Способ химико-термической обработки металлов и сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП HCAH HE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рн954511

Союз Советскими

Социалистическик

Республик г 1вВ . -.

//»-;

Фс =.,.

"г (61) Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено04.11.80 (21) 3236261/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.0882. Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 30.0882 (51) М.Кл з

С 23 С 9/10

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (531УДК 621. 793. .. 5 (08&. 8), Г

Г.Г.Максимович, М.С.Гойкман, В.Ф.Шатинакий и С.В.Рыбаков

Физико-механический институт АН Украин кой (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к химикотермической обработке металлов и сплавов и может найти применение в энергетической, авиационной, электротехнической, химической промышленности и приборостроении для получения защитных покрытий.

Известен способ нанесения диффузионного покрытия .f1) .

Недостатком этого способа явля ется то, что он не позволяет проводить диффузионное насыщение металлов и сплавов в тех случаях, когда растворимость основного металла в транспортном расплаве больше или соизмерима с растворимостью диффузантов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ диффузионного насыщения;, заключающийся в том, что, с целью получения диффузионных покрытий, например, платины на железе или меди, процесс ведут в ампуле, отклоненной от вертикального .положения и вращающейся вокруг своей оси для перемещения транспортного расплава натрия. В ампулу вместе с покрываемой деталью загружают навеску платины (0,3 мас .%) . После герме тизации в атмосфере аргона диффузионное насыщение меди проводят 56 ч в печи при 430-470 С и 630-670 С

d при диффузионном насыщении железа (2) .

Недостатком способа является отсутствие возможности получать на деталях покрытия с высокой концентрацией наносимого элемента, вплоть до 100%;

С

Известные способы позволяют формировать покрытия с содержанием диффуэанта в защитном слое не более

80-85%. В ряде случаев это не удовлетворяет техническим и эксплуатационным требованиям, предъявляемым к покрываемым деталям. Слой же чистого металла на поверхности детали при нанесении покрытий из жидкометаллического раствора может быть получен только при диффузионном насыщении при пониженных температурах (350400 С), так как в интервале повышен0 ных температур (850-1000 C) обеспечивающих достаточную растворимость диффузанта в транспортном расплаве, скорость диффузии наносимого элемента в материале изделий высока и наблюдается "рассасывание" покрытия.

30 лиффузант не успевает накапливаться

954511 на поверхности, что необходимо для достижения высокой и тем более 100%ной его концентрации в защитном покрытии. Однако снижение температуры диффузионного насыщения по известнопричине перегрева может иметь место коробление детали и изменение ее геометрических размеров, перераспределение легирующих компонентов сплава, рост зерен и,следовательно, существенное изменение физико-механических свойств материала изделия.

Цель изобретения — улучшение качества покрытий за счет получения высокой концентрации наносимого элемента в покрытии вплоть до слоя чистого диффуэанта.

При этом сохраняются в неизменности геометрические размеры детали и физико-механические характеристики основного металла в процессе диф30

40 фуэионного насыщения и происходит деформирование покрытий в тех случаях, когда растворимость основного металла в транспортном расплаве соизмерима с растворимостью диффуэанта.

Указанная цель достигается тем, что деталь вместе с навеской диффузанта нагревается в ампуле с расплавом легкоплавкого металла заданное время, однако диффузионное насыщение ведут в ампуле, создавая градиент температур по высоте ампулы, помещая нижнюю чавть ампулы, в

55 которой находится диффуэант, в печь. теля по высоте ампулы создают рабочий режим насыщения с градиентом температур между нижней частью ампулы -

"горячая зона" (850 C) и ее верхней частью — "холодная зона" (300 С). После стабилизации температуры в темого для получения заданной толщины диффузионного покрытия. Благодаря чение 20 мин покрываемую медную пласперепаду температур в ампуле соэда- тину с помощью подвижной подвески ется конвективный поток транспортно- 65 погружают в транспортный расплав в, му способу приводит к резкому уменьшению растворимости диффузанта в транспортном расплаве, в результате чего скорость нанесения покрытия существенно уменьшается. То же можно сказать и о толщине диффузионного 10 слоя. Следовательно, необходимо стремиться к созданию таких условий нанесения покрытий, когда, независимо от температуры нагрева в зоне детали, температура в зоне расположе- 15 ния диффузанта была достаточно высокой. Одновременно температура нагрева покрываемой детали не должна превышать температуру,при которой с достаточной скоростью протекают процессы адгезии и диффузионного. обмена. Известные способы не позволяют совместить эти условия, так как нанесение покрытий ведут в изотермическом режиме, т.е. температура нагрева диффузанта и покрываемой детали одинакова. В этом случае по

Покрываемую деталь перемещают в верхней (низкотемпературной) зоне ампулы с транспортным расплавом при помощи подвижной подвески и выдер- 60 живают в течение времени, необходи го расплава, чем и обусловлено перемешивание расплава с одновременным переносом в "холодную зону" ампулы к детали растворенного в расплаве диффуэанта. Так как диффуэант находится в процессе нанесения покрытия в нижней (" горячей ) зоне ампулы, то обеспечивается хорошая его растворимость в транспортном расплаве. Перемещение покрываемой детали в транспортном расплаве от эоны высоких температур в более "холодную" зону с необходимыми выдержками поочередно создает условия сначала для обеспечения надежной адгезии покрытия с изделием (эа счет Интенсивных диффузионных процессов и образования переходного слоя с невысокой концентрацией диффузанта), а затем для получения высокой (вплоть до 100 мас.%) концентрации наносимого элемента на поверхности (за счет замедления диффузии наносимого компонента в основной металл и накопления его в поверхностном слое покрытия).

Пример 1. Нанесение серебряного покрытия на медную пластинку.

В ампулу из стали 12Х18Н10Т длиной 800 м с внутренним диаметром

25 мм помещают серебро в виде порошка или гранул в количестве 0,3 мас .% (от веса расплава+ вес изделия) и заполняют по известной методике (1) транспортный расплав (60 -об.% Na +

+ 40 об.%РЬ) на высоту 600 мм. В верхней части ампула снабжена гермовводом с фторопластовым уплотнением (типа гладкого стержня из того же материала, что и покрываемая деталь) и штуцером для вакуумирования ампулы и напуска в нее инертного газа (аргона). На стержень (подвижная подвеска) закрепляется покрываемый образец (30 10 3 мм) так, чтобы он первоначально находился над уровнем расплава. Ампула устанавливается в вертикальную муфельную печь, причем опускают нижний конец в печь только на 200 мм. На среднюю часть ампулы надевают автономный нагреватель из нихромовой спирали в керамических бусах высотой 200 мм для обеспечения возможности дополнительного изменения температурного градиента по высоте ампулы.

После вакуумирования м заполнения внутренней полости ампулы аргоном посредством варьирования температур нагрева печи и автономного нагрева-

954511

Формула изобретения

Составитель И. Никишкина

Редактор Е.Лушникова Техред A.À÷ Корректор С.Шекмар

Заказ 6377/26 Тираж 1053 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 зону ампулы с температурой 430-450 С необходимой для выполнения условий диффузионного взаимодействия меди с серебром. После выдержки в течение

3 ч пластину перемещают вверх в температурную зону 380 С и выдерживают

2 ч ° Наконец, покрываемую пластину перемещают еще выше и выдерживают при 320 С в течение 5 ч, после чего пластину поднимают выше уровня транспортного расплава и выключают нагрев. После полного охлаждения ампу лы пластину извлекают через отверстие вакуумного ввода, остатки расплава с поверхности покрытой пластины удаляют выщелачиванием в нроточ. ной воде (10 мин) ° Металлофиэические исследования показали, что покрытие представляет собой слой твердого раствора серебра и меди переходного состава до чистого серебра на поверхности. Общая толщина покрытия составляет 345 мкм. Слой чистого серебра на поверхности пластины составляет 28+2 мкм.

Пример 2. На хромоникелевую нержавеющую сталь (типа

12Х18Н10Т) или никелевый сплав (типа ЭИ437Б) наносят вольфрамовое покрытие.

Подготовка оснастки та же, что и в примере 1.

В качестве транспортного расплава.применяют смесь 50 об.% свинца и

50 об.% натрия и добавляют в качестве диффузанта 0,3 мас.% порошка вольфрама. Плавный температурный градиент по высоте ампулы создают в пределах: "горячая зона" 1000 С, "холодная зона" 350©С. Температура горячей зоны выбрана из условий растворимости вольфрама в легкоплавком транспортном металле. Диффузионное насыщение проводят в зоне с температурой 800 С 3 ч, с температурой

620 С 2 ч. Для получения слоя чистого вольфрама на поверхности детали последнюю выдерживают в течение 3 ч в "холодной зоне" (400 С).

Общая толщина покрытия, полученного по этому режиму, составила

180 мкм. Слой чистого вольфрама на поверхности 11+2 мкм. . Предлагаемый способ позволит эна10 чительно улучшить как технологию, так и качество защитных и защитнодекоративных покрытий на металлах, а также повысить эксплуатационные характеристики конструкционных мате15 риалов, работающих в условиях воздействия коррозионно-активных сред при повышенных температурах.

Способ химико-термической обработки металлов и сплавов, включающий нагрев деталей, помещенных в

75 ампулу с расплавом легкоплавкого металла и диффузантом, и последующую выдержку при температуре нагрева, отличающийся тем,. что, с целью улучшения качества покрытий за счет получения высокой концентрации наносимого элемента, при нагреве по высоте ампулы создают градиент температур, причем часть . ампулы с диффуэантом нагревают до температуры растворения диффузанта, а часть ампулы с деталью — до температуры диффузионного насыщения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

40 Р 510532, кл. С 23 С 9/10, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 582329, кл. С 23 С 9/10, 1978.