Способ диффузионного борирования изделий Советский патент 1992 года по МПК C23C8/68 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов в порошковых средах, в частности к термодиффузионному бориро- ванию, и может быть использовано в различных областях машиностроения.

Известен способ борирования в порошковых смесях на основе борсодержащих веществ, например карбида бора, с добавкой для интенсификации процесса хлор- или фторсодержащих активаторов или буры. Недостатками этого способа является то, что наличие буры в составе порошка приводит к образованию в процессе борирования спекшейся массы, что затрудняет многократное использование порошка; хлор- или фторсо- держащие активаторы разлагаются с образованием токсичных хлоридов или фторидов, что ухудшает условия труда.

Известен также способ борирования в электростатическом поле, принятый за прототип, заключающийся в том, что керамическая трубка с образцами, пересыпанными

порошком карбида бора, располагается в печи и с помощью электродов к порошку карбида бора подводится электрический потенциал. Электрическое поле (2 кВ) включается при достижении в печи необходимой температуры борирования. Установлено, что интенсивность борирования с наложением электрического поля в 1,1-1,2 раза выше.

Недостатком этого способа является необходимость использования сложного оборудования.

Целью изобретения является повышение производительности и упрощение способа.

Для этого издлие помещают в порошок карбида бора, нагревают до температуры борирования, выдерживают с наложением электрического потенциала и охлаждают, электрический потенциал прикладывают между деталью и карбидом бора (величина электрического потенциала 80-2000 мВ).

сл

С

VJ СЛ Ю Ю СЛ СО

Потенциал выбирается такой величины, чтобы использовать дополнительное тепло, выделяющееся в соответствии с законом Пельтье. При этом используются естественные свойства соединения бора с углеро- дом. Коэффициент термоЭДС карбида бора составляет 80 мкв/град, а следовательно, при нагреве до 1000°С (среднее значение температуры борирования) тер- моЭДС боризатора составляет 80 мВ. По- вышение прикладываемого напряжения свыше 2000 мВ в связи с проявлением полупроводниковых свойств карбида бора при температуре борирования сопровождается значительным повышением тока в цепи и спеканием частиц карбида бора.

Ускорение процесса борирования при наложении слабого электрического потенциала осуществляется следующим образом.

Место контакта борируемого образца и карбида бора является местом контакта двух проводников, образующих термогзльвани- ческий элемент, и при подводе к образцу дополнительного электрического потенциала в соответствии с законом Пельтье в мес- те контакта в дополнение к теплоте Джоуля выделяется или поглощается в зависимости от направления тока, некоторое количество теплоты пропорционально протекающему через контакт количеству электричества, т. е. силе тока I и времени t/Qr nit.

Карбид бора, в засыпке которого производится борирование, является полупроводником и при нагреве образует с насыщаемым металлом гальваническую па- ру. Поэтому если замкнуть цепь карбид бора - насыщаемый металл (сплав), в такой цепи потечет электрический ток, величина которого возрастает с повышением температуры нагрева (эффект Зеебека). Подклю- чение к образованной электрической цепи дополнительного источника постоянного тока с тем же направлением, что и в термопаре вызывает в месте контакта дополнительное выделение тепла (эффект Пельтье).

Это позволяет интенсифицировать процесс борирования, сократить время диффузионной выдержки. Положительным является и то, что отпадает необходимость в использовании активаторов.

Пример. Детали, предназначенные для борирования, помещают в контейнер с порошком карбида бора. В качестве одного из электродов используется обрабатываемая деталь, другим электродом может являться, например,контейнер, наполненный порошком карбида бора. Для предотвращения спекания порошковой массы карбида бора подводимый к насыщаемой детали ток не должен превышать величины, при которой происходит резкое падение потенциала.

В качестве плавкого затвора применяется натрийсиликатная пудра. Толщина слоев, формирующихся на стали при обработке по известному и предлагаемому способам, приведена в таблице.

Способ обеспечивает по сравнению с прототипом активное протекание процесса насыщения, сводит к минимуму загрязнение насыщающей среды продуктами спекания, что позволяет многократно использовать насыщающую среду (карбид бора) без снижения насыщающей способности. Это повышает технологичность процесса и его производительность, Способ позволяет отказаться от использования хлор- и фтор- содержащих токсичных активаторов, что улучшает условия труда.

Формула изобретения

Способ диффузионного борирования изделий, включающий нагрев в порошке карбида бора до температуры борирования, выдержку с наложением электрического потенциала и охлаждение, отличающий- с я тем, что, с целью повышения производительности и упрощения способа, электрический потенциал прикладывают между деталью и карбидом бора с величиной 80- 2000 мВ.

Продолжение таблицы

Использование: химико-термпчзскал обработка, в частности термодиффузионное борирование, и может быть применено в различных областях машиностроения. Способ заключается в том, что на электроды прикладывается малый электрический потенциал с напряжением, соизмеримым или несколько большим естественно возникающего. В качестве одного из электродов используется обрабатываемая деталь, а другим электродом является борсодержащая смесь (карбид бора). 1 табл.