Состав для борирования стальных изделий

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1)5 С 23 С 8/70 ОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ ский инстиОктябрьскойи вчук тво СССР 1979, Я СТАЛЬНЫХ я к химик ожет быть енин, сел мышле проиэводсационных 0 Изобретение относится к химико- термической обработке материалов и может быть использовано в машиностроении, сельхозмашиностроении, пищевой промышленности, инструментальном производстве для повышения эксплуатационных характеристик изделий.Целью изобретения является увеличение коррозионной стойкости покрытия и устранение налипания насыщающей смеси на изделия,Состав для борирования стальных изделий, включающий порошок технического карбида бора, дополнительно содержит нитрид кремния и в качестве активатора - щавелевокислый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.Х: ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИРИ ГКНТ СССР(54) СОСТАВ ДЛЯ БОРИРОВАНИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относитстермической обработке и миспользовано в мащинострохозмашиностроении, пищевоности и инструментальномве для повышения зксплуат,ЯО 15711 О характеристик изделий. Цель изобретения - увеличение коррозионной стойкости покрытия и.устранение налипания насыщающей Смеси на изделия.Состав для борирования стальных изделий содержит порошок техническогокарбида бора, нитрид кремния и в качестве активатора щавелевокислыйаммоний при следующем соотношениикомпонентов, мас.Х: нитрид кремния2-10; щавелевокислый аммоний 3-2;технический карбид бора 88-97. Обработка стальных иэделий в предложенном составе позволяет значительноповысить их коррозионную стойкостьи устранить налипание частиц порошка на поверхность борированных изделий, что исключает операцию очисткиизделий после процесса борирования.2 табл. Нитрид кремния 2-1Кавелевокислыйаммоний 1-2Технический карбид бора 88-97Карбид бора ВС используется в виде порошка технической чистоты. Поставлять его можно в виде порошков зернистостью 16-М 5 для шлиФовально- полировальных операций, первый сорт содержит ВС 90-93 Х) ВО 0,4-0,5, Ссьобо. - 5-10%.Нитрид кремния Б 1.зЧ светлосерого цвета, устойчивое соединение, суще-.ствует в двух модиФикациях о/ и А, Ы - низко-, а р - высокотемпературная модиФикация, температура а -рперехода 1450"С (неметаллические тугоплавкне соединения),Окисление порошка нитрида кремния на воздухе начинается при температуре выше 900 ОС ЯИд + 20 =5=ЗЛО,+М.Щавелевокислый аммоний - аммойийоксалат (ИН) СО Н О - бесцвет"ные кристаллы, при нагревании разлагаются,При нагреве насыщающей смеси предложенного состава для диффузионногоборирования происходит разложение щавелевокислого аммония и нитридакремния с выделением продуктов реакции, изменяющих термодинамический потенциал бора в насыщающей среде.В силу этого интенсифицируется процесс насыщения бором. Одновременно сбором диффузионный слой насыщаетсяазотом за счет возможного протекания указанных реакций и разложениящав елевокислого аммония (ИН 4) С О2 д + 2 СО.+ 2 Н О + 2 Н, 25Повьцпение коррозионной стойкостиборидных покрытий, полученных в предлагаемом составе, связано с уменьшением пористости боридного слоя ичастичным, растворением азота в боридах железа, Наличие атомов азота ваустените уменьшает прочность межатомных связей Ре-Ре, что облегчаетдиффузию бора с образованием боридовжелеза, легированных азотом. Наличиеазота в боридах железа, где имеетсясильная межатомная связь Ре-В, приводит к появлению более сильных межатомных связей В-Б, что и способствует повышению корроэионной стойкости.Введение щавелевокислого аммонияв состав насьпцающей смеси способствует появлению не только азота в реакционном пространстве, но и созданиювосстановительной атмосферы, что интенсифицирует процесс диффузии бора внасыщаемую сталь. Кроме того, щавелевокислый аммоний, разлагаясь, выделяетокись углерода, что способствуетразложению нитрида кремния. Окиськремния, которая образуется в результате разложения нитрида кремния, взаимодействуя с карбидом бора, интенсифицирует процесс его разложения,П р и м е р, Процессборированиясталей заключается в следующем: вконтейнер из нержавеющей стали засыпают смесь порошка технического карбида бора, нитрида кремния и шавелевокислого аммония предлагаемогосостава. Затем в контейнер помещаютизделия и. засыпают указанной порошковой смесью.Для отделения реакционного пространства контейнера от печной атмосфе.ры и предотвращения проникновения внего воздуха контейнер закрываютлистом асбеста и засыпают натросиликатное стекло толщиной 10 мм. Принагреве до температуры борирования(950 С) продолжительностью 6 ч натросиликатное стекло расплавляется(750-800 С) и герметиэирует контейнер.По окончании изотермической выдержки контейнер с деталями извлекают иэ печи и охлаждают до комнатной температуры на воздухе. Послеохлаждения контейнера застьвший силикат разбивают, контейнер распаковьвают и извлекают детали с чистойповерхностью, не требующей дополнительной очистки. В слу"ае борирования в составе прототипа наблюдаетсяналипание порошка на поверхностьдеталей.Образцы иэ стали 45, обработанныепо данному способу в предложенномсоставе и составе прототипа, подвергаются следующим испытаниям.Измерение толщины покрытий и ихмикротвердости (на приборе ПМТ-Э постандартной методике).Корроэионную стойкость боридныхпокрытий определяют гравиметрическимметодом, при этом используют весимарки ВЛРГ с точностью 10г.В качестве коррозионной среды служит 103-ный раствор ИаС 1 в воде,107-ный раствор серной кислоты в воде и 10%-ный раствор НС 1 в воде, Продолжительность испытаний 10 сут,Измерение площади образцов, занятой налипшими частицами борирующейсмеси,В табл. 1 приведены результатысравнительных испытаний предложенного состава при оптимальном соотноше-.нии компонентов и прототипа. Результаты испытаний предложенного составапри соотношении компонентов в указанных пределах и в запредельных случаях приведены в табл, 2.При выходе количественного состава компонентов насыщающей смеси занижний предел уменьшается толщинаборидных покрытий в 1,4 раза, а корТаблица 1 Содерквние компонентов смеси, Х Весовой паказвгель коррозии кг/ме Микротвердость, ИПв Толщина боридного слоя (РеВ+РеВ)мкм Площадь занятойналипшими порощ"квми смеси, Х 10 Х Н ЯО ОХ НС 1 ОХ ЙаС 1 в с 9 гЩавелевая кислота 8 18000 РеВ 204 0,060 0012 0,0040 100(ННв)еоеО, 1,5 18000 РетВ П р и м е ч а и и е Корроэионнвя стойкость н толщина бориднык покрытй пв стали 45(условия насыщения Т950 С, Е 4 ч продопинтельность корровионных испытаний по весовому методу в 10 Х-ном раствора Н 80н НС 1 - О сут, 1 ОХ-ном растворе НаС 1 " 20 сут).Таблица,2 Весовой показатель коррозии, кг/м Компоненты насыщающей смеси,мвс Х Толщина борндного слоя (Рев+Ретв)мкм икротвердость, МПвОХ-нвя Нззо 1 ОХ-ная НС 1 ОХ-ная НаС 1,0019 0,02 251 068 95 розионная стойкость падает почти в 2 раза во всех исследованных средах по сравнению с оптимальным составом для насыщения. При выходе количест 5 в ен ног о с ос та в а к омпо не нтов на сьпцающей смеси за верхний предел наблюдается также снижение толщины диффузионных слоев и их коррозионной стойкости10 Приведенные данные показывают, что толщины боридных покрытий, полученные в составе прототипа (204 мкм) и в предложенном составе (200 мкм) находятся на одном уровне. Состав позволяет увеличить коррозионную стойкость в 2 раза по сравнению с прототипом и устранить налипание частиц порошка на поверхность бориро ванных изделий, что исключает опера 026цию по очистке изделий после процесса борирования.формула изобретенияСостав для борирования стальных изделий, включающий порошок технического карбида бора и активатор, о т л и ч а ю щ и й с я тем,: что, с целью увеличения коррозионной стойкости покрытия и устранения налипания насыщающей смеси на изделия, состав дополнительно содержит нитрид кремния, а в качестве активатора - щавелевокислый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.Е:Нитрид кремния , 2-10Щвелевокислыйаммоний 1-2Технический карбидбора 88-97157102,Продолкение табл.2 корровии кгlм2 Толщине боридного слоя(ГеВ+уетВ) Компоненты иесыщеищей смесимас,Т Никротвердость ИПа Весовой ноквввтель е Ш м102 тнвя Н ЯО 102"нвя НС 1 102-нея Яас 1 в,с ы,я, (ян,),с,о,95,0 3,0 2,0 80 0,025 0,026 0,025 0,025 0,0068 0,0070 0,009 94,5 3,0 94,5 4,0 170 25 0,0022 0,009 О, 0019 0,0021 190 н 1,5 0,0068 0,0068 н 93,5 5,0 1,5 190 и 93,5 6,0 0,5 70 0,0070 0,0068 0,0068 0,0072 93,0 6,0 1,0 195 0,0019 0,0019 0,0022 92,0 6,0 91,5 60 2,0 195 20000 еВ 18000 Уе В 2 5 170 0,0068 0,0068 91,0 8,0 1,0 190 0,0020 0,009 900 8,0 89,5 8,0 2,0 190 2,5 170 19500 УеВ7500 УеВ 0,0072 0,0023 0,0020 0,025 88,0 10,0 2,0 175 0,0069 00070 60 87;0 110 87,012,5 0,027 О, 028 О, 0021 О, 0024 160 1,5 О, 0072 П р н и е ч е н и е, Коррозноннвя стойкость и толщина боридиых покрытий нв стели 45 (условиянвсыщения: Т950 С, 1, 6 ч, лродолхительиость корровиониых ;.; питаний ловесовому методу в 102-ных растворах кислот О сут 102-ного раствореЯвС 1 - 30 сут),Составитель С, КучерявыйТехред МХоданич Корректор С. (11 екмар Редактор О. Спесивых. Заказ 1488 Тира 7 к 815 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,уКгород ул. Гагарина, 101 1 00255 0,025 0,025 О, 026 0025 0,025 0,028