Состав для борирования стальных изделий

Состав для борирования стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 FeeÂ

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