Способ химико-термической обработки металлов и сплавов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нн 954511 Союз СоветскимиСоциалистическикРеспублик(22) Заявлено 04. 11.80 (21) 3236261/22-02с присоединением заявки Мо -(23) Приоритет -Опубликовано 30,0882, Бюллетень Мо 32Дата опубликования описания 300882 51) М. Кл.з С 23 С 9/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий, .5(088.8),Г.Г.Максимович, М,С.Гойкман, В.Ф.Шатинакий и С.В.Рыбаков физико-механический институт АН Украин койИзобретение относится к химикотермичеокой обработке металлов исплавов и может найти применениев энергетической, авиационной, электротехнической, химической промышленности и приборостроении для получения защитных покрытий.Известен способ нанесения диффузионного покрытия .1 .Недостатком этого способа является то, что он не позволяет проводить диффузионное насыщение металлов и сплавов в тех случаях,когда растворимость основного металла в транспортном расплаве большеили соизмерима с растворимостью диффузантов.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ диффузионного насыщения;заключающийся в том, что, с цельюполучения диффузионных покрытий,например, платины на железе илимеди, процесс ведут в ампуле, отклоненной от вертикального .положения и вращающейся вокруг своей осидля перемещения транспортного расплава натрия. В ампулу вместе с покрываемой деталью загружают навескуплатины (0,3 мас .%) . После герметизации в атмосфере аргона диффузионное насыщение меди проводят 56 ч в печи при 430-470 С и 630-670 Свпри диффузионном насыщении железаС 23Недостатком способа является отсутствие возможности получать надеталях покрытия с высокой концентрацией наносимого элемента, вплотьдо 1.00;СИзвестные способы позволяют формировать покрытия с содержанием диффуэанта в защитном слое не более80-85. В ряде случаев это не удовлетворяет техническим и эксплуатационным требованиям, предъявляемым кпокрываемым деталям. Слой же чистого металла на поверхности детали принанесении покрытий из жидкометаллического раствора может быть получентолько при диффузионном насыщениипри пониженных температурах (350400 С), так как в интервале повышенОных температур (850-1000 вС), обеспечивающих достаточную растворимостьдиффузанта в транспортном расплаве,скорость диффузии наносимого элемента в материале изделий высока и наблюдается "рассасываниен покрытия.30 лиффузант не успевает накапливаться954511 на поверхности, что необходимо длядостижения высокой и тем более 100 ной его концентрации в защитном покрытии, Однако снижение температурыдиффузионного насыщения по известнопричине перегрева может иметь место коробление детали и изменение ее ге. ометрических 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 диф 30 40 фуэионного насыщения и происходитдеформирование 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 50 которой находится диффуэант, в печь. теля по высоте ампулы создают рабочий Покрываемую деталь перемещают в верхней (низкотемпературной) зоне ампулы с транспортным расплавом при помощи подвижной подвески и выдерживают в течение времени, необходирежим насыщения с градиентом температур между нижней частью ампулы -"горячая зона" (850 С) и ее верхней частью - "холодная зона" (300 дС). 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 подвижнойподвескиется конвективный поток транспортно погружают в транспортный расплав в,му способу приводит к резкому уменьшению растворимости диффузанта втранспортном расплаве, в результатечего скорость нанесения покрытиясущественно уменьшается. То же можносказать и о толщине диффузионного 1 Ослоя. Следовательно, необходимо стремиться к созданию таких условий нанесения покрытий, когда, независимоот температуры нагрева в зоне детали, температура в зоне расположения диффузанта была достаточно высокой. Одновременно температура нагрева покрываемой детали не должнапревышать температуру,при которойс достаточной скоростью протекаютпроцессы адгезии и диффузионного. об.мена. Известные способы не позволяют совместить эти условия, так какнанесение покрытий ведут в изотермическом режиме, т.е. температуранагрева диффузанта и покрываемой детали одинакова. В. этом случае по 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.Ъ) концентрации наносимого элемента на поверхности (за счет замедления дифФузии наносимого компонента в основной металл и накопления его в поверхностном слое покрытия).П р и м е р 1. Нанесение серебряного покрытия на медную пластинку,В ампулу из стали 12 Х 18 Н 10 Т 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. Иа + + 40 об.ЪРЬ) 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 ю 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 20 Составитель И. НикишкинаРедактор Е.Лушникова Техред А.Ач Корректор С.Шекмар Заказ 6377/26 Тираж 1053 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 зону ампулы с температурой 430-450 фС,необходимой для выполнения условийдиффузионного взаимодействия меди ссеребром. После выдержки в течение3 ч пластину перемещают вверх в температурную зону 380 ОС и выдерживают2 чНаконец, покрываемую пластинуперемещают еще выше и выдерживаютпри 320 фС в течение 5 ч, после чегопластину 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 нроточной воде (10 мин) . Металлофиэическиеисследования показали, что покрытиепредставляет собой слой твердогораствора серебра и меди переходногосостава до чистого серебра на поверхности. Общая толщина покрытия составляет 345 мкм. Слой чистого серебра на поверхности пластины составляет 28+2 мкм.П р и м е р 2. На хромоникелевую нержавеющую сталь (типа12 Х 18 Н 10 Т) или никелевый сплав(типа ЭИ 437 Б) наносят вольфрамовоепокрытие,Подготовка оснастки та же, чтои в примере 1.В качестве транспортного расплава.применяют смесь 50 об.Ъ свинца и50 об.Ъ натрия и добавляют в качестве диффузанта 0,3 мыс.Ъ порошкавольфрама. Плавный температурныйградиент по высоте ампулы создают впределах: "горячая зона" 1000 С,"холодная зона" 350 фС. Температурагорячей зоны выбрана из условий растворимости вольфрама в легкоплавкомтранспортном металле, Диффузионноенасыщение проводят в зоне с температурой 800 фС 3 ч, с температурой 620 фС 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..Предлагаеьый способ позволит эна чительно улучшить как технологию,так и качество защитных и защитно- декоративных покрытий на металлах, а также повысить эксплуатационные характеристики конструкционных мате риалов, работающих в условиях воздействия коррозионно-активных сред при повышенных температурах. Способ химико-термической обработки металлов и сплавов, включающий нагрев деталей, помещенных в25 ампулу с расплавом легкоплавкого металла и диффузантом, и последующуювыдержку при температуре нагрева,о т л и ч а ю щ и й с я тем,. что,с целью улучшения качества покрытий за счет получения высокой концентрации наносимого элемента, принагреве по высоте ампулы создаютградиент температур, причем часть .ампулы с диффуэантом нагревают дотемпературы растворения диффузанта,а часть ампулы с деталью - до температуры диффузионного насыщения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР40 Р 510532, кл. С 23 С 9/10, 1978.2Авторское свидетельство СССР9 582329, кл. С 23 С 9/10, 1978.