СПОСОБ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2002 года по МПК C23C10/14 C23C12/02 

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей в циркулирующей газовой среде и может найти широкое применение как в энергетическом машиностроении, в частности авиационном и космическом, так и в других отраслях народного хозяйства.

Известен способ диффузионного насыщения поверхностей деталей, включающий нагрев и насыщение поверхностей металлических деталей диффундирующими элементами в циркулирующей при помощи вентилятора галогенидной среде, при этом диффундирующие элементы представляют собой сплавы алюминия с различной термодинамической активностью. Изменяя термодинамическую активность диффундирующих элементов, добиваются получения диффузионного покрытия с требуемым содержанием алюминия. (См. патент Франции 2576917, кл. С 23 С 10/14, 08.08.1986).

Недостаток данного способа - невозможность получения многокомпонентного покрытия.

Известен способ многокомпонентного диффузионного насыщения поверхностей деталей в замкнутой рабочей камере, включающий нагрев и насыщение обрабатываемых деталей в циркулирующей среде галогенидов диффундирующих элементов, образующихся при контакте исходной среды с источниками диффундирующих элементов, при этом насыщение осуществляют сначала одним, затем другим и т.д. диффундирующими элементами в виде набора чистых элементов. (См. авт. св. СССР 1759957, кл. С 23 С 12/00, 07.09.92).

Последовательный процесс насыщения поверхностей деталей различными диффундирующими элементами приводит к увеличению длительности технологического процесса, что является недостатком данного способа.

Наиболее близким к предложенному способу является способ многокомпонентного диффузионного насыщения поверхностей деталей, включающий нагрев и одновременное насыщение детали несколькими диффундирующими элементами в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов, при этом в качестве источников диффундирующих элементов используют алюминий, хром, кремний (см. Ю.М. Лахтин и Б.Н. Арзамасов. Химико-термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1985. с.251).

Недостаток данного способа заключается в том, что в поверхностной зоне обнаруживается интерметаллид NiAl, содержащий 27%Al, 2% Сr и очень мало кремния, т.е. из-за высокой активности алюминия происходит недостаточное насыщение поверхности хромом и кремнием.

Задача изобретения - повышение качества защитного покрытия.

Поставленная задача решается путем того, что в способе многокомпонентного диффузионного насыщения поверхностей деталей, включающем нагрев и одновременное насыщение детали несколькими диффундирующими элементами в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов, в качестве источников диффундирующих элементов используют сплав алюминия FeAl или NiAl и Сr и/или Si. В результате этого наряду с насыщением алюминием поверхность одновременно насыщается в достаточном количестве хромом и/или кремнием. Одновременное насыщение несколькими элементами реализуется в результате того, что активность алюминия в сплаве и элементах практически одинакова.

При этом направление циркуляции галогенидной среды можно периодически изменять на противоположное, что позволяет получать равномерные покрытия по всей площади как наружных, так и внутренних поверхностей деталей.

Толщину диффузионного слоя при постоянных температуре и времени диффузионного насыщения можно регулировать путем изменения скорости движения циркулирующей галогенидной среды, что позволяет повысить эффективность диффузионного насыщения.

На фиг.1 схематично изображена установка для реализации указанного способа.

На фиг.2 представлена зависимость толщины (удельного привеса) диффузионного слоя от скорости движения галогенидной среды.

Установка содержит размещенный в печи 1 муфель 2 с герметично закрываемой крышкой 3. В муфеле 2 установлен направляющий цилиндр 4 с выходными отверстиями 5. В направляющем цилиндре 4 расположены керамические емкости 6 с источниками диффундирующих элементов, насыщаемые детали 7 и лопасти реверсивного вентилятора 8 с приводом от электродвигателя 9 постоянного тока, причем вентилятор может быть как осевым, так и центробежным. Емкость 10 заполнена галогенидом, например А1С1₃, или галогеном, например 12. Муфель 2 сообщается с емкостью 10 через запорный вентиль 11 и с холодильником-конденсатором 12 через вентиль 13. Через холодильник-конденсатор 12 муфель 2 соединен с вакуумным насосом 14, защищенным фильтром 15.

Мановакууметр 16 обеспечивает визуальный контроль давления. Для аварийного случая предусмотрены предохранительные клапаны (на чертеже не показаны).

Холодильник-конденсатор 12 и фильтр 15 служат для того, чтобы пары галогенидов не попали в вакуумный насос 14 и атмосферу. Для охлаждения холодильника-конденсатора 12 можно применять различные среды, например жидкий азот, жидкую углекислоту и другие.

Герметичность соединения муфеля 2 с крышкой 3 обеспечивается, например, прокладкой (на чертеже не показана) из вакуумной резины, защищенной от перегрева водяным охлаждением (на чертеже не показано).

Стрелками на чертеже обозначено изменение движения циркулирующей галогенидной среды.

Способ реализуется следующим образом.

В муфель 2 при холодной печи 1 загружают насыщаемые детали 7 и емкости 6 с источниками диффундирующих элементов, причем загружается несколько источников диффундирующих элементов в избыточном для насыщения количестве, один из которых сплав алюминия - FeAl или NiAl, а другие - элементы Сr и/или Si. После загрузки насыщаемых деталей и источников диффундирующих элементов муфель 2 закрывается герметичной крышкой 3, и при открытом вентиле 13 насосом 15 из полости муфеля 2 откачивается воздух. При закрытом вентиле 13 нагревают емкость 10 до температуры испарения источника газовой среды (галогенида или галогена), нагревают печь 1 до температуры диффузионного насыщения. Нагревательная печь имеет три температурные зоны. В зависимости от технологического процесса температура во всех зонах может быть одинакова (T₁= Т₂= Т₃) или различна. Полученные в результате нагрева пары галогенидов через вентиль 11 поступают в муфель 2, при этом давление пара в муфеле 2 контролируется при помощи мановакууметра 16. После достижения в муфеле 2 заданной температуры включают реверсивный вентилятор 8, который периодически, например через 30 мин, изменяет направление циркуляции галогенидной среды на противоположное. Происходит процесс насыщения. Заданную толщину (удельный привес) диффузионного слоя регулируют путем изменения скорости движения циркулирующей галогенидной среды в условиях сохранения постоянными температуры и времени, что иллюстрируется фиг/ 2. По окончании процесса насыщения детали оставляют охлаждаться в печи 1. В процессе охлаждения деталей насосом 14 откачивают газовую среду до образования в муфеле 2 разрежения. После охлаждения деталей в муфель 2 напускают воздух через клапаны (на чертеже не показаны) и открывают крышку 3.

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей в циркулирующей газовой среде и может найти широкое применение как в энергетическом машиностроении, в частности авиационном и космическом, так и в других отраслях народного хозяйства. Задачей изобретения является повышение качества защитного покрытия. Предложен способ, включающий нагрев и одновременное насыщение детали несколькими диффундирующими элементами в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов, причем в качестве источников диффундирующих элементов используют сплав алюминия FeAl или NiAl и Cr и/или Si, направление циркуляции галогенидной среды периодически изменяют на противоположное, толщину диффузионного слоя при постоянных температуре и времени диффузионного насыщения регулируют путем изменения скорости движения циркулирующей галогенидной среды. Техническим результатом данного изобретения является то, что наряду с насыщением алюминием поверхность одновременно насыщается хромом и/или кремнием; данный способ позволяет получить равномерные покрытия по всей площади как наружных, так и внутренних поверхностей деталей, а также повысить эффективность диффузионного насыщения. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ многокомпонентного диффузионного насыщения поверхностей деталей, включающий нагрев и одновременное насыщение детали несколькими диффундирующими элементами в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов, отличающийся тем, что в качестве источников диффундирующих элементов используют сплав алюминия FeAl или NiAl, и Сr и/или Si. 2. Способ многокомпонентного диффузионного насыщения по п.1, отличающийся тем, что направление циркуляции галогенидной среды периодически изменяют на противоположное. 3. Способ многокомпонентного диффузионного насыщения по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что толщину диффузионного слоя при постоянных температуре и времени диффузионного насыщения регулируют путем изменения скорости движения циркулирующей галогенидной среды.