Состав для силицирования изделий из металлов и сплавов

(51) С 23 С 10/ РЕТЕНИ СВИДЕТ СТВУ Лучк нк дарст им.Я нныиалана тельство СССР04, 1975.лургия", 1962,-401-30ьное Остал СОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ОЛИСАНИ М АВТОРСКОМУ(71) Тернопольский госпедагогический институ(54) (57) СОСТАВ ДЛЯ СИЛИ 1ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И Сдержащий кремний, окисьи активатор, о т л и ч атем, что, с целью повьппентщей способности состава икости изделий, в качествеон содержит медный купороспри следующем соотношениитов, мас.Х:Кремний 10Медный купоросгидратОкись алюминия ПИРОВАНИЯ ПЛАВОВ, соалюминияющийся насыщаю жаростойактиваторгидрат компонен1 1138Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может найти применение в различных областях машиностроения, электронной промьппленности и производстве электротермических устройств.Известен состав для силицирования изделий, содержащий кремнийсодержащее вещество, инертный наполнитель, 1 О а в качестве интенсификаторов процесса силицирования хлористый аммоний или фтористый натрий 13Обладая рядом преимуществ, эта силицирукпцая смесь содержит ядовитые галогенсодержащие(фторсодержащие) вещества. Кроме того, в процессе приготовления смесей необходимо соблюдать дополнительные меры предосторожности, Во время промывки силн цированных деталей в сточные воды попадает значительное количество фторсодержащих веществ,Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигае мому эффекту является порошкообразная среда для диффузионного силицирования, содержащая, мас.Х: кремний 10-45; медь 5-30; фтористьв натрий 0,1-10; инертный разбавитель - остальное 23.К недостаткам известной смеси относится высокий расход дорогого металла (меди), высокая стоимость смеси, содержание в смеси ядовитого фтористого активатора.Э 5Загрязнение сточных вод фтористым соединением в процессе промывки силицированных изделий.Целью изобретения является повышение насьпцающей способности соста 40 ва и жаростойкости изделий. Поставленная цель достигается тем, что состав для, силицирования изделий от металлов и сплавов,содер жащий кремний, окись алюминия и активатор, содержит в качестве активатора медный купорос гидрат при следующем соотношении компонентов, мас.Х:КремнийМедный купоросгидрат. 1-30 Окись алюминия Остальное Компоненты выполняют следующие 55 функции. Кремний является силицирую щим агентом. Медный купорос гидрат (САВО" 5 НО, ГОСТ 19347-74) выполня 431 2 ет роль активатора процесса. Притемпературе насьпцения сначала происходит испарение и разложение кристаллизационной воды с вытеснением воздуха из контейнера. Затем при разложении купороса образуется медь, сераи кислород. Медь, сера и кремнийобразуют легкоплавкую эвтектику. Вода в медном купоросе играет роль поставщика атомарного водорода, который восстанавливает медь и серу.Инертный разбавитель служит для предотвращения спекания смеси и припекания ее к поверхности металла.В качестве разбавителя используют окислы металлов с большим (или равным) сродством к кислороду: АООз(белый корунд или прокаленный глинозем), плавленную окись магния (МВО), циркон (Ег 8 ь.О ) и т.д.Кремний, медный купорос и разбавитель используют в виде порошков крупностью 40-150 мкм. Эти компоненты смешивают между собой до получения однородной смеси. При последующем использовании смеси в нее вводят только медный купорос.Силицирование металлов и сплавов с использованием предлагаемого состава насьпцающей смеси проводят в контейнере (ящиках) из жаростойкой стали или никеля, герметиэируемых плавким затвором. Контейнер имеет любое сечение и размеры, которыезависят от размеров и количестванасьпцаемых изделий. Контейнер упаковывают следующим образом: на дно засыпают однородную смесь компонентовнасьпцающей среды слоем толщиной 30.50 мм, затем укладывают изделия(расстояние между ними 3-5 мм, адо стенок контейнера - 10-20 мм).Установленные изделия полностью засыпают смесью с ее одновременнойутряской, толщина слоя смеси над изделиями 30-40 мм. После укладки смеси контейнер герметизируют любымизвестным способом, предпочтительнонаведением плавкого затвора. Запакованный контейнер помещают в печь с любой атмосферой, нагретую до 850-1100 С.Продолжительность процесса и температура насьпцения определяются материалом изделия и требуемой толщи ной покрытия.При нагреве контейнера происходит испарение и разложение молекул38431 40; Сп 80+ 1," АОз 89.2. Зд 25; СцБО, 15; А 0 Оз 60.3, З 40; СцЯО, 30; АЕ,О, 30.Толщина слоя силицидного покрытияа металлах и сплавах представленав табл. Таблица 1 Толщина слоя покрытия,мкм, иэ состава г з 3 11кристаллизационной воды, находящихсяв медном купоросе, и вытеснение воздуха иэ контейнера. Дальнейшее повышение температуры приводит к разложению медного купороса на медь исульфатный остаток, который затемразлагается на серу и кислород. Кислород вытесняется водородом из объема контейнера. В связи с тем, что,смесь не содеРЖИТ галогенидов Щелоч Обрабатываеных или щелочноземельных металлов,насыщение осуществляется как черезпаровую Фазу, так и за счет непосредственного контакта частично насыщаю щего вещества с поверхностью изделия. Перенос кремния на поверхностьнасыщаемого изделия через паровуюфазу возможен в связи с тем, что давление паров кремния при температуренасыщения несколько больше давленияпаров железа. Кроме того, в процессесилицирования образуется легкоплавкая звтектика расплава медь - сера -кремний, пленка которой растекаетсяпо поверхности насыщаемого металла 25и процесс силицирования осуществляется фактически из расплава, т.е.так же, как и при жидкостном процессе силицирования.В процессе диффузии кремния в металлическую подложку одновременнопроисходит и диффузия меди, ее содержание в покрытии колеблется в пределах 0,2-0,6 мас,7. Это приводитк образованию жидкометаллических диф 35фуэионных каналов, вследствие чегорезко ускоряется диффузия кремния пограницам зерен. На тугоплавких металлах образуется дисилипид металла, ана сталях покрытие представляет собой фазу Ге Я.П р и м е р. Для силицированияиспользуют стали 20, 35 Л, 45, 40 Х, У 8 и тугоплавкие металлы (молибден,вольфрам, ниобий и тантал). Сталисилицируют при 950 фС, а тугоплавкие металлы при 1100 С. Время выдержки для всех материалов одинаково и составляет 6 ч.Используют следующие соотношения50 компонентов смеси предлагаемого сос- . тава, мас.Х:Иолибден 60 98 125 Вольфрам 115 145 200 85 115 236 78 105 165 Ниобий Тантал Сталь 20 322 350 386 35 Л 245 252 . 325 45 110 162 185 40 Х 110 140 165 У 8 А 65 80 105 Для сравнения жаростойкости испытывают образцы, силицированные по известной технологии (базовый вариант состав 3) в смеси, содержащей, мас.7: кремний 50; медь 20; фтористый алюминий 3; оксид алюминия остальное. Для испытаний используют по 5 шт. образцов каждого материала, обработанного в разных средах.Перед испытанием образцы подвергают визуальному контролю и бракуют по наличию треиин, сколов, раковин и отшелушивания покрытия.Жаростойкость оценивают по привесу.Результаты испытаний приведены в табл. 2.1138431 б Привес, мг/см Таблица 2 Толщина покрытия, мкм, из состава 1 Материал Толщина покрытия, мкм, из состава 3 Привес,мг/см 400 Сталь 20 28,386 32 336 35 Л 34,5 40,2 325 38,6 43,5 190 185 160 40 Х 167 22,3 28,3 110 У 8 16,8 11,4 105 112 120 1,3 202 1,4 1,2 240 2,4 236 1 ф 7 168 3,8 4,2 Тантал Стальные образцы испытывают при 900 С - 60 ч, образцы молибдена и вольфрама - при 1600 С, ниобия - при ЗО 1400 ОС, тантала - при 1200 С. Время выдержки - 20 ч. Окислительная среда - воздух,Полученные покрытия равномерны по толщине. плотные. хорошо сцеплены З с подложкой,не имеют раковин и трещин. Составитель Г.БахтиноваРедактор Н.Егорова Техред М.Кузьма Корректор О.Тигор Заказ 10638/19 Тираж 900 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делай изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 МолибденВольфрамНиобий Предлагаемый состав насыщаемой смеси дает одинаково хорошие результаты как для металлов, так и для сплавов, ускоряет обработку в 2 раза, повышает жаростойкость в 2 раза и может найти применение .в высокотемператйрной технике н для защиты деталей от газовой коррозии.