Способ формирования никель-алюминиевого коррозионностойкого покрытия на сталях Российский патент 2024 года по МПК C23C2/10 C23C10/26 C23C26/00 

Описание патента на изобретение RU2824010C1

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение стойкости изделий из конструкционных сталей к агрессивному воздействию рабочих сред за счет изменения элементного состава и структурного состояния их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения эксплуатационного ресурса изделий, испытывающих воздействие сероводородсодержащих сред.

Известны способы повышения коррозионной стойкости изделий из малоуглеродистых, легированных и аустенитных коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей путем их азотирования, нанесения гальванических покрытий, плазменной наплавки, детонационного напыления.

Известен способ получения наноструктурированных покрытий никель-алюминий с эффектом памяти формы на стали [пат. 2398027]. Способ предполагает плазменную наплавку композиции Ni-Al, с последующей закалкой, охлаждением в жидком азоте и деформационном наноструктурировании. Недостатками способа является высокая энергоемкость процесса, использование сложного оборудования, высокий расход элементов покрытия.

Близким к заявляемому изобретению является способ одновременного двухкомпонентного насыщения поверхностных слоев стальных изделий никелем и медью из среды легкоплавких растворов [А.Г. Соколов, В.П. Артемьев. Повышение эксплуатационных свойств инструмента методами диффузионной металлизации. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006]. Данный способ предполагает погружение и выдержку покрываемых изделий в легкоплавком расплаве, содержащем в растворенном состоянии никель и медь. В результате выдержки стального изделия в расплаве происходит адсорбция никеля и меди на поверхности изделия, а также их диффузия вглубь изделия. При этом, так как никель и медь не являются карбидообразующими элементами, на поверхности изделия формируется твердорастворное покрытие, содержащее никель, медь, железо, а также легирующие элементы стали, взаимодействующие с диффундирующими элементами покрытия - никелем или медью. Недостатком данного способа является формирование мягких покрытий, требующих дальнейшего деформационного упрочения для придания им окончательных свойств [пат. 2413037].

Известен также способ нанесения покрытий на стальные изделия [пат. №2312164], включающий диффузионное насыщение стальных изделий в расплаве, содержащем свинец, литий, никель, хром, при температуре 650-1250°С, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Свинец - 84,2-96,5

Литий - 0,5-0,8

Никель - 1-5

Хром - 2-10

При введении хрома в расплав, в котором производится нанесение диффузионных покрытий, на поверхности изделий формируется двухслойное диффузионное покрытие. Наружный слой покрытия содержит карбиды хрома и, вследствие этого, обладает высокой твердостью. Помимо этого, наличие хрома на поверхности изделия обеспечивает повышение жаростойкости и коррозионной стойкости материала изделия. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что данный способ нанесения покрытий не обеспечивает достаточной коррозионной стойкости изделий в сероводородсодержащих средах.

Задачей заявляемого изобретения является повышение стойкости поверхностных слоев изделий, изготовленных из конструкционных сталей, при воздействии на покрытие сероводородсодержащей рабочей среды.

Технический результат - повышение коррозионной стойкости изделий, изготовленных из конструкционных сталей, в условиях воздействия на них агрессивного воздействия сероводородсодержащей рабочей среды.

Технический результат достигается тем, что способ формирования никель-алюминиевого коррозионностойкого покрытия на сталях, включает диффузионное насыщение изделия в расплаве при температуре 900-1070 °С, содержащем свинец, литий, никель, алюминий в течение 2-5 часов при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Свинец – 89-97,5

Литий - 0,5-1

Никель - 1-5

Алюминий – 1-5

Введение алюминия в количестве 1-5 масс. % позволяет повысить стойкость покрытия к общей коррозии и коррозионную стойкость под напряжением в сероводородсодержащей среде. За счет введения в расплав алюминия, формирование покрытий происходит на основе интерметаллидов алюминия и никеля. При этом между поверхностным слоем покрытия и покрываемым материалом формируется диффузионная зона, содержащая железо и алюминий. Кроме того, исключение из элементной композиции хрома способствует повышению вязкости ввиду отсутствия в покрытии карбидов хрома, способствующих хрупкому разрушению участков покрытия, что способствует значительному снижению коррозионной стойкости ввиду наличия контакта сероводородсодержащей среды и покрываемого материала.

Таким образом, благодаря введению в расплав, в котором происходит формирование покрытий, алюминия на поверхности изделия образуются диффузионные покрытия, повышающие стойкость изделий к коррозии в сероводородсодержащих средах.

Пластинчатые образцы, изготовленные из сталей: Ст3, 40Х, 12Х18Н10Т, по технологическим вариантам:

1-й вариант - пластины подвергались диффузионному насыщению никелем, хромом в легкоплавком расплаве - по технологии прототипа;

2-й вариант - пластины подвергались диффузионному насыщению никелем, алюминием, в легкоплавком расплаве свинец-литий - по технологии заявляемого способа.

При этом выбирались одинаковые значения температур и длительности процесса диффузионного насыщения изделий.

Пример 1. Пластины из стали Ст3, 40Х, 12Х18Н10Т подвергались обработке по варианту 1 (прототип) - диффузионному насыщению в расплаве, содержащем свинец (89,2 масс. %), литий (0,8 масс. %), никель (5 масс. %) и хром (5 масс. %), при температуре 1000°С, длительность выдержки 5 часов.

Пример 2. Пластины из стали Ст3, 40Х, 12Х18Н10Т подвергались обработке по варианту 2 (заявляемый способ) – диффузионному насыщению в расплаве, содержащем свинец (89,2 масс. %), литий (0,8 масс. %), никель (5 масс. %) и алюминий (5 масс. %), при температуре 900°С, длительность выдержки 5 часов.

Пример 3. Пластины из стали Ст3, 40Х, 12Х18Н10Т подвергались обработке по варианту 2 (заявляемый способ) – диффузионному насыщению в расплаве, содержащем свинец (97,2 масс. %), литий (0,8 масс. %), никель (1 масс. %) и алюминий (1 масс. %), при температуре 1000°С, длительность выдержки 5 часов.

Пример 4. Пластины из стали Ст3, 40Х, 12Х18Н10Т подвергались обработке по варианту 2 (заявляемый способ) – диффузионному насыщению в расплаве, содержащем свинец (94,2 масс. %), литий (0,8 масс. %), никель (2,5 масс. %) и алюминий (2,5 масс. %), при температуре 1070°С, длительность выдержки 2 часа.

Сравнительная оценка эффективности заявляемого способа повышения коррозионной стойкости изделий из сталей Ст3, 40Х, 12Х18Н10Т проводилась на основании анализа коррозионной стойкости образцов в среде 5%NaCl+0,02%NaHCO3, насыщенной CO2 (продолжительность 96 часов) и испытаний на сульфидное растрескивание под напряжением (продолжительность 720 часов). Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.

Как следует из результатов исследований, представленных в таблице 1, прототип обеспечивает более низкие показатели коррозионной стойкости в среде 5%NaCl+0,02%NaHCO3, насыщенной CO2. При этом прототип не выдержал испытания на сульфидное растрескивание под напряжением в течение 720 часов, результаты испытаний приведены в таблице 2. Данный результат связан с наличием на поверхности покрытия, нанесенному по технологии прототипа хрупкого поверхностного слоя из карбидов хрома. При воздействии на покрытие растягивающих напряжений происходило его хрупкое разрушение и контакт сероводородсодержащей среды с покрываемым материалом.

После обработки поверхности сталей – Ст3, 40Х, 12Х18Н10Т по заявляемому способу все образцы показали большую коррозионную стойкость в среде 5%NaCl+0,02%NaHCO3, насыщенной CO2, при этом выдержали испытания на сульфидное растрескивание под напряжением в течение 720 часов. Дефекты на покрытиях обнаружены не были.

Таблица 1.

Варианты
Обработки
Образцов

Примера
Марка
стали
Масса образца до испытания, г Масса после испытания, г Потеря массы, г Площадь образца, м2 Скорость коррозии, г/(м2∙час)
Прототип.
Пример №1
Ст3 69,0942 69,0709 0,0233 0,0040 0,0613
40Х 59,3342 59,3154 0,0188 0,0039 0,0499 12Х18Н10Т 68,9303 68,9240 0,0063 0,0040 0,0166 Заявляемый
Способ.
Пример №2
Ст3 69,4940 69,4889 0,0051 0,0040 0,0132
40Х 69,2377 69,2329 0,0048 0,0040 0,0125 12Х18Н10Т 59,1790 59,1750 0,004 0,0039 0,0106 Заявляемый
Способ.
Пример №3
Ст3 69,8841 69,8792 0,0049 0,0040 0,0127
40Х 68,9999 68,9529 0,047 0,0040 0,0122 12Х18Н10Т 69,1547 69,1507 0,004 0,0040 0,0104 Заявляемый
Способ.
Пример №4
Ст3 69,5564 69,5516 0,0048 0,0040 0,0125
40Х 59,3421 59,3376 0,0045 0,0039 0,0120 12Х18Н10Т 69,2227 69,2188 0,0039 0,0040 0,01

Таблица 2

Варианты
Обработки
Образцов

Примера
Марка
стали
Диаметр образца, мм Свойства испытуемого образца Значение напряжения, Н/мм2 Усилие, кгс pH раствора в конце испытания Концентрация H2S в конце испытания, мг/л Время до появления дефекта/отсутствие дефекта, ч
σ0,2,
Н/мм2
Прототип.
Пример №1
Ст3 6,25 380 273,6 797,3 2,97 2657 300 часов до разрушения
40Х 6,08 380 273,6 815,5 2,95 2631 310 часов до разрушения 12Х18Н10Т 6,01 380 273,6 810,1 2,85 2598 340 часов до разрушения Заявляемый
Способ.
Пример №2
Ст3 6,02 380 273,6 797,29 3,04 2635 720 часов без разрушения
40Х 6,1 380 273,6 818,58 2,844 2585 720 часов без разрушения 12Х18Н10Т 6,15 380 273,6 839,74 2,96 2623 720 часов без разрушения Заявляемый
Способ.
Пример №3
Ст3 380 273,6 812,3 2,95 2641 720 часов без разрушения
40Х 380 273,6 819 3,01 2599 720 часов без разрушения 12Х18Н10Т 380 273,6 820,2 2,99 2633 720 часов без разрушения Заявляемый
Способ.
Пример №4
Ст3 380 273,6 799,25 3,03 2654 720 часов без разрушения
40Х 380 273,6 811,16 2,98 2621 720 часов без разрушения 12Х18Н10Т 380 273,6 836,97 3,02 2636 720 часов без разрушения

Таким образом, предложенный способ, включающий проведение диффузионного насыщения в расплаве, содержащем свинец, литий, никель, алюминий, позволяет значительно повысить стойкость к коррозии изделий, изготовленных из конструкционных сталей, в том числе стойкость к сероводородной коррозии, то есть решить техническую задачу заявляемого изобретения и добиться поставленного технического результата - повышения коррозионной стойкости поверхностных слоев изделий, изготовленных из конструкционных сталей, при воздействии на покрытие агрессивной рабочей среды.

Похожие патенты RU2824010C1

название год авторы номер документа
Способ формирования коррозионно-стойкого износостойкого покрытия на сталях 2022
  • Соколов Александр Григорьевич
  • Бобылёв Эдуард Эдуардович
  • Стороженко Иван Дмитриевич
RU2781715C1
Способ формирования износостойкого покрытия и коррозионно-стойкого покрытия на поверхности изделий из стали 2021
  • Соколов Александр Григорьевич
  • Бобылев Эдуард Эдуардович
  • Попов Роман Андреевич
RU2768647C1
Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей 2020
  • Соколов Александр Григорьевич
  • Пломодьяло Роман Леонидович
  • Бобылев Эдуард Эдуардович
  • Стороженко Иван Дмитриевич
RU2758506C1
Способ диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей 2018
  • Соколов Александр Григорьевич
  • Бобылев Эдуард Эдуардович
  • Попов Роман Андреевич
RU2679318C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ 2006
  • Соколов Александр Григорьевич
RU2312164C1
Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей 2017
  • Соколов Александр Григорьевич
  • Михайлов Иван Кирьякович
RU2650661C1
Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях пластины из жаропрочной стали 2023
  • Гуревич Леонид Моисеевич
  • Шморгун Виктор Георгиевич
  • Писарев Сергей Петрович
  • Богданов Артем Игоревич
  • Кулевич Виталий Павлович
  • Арисова Вера Николаевна
  • Евчиц Роман Дмитриевич
RU2807255C1
Способ электролизного борирования стальных изделий 1990
  • Спиридонова Ирина Михайловна
  • Сюткина Елена Дмитриевна
  • Мостовой Владимир Иванович
  • Пиляева Светлана Борисовна
  • Бодриков Владимир Петрович
SU1763518A1
Способ получения жаростойкого покрытия на поверхности пластины из жаропрочной стали 2023
  • Гуревич Леонид Моисеевич
  • Шморгун Виктор Георгиевич
  • Писарев Сергей Петрович
  • Богданов Артем Игоревич
  • Кулевич Виталий Павлович
  • Слаутин Олег Викторович
RU2807253C1
Способ получения жаростойкого покрытия 2023
  • Гуревич Леонид Моисеевич
  • Шморгун Виктор Георгиевич
  • Писарев Сергей Петрович
  • Богданов Артем Игоревич
  • Кулевич Виталий Павлович
  • Крохалев Марк Витальевич
RU2807264C1

Реферат патента 2024 года Способ формирования никель-алюминиевого коррозионностойкого покрытия на сталях

Изобретение относится к способу формирования никель-алюминиевого коррозионностойкого покрытия на сталях. Осуществляют диффузионное насыщение изделия при температуре 900-1070°С в течение 2-5 ч в расплаве, содержащем компоненты при следующем соотношении, мас.%: свинец 89-97,5, литий 0,5-1, никель 1-5, алюминий 1-5. Обеспечивается повышение коррозионной стойкости стальных изделий при агрессивном воздействии на них сероводородсодержащей рабочей среды. 2 табл., 4 пр.

Формула изобретения RU 2 824 010 C1

Способ формирования никель-алюминиевого коррозионностойкого покрытия на сталях, включающий диффузионное насыщение изделия при температуре 900-1070°С в течение 2-5 ч в расплаве, содержащем свинец, литий, никель, алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Свинец 89-97,5 Литий 0,5-1 Никель 1-5 Алюминий 1-5

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2824010C1

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ 2006
  • Соколов Александр Григорьевич
RU2312164C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО СЛОЯ 2009
  • Соколов Александр Григорьевич
  • Шашерина Светлана Александровна
  • Артемьев Владимир Петрович
RU2413037C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ СТАЛИ ИЛИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА 2010
  • Соколов Александр Григорьевич
  • Мансиа Салахалдин
RU2451108C1
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ И ДАВЛЕНИЕМ 2004
  • Соколов Александр Григорьевич
  • Артемьев Владимир Петрович
  • Соколов Евгений Георгиевич
  • Чалов Алексей Анатольевич
RU2271265C1
GB 878028 A, 20.09.1961
Устройство для направления магнитной ленты различной ширины 1974
  • Москаленко Евгений Александрович
  • Соколов Владимир Акимович
  • Крейнович Яков Рафаилович
  • Шмидт Виктор Владимирович
  • Лепихина Маргарита Анатольевна
SU472379A1

RU 2 824 010 C1

Авторы

Бобылёв Эдуард Эдуардович

Стороженко Иван Дмитриевич

Марченко Вячеслав Дмитриевич

Маторин Анастас Альбертович

Даты

2024-07-31Публикация

2024-05-21Подача