СПОСОБ БОРОХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2010 года по МПК C23C12/00 

Описание патента на изобретение RU2391439C2

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении для повышения долговечности деталей машин и механизмов.

Известен способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев и насыщение изделий в порошковой среде, содержащей следующие компоненты, мас.%: хром 1,4-3,0, бура 1,5-6,0, карбид бора остальное (см. авт. св. СССР №765398, С23С 9/04, 1980).

Недостатком известного способа является низкая скорость насыщения и плохое качество поверхности стальных изделий, за счет затруднения доступа газовой фазы непосредственно к поверхности металла.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев и насыщение изделий в порошковой среде, содержащей следующие компоненты, мас.%: окись хрома 5,6-8,2, окись бора 19,5-21,9, алюминий 21,5-23,5, окись алюминия 47-49, фтористый натрий 0,5-1,5, сера 0,5-1,5. При этом борохромирование ведут при температуре 800-1000°С в течение 2-8 часов (см. авт. св. СССР №865968, С23С 9/04, 1981).

Недостатком известного способа является плохое качество поверхности и низкая скорость насыщения изделий, за счет образования окисной пленки на поверхности стальных изделий, затрудняющей доступ газовой фазы непосредственно к поверхности металла.

В основу изобретения поставлена задача повышения качества поверхности стальных изделий при одновременной интенсификации процесса борохромирования.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе борохромирования стальных изделий, включающем нагрев, насыщение в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, хромсодержащее вещество, активатор и корунд, и последующее охлаждение, согласно изобретению, борохромирование проводят в псевдоожиженном слое порошкообразной смеси, дополнительно содержащей хлорид меди СuСl2, в качестве хромсодержащего вещества - хлорид хрома СrСl2, в качестве активатора - фтористый алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид бора 1-30,0 Хлорид меди СuСl2 0,1-3,0 Хлорид хрома СrСl2 0,5-10,0 Фтористый алюминий 0,1-2,0 Корунд 55-98,3

нагрев и насыщение осуществляют в среде аммиака, причем в процессе нагрева при температуре 300-500°С осуществляют выдержку в течение 3-15 минут, а насыщение ведут при температуре 600-1200°С.

Способ борохромирования стальных изделий осуществляют следующим образом. Предварительно готовят порошкообразную смесь для борохромирования путем смешивания следующих компонентов, мас.%: карбида бора 1-30, хлорида хрома 0,5-10, хлорида меди 0,1-3, фтористого алюминия 0,1-2 и корунда 55-98,3. В реторту с указанной порошкообразной смесью загружают стальные изделия. Из реторты откачивают воздух, закачивают аммиак. Создают псевдоожижение рабочей смеси и осуществляют нагрев изделий, одновременно с нагревом насыщающей порошкообразной смеси. В процессе нагрева при температуре порошкообразной смеси 300-500°С осуществляют выдержку стальных изделий в течение 3-15 минут. Затем температуру повышают до 600-1200°С и осуществляют насыщение стальных изделий, после чего их охлаждают.

Карбид бора вводят в состав насыщающей смеси с целью получения слоя с содержанием боридов железа.

Введение в состав насыщающей смеси карбида бора менее 1 мас.% приводит к нестабильности протекания процесса насыщения стальной поверхности бором, что снижает скорость насыщения. Увеличение его содержания более 30 мас.% приводит к спеканию насыщающей смеси и образованию пористого поверхностного слоя изделия.

Присутствие в составе компонентов хлорида меди двухвалентной СuСl2 позволяет получать активные атомы меди за счет химических реакций между компонентами смеси. Медь, растворенная в стальной поверхности, ускоряет протекание процессов насыщения бором и хромом стальной поверхности.

Уменьшение содержания хлорида меди менее 0,1 мас.% приводит к нестабильности процессов адсорбции атомов меди на стальной поверхности, тем самым снижает скорость формирования борохромированных слоев. Увеличение содержания хлорида меди более 3 мас.% приводит к ухудшению качества борохромированной поверхности в результате образования пористых поверхностных слоев.

Присутствие в составе насыщающей смеси хлорида хрома двухвалентного СrСl2 позволяет получать активные атомы хрома за счет его восстановления в присутствии фтористого алюминия и аммиака.

Уменьшение содержания хлорида хрома менее 0,5 мас.% снижает стабильность протекания процессов адсорбции и диффузии атомов хрома в стальную поверхность, тем самым снижает скорость формирования борохромированных слоев. Увеличение содержания хлорида хрома более 10 мас.% ухудшает качество борохромированной поверхности стальных изделий, образуя пористый слой хрома на поверхности.

Фтористый алюминий способствует активизации процесса борохромирования и позволяет проводить процесс насыщения в псевдоожиженном слое без спекания смеси. Образующийся в процессе диссоциации фтористого алюминия фтор способствует образованию активных атомов хрома, меди и бора.

Уменьшение содержания фтористого алюминия в смеси менее 0,1 мас.% приводит к нестабильности протекания процессов восстановления карбида бора, хлорида хрома и хлорида меди, а также адсорбции атомов этих элементов к стальной поверхности, что приводит к снижению скорости насыщения. Увеличение его свыше 2 мас.% нецелесообразно в целях экономии материала.

Корунд вводят в смесь с целью создания псевдоожиженного слоя.

Применение псевдоожиженного слоя позволяет сократить время насыщения и время нагрева насыщающей смеси, а также обеспечивает равномерный нагрев обрабатываемых изделий. При борохромировании стальных изделий в псевдоожиженном слое частицы насыщающей смеси контактируют с поверхностью металла, в результате чего происходит очищение поверхности металла от пленки соединений В2O3, и ВСl и тем самым облегчается доступ газовой фазы непосредственно к поверхности материала. Процессы борохромирования в псевдоожиженном слое протекают в основном за счет газофазного процесса, что обеспечивает высокую скорость насыщения.

Химические реакции между компонентами смеси и аммиаком создают условия для увеличения активности смеси и повышения качества борохромированной поверхности.

При температуре выдержки 300-500°С и времени выдержки 3-15 минут происходят процессы восстановления и адсорбции атомов меди на поверхности с образованием качественного покрытия. При температуре выдержки ниже 300°С снижается стабильность протекания процессов восстановление и адсорбции атомов меди на поверхности изделий, что приводит к снижению скорости насыщения. При температуре выдержки выше 500°С ухудшается качество поверхности стальных изделий за счет образования пористого медного слоя.

При выдержке меньше 3 минут хлорид меди восстанавливается не полностью, поэтому при дальнейшем нагреве до температур насыщения (600-1200°С) происходит восстановление оставшейся части хлорида меди, и образование пористого слоя на поверхности изделий, что существенно снижает качество поверхности стальных изделий. При времени выдержки более 15 минут существенных изменений на стальной поверхности не происходит, поэтому такие выдержки нецелесообразны.

Насыщение при температурах борохромирования 600-1200°С позволяет получить на поверхности стальных изделий слои, состоящие из боридов железа и боридов хрома. При температуре борохромирования ниже 600°С образования боридов железа и боридов хрома не происходит, а нагрев изделий до температур выше 1200°С нецелесообразен вследствие образования пористого поверхностного слоя на изделии.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению со способом, взятым за прототип, были проведены лабораторные испытания.

Образцы стали 45 диаметром 5 мм и длиной 50 мм подвергали борохромированию известным способом и заявляемым способом в псевдоожиженном слое с целью определения качества поверхности и интенсивности насыщения. Составы насыщающей смеси, режимы проведения борохромирования и результаты металлографических исследований приведены в таблице.

Из приведенных данных следует, что заявляемый способ борохромирования стальных изделий в псевдоожиженном слое по сравнению с прототипом позволяет повысить качество обработанной поверхности стальных изделий, сокращает в 2 раза время обработки их в насыщающей смеси.

Таблица Состав, режим насыщения и результаты исследований ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ СПОСОБА Прототип ЗАЯВЛЯЕМЫЙ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Окись хрома, мас.% 6,9 - - - - - - - - - Окись бора, мас.% 20,6 - - - - - - - - - Алюминий, мас.% 22,5 - - - - - - - - Фтористый натрий, мас.% 1 - - - - - - - - - Сера, мас.% 1 - - - - - - - - - Карбид бора, мас.% - 0,1 0,5 0,7 1 10 30 40 50 60 Хлорид хрома, мас.% - 0,05 0,1 0,3 0,5 5 10 12 15 17 Хлорид меди, мас.% - 0,005 0,01 0,02 0,1 1 3 4 5 6 Фтористый алюминий, мас.% - 0,005 0,01 0,02 0,1 1 2 3 4 5 Окись алюминия (корунд), мас.% 48 99,84 99,38 98,86 98,3 83 55 41 26 12 Температура выдержки, °С - 100 150 200 300 400 500 600 700 800 Время выдержки, мин - 0,5 1 2 3 10 15 20 30 40 Температура насыщения, °С 950 350 400 500 600 950 1200 1300 1400 1450

Похожие патенты RU2391439C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ БОРОХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2002
  • Баландин Ю.А.
  • Емелюшин А.Н.
  • Корнилов В.Л.
  • Петроченко Е.В.
RU2220225C1
СПОСОБ БОРОХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2002
  • Баландин Юрий Александрович
RU2391441C2
СПОСОБ БОРОХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2002
  • Баландин Ю.А.
  • Емелюшин А.Н.
  • Корнилов В.Л.
  • Петроченко Е.В.
RU2230826C1
СПОСОБ И СОСТАВ ДЛЯ БОРОХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ 1996
  • Грачев С.В.
  • Мальцева Л.А.
  • Мальцева Т.В.
  • Колпаков А.С.
  • Дмитриев М.Ю.
RU2157859C2
СПОСОБ БОРОСИЛИЦИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2002
  • Емелюшин А.Н.
  • Баландин Ю.А.
  • Моцный П.В.
  • Кочубеев Ю.Н.
  • Петроченко Е.В.
RU2223345C2
СПОСОБ БОРОСИЛИЦИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2002
  • Баландин Юрий Александрович
RU2391440C2
СПОСОБ БОРОНИКЕЛИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ 2001
  • Баландин Ю.А.
RU2190688C1
СПОСОБ БОРОСИЛИЦИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ 2001
  • Баландин Ю.А.
RU2190689C1
СПОСОБ БОРОАЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ 2001
  • Баландин Ю.А.
RU2194793C1
Способ борохромирования стальных изделий 1989
  • Чернега Светлана Михайловна
  • Хижняк Виктор Гаврилович
  • Чернега Михаил Терентьевич
  • Дашковский Александр Анастасьевич
  • Женжера Владимир Леонидович
  • Литвин Аркадий Леонидович
SU1659528A1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ БОРОХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении с целью повышения долговечности деталей машин. Борохромирование проводят в псевдоожиженном слое порошкообразной смеси. Смесь содержит (мас.%): карбид бора 1-30,0, хлорид хрома СrСl2 0,5-10,0, фтористый алюминий 0,1-2,0, хлорид меди СuСl2, 0,1-3,0, корунд 55-98,3. Нагрев и насыщение осуществляют в среде аммиака. При температуре 300-500°С осуществляют выдержку в течение 3-15 мин. Насыщение ведут при температуре 600-1200°С. Способ позволяет улучшить качество обработанной поверхности. Сокращается время обработки в насыщающей смеси. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 391 439 C2

Способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев, насыщение в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, хромсодержащее вещество, активатор и корунд, и последующее охлаждение, отличающийся тем, что борохромирование проводят в псевдоожиженном слое порошкообразной смеси, дополнительно содержащей хлорид меди СuСl2, в качестве хромсодержащего вещества - хлорид хрома СrСl2, в качестве активатора - фтористый алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбид бора 1-30,0 Хлорид меди СuСl2 0,1-3,0 Хлорид хрома СrСl2 0,5-10,0 Фтористый алюминий 0,1-2,0 Корунд 55-98,3,


нагрев и насыщение осуществляют в среде аммиака, причем в процессе нагрева при температуре 300-500°С осуществляют выдержку в течение 3-15 мин, а насыщение ведут при температуре 600-1200°С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2391439C2

СПОСОБ И СОСТАВ ДЛЯ БОРОХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ 1996
  • Грачев С.В.
  • Мальцева Л.А.
  • Мальцева Т.В.
  • Колпаков А.С.
  • Дмитриев М.Ю.
RU2157859C2
СОСТАВ ДЛЯ БОРОХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 1991
  • Козуб В.В.
  • Керницкий И.С.
  • Калиновская О.П.
  • Нагирна Г.Р.
RU2015205C1
Состав для борохромирования стальных изделий 1979
  • Кухарев Борис Степанович
  • Левитан Светлана Николаевна
  • Стасевич Георгий Викторович
  • Кухарева Наталья Георгиевна
  • Крукович Марат Григорьевич
SU865968A1
Состав для борохромирования стальных изделий 1990
  • Бугаев Вячеслав Николаевич
  • Болдин Николай Иванович
  • Мошкович Алексей Давидович
SU1726556A1
Способ комплексной химико-термической обработки стальных деталей 1989
  • Соболев Юрий Андреевич
SU1731874A1
US 4485148 А, 27.11.1984.

RU 2 391 439 C2

Авторы

Баландин Юрий Александрович

Даты

2010-06-10Публикация

2002-11-10Подача