Состав для силицирования стальных изделий Советский патент 1990 года по МПК C23C10/44 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессам сили- цирования в порошковых средах, и может быть использовано в химической промышленности для повышения коррозионной, стойкости деталей технологической оснастки.

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости стальных изделий за счет увеличения толщины диффузионного слоя.

Состав для силицирования стальных изделий включает двуокись кремния, оксид меди, алюминий и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, %:

Двуокись меди

Оксид меди

Алюминий

Хлористый аммоний

62-64 10-20 10-20 6-8

Двуокись кремния (ГОСТ 22551-77), полученная, например, из кварцевых песчанников (с содержанием SiOz более 99%) Черемшанского месторождения Бурятской АССР позволяет уменьшить пористость диффузионного слоя и тем самым повысить коррозионную стойкость.

Главная особенность кварцевых песчаников Черемшанского месторождения - из чистота, выдержанный, почти постоянный химический состав: высокое (более 99%) содержание двуокиси кремния при низком содержании вредных примесей.

Оксид меди (ГОСТ 16539-79), введенный в состав для силицирования, служит катализатором реакции восстановления, что ведет к более полному восстановлению кремния, обеспечивая при этом увеличение скорости диффузии

ел

0

и увеличение толщины диффузионного слоя.

Алюминий ПА-4 (ГОСТ 6058-73) - восстановитель; хлористый аммоний (ГОСТ 3473/72) - активатор процесса силицирования.

Для выбора ойтимального количества порошка оксида меди, двуокиси кремния-, алюминия и хлористого аммония были приготовлены составы смесей (см. табл. 1).

Перед насыщением проводят восстановление смеси.

Процесс сшшцирования проводят при 950РС в течение 4 ч деталей из стали 30 и 45,

Данные по влиянию количества по рошка оксида меди, кварцевого песка, алюминия, хлористого аммония на тол- щину, износо- и коррозионную стойкость приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, с увеличением содержания двуокиси кремния бо- лее 64 мас.% толщина диффузионного слоя увеличивается до 480 мкм, коррозионные свойства понижаются,.

С уменьшением содержания двуокиси кремния до 60 мас.% значительно уменьшается толщина слоя и коррозион- ная стойкость.

С уменьшением содержания оксида меди до 5 мас.% понижается толщина диффузионного слоя и коррозионная стойкость, а с уменьшением содержания алюминия до 5 мас.% толщина слоя возрастает, а коррозиднная стойкость понижается .

С увеличением содержания оксида меди выше 20 мас.% коррозионная стойкость силицидных покрытий понижается , так как происходит частичное меднение образцов. Увеличение в смеси алюминия свыше 23% ведет к резкому понижению толщины диффузионного слоя,

Таким образом, составы 2-4 с толщиной диффузионного слоя 210-350 мкм имеют наилучшие показатели по коррозионной стойкости с минимальной потерей веса для стали 10 2,4 10 - , 2,9 10 г/мм2 и для стали 45 -3,4 10- -6, г/мм2,

Силицирование изделий осуществляют следующим образом.

Производят предварительно восстановление порошковой смеси в контейнере при 950°С. Затем контейнер охлаж- дается, смесь высыпается из контейнера, просеивается, добавляется хлорис

с

0

5

тый аммоний. Смесь смешивается в конусном смесителе в течение 15-20 мин,

Изделия очищают от ржавчины и грязи, обезжиривают и упаковывают в контейнер в следующем порядке. На дно тигля помещают слой насыщающей смеси толщиной 20-30 мм. Затем укладывают слой деталей так, чтобы расстояние до стенок контейнера и между деталями было не менее 15-20 мм. Детали засыпают, слегка уплотняя сили- цирующим составом. Расстояние между слоями деталей должно быть не менее 30 мм. Верхний слой засыпают толщиной 20-30 мм над деталями. Для предотвращения деталей от окисления используют плавкий затвор. Тигли помещают в печь, нагретую до 950 С и выдерживают 3-6 ч, после чего тигли охлаждают на воздухе.

Пример 1. Проводят силициро- вание образцов из стали 10 и 45 из смеси следующего состава, мас.%:

Оксид меди 10

Алюминий 20

Двуокись кремния 62

Хлористый аммоний 8

Температура силицирования 950°С, время 4 ч.

Коррозионные испытания проводят в среде 10%-ной ,/ в термостате СЖШ1 19/25-И1 при . Скорость коррозии определяют по потере веса. Взвешивание проводят на весах с точностью до 0,001 г. Толщину диффузионного слоя определяют на металлографическом микроскопе МиМ-3.

Пример 2. Силицирование образцов проводят аналогично примеру I. Состав .для силицирования имеет следующее содержание компонентов, мас.%:

Оксид меди 15

Порошок алюминия 15

Хлористый аммоний 7

Двуокись кремния 63

Пример 3. Силицирование проводят аналогично примеру 1, Состав для силицирования имеет следующее содержание компонентов, мас.%:

Оксид меди 20

Порошок алюминия 10

Хлористый аммоний 6

Двуокись кремния 64

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, покрытия, полученные из предлагаемого состава, обладают коррозионной стойкостью, на

5156

порядок превышающую коррозионную стойкость покрытий, полученных из известного состава. Толщина покрытия увеличивается в 3 раза.

Формула изобретения

Состав для силицирования стальных изделий, содержащий двуокись кремния, хлористый аммоний и оксид металла, отличающийся тем, что,

9

с целью повышения коррозионной стойкости изделий за счет увеличения топ- щины диффузионного слоя, он дополнительно содержит алюминий, а в качестве оксида металла - оксид меди при следующем соотношении компонентов, мае.%:

Двуокись кремния62-64

Оксид меди10-20

Алюминий .10-20

Хлористый аммоний 6-8 i

Таблица 1

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессам силицирования в порошковых средах, и может быть использовано в химической промышленности для повышения коррозионной стойкости деталей технологической оснастки. Цель - повышение коррозионной стойкости изделий за счет увеличения толщины диффузионного слоя. Состав содержит 62-64 мас.% двуокиси кремния, 10-20 мас.% оксида меди, 10-20 мас.% алюминия и 6-8 мас.% хлористого аммония. Состав позволяет получать покрытие, коррозионная стойкость которого на порядок выше сравнительно с покрытиями, полученными из известного состава. Толщина покрытий увеличивается в 3 раза. 2 табл.

Опыт

Содержание, мае.%

Алюминий

Хлористый аммоний

Предлагаемый состав

5

10

15

20

25

25 20 15 10 5

10

8

7

6

4

60 62 63 64 66

4,0-10 2,9-10 2,8-10 2,4.10

3,8 10 Известный состав

6 Оксид

железа3

5-10 - 5-10 60-90 1,6.10 - 120

Таблица 2

Состав сили- Толщина диффузион-Коррозионная стой, цирующей ного слоя, мкмкость за 24 ч,

смеси 1- г/мм1, в 10%-ной

Ст 10 Ст 45 HЈSO

Ст 10 Ст 45

Предлагаемый

по примеру 12101802,,

23202902,8-Ю 45-10 4

33503202,4-Ю 4З.А-НГ Известный120-1,,

Составитель Н.Сункина Редактор Т.Лазоренко Техред М.Дидык Корректор М.Пожо

Заказ 955Тираж 809Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Потери массы, г/мм за 24 ч. в 10%-ной HZSO,

Ст 10

Ст 45

Толщина диффузионногослоя, мкм

4,0-10 2, 2,8-10-4 2,4.

13,7 10

-4

6,1

5,0

10 10

3,8 10 й состав

-4

3,4 10 4,8-10

-4-4-4 4

30

2 lO

320

350

480