Способ обработки изделий из стали, содержащей не менее 0,2% углерода

 

Использование: изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может найти применение в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Способ обработки изделий из стали, содержащей не менее 0,2% углерода, включает предварительное нанесение слоя молибдена методом напыления или диффузионного насыщения и последующее диффузионное хромирование. Слой молибдена наносят толщиной 0,5-50 мкм, а диффузионное хромирование проводят при температуре 800 - 1100^oС в течение 0,25 - 30 ч. Предлагаемый способ обеспечивает защиту стальных изделий коррозионно-стойким покрытием. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке (ХТО) металлов, и может найти применение в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости материалов, работающих в качестве конструкционных в агрессивных средах, содержащих хлориды.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения диффузионных карбидных покрытий ( а.с. N 578363 СССР от 09.02.1976, кл. С 23 С 10/02), при котором перед диффузионным хромированием вначале получают слой никельфосфорных или кобальтфосфорных покрытий, а затем проводят диффузионное хромирование.

Предлагаемый способ обеспечивает формирование коррозионностойкого диффузионного карбидного покрытия.

Сущность изобретения.

Изобретение предлагает способ, который включает вначале создание на поверхности стальных изделий слоя молибдена, а затем проведение диффузионного хромирования для получения на поверхности слоя карбидов хрома, при этом слой молибдена превращается в промежуточный слой карбидов молибдена или образуются сложные карбиды хрома. Молибден образует селективный барьерный слой, который способствует диффузии углерода к поверхности и тормозит диффузию железа в покрытие, способствует образованию более богатого хромом диффузионного слоя, увеличивает пассивацию и повышает химическую стойкость покрытия.

Сталь, обрабатываемая по данному способу, должна содержать не менее 0,2% массовых углерода для образования сплошного карбидного покрытия.

Слой молибдена может быть получен известными способами по известным режимам методами напыления или диффузионного насыщения.

Необходимо, однако, чтобы толщина слоя молибдена составляла 0,5 ^oC 50 мкм. При меньшей толщине повышения коррозионной стойкости не происходит, при большей образующийся слой отслаивается.

Для образования карбидного покрытия диффузионное хромирование возможно осуществлять известными способами: вакуумным, жидкостным, порошковым и газовым, методом наплавления и др. Режим диффузионного хромирования определяется необходимой толщиной покрытия. Температура хромирования может находиться в интервале 800 ^oC 1100^oC, а время диффузионного хромирования может составлять 0,25 ^oC 30 ч.

Общая толщина карбидного покрытия после хромирования составляет 5 ^oC 80 мкм.

Пример конкретного исполнения N1.

Предложенный способ реализуют следующим образом. На изделия из сталей 46 и У8 наносят слой молибдена в вакуумной камере с помощью магнетронной системы ионного распыления, например в стандартной установке типа "БУЛАТ-6" с помощью стандартного магнетрона типа "МАГ-5". Остаточное давление газов в вакуумной камере не выше 5·10^-5 мм. рт. ст. Напряжение разряда магнетрона составляет 400 В, плотность тока на катоде магнетрона 500 А/м². Время насыщения составляет 0,25 ч. Толщина слоя молибдена 0,5 мкм.

Затем изделия подвергают хромированию в установке для диффузионного насыщения стали и сплавов в газовой среде [1] В рабочий муфель установки загружают изделия и исходный материал хром и закрывают герметично муфель. Откачивают воздух одновременно из муфеля и испарителя до остаточного давления не выше 10^-2 мм. рт. ст. затем включают нагрев и при достижении заданной температуры 1000^oC в реакционное пространство впускают галогенидный газ из сосуда-наполнителя. Включают реверсивный двигатель постоянного тока и в процессе диффузионного насыщения в течение 4 ч периодически изменяют вращение вентилятора.

После окончания процесса отработавший газ откачивают через холодильник и фильтр.

Толщина карбидного покрытия после хромирования составляет 22 мкм.

Пример конкретного исполнения N2.

Нанесение слоя молибдена осуществляют его испарением и конденсацией на изделия из сталей 45 и У8 с помощью электронно-лучевой установки. Остаточное давление газов в вакуумной камере не выше 5·10^-5 мм. рт. ст. Ускоряющее напряжение пушки составляет 10 кВ, анодный ток 0,6 А. Конденсацию молибдена на изделия проводят при температуре изделий 500^oС, что обеспечивает хорошую адгезию молибденового слоя. Скорость осаждения молибдена составляет 0,5 мкм/мин. Толщина слоя молибдена составляет 5 мкм.

Затем проводят диффузионное хромирование в установке согласно примеру N1 при 800^oС в течение 30 ч. Толщина карбидного покрытия составляет 35 мкм.

Пример конкретного исполнения N3.

Молибденовое покрытие на изделии из стали У8 получают диффузионным молибденированием порошковым методом в известном составе при температуре 1050^oC в течение 3 ч. Состав содержит, мас. молибден 47 ^oC 48, железо 20 ^oC 30, хлористый аммоний 2 ^oC 3, углерод 1 ^oC 4, окись алюминия остальное. Толщина молибденового покрытия составляет 50 мкм.

Затем изделия подвергают хромированию порошковым методом в известном составе при температуре 1100^oС в течение 5 ч. Состав содержит, мас. феррохром 50 ^oC 60, хлористый аммоний 4 ^oC 5, окись алюминия - остальное. Толщина карбидного покрытия составляет 80 мкм.

В таблице приведены результаты металлографических, коррозионных испытаний диффузионного карбидного покрытия на сталях, обработанных по предлагаемому способу.

Потенциодинамические исследования проводят на потенциостате ПИ-50 при изменении потенциала рабочего электрода по линейному закону (с разверткой потенциала 1,8 В/ч) в 3 водном растворе NaСl при 25^oС. Электродом сравнения служит хлорсеребряный электрод, вспомогательным платиновый электрод.

Испытания на питтинговую коррозию проводят согласно ГОСТ 9.912-89 в растворе следующего состава: 0,3 г/л Na₂SO₄ + 0,4 г/л NaCl при 50^oC. Определение потенциала коррозии проводят после погружения в раствор спустя не менее 1 ч. Определение базиса питтингостойкости E^min_пит. проводят гальваностатически при плотностях тока 0,3; 1 и 3 А/м² в течение 1 ч.

Результаты испытаний показали следующее: предлагаемый способ обеспечивает защиту стальных изделий коррозионно-стойким покрытием (скорость коррозии 0,001 Р 0,003 г/м²·ч) при равномерном характере разрушений изделия из сталей 45 и У8 имеют положительный базис питтингостойкости 0,5 ^oC 0,6 В и устойчивы против питтинговой коррозии.

Отсутствие локальной коррозии покрытия при обработке стали по предлагаемому способу подтверждено результатами исследований, проведенных после испытаний на питтинговую коррозию. Смоченную в реактиве Уоккера (K₄[Fe(CN)₆] + NaCl) фильтровальную бумагу накладывают на поверхность диффузионного слоя. В местах пор образуется гальваническая пара железо-покрытие, где железо является анодом. Ионы железа, переходя в раствор, образуют соединение Fe₄[Fe(CN)₆] турнбулеву синь.

Формула изобретения

1. Способ обработки изделий из стали, содержащей не менее 0,2% углерода, включающий предварительное нанесение покрытия и последующее диффузионное хромирование, отличающийся тем, что предварительно наносят слой молибдена методом напыления или диффузионного насыщения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой молибдена наносят толщиной 0,5-50 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диффузионное хромирование проводят при температуре 800-1100^oС в течение 0,25-30 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1