . 7 — 16

Насыщенный раствор

35 борного ангидрида в органическом растворителе в соотношении 1:(3-4) 45 — 50, а в качестве связующего насыщающая обмазка содержит 1 — 2 -ный органический

40 раствор смеси поливинилхлорида и диметилформамида при их соотношении 1:(9 — 10)„ при следующем соотношении ингредиентов, мас, :

Порошок хрома

45 1-2 -ный органический раствор смеси поливинилхлорида и диметилформамида при их соотношении. 1:(9-10) 40 — 50, 50 — 60 лита (А!зР ° 3NaF), замешанных на насыщенном растворе борного ангидрида в органическом растворителе (например, техническом спирте или ацетоне), При этом для насыщающей обмазки соотношение компонентов следующее, мас. :

Порошок хрома 50 — 60

Связка, Остальное

Связку готовят следующим образом.

Берут поливинилхлорид ((-CHz-CHCI-) х и) и диметилформамид(С2Н7ОИ) в соотношении

1: (9 — 10):и разбавляют органическим растворителем, например ацетоном, до 1 — 2 концентрации. Подготовленную таким образом насыщающую обмазку наносят на изделия путем окунания в пасту или пасту наносят на изделия кистью. После этого су- . шат на воздухе при комнатной температуре

4 — 5 ч. Затем наносят защитную обмазку.

Защитную обмаэку готовят следующим образом.

Смешивают порошки AbOz (39 — 43 мас. ) с криолитом А!Гз. ЗйаЕ (7 --16 со )

Готовят насыщающий раствор борного ангидрида (ВгОз) в органическом растворителе (например, ацетоне или техническом .спирте) в, соотнощении 1:(3 — 4) соответственно.

Смешивают смесь порошка А!гОэ (39—

43.мас. ) и криолита (7 — 16 мас. ) c насыщенным раствором борного ангидрида в органическом растворителе (45 — 50 мас. ).

После операции по нанесению защитной обмазки кистью или путем окунания проводят сушку изделий на воздухе при комнатной температуре 3 — 4 ч, Затем изделие с обмазкой упаковывают в контейнер и засыпают нейтральной засыпкой, в качестве которой используют молотый шамот или

А!гОз,или кварцевый песок, герметизируют плавким затвором (силикат глыбы) и помещают в печь для хромирования, Температура в печи 1000 С, продолжительность насыщения.4 ч. Затем тигли извлекают из. печи и после охлаждения до комнатной температуры их распаковывают. При этом насыщающая обмазка легко отделяется от упрочняемых изделий, Формула изобретения

1721121

Весовой показатель коррозии, кгД3н>>ч) аГРЕССиВНаЯ Совца

Компоненты обмаэки>.мас. 4 масыщающей защитной

Нвсыщаемый материал

Толщина диффузионного слоя, мкм

Иикротаердость, НПа кавитаци онная стойкость, кгфг+ 10 ц

Iн. раствор (32-ный раствор

Нт$0ь NaCl

Окись хрома 40, порошок алюминия 15, окись алюминия 20, хлористый алюниний 4, связка 2! (прототип) 0,0028

0,0028

0,0028

1300-1400

16700

6,5

6,4

6,2

1,0080

1,0090

1,0100

Сталь 20

Сталь 45

Сталь Уе

0,8020

0,8060

0,8080

40 l0

f6900

16700

А1аоэ 38 криолит 6 раствор Ввоз е органическом; растворителе (I:2) 56.

Сталь 20

Сталь 45

Сталь УВ

0,0018

0,0018

0,0016

5,2

5,0

5 0

Порошок хрома 50, связка (0,54-ный органический растаОО пОпивинипхло» рида в диметилформамида (I:9)) 50

Порошок хрома 50> связка (E2-ный органический pactвор поливинилхло" рида а динетилфорнаниде (1:9)) 50

52 1420

19 16500

21 16750

4,2

3,Е

3,4

Сталь 20

Сталь 45

Сталь Уе

О, 0016

0,0016

0,0016

О, 7310

0,7350

0>7390

16750

4,0

3 5

3 ° 2

Сталь 20

Сталь 45

Сталь УВ

0,7300

0,7330

0,7380

0,0015

0,0015

0,0015

53 1540

20 16500

2f f6750

4,0

3 ° 6

3 ° 3

Сталь 20

Сталь И

Сталь УВ

0,7300

0,7380

0,7380

0i 0015

0 00!5

0,0015

46 1450

16 !6500

17 16750

4,5

4,0

ff, О

Сталь 30

Сталь 45

Сталь УВ

0,7500

0,7600

0,7600

0,0016

0,00!6

0,0016

Сталь 20

Сталь 45

Стель,УB

38 1420

12 16500

14 f6700

4,7

4,3

4,1

0,8000

0,8050

0,8050

0,0016

0,0016

)6500

16700

4,8

4,5

4,2

0,8000

0,8040

0,8040

О, 0016

0,0016

0,0016

Сталь 20

Сталь 45

Сталь УВ

32

10

А120ь 39 крнолит 16, рвствор ВцОз в органическом

Порошок хрома 30, связка (1,54-ный органический раствор поливинилхлорида и диметилфорнамида (1,0:8,5)) 70

Порошок хрома 40, связка (1,54-ный органический раствор полнвинилхлорида и диметнлфорнамида (1!9)) 60 растворителе (1з 3) 45

Ага аз 43 °

1320-1440

16750

0,0016

0,0016

0,0016

4,8

4,6

4,6 о,7Еоо

0,7800

0,7800

Сталь 20

Стал 45

Сталь УВ

32

13

14 криолит 7, раствор Вз>>з в органическон растворителе (1f4) 50

Al Оз 41>

О;7260

0,7300

0,7300

1320-1450

16750

3,8

3.5

3,2

Сталь 20

Сталь 45

Сталь УB

0,00!5

0,0015

0,00 15

53

Порошок хрома 55, связка (1,52-ный органический раствор поливинилхларида и динетилформамида (1l9.5)) 45 криолит 11, раствор Вз0э в органическом растворителе (1!3) 48

А1 оэ 41, 0,7280

0,7400

0,7400

1320-1450

i6500

f6750

41

16

3,8

3.7

3.3

Сталь 20

Сталь 45

Сталь Уе

0,0015

0,0015

0>00!5

0,0018

0i0018

0,0018

0,8100

О,Е1О0

0,8100

30 1300-1420 4,9

12 16500 4,7

13 16750 4,7

Сталь 20

Сталь 45

Сталь УВ

0,0016

0,0016

0,00!6

0,8000

0,8000

0,8000

34 1320-1440 4,6 !

3 E65Î0 4,4

15 16750 4>4

Сталь 20

Сталь 45

Ста Уе е; для сталей 45 и УB приведены толщины карбидного слоя, а для стали я стали 20 - общая толщина карбидного слоя и твердого раствора

Примечани порошок хрома 50, связка (1,54-ный органический pactвор полнвинилхло" рида в динетнлфор- мамиде (1:10)) 50

Порошок хрома 50 ° связка (24-ный ор» г ганический растВОР ПОЛИВИНИЛХЛО рида в дннетилформемиде (1>10)) 50

Порошок хрома 50, связка (2,52-ньм органический раствор hp>lHaH»»llX»O рида и диметилфор мамида (1:11)) 50

Порошок хрома 50, связка (34-ный органический раствор полнеинилхлорида и диметилформамида (1:10)) 50

Порошок хрома 60, связка (1,54-ный оргаммческий раствор полнвиннлхлорида и циметилформамнда (1:10)) 40

Порошок хрома 65, связка (1,52-ный ор» ганический раствор полиаиннлхлорида и диметилформамида (1!9)) 35

Порошок хрома 45, связка (1,54-ный ор гамический раствор полнвинилхлорида и диметилформамида (1:9)) 55

Характеристика покрытий на основе карбидов хгома, полученных хромированием в обмазках при 1000 С и еьщершке 4 ч на углеродистых сталях

А!зов 39, криолит 16, раствор Ввоз в органическом растворителе (1:3) 45

Л110з I i криолит 11, раствор Взоь в органическом растворителе (1:3,5) 48

А1еоз 43, криолит 7, раствор Взоз е органическом растворителе (1: ) 50

А1 О 44, криолит 17, раствор ВеОьв органическом растворителе (1f4,5) 39

А1зОв 45> криолит 6, раствор Вцоз в органическом растворителе (1:5) 51 криОлит 11 >

pactaop Ba0a ° органическом растворителе (1:3) 48

А1зОЗ 41 цриолит 11, раствор ВзОэ в органическом растворителе (1:3)

АТеоз 41 криолнт lf, раствор Взоз е органическом .растворятеле (1:3)