Состав для цианирования стальных деталей и способ его приготовления Советский патент 1993 года по МПК C23C8/76 

.-Изо.ретё н1я ё ..|э;Тносм.тй я|..-дйффу;зй|р1В;; ;ной обработке металлического материала, а именно к еЬтё м рй рмимЦ ом. лощенииicotopyxпроводитсй химические; нанесение покрытия, И может.;0ыть- исполь- зовано при цианйрЬваний, т.е. насыщении поверхности стальных деталей машин и инструмента одновременно углеродом и азо том,; :;- - vv ./;: 7-v:::- : f-fe :;- ;;.. ;; Известно применение мбчёвйнб-фор- мальдегидной смолы (МФС) в качестве среды для цианйрования сталгьныХ деталей, Которая преДстаёлйет собой суспензию белого цвета, негорючую и нетоксичную, про- мышленно выпускается по ГОСТ 14281-88. Набыщение проводится следующим образом: в ёанну, наполненную МФС, погружают стальные детали, нагревают их токами высокой частоты до 800-950 6 и выдерживают в течение 1-5 мин. Скорость термодиф- фузионного насыщения металлов в полимерсодёржащИх средах определяется комплексом физико-химических процессов, протекающих в зоне-контакта полимер-металл. При температурах, соответствующих температурам цйанирования (900-1000°С),

полимёрнйя составл1яю1цая деструктирует с образованием Различньгх низкомолекулярных летучих продуктов, активных радикалов и пирополимёрндго остатка; В дальнейшем процесс разложения зтйхеецеств идет с образованием высокой концентраций ато- мов насыщающих элём:ёнтов, которые адсорбируются на лпрёерхностй и диффундируют в объем металла. Выдержка детали при 950°С в течение 1 мин обеспечивает глубину диффузногд слоя 150 мкм с мйкротвердостью 6,8 ГПа ; . vV/

: Недостатком МФС как среды для Цйанирования является тот факт, что используют её для нанесения на детали Столько окунанием, в связи --с.чем невозможно проводить локальную обработку Д1етали.;

. Наиболее, близким по технической сущ . ноети являются состав для цйанирования стальных деталей .и способ его прйготовле-. нйя.;:,;: ; ;;-...-..-..;:/: : 31:-, /..

Состав содержит следующие комНоней- ты; мае.%: :-- ::Vv-: --:;---/ /-;. . .. :;: Мочевйно-формальдёгйдная v .-. -. смола : : . ;V v:-;;.;; 50,0-7319

Меламйн; ; 2,4-20

СП

с

-« s|

о

4V

I

со

.Полистирол3,3-25

Силикатный клейОстальное и приготавливается смешиванием компонентов при комнатной температуре до получения однородной массы. .

В известном составе источником необходимых элементов для цианирования углерода и азота являются МФС, полистирол и: меламин, причем последний служит также загустителем композиции. Силикатный клей используется в качестве связующего. В зависимости от его концентрации консистенцию состава можно;изменить от пасты до суспензии, что позволяет проводить как общее, так и локальное насыщение поверхно- .сти стальной детали углеродом и азотом; Использование состава позволяет получить глубину диффузионного слоя до 120 мкм и. микротвердость поверхностного слоя:до: 11.5 ГПа при выдержке в течение 3 мин. Такие характеристики поверхностного слоя положительно проявляют себя при работе режущего инструмента.

Однако для стальных деталей,.работающих во фрикционных парах, глубина насыщенного диффузионного слоя недостаточна.

Целью изобретения является повыше- ; ние насыщающей способности состава, его технологичности и оптимальной вязкости за счет снижения скорости его отверждения.

Поставленная цель достигается тем, что состав для цианирования стальных деталей, включающий мочевино-формал.ьдёгидную смолу, дополнительно содержит щавелевую кислоту и .цианэтилендиамин при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Мочевино-формальдегидная : смола . . 90,5-95,0

Щавелевая кислота 1,0-1,5

Цианэтилендиамин4,0-8,0 причем вначале проводят смещение моче- вино-формальдегидной смолы и щавелевой кислоты, после чего через 25-30 мин добавляют цианэтилендиамин,

Щавелевая кислота (ТУ 22180-76) служит катализатором, снижающим р Н среды и повышающим вследствие ускорения процессов поликонденсации молекулярную массу МФС, что приводит к возрастанию эффективности МФС в процессах цианиро-: вания. Цианэтилендиамин (ЦЭДА) - жидкость светло-желтого цвета, ГОСТ 25266-82, : взаимодействуя со щавелевой кислотой в эквивалентном соотношении, образует сольнейтральную среду, которая Останавливает дальнейшую поликонденсацию МФС. При излишке ЦЭДА увеличение времени жёлатинизации происходит также за Счет его пластифицирующего действия, которое обуславливается, линейным строени. ем молекулы ЦЭДА. Так, при добавке ЦЭДА

в количестве 4-8 мас.% время желатиниза. ции возрастает до 20 суток, что исключает

необходимость приготовления состава непосредственно .перед цитированием, т.е. делает технологию более мобильной в производственных условиях. При этом молекулярная масса МФС в течение указанного

времени постоянна, что дает возможность при цианировании получить высококачественный насыщенный слой заданной структуры и толщины. Кроме того, при введении ЦЭДА повышается насыщающая способность состава.

, Анализ.термодинамических факторов процесса распада углерод- и азотсодержащих соединений показал, что оптимальными компонентами при разработке состава

для цианирования следует считать соедине-. ния с энергией разрыва химической связи 350-420 кДж/моль : амиды (-CQ-NH2), амины (-NH2), гетероциклы, содержащие третич. ный азот (-N), ЦЭДА, содержащий после

взаимодействия со щавелевой кислотой, ге- тероциклы с третичными атомами азота, проникающего в пространственную структуру МФС инициирующего и активизирующего деструкцию компонентов, повышает

насыщающую способность состава и.каче- ство обработки поверхности. : , .

Для экспериментальной проверки были подготовлены 13 групп образцов из стали Св-08Г2С ГОСТ 2246-70, которые нагревались в петлевом индукторе токами высокой частоты. Состав приготавливался простым смешиванием мЬчевино-формальдегидной смолы и щавелевой кислоты. Через 25-30

мин добавляли цианэтилендиамин. Состав

наносили на поверхность образцов в виде обмазки. Цианирование осуществляли путем нагрева образцов со скоростью 100°С/с до 9БО°С с выдержкой при этой Температуре50 с. Процентное соотношение

.компонентов каждого состава и результаты

по Диффузионному насыщению образцов

приведены в таблице..

Как видно из таблицы, оптимальными

соотношениями компонентов обладают составы 6-10, которые обеспечивают стабильность и большую глубину насыщения, чем состав-прототип.

Введение в состав щавелевой кислоты менее 1 мас.% приводит к более длительному процессу полйконденсацйи МФС, а при повышении количества щавелевой кислоты более 1,5 мае, % состав отверждается в течение 5мин, т.е. является нетехнологичным. Введение ЦЭДА в количестве менее4 мас.% практически не препятствует дальнейшей

поликонденсации МФС и не изменяет насыщающую способность состава. Введение ЦЭДА в количестве более 8 мас.% приводит к тому, что МФС растворяется в излишке ЦЭДА, состав становится непригодным для использования в виде обмазки при локальной обработке деталей. Состав стекает с образца, что способствует образованию нарушенного поверхностного слоя с пониженной микротвердостью..

Диапазон времени 25-30 мин для введения ЦЭДА обусловлен временем поликонденсации МФС, т.е. за это время МФС достигает оптимального сочетания молекулярной массы и вязкости.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Состав для цианировэния стальных деталей, включающий мочевино-формадь- дегидную смолу, отличающийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности и его технологичности за счет снижения скорости его отверждения, он дополнительно содержит щавелевую кислоту и дйанэтилендиамин при следующем соотношении компонентов, мас.%: Мочевино-формальдегидная

Результаты по диффузионному насыщению образцов составами с различными содержани: : : ; -. ::ем компонентов

смола90,5-95,0 Щавелевая кислота 1,0-1,5 Цианэтилендиамин 4.0-8,0 2. Способ приготовления состава для цианирования стальных деталей, включающий смешение его компонентов, о т я и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью получения состава с оптимальной вязкостью, проводят смешение мочевино-формальдегидной смолы и щавелевой кислоты, после чего через 25-30 мин добавляют Цианэтилендиамин.