Состав для алюмоцирконосилицирования стали и сплавов

Авторы патента:

C23C10/52 - с диффундированием более чем одного элемента в одну стадию

Использование: изобретение относится к химико-термической обработке материалов и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости поверхности изделий. Сущность изобретения: состав содержит, мас. циркониевый концентрат 40 70; порошок алюминия 21 35; хлористый аммоний 1 3; окись алюминия остальное. 1 табл.

Изобретение относится к химико-термической обработке материалов и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости поверхностей изделий металлургической, машиностроительной и других отраслей народного хозяйства.

Уровень техники заявляемого объекта в области составов для диффузионного алюмоцирконосилицирования стали и сплавов заключается в следующем. Известен состав для алюмоцирконосилицирования, содержащий порошки алюминия, циркония и кремния или их ферросплавов при следующем соотношении компонентов, мас. Алюминий 10 Цирконий 2 Кремний 50 Хлористый аммоний 2 Окись алюминия Остальное Недостатком данного состава является его высокая стоимость.

Известен также наиболее близкий к заявляемому изобретению состав (прототип) для цирконосилицирования при следующем соотношении компонентов, мас. Двуокись циркония 31-34 Двуокись кремния 5-6 Алюминий 17-23 Фтористый алюминий 5 Окись алюминия 38 Процесс насыщения в данной смеси осуществляется в контейнерах с плавким затвором при 900-1100^оС, в течение 2-8 ч (в зависимости от глубины слоя).

Недостатками данного состава являются его относительно высокая стоимость, так как используются чистые оксиды, и низкая насыщающая способность.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, мас. алюминий 17-23; окись алюминия остальное.

Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата, является низкая насыщающая способность состава.

Сущность изобретения заключается в следующем. В состав для алюмоцирконосилицирования входит циркониевый концентрат в количестве 40-70 мас.

Изобретение направлено на решение задачи повышения насыщающей способности смеси за счет изменения фазового состава насыщающей среды путем введения в состав циркониевого концентрата при следующих соотношениях компонентов, мас. Циркониевый концентрат 40-70 Алюминий (порошок) 21-35 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное.

Циркониевый концентрат (ОСТ 48-84-72) представляет собой механическую смесь минералов бадделеита, циркона, кварца, ильменита, граната, монацита, путила и пр. Согласно техническим нормам циркониевый концентрат содержит 55-65% ZrO₂; 30-40% SiO₂, примеси Fe₂O₃; FeO; Ti-O₂; Al₂O₃; CaO; MgO; P₂O₅, а также может содержать небольшие количества редкоземельных металлов и ниобия.

Сложный химический и минералогический состав циркониевого концентрата повышает диффузионную активность насыщающей смеси, следствием чего является увеличение толщины диффузионных слоев при одних и тех же температурных и временных режимах в сравнении с составом прототипа, при этом затраты на проведение диффузионного процесса снижаются, так как циркониевый концентрат является более дешевым по сравнению с чистыми оксидами. Циркониевый концентрат применяется в молотом виде зернистостью 5-20 мкм.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении толщины диффузионного слоя.

Изобретение характеризуется следующими признаками.

Ограничительные признаки, мас. Алюминий (порошок) 21-35 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное Отличительные признаки, мас. Циркониевый продукт 40-70 Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что для увеличения толщины диффузионного слоя, содержащего соединения железа с алюминием, цирконием и кремнием, в насыщающую смесь, содержащую порошок алюминия, хлористого аммония, окись алюминия, дополнительно вводят порошок циркониевого концентрата в количестве 40-70 мас. содержащего кроме основного компонента двуокиси циркония еще окись кремния и другие примеси в исходном минералогическом состоянии.

Для проверки заявляемого состава для алюмоцирконосилицирования было подготовлено шесть смесей. Первая смесь готовилась по составу прототипа, остальные по предлагаемому составу. Различие заключалось в процентном соотношении входящих компонентов. Диффузионное насыщение образцов стали 45 осуществляли в контейнере с плавким затвором в электропечи при температуре 950^оС в течение 4 ч.

На всех образцах, подвергнутых химико-термической обработке, при 480-кратном увеличении на поверхности травленых шлифтов определялась толщина диффузионного слоя.

Технические результаты алюмоцирконосилицирования представлены в таблице.

Анализ технических результатов показывает, что предлагаемый состав для алюмоцирконосилицирования позволяет значительно увеличить толщину диффузионных слоев. При этом отмечается, что оптимальным по составу следует считать смеси, содержащие компоненты в следующем соотношении, мас. Циркониевый концентрат 40-70 Алюминий (порошок) 21-35 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное При содержании циркониевого концентрата менее 40% положительного результата нет, а при увеличении его более 70% смесь в процессе диффузионного насыщения сильно уплотняется (частично спекается), а дальнейшего роста толщины диффузионного слоя нет.

Формула изобретения

СОСТАВ ДЛЯ АЛЮМОЦИРКОНОСИЛИЦИРОВАНИЯ СТАЛИ И СПЛАВОВ, включающий цирконий- и кремнийсодержащий компонент, алюминий, окись алюминия и активатор, отличающийся тем, что в качестве цирконий- и кремнийсодержащего компонента используют циркониевый концентрат, а в качестве активатора хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.

Циркониевый концентрат 40 70 Порошок алюминия 21 35 Хлористый аммоний 1 3 Окись алюминия Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1

Суспензия для алюмосилицирования металлических деталей // 2032764

Изобретение относится к металлургии, в частности к химикотермической обработке металлических деталей

Состав для комплексного насыщения стальных изделий, работающих при высоких температурах // 2015204

Изобретение относится к металлургии, а именно к порошковым составам для диффузионного многокомпонентного насыщения деталей термического производства

Состав для отжига никель-фосфорных химических покрытий на титановых сплавах // 2015203

Способ получения покрытий на поверхности стальных изделий // 2009271

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов, в частности к способам получения жаростойких покрытий на поверхности стальных изделий, в том числе муфелей, радиационных труб и других элементов печного оборудования

Способ химико-термической обработки твердосплавного инструмента // 2009025

Изобретение относится к химико-термической обработке (ХТО) твердосплавного инструмента, а именно к способам для диффузионного насыщения поверхностного слоя боротитанированным покрытием и может быть использовано при производстве твердых сплавов, а также в горнодобывающей, машиностроительной и других областях промышленности, использующих инструмент из твердых сплавов

Состав для алюмосилицирования стальных изделий // 2002852

Состав для комплексного насыщения стальных изделий // 1803470

Способ химико-термической обработки изделий // 1792452

Состав для насыщения изделий из медных сплавов // 1788085

Изобретение относится к химико-термической и диффузионной обработке

Смесь для термодиффузионного насыщения изделий из бронз // 2125116

Изобретение относится к области металлургии

Способ диффузионного цинкалюминирования металлических материалов в псевдоожиженном слое // 2277608

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости металлических материалов

Способ создания защитного диффузионного покрытия наружной и внутренней поверхности трубы и ее резьбовых участков и насосно-компрессорная труба // 2284368

Изобретение относится к способу изготовления и конструкции труб нефтяного сортамента, используемых преимущественно при обустройстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а именно насосно-компрессорных труб диаметром 60-114 мм, обсадных труб диаметром 114-508 мм и других труб

Способ химико-термической обработки изделий из порошковых материалов на основе железа // 2406782

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из порошковых материалов на основе железа

Способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов // 2462535

Изобретение относится к металлургии, в частности к разделу химико-термической обработки деталей

Способ химико-термической обработки стальных изделий // 2078848

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий

Порошкообразный состав для диффузионного никельалитирования медных изделий // 2094526

Способ диффузионного нанесения защитного покрытия из сплава циркония и кремния на поверхность стальных изделий // 2564646

Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных изделий и может быть использовано, преимущественно, при производстве систем водяного охлаждения, систем холодного и горячего водоснабжения. Способ диффузионного нанесения защитного покрытия из сплава циркония и кремния на поверхность стальных изделий включает подготовку диффузионной среды из смеси порошков, содержащих пассивирующие элементы в виде циркония и кремния, обеспечение контакта стальных изделий с диффузионной средой, нагрев стальных изделий с диффузионной средой до температуры восстановления упомянутых пассивирующих элементов, составляющей 900-950°C, последующее охлаждение и извлечение стальных изделий из отработанной диффузионной среды, содержащей упомянутые пассивирующие элементы. Для подготовки диффузионной среды используют 60-65% цирконового концентрата, имеющего в своем составе пассивирующие элементы в виде циркония и кремния, 15-20% чистого фторцирконата кальция и 15-20% чистого флюорита, полученную смесь переводят в твердожидкое состояние с образованием расплавленных фторидов и оксидных твердых растворов. Затем полученные расплавленные фториды и оксидные твердые растворы в течение 15-30 минут подвергают активированию током при напряжении 42-50 В с образованием нестабильного твердого электролита на основе оксидов циркония и кремния, содержащего фторцирконат и фторид кальция по границам зерен. Затем упомянутый электролит подвергают медленному охлаждению до образования монолитного состояния, после чего охлажденный упомянутый электролит размалывают до состояния порошка. Обеспечивают контакт стальных изделий с диффузионной средой путем засыпки полученной порошковой смесью стальных изделий. Охлаждение стальных изделий в диффузионной смеси проводят до температуры 400-450°C. Обеспечивается увеличение безремонтного срока службы стальных изделий с защитным покрытием до срока службы основного сооружения за счет увеличения толщины защитного слоя, а также обеспечение его экономической чистоты. 1 табл., 2пр.

Способ формирования защитного покрытия на поверхности металлической детали // 2579404

Изобретение относится к способу формирования на поверхности металлической детали защитного покрытия, содержащего алюминий и цирконий. Проводят этапы, на которых деталь и карбюризатор из сплава алюминия вводят в контакт с газом при температуре обработки в камере обработки, при этом газ содержит газ-носитель и активатор, активатор взаимодействует с карбюризатором с образованием газообразного галогенида алюминия, который разлагается на поверхности детали с осаждением на нее металлического алюминия. Активатор содержит соль циркония, полученную из гранулированной соли циркония, при этом реакции диссоциации соли циркония протекают в интервале температур диссоциации с образованием на поверхности детали покрытия из металлического Zr. Осуществляют постепенный нагрев детали, карбюризатора и гранул соли циркония в камере, начиная от комнатной температуры до температуры обработки. Давление в камере обработки поддерживают повышенным по сравнению с атмосферным без циркуляции газа-носителя в интервале температур, соответствующем реакциям диссоциации соли циркония. Обеспечивают циркуляцию газа-носителя через камеру после превышения температуры в камере интервала температур диссоциации соли циркония, формируют на поверхности диффузный алюминирующий слой, формируют дополнительный алюминирующий слой на диффузном алюминирующем слое, сформированном на поверхности металлической детали. Цирконий осаждают на межфазной границе между диффузным алюминирующим слоем и дополнительным алюминирующим слоем. Обеспечивается увеличенный срок службы изделия за счет улучшения его коррозионной стойкости. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы // 2583222

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине. Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, включающий нанесение на поверхность при помощи высокотемпературных нанесений порошка металлов с эффектом памяти формы и термомеханическую обработку полученного покрытия, предусматривающую пластическую деформацию покрытия, проводимую по этапам, и отжиг, причем отжиг проводят после каждого этапа пластической деформации, а закалку проводят после этапов термомеханической обработки с последующим охлаждением в жидком азоте, в качестве порошка, наносимого на поверхность, используют смесь титана (Ti), никеля (Ni) и циркония (Zr), а само нанесение порошка осуществляют путем диффузионной металлизации, при этом пластическую деформацию полученного покрытия проводят в пять этапов, на первом этапе в интервале температур 400-450°C со степенью пластической деформации ε≥2,5%, на втором этапе в интервале температур 480-500°C со степенью пластической деформации ε≥5%, на третьем этапе в интервале температур 500-520°C со степенью пластической деформации ε≥7%, на четвертом этапе в интервале температур 520-550°C со степенью пластической деформации ε≥12%, на пятом этапе в интервале температур 550-600°C со степенью пластической деформации ε≥15%. Технический результат: получение наноструктурированного покрытия TiNiZr с эффектом памяти формы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.