Способ силицирования металлических изделий Советский патент 1992 года по МПК C23C10/44 

Изобретение относится к химико-термической обработки металлов, в частности к процессу силицирования.

Известны способы силицирования, представляющие собой высокотемпературный отжиг в порошкообразных смесях, состоящих из источника кремния (кремния, ферросилиция, карбида кремния, силико- кальция), инертных добавок (окиси алюминия, окиси магния, измельченного шамота и пр.) и активаторов (МЩС, МЩК МНлР, KF, NaF и др.).

Наиболее близким к предлагаемому является способ силицирования, согласно которому отжиг проводят s порошкообразной смеси кремния и окиси кремния при 800 - 1125°С.

Особенность этого способа заключается в том, что благодаря образованию газообразной моноокиси кремния по реакции

Si(T) + Si02(T)2SIO(r)(l) процесс силицирования идет достаточно эффективно даже без использования активаторов, при этом образуются плотные беспористые слои кремнистого феррита.

Недостатком этого способа является нерациональное расходование кремния, поскольку в процессе силицирования реально участвуют лишь ближайшие к поверхности металла слои порошковой смеси. Кроме того, использование порошковых смесей затруднительно для силицирования длинномерных, крупногабаритных изделий (например, труб, стальных полос и т.д.).

Целью изобретения является интенсификация и повышение технологичности процесса, а также экономия кремния.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе силицирования, включающем отжиг в безокислительной атмосфере в среде кремния и окиси кремния, согласно изобретению в качестве окиси кремния используют кремнеземную ткань, которую насыщают кремнием, а затем наносят на поверхность изделия.

Кремнеземную ткань предварительно насыщают кремнезем до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:2 - 3. Отжиг ведут при 1150 - 1200°С.

Сущность способа состоит в том, что вместо порошкообразной окиси кремния

3

оо

V4

ы

используется кремнеземная ткань, обычно применяемая для теплоизоляции и представляющая собой тонковолокнистый (диаметр волокон 3-50 мкм) материал на основе окиси кремния. Например, ткань марки КТ- 11 имеет следующий химический состав, мас.%: SiOa 95; 3-4; NaaO 0.8; СаО 0,2 - 0,3; МдО 0,2 - 0,3; диаметр волокон около 10 мкм, толщина ткани 0,4 мм.

Для обеспечения наилучших условий протекания реакции (I) кремнеземную ткань насыщают кремнием до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:2 - 3 либо путем непосредственного нанесения и втирания порошка кремния в ткань, либо с ис- пользованием пропитывающих смесей кремния с различными связующими, например клеем БФ, вазелином, смазочным1 маслом, водой и т.п. Заданное соотношение между кремнием и окисью кремния обеспечивалось тем, что, определяя массу единицы площади ткани и зная площадь используемой в опыте ткани, ее насыщают соответствующим количеством кремния. Контроль достигаемого соотношения между кремнием и окисью кремния может быть осуществлен методами химического анализа. Подготовленную таким образом ткань наматывают или кладут на поверхность металлоизделия, помещаемого в безокисли- телькую атмосферу, в которой проводят отжиг при 1150- 1200°С.

Время отжига при указанных температурах определяется требуемой толщиной силицированного слоя и составляет 2 - 5 ч. После отжига ткань становится хрупкой и легко отделяется от металлической поверхности. Благодаря малому диаметру волокон кремнеземной ткани обеспечивается значительно большая поверхность контакта между кремнием и окисью кремния, чем в случае использования порошковой смеси. Это облегчает протекание реакции (I) и приводит к интенсификации процесса. Использование кремнеземной ткани обуславливает протекание реакции () только в непосредственной близости от поверхности металлоизделия, что обеспечивает рациональное использование кремния и его экономию. Использование предлагаемого способа особенно эффективно для силици- рования крупногабаритных и длинномерных изделий. В этом случае он существенно технологичнее, чем известный способ.

П р и м е р 1. Проводят силицирование цилиндрических образцов стали СтЗ диаметром 10 и длиной 120 мм. На них наматывают кремнеземную ткань КТ-11, предварительно насыщенную кремнием с использованием клея БФ или вазелина до

массового соотношения кремния и окиси кремния 1:2, и затем отжигают в шахтной электрической печи при 1150°С в течение 3 ч в герметичном контейнере, в котором благодаря реакции (I) во время отжига создается атмосфера SIO. Получены беспористые плотные слои кремнистого феррита с содержанием кремния 5-6 мас.%. Толщина слоя составляет 0,15 мм. Это примерно в 3 раза

0 больше, чем толщина слоя, образующегося на стаи в аналогичных условиях, но при использовании известной порошковой смеси кремния и окиси кремния при соотношении 1:2. При этом расход кремния на единицу

5 силицируемой поверхности уменьшается по сравнению с известным способом пример но в 10 раз.

П р и м е р 2. Проводят силицирование полос холоднокатанного никеля Н1 толщи0 ной 2, шириной 200 и длиной 1000 мм. Полосы помещают между двумя слоями кремнеземной ткани КТ-11, в которую предварительно втирают порошок кремния до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:3. Отжиг проводят в точке водо5 рода в электрической печи при 1200°С в течение 5 ч. Получены беспористые плотные слои, содержащие до 6 мас.% Si на поверхности. В отдельных местах образуется эвтектика, состоящая из твердого раствора

0 кремния в никеле и силицида никеля . Толщина слоя 0,1 мм, а на участках, где образовалась эвтектика 0,15 мм.

Использование предлагаемого способа может существенно повысить технологич5 ность процесса силицирования крупногабаритных и длинномерных изделий. Предлагаемый способ не требует применения контейнеров, а операция нанесения кремнеземной ткани на поверхность метал0 лоизделия (например, намотка ткани на трубу) может быть легко автоматизирована. Указанные особенности открывают возможность для создания агрегатов силицирования непрерывного действия.

5 Формула изобретения

Способ силицирования металлических изделий, включающий отжиг в безокислительной атмосфере в среде, содержащей кремний и окись кремния, отличаю0 щ и и с я тем, что, с целью интенсификации и повышения технологичности процесса, а также экономии кремния, в качестве среды, содержащий кремний и окись кремния используют кремнеземную1 ткань, предвари5 тельно насыщенную кремнием до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:2-3, при этом перед отжигом ткань наносят на поверхность изделий, а отжиг проводят при 1150 - 1200°С.

Сущность изобретения: способ включает предварительное насыщение кремнием кремнеземной ткани до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:(2 - 3), нанесение кремнеземной ткани на поверхности изделий и отжиг в безокислительной атмосфере при 1150 - 1200°С.