СОСТАВ РАСПЛАВА ДЛЯ БОРИРОВАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C23C8/42 C25D3/66 

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для упрочнения поверхности деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Известен состав расплава для жидкостного борирования, содержащий, мас.%: галогениды щелочных и щелочно-земельных металлов 1-30, полиборид магния 1-15, бура остальное [1].

Недостатком известного расплава для борирования является содержание в нем дорогого порошка полиборида магния стоимостью 68-96 $/кг, находящегося во всем объеме расплава. После окончании борирования много полиборида магния с расплавом выносится вместе с деталью. Расплав постоянно корректируется по содержанию полиборида магния. Расплавы на основе буры наплавляются в тиглях из жаростойких марок сталей в печах сопротивления, которые потребляют большое количество электроэнергии. Расплавы на основе буры не могут наплавляться в электродных соляных ваннах из-за растворения бурой кирпичной футеровки ванны.

Из известных расплавов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является расплав для борирования стальных деталей, содержащий борсодержащее вещество и галогенид щелочно-земельного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлорид кальция 95-99, порошок аморфного бора или полиборида магния 1-5 [2]. Расплав применяется для борирования стальных деталей в электродных соляных ваннах, футерованных огнеупорным кирпичом. Электродные соляные ванны для безокислительного разогрева стали под закалку выпускаются промышленностью.

Однако известный расплав имеет ряд недостатков:
Расплав требует постоянной корректировки по бору, содержит дорогой порошок аморфного бора или полиборида магния, который уносится вместе с деталями.

Расплав в процессе эксплуатации постепенно накапливает оксиды бора и магния (больше 5 мас.%) из-за окисления порошка на поверхности расплава при соприкосновении его с кислородом воздуха. В результате расплав загустевает и начинает растворять кирпичную футеровку ванны.

Увеличивается расход расплава при вытаскивании деталей из ванны после борирования. Через некоторое время работы расплав приходится вычерпывать из ванны.

Задачей изобретения является повышение экономичности процесса борирования стальных деталей за счет удешевления солевого расплава и повышения его технологичности, увеличение срока службы электродных солевых ванн с тиглем из огнеупорного кирпича.

Это достигается тем, что в расплав, состоящий из смеси галогенида щелочно-земельного металла и борсодержащего вещества, вводят в качестве борсодержащего вещества - оксид бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид бора - 1-5
Галогенид щелочно-земельного металла - 95-99
Новым является использование оксида бора в качестве борсодержащего вещества.

Расплав применяется для борирования стальных деталей в электродных соляных ваннах путем циклического электролиза при температуре 850-1000^oС, при котором катодом служит борируемая деталь, а анодом графит или карборунд.

Плотность тока, время электролиза, время нахождения детали в расплаве без электролиза и количество циклов подбирается экспериментально и зависит от марки стали, из которой изготовлена деталь, ее назначения и толщины покрытия.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В электродную соляную ванну типа СВС 2.3.4/9 И2 с односторонним расположением разогревающих расплав электродов и, футерованную огнеупорным кирпичом, наплавлено 55 кг расплава для борирования, содержащего 1 мас.% оксида бора (0,55 кг) и хлорид кальция, в качестве галогенида щелочно-земельного металла остальное. Температура расплава 850^oС.

В расплав опущен вырубной пуансон из стали У8А общей площадью 150 см² и графитовые аноды. Было проведено циклическое борирование при плотности тока i=0,1 А/см² (1=15 А) и времени электролиза 1 мин с выдержкой пуансона в расплаве без электролиза 9 мин. Число таких циклов 12. Общее время нахождения пуансона в расплаве борирования 2 час. Затем для придания пуансону механической прочности была проведена термообработка непосредственно из расплава борирования (закалка, низкотемпературный отпуск, отмывка от солей в воде, сушка). На пуансоне получено равномерное, без сколов, однофазное боридное покрытие (Fe₂B) толщиной 50 мкм.

Пример 2.

В расплав из первого примера добавили 2,2 кг оксида бора (до 5 мас.%), при температуре 1000^oС опущены два накатных ролика для накатки резьбы из стали X12М общей площадью 220 см² и графитовые электроды. Было проведено циклическое борирование при плотности тока i=0,2 А/см² (1=44 А) и времени электролиза 1 мин с выдержкой роликов в расплаве без электролиза 14 мин. Число циклов 12. Общее время нахождения деталей в расплаве борирования 3 час. Затем была проведена термообработка деталей непосредственно из ванны борирования. На деталях было получено равномерное двухфазное (Fe₂B+FeB) боридное покрытие толщиной 67-72 мкм.

Износостойкость пуансона в производственных условиях возросла в 3 раза, накатных роликов в 10 раз.

Экономическая эффективность расплава состоит в том, что применяющиеся в известных расплавах порошки полиборида магния и аморфного бора стоят 68-96 $/кг, а оксид бора в предлагаемом изобретении стоит 6,5 $/кг.

Таким образом, использование предлагаемого расплава по сравнению с известным позволяет в 10-15 раз снизить затраты на процесс борирования.

Повышаются эксплуатационные характеристики электродных соляных ванн, так как предлагаемый расплав не загрязняется оксидами за счет исключения накопления оксида бора. В период электролиза бор выделяется на деталь из оксида бора, а затем в период выдержки детали в расплаве без электролиза диффундирует в сталь с образованием в стали фаз (Fe₂B) или (Fe₂B+FeB). Количество оксида бора, находящегося в расплаве, максимально и не влияет на стенки ванны. Расход электроэнергии на процесс электролиза незначительный.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 533671, С 23 С 9/10.

2. Патент РФ 2007498, С 23 С 8/48 (прототип).

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к борированию стальных изделий в солевых расплавах. Предложен расплав, содержащий в качестве борсодержащего вещества оксид бора, а в качестве галогенида щелочно-земельного металла хлорид кальция при следующем соотношении компонентов, мас. %: хлорид щелочно-земельного металла 95-99; оксид бора 1-5. Техническим результатом изобретения является то, что использование предлагаемого расплава по сравнению с известным позволяет в 10-15 раз снизить затраты на процесс борирования.

Состав расплава для борирования, включающий галогенид щелочно-земельного металла и борсодержащее вещество, отличающийся тем, что в качестве борсодержащего вещества он содержит оксид бора при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Галогенид щелочно-земельного металла - 95 - 99
Оксид бора - 1 - 5