Металлизация
Диффузионная металлизация – это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. Она может осуществляться в твердых, жидких и газообразных средах.
При диффузионной металлизации в твердых средах применяют порошкообразные смеси, состоящие обычно из ферросплавов с добавлением хлористого аммония (NH4CL) в количестве 0,5-5%.
Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (например, цинк, алюминий).
При газовом способе насыщения применяют летучие хлористые соединения металлов (AlCl3. CrCl2. SiCl4 и т.д.), образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах.
Хлориды диссоциируют на поверхности железа и выделяющийся в атомарном состоянии металл диффундирует в железо.
Диффузия металлов в железе идет значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образует с железом твердые растворы внедрения, а металлы – твердые растворы замещения. Это приводит к тому, что диффузионные слои при металлизации получаются в десятки раз более тонкими.
Поверхностное насыщение стали металлами проводится при температурах 900-1200ᴼ С.
Алитирование
Алитированием называется процесс насыщения поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850-900ᴼ С) и коррозионную стойкость в атмосфере и в ряде сред. При алитировании в порошкообразных смесях чистые детали вместе со смесью упаковывают в железный ящик. В рабочую смесь входят: порошковый алюминий (25-50%) или ферроалюминий (50-756%), окись алюминия (25-50%) и хлористый алюминий (1,0%). Процесс осуществляется при температуре 900-1000ᴼ С в течение 3-12 ч.
Изображение взято из открытого источника Яндекс.видео
Реже применяют алитирование в ваннах с расплавленным алюминием. Алитируемые детали погружают в расплавленный алюминий (92-94% Al и 6-8% Fe). Железо добавляют для того, чтобы предотвратить растворение обрабатываемых деталей в алюминии. Процесс проводят при температурах 700-800ᴼ С в течение 45- 90 мин.
Алитирование в расплавленном алюминии отличается от алитирования в порошкообразных смесях простотой метода, быстротой и более низкими температурами.
Основной недостаток процесса – налипание алюминия на поверхность деталей.
Иногда применяют металлизацию поверхности стали алюминием (напыление слоя алюминия на обрабатываемую поверхность) с последующим диффузионным отжигом при температуре 900-1000ᴼ С в течение 1-3 ч.
Для предохранения алюминия от окисления во время диффузионного отжига изделие покрывают обмазкой, состоящей из серебристого графита (48%), кварцевого песка (30%), глины (20%), хлористого алюминия (2%) и 20-25% от массы первых четырех составляющих – жидкого стекла.
Алитирование стали металлизацией с последующим диффузионным отжигом в несколько раз дешевле, чем в порошках.
Алитированный слой представляет собой твердый раствор алюминия в α – железе, концентрация алюминия в поверхностном слое достигает 30-40%. Толщина алитированного слоя 0,2-1,0 мм.
Алитированию подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных машин и т.п.
Хромирование
Хромирование— это поверхностное насыщение хромом, проводят для повышения коррозионной стойкости, кислотостойкости, окалиностойкости (до 850ᴼ С) и т.д. Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей повышает твердость и износостойкость.
Хромирование чаще всего проводят в порошкообразных смесях (50% металлического хрома или феррохрома, 49% окиси алюминия и 1% хлористого аммония).
Процесс осуществляется при температуре 1000-1050ᴼ С. Диффузионный слой, получаемый при хромировании углеродистых сталей, состоит из карбидов хрома (Fe. Cr)7C3 и (Fe. Cr)23C6. Карбидный слой имеет высокую твердость HV1200-1300. Толщина хромированного слоя достигает 0,15-0,20 мм при длительности процесса 6-15 ч.
Чем больше углерода в стали, тем меньше толщина слоя.
Значительно реже применяется газовое хромирование. Процесс проводят в среде, содержащей пары CrCl2. Пары CrCl2 получают пропусканием осушенных Н2 и HCl через феррохром или хром при температуре 980ᴼ С. За 3-5 ч получают слой толщиной 0,06-0,1 мм.
Иногда применяют хромирование в вакууме. Изделия засыпают кусочками (диаметром 1-3 мм) хрома в стальном или керамическом тигле и помещают в вакуумную печь (разряжение 1,3-0,13 Па). При высокой температуре (960-1000ᴼ С) хром испаряется и диффундирует в сталь.
Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей, а также деталей, работающих в агрессивных средах.
Борирование
Борированием называется насыщение стали бором. Борирование проводят с целью повышения стойкости против абразивного износа. Толщина борированных слоев не превышает 0,3 мм, твердость HV1800-2000.
Широкое распространение получил метод электролизного борирования в расплавленных солях, содержащих бор. Деталь служит катодом в ванне с расплавленной бурой (Na2B2O7). Температура процесса 900-950ᴼ С. Процесс можно вести и без электролиза в ваннах с расплавленными хлористыми солями (NaCl, DfCl), в которые добавляют порошкообразный ферробор или карбид бора.
Изображение взято с сайта : https://stankiexpert.ru/
Применяют также и метод газового борирования. В этом случае насыщение бором проводят в среде диборана (B2H6) в смеси с водородом при температуре 850 – 900 ᴼ С.
Борированию подвергают втулки грязевых нефтяных насосов, штамповый инструмент и т.д.
Силицирование
Силицированием называется процесс насыщения поверхности стали кремнием. В результате силицирования сталь приобретает высокую коррозионную стойкость в морской воде, в различных кислотах и повышенную износостойкость. Кроме того, силицирование резко повышает окалиностойкость молибдена и некоторых других металлов и сплавов ( стали незначительно).
Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в α-железе. Силицированный слой несмотря на низкую твердость (HV200-300) и значительную пористость после пропитки маслом при температуре 170-200ᴼ С имеет повышенную износостойкость.
Силицирование можно проводить в порошкообразных смесях, состоящих из 60% ферросилиция, 39% окиси алюминия и 1% хлористого аммония, но наиболее часто применяют газовое силицирование. В печи с вращающимися ретортами засыпают детали и куски ферросилиция или карбида кремния. Через реторты пропускают хлор, который взаимодействует с кремнием и образует SiCl4.
В результате последующих химических реакций SiCl4 способствует образованию атомарного кремния, который адсорбируется на поверхности изделия и диффундирует вглубь металла.
При газовом силицировании при температуре 1000ᴼ С в течение 2-4 ч образуется слой толщиной 0,5-1,0 мм.
Силицированию подвергают детали, применяемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности.
В последние годы разработаны и получают промышленное внедрение новые процессы поверхностного насыщения металлов – титанирование (насыщение титаном) и цинкование (насыщение цинком).
Используемая литература:
«Термическая обработка металлов» В.М. Зуев.
