Способ термодиффузионного комплексного легирования стальных изделий

ль- асексного термоя поверхности щий предвариодом гальвани- дующий ОтжиГ Вокиси ванадия,тановителя, сиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫГИПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГОКОМПЛЕКСНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов в порошковых средах, и может быть использовано для повышения эксплуатационных характеристик, в частности коррозионной стойкости изделий иэ углеродистых сталей, применяемых в химической, нефтяной, приборостроите ной, машиностроительной и пищевой отр лях промышленности. Известен способ комп диффузионного легирован стальных изделий, включаю тельное никелирование ме ческого нанесения и после среде из окиси хрома, пят алюминийсодержащего вос(57) Использование. для повышения эксплуатационных характеристик, в частности коррозионной стойкости, иэделий из углеродистых сталей, применяемых в химической, нефтяной, приборостроительной, машиностроительной и пищевой отраслях промышленности, Сущность изобретения: на поверхность стальных изделий предварительно наносят смесь окисей хрома и никеля при массовом соотношении между ними (2 - 1,4):1 и затем йроводят отжиг в смеси кремния и кремнезема при массовом соотношении между ними 1:(4 - 6). Обработка стальных изделий (Ст 3) по данному способу обеспечивает скорость коррозии при комнатной температуре в 10.- и 60-ных растворах азотной кислоты соответственно (0,6 - 1,2) 10 и (1,6 - 2) 10 г/м ,ч. 1 табл. ликокальция и хлористого аммония при температуре 900 С в течение 4 ч.В результате такого процесса происходит алюминийтермическое восстановление оксидов металлрв, которые, находясь в свежевосстановленной активной форме, диффундируют через никелированную поверхность в сталь и образуют коррозионностойкий слой.Недостатком этого способа является необходимость проведения предварительного никелирования путем электролиза из водных растворов солей никеля, что неизбежно связано с образованием больших объемов сливных вод, загрязняющих окружающую среду. Кроме того, в ходе последующего отжига происходит выделение и выброс в атмосферу ядовитых хлоридов, что такжевесьма неблагоприятно с точки зрения экологии.Наиболее близким к предлагаемому является способ диффузионного хромосилицирования никелированных стальных изделий; включающий предварительное никелирование и последующий отжиг в порошковой среде, состоящей из окиси хрома, окиси молибдена, алюминия, силикокальция, хлористого аммония и окиси алюминия при 900 С в течение 4 ч, .Этот способ обеспечивает повышение коррозионной стойкости в азотной кислоте предварительно никелированных углеродистых сталей, однако он не лишен тех же недостатков, что и способ, описанный выше, а именно: необходимость дополнительной технологической операции никелирования и использование ядовитых хлоридов.Целью изобретения является улучше-, ние экологических условий и снижение трудоемкости при сохранении уровня корроэионной стойкости,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем отжиг в порошковом составе, содержащем окись хрома и кремнийсодержащий восстанови- тель, порошковый состав дополнительно со:держит окись никеля при массовом соотношении с окисью хрома 1:(2,0 - 1,4) порошковый состав предварительно наносят на поверхность стальных изделий, после чего проводят отжиг в смеси кремния и кремнезема при массовом соотношении между ними 1:(4 - 6),Сущность способа состоит в том, что нанесенные на поверхность стали окислы металлов в ходе отжига полностью восстанавливаются кремнием до элементарных хрома и никеля, которые одновременно с кремнием диффундируют в поверхностный слой, образуя защитное покрытие по составу, близкое к известным хромоникелевым нержавеющим сталям, например 12 Х 18 Н 10 Т.Предлагаемый способ не требует предварительного никелирования, которое по существу заменено механическим нанесением смеси окислов хрома и никеля. Эта операция проще, чем никелирование, так как представляет собой нанесение замешанных, например, на воде обмазок, содержащих смесь порошкообразных окислов хрома и никеля. Таким образом, обеспечивается снижение трудоемкости.Исключение предварительного никелирования и проведение диффузионного отжига без использования вредных для здоровья активаторов приводит к тому, что10 20 процесс является практически экологическичистым.Сохранение коррозионной стойкости на уровне известного способа обусловлено соответствующим подбором соотношений между кремнием и кремнеземом и между окисью хрома и окисью никеля. Необходимо, чтобы количество кремния было меньше, чем количество кремнезема в 4 - 6 раз, так как при меньшем содержании кремния в смеси 31 - 3102 его количество становится недостаточным для восстановления окислов и самого силицирования, а при большемсодержании кремния в указанной смеси поверхностный слой стали, обогащаясь кремнием, обедняется хромом и никелем, чтоприводит к снижению коррозионных свойств. Необходимо также,.чтобы количество окиси хрома в 2,0 - 1,4 раза превышало количество окиси никеля, так как при меньшем содержании окиси хрома в обмазке Сч 20 з - йО поверхностный. слой сталиобедняется хромом, а при большем содержании окиси хрома - никелем, что приводит к ухудшению коррозионных свойств. Пред 25 лагаемый способ в случае проведения отжига при 1200 С в течение 4 - 6 ч обеспечивает образование защитных покрытий толщиной 20 - 25 мкм при следующих значениях поверхностных концентраций легирующих30 элементов, мас;%: хром 18 - 22, никель 9 -1.1, кремний 1,5 - 2,5.П р и м е р. На поверхность образцовстали Ст 3 толщиной 2 мм и площадью 10 смнаносят замещенную на воде обмазку, со 35 стоящую из смеси порошков окиси хрома иокиси никеля. Обмазку наносят в количестве300 г сухой смеси на 1 м поверхности стали.Затем образцы помещают в порошкообразную смесь кремния и кремнезема, которую40 берут из расчета 8 10 г смеси на 1 м обрабатываемой поверхности, и отжигают вконтейнере с плавким затвором в шахт. ной электрической печи при 1200 С в течение 5 ч,45 Условия и результаты поверхностноголегирования по предлагаемому способупредставлены.в таблице.Скорость коррозии образцов с покрытием в 10%-ном и 60%-ном растворах азотной50 кислоты при комнатной температуре составляет (0,6 - 1;2) 10 з и (1,6 - 2,0) 10 гlм,чсоответственно, Эти значения отвечают уровню коррозионной стойкости нержавеющихсталей, а также никелированной и затем хро 55 мосилицированной по известному способустали Ст 20, скорость коррозии которой в10% НИОз при комнатной температуре равна(0,50-1,25) 10 з г/м- ч,1731875 с я темчто,.с целью улучшения экологических условий протекания процесса и снижения трудоемкости при сохранении уровня. коррозионной стойкости, порошковый состав дополнительно содержит окись никеля 5 при массовом соотношении с окисью хрома1.(2,0 - . 1,4), порошковый состав предварительно наносят на поверхность стальных изделий, после чего проводят отжиг в смеси кремния и кремнезема при массовом соот ношении между ними 1:(4 - 6). Таким образом, предлагаемый способ, являясь экологически чистым и существенно менее трудоемким, обеспечивает сохранение коррозионной стойкости на уровне известного способа..Формула изобретения Способ термодиффузионного комплексного легирования стальных изделий, включающий отжиг в порошковом составе. содержащем окись хрома и кремнийсодержащий восстановитель, о т л и ч а ю щ и йПоверхностная концентрация элементов, мас.Толщина легиванного слоя, мкм Скорость коррозии, 10 г/м ч, при комнатной темпе ат е 1 О% 6 О 7МНОз Сч Составитель Л. СтецовскийРедактор М. Бланар Техред М.Моргентал Корректор Н. Король Заказ 1566- Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Соотношение (по массе)между окисью хро. ма и окисцю никеля в об- мазке 2,3:1 2,0:1 1,7:1 1,4:1 .1,7:1 1,71 Соотношение