Порошковая шихта для термодиффузионного храмирования стальных изделий

 

Сущность изобретения: шихта содержит , мас.%: пылевидные отходы от выплавки хрома 45-74, йодистый аммоний 2-5, порошок алюминия 10-20, оксид алюминия - остальное. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л С 23 С 10/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕ НТУ 4

О 0

М

1(р ,Сд (21) 4941952/02 (22) 21.03.91 (46) 23.01.93. Бюл. N 3 (71) Челябинский государственный технический университет (72) Л.А.Барков, В.П.Востриков, B.А,Шляпенков, Г.С.Быковский, И,А.Волошин и

В.Д,Поволоцкий (73) Челябинский государственный технический университет (56) Авторское свидетельство СССР

N 1482977, кл. С 23 С 10/52, 1987.

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности для повышения износостойкости изделий из инструментальных и конструкционных и других сталей.

Известен состав для насыщения поверхностных слоев стальных изделий хромом в порошковой шихте; хром — 50%, А!20з-49% и NH4CI-1%.

Основными недостатками данной порошковой шихты является использование остродефицитного, дорогого металлического порошкового хрома и как следствие этого высокая ее стоимость. Помимо этого, после химико-термической обработки в шихте такого состава имеет место налипание металлических частиц хрома на поверхность изделий, что ухудшает их качество, Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является порошковая шихта для диффузионного хромирования стальных изделий(2), которая содержит,мас.%:

Порошок меди 20 — 30

Порошок алюминия 15 — 17

„„ 4 „„1790626 А3 (54) ПОРОШКОВАЯ ШИХТА ДЛЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАНИЯ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность изобретения: шихта содержит, мас.%: пылевидные отходы от выплавки хрома 45 — 74, йодистый аммоний 2 — 5, порошок алюминия 10-20, оксид алюминия — остальное. 2 табл.

Хлористый аммоний 2 — 3

Оксид хрома Остальное

Эта металлооксидная шихта позволяет получать на стальных иэделиях толщиной до

40-60 мкМ диффузионные слое с повышенной коррозионной стойкостью и твердостью.

Однако использование дефицитной и дорогостоящей порошковой меди, а также стандартного химически чистого порошка оксида хрома снижает экономичность шихты. Кроме того, указанная шихта приводит к получению покрытия, имеющего значительную пористость и шероховатость поверхности, что снижает качество готовых изделий.

Таким образом, основными недостатками прототипа являются высокая стоимость шихты и низкое качество получаемого покрытия на готовых изделиях.

Целью изобретения является повышение экономичности шихты и повышение качества хромового покрытия на готовых изделиях за счет снижения пористости и шероховатости поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в известной порошковой шихте для термодиффузионного хромирования стальных

1790626 выплавки хрома или феррохрома, которых в металлургии накоплено огромное количество, а также исключение дефицитной порошковой меди повышает ее экономичность, 20

Извлечение из циклонов газоочистки указанные порошковые компоненты не требу- ют дополнительных обработок, кроме смешивания в определенной пропорции и их усреднения. Пыль от выплавки феррохро- 25 ма содержит необходимый для диффузион30

40 изделий, включающей хромосодержащий компонент, порошок алюминия, оксид алюминия и активатор, согласно изобретению, в качестве хромосодержащего компонента шихта содержит пылевидные оксидные отходы от выплавки феррохрома, а в качестве активатора — йодистый аммоний при следующем соотношении компонентов, Mac.%:

Пылевидные отходы от выплавки хрома :* 45-74

Йодистый аммоний 2-5

Порошок алюминия 10-20

Оксид алюминия Остальное

Использование в качестве хромосодержащего компонента пылевидных отходов от ного хромирования компонент — оксид хрома (СггОз), который при нагреве шихты восстанавливается алюминием до металлического хрома по реакции

СггОз+2А!=А!20з+2Сг. Остальные оксиды (А Оз, СаО и SION), содержащиеся в пылевидных отходах, благодаря высокой дисперсности порошковой шихты при нагреве образуют алюминаты кальция и кремния; Образующиеся алюминаты инертны по отношению к обрабатываемой стальной заготовке, благодаря чему выполняют роль наполнителя, улучшающего газопроницаемость шихты, Иодистый аммоний, вводимый в состав шихты в небольшом количестве, вступает в реакцию с восстановленными из оксида хрома — атомами хрома и дает концентрацию его летучих соединений, например по типу

6ИН4+2Сг = ЗИ2+12Н2+ 2Сг!з t

При температуре выше 900 С на поверхности легируемой стальной заготовки происходит обратная химическая реакция; m Cr - (m — n)Cr+Cr где m>n, B результате на поверхности выделяется хром, осуществляющий диффузионное хромирование заготовки.

Таким образом, йодистый аммоний используется как катализатор реакции и способствует быстрой доставке через газовую фазу атомов хрома из глубинных слоев шихты к поверхности заготовки. Порошковый

55 алюминий выступает в роли восстановителя оксидов хрома во всем объеме шихты, а образующиеся инертные алюминаты кальция и кремния используются как эффективный газопроницаемый наполнитель.

Все зто значительно снижает пористость и шероховатость поверхности, т,е. повышает качество хромового покрытия на изделиях.

Указанную шихту получают механическим смешиванием указанных компонентов.

Изменение содержания компонентов шихты оказывает существенное влияние на толщину, твердость, коррозионную стойкость и качество (пористость, шероховатость хромового покрытия), В шихте с инертным наполнителем из оксида алюминия содержание пыли от выплавки феррохрома менее 45% после процесса насыщения поверхности изделия приводит к резкому уменьшению плотности и толщины диффузионного слоя, снижению его коррозионной стойкости до 6,2 мг/мм, г твердости до 1820 МПа, а толщина слоя до

6 — 9 мкм.

Этому жеспособствуетуменьшение содержания в шихте катализатора процесса (йодистого аммония) менее 2% и BoccTBHQ вителя (аммония) менее 10%. При указанных концентрациях данных компонентов в шихте содержится или недостаточное количество оксидов хрома (менее 30%), или образуется недостаточное количество летучих соединений атомов хрома типа Сгз, или значительно снижается восстановительная способность смеси. Перечисленные признаки вызывают неблагоприятные термодинамические и кинематические условия для термодиффузионного насыщения, что, в свою очередь приводит к образованию хромированной поверхности изделий, неудовлетворительного качества (большая пористость).

В шихте с наполнителем из чистого оксида алюминия (корундовый порошок) при содержании пыли от выплавки феррохрома более 74% после процесса насыщения наблюдается снижение качества диффузионного слоя. Несмотря на относительно глубокую диффузионную зону (более 20 мкм), ее твердость и коррозионная стойкость значительно снижается, Ухудшению качества поверхности способствует и увеличение содержания алюминия в шихте более

20%, Эти свойства покрытия обусловлены тем, что черезмерно высокая восстановительная способность смеси или большая концентрация оксидов хрома в ней приводит к образованию на поверхности иэделия

1790626

55 хромированной зоны с низкой плотностью, высокой пористостью и шероховатостью, Увеличение содержания йодистого аммония более 5% повышает стоимость шихты и снижает качество покрытия (увеличивается его пористость).

Увеличение содержания порошка алюминия более 20% повышает стоимость шихты и снижает качество покрытия за счет легирования алюминием.

Согласно заявляемому решению были приготовлены порошковые шихты с различным содержанием компонентов. Гранулометрический и химический состав пылевидных отходов от выплавки феррохрома показаны в таблице N. 1, Хромированию были подвергнуты образцы из стали

ШХ-15, Процесс диффузионного насыщения поверхности образцов осуществляли при 1050 С +15 С в течение 4 часов в контейнерах с плавким затвором. Герметизацию контейнера осуществляли барным ангидридом с измельченным стеклом, которые в процессе нагрева контейнера образуют плавкий затвор. После выдержки в печи, контейнер извлекали, охлаждали до комнатной температуры и распаковывали, Для сравнения хромированию подвергали аналогичные образцы в порошковой шихте, выполненной согласно прототипу. Данные испытаний сведены в таблицу N. 2.

Формула изобретения

Порошковая шихта для термодиффузионного хромирования стальных изделий, включающая хромосодержащий компонент, порошок алюминия и активатор, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения ее экономичности и повышения качества хромового покрытия за счет снижения пористости и шероховатости поверхности, шихта дополнительно содержит оксид алюминия, в качестве хромосодержащего комКоррозионные испытания образцов проводились в 10% водном растворе азотной кислоты при температуре 70 С. Скорость коррозии оценивали по потере массы

5 образца на единицу поверхности за час.

Взвешивание до и после испытаний проводили на аналитических весах с точностью до

0,001 г.

Твердость диффузионного слоя опреде10 ляли на микротвердометре ПМТ-3 а толщину и пористость покрытия — на металлографическом микроскопе "Neohpot2".

Шероховатость поверхности хромиро15 ванных изделий оценивали на профилометре.

Как показали испытания диффузионного слоя хрома на поверхности изделий по некоторым параметрам (толщина слоя, 20 прочность и коррозионная стойкость) он не уступает прототипу, а по качеству поверхности(пористость и шероховатость) превосходит его.

25 Предлагаемая порошковая шихта по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: повышенную экономичность и улучшение качества путем снижения пористости и шероховатости поверхности.

30 понента — пылевидные отходы от выплавки

35 хрома, а в качестве активатора — йодистый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пылевидные отходы от выплавки хрома 45-74

4G Йодистый аммоний 2 — 5

Порошок алюминия 10 — 20

Оксид алюминия Остальное

1790626

Таблица1

Гранулометрический и химический состав пылевидных и порошковых отходов производства

Тэблица2

Составитель О,Пестунова

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 368 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5