Способ газового азотирования изделий из тугоплавких металлов Советский патент 1978 года по МПК C23C11/14 

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов в газовой среде и может быть использовано при высокотемпературной обработке изделий из тугоплавких металлов.

Известен способ азотирования изделий из ниобия, который заключается в нагреве изделии до температуры азотирования 110С-150О С и выдержке при этой температуре в среде азота. Перед азотированием ь :очи создают вакуум, а затем печь наполняют азотом до дав ления 1 атм и нагревают до температуры азотирования. При этом способе каждое изделие подвешивается на отдельной подвеске в высокотемпературной камере таким образом, чтобы в процессе высокотемпературного нагрева в среде азота изделия не касались один другого LlJ.

Недостатком известного способа является сложность загрузкии изделий в печь, малое количество образцов, одновременно находящихся в печи, а следовательно, низкая производительность процесса.

Целью изобретения является повышение производительности процесса за счет предотвращения слипания и сваривания обрабатываемых изделий.

Это достигается путем проведения в процессе нагрева дополнительной выдержки при 8ОО-900°С в течение ЗО-вО мин. Последующую выдержку в среде азота проводят при 1ООО-2ОСО°С в зависимости от материала обрабатываемых изделий.

Дополнительная выдержка при достаточно низких температурах (&ОО-90О С) приводит к образованию на поверхности изделий тонких слоев- продуктов реакции, которые при дальнейшем высокотемпературном нагреве на необходимую температуру и выдержке препятствуют слипанию и свариванию изделий.

Основной причиной сваривания и слипания металла является диффузия в твердой ф,11}е. При нагреве металлов до высокой TCJMnepfSTypbi и наличии чистой металлической поверхности происходит взаимная ди4Фуэия металлических атомов и они ciCiKaiOT к местам контакта изделий с образованием прочных контактных мостиков. Этот процесс можно затормозить и практически прекратить, уменьшая диффузионную юдвижность металлических атомов. Как правило, в продуктах реакции ме таллов с газами (окислах, нитридах ит.д диффузионная подвижность металлических атомов на несколькб пор$щков меньше самодиффуэии металлических атомов. Поэтому металлы, покрытые пленкой таких соединений, не свариваются и не слипают ся. Как показала практика насыщения металлов гаэами, минимальная толшина X (в см) такой пленки должна удовлетворять отношению Х (10 -10)Ш , где 33 - коэффициент диффузии атомов металла в плане при температуре окончательного насыщения (размерность) см /с) Пример. Соприкасающиеся одна с другой пластины титана толщиной 3. мм нагревают в азоте при 9ОО С в течение 30 мин. На поверхности пластины возникает слой нитрида титана . После этого пластины нагревают на температуру 1100 С и выдерживают 1О ч. После охлаждения пластин и извлечения их из печи слипания и сваривания не об наружено. П р и м е р 2. Соприкасающиеся одна с другой пласти 1ы титана толшиной 1 нагревают в воздухе при 8ОО С в течецие 30 мин. На пово|)хности изделия во никает слой окислов титана. После этог пластины нагревают на температуру 1100°С и выдерживают в течение 12 ч. После охлаждения слипания и сваривания не обнаружено. П р и м е р 3. Соприкасающиеся одна с другой пластины ниобия толщиной 1 мм нагревают в азоте в течение 1 ч. На.поверхности изделий возникает слой нитридов ниобия. После этого пластины нагревают на температуру 1600 С и. выдерживают 10 ч. После извлечения пластин из охлажденной установки слипания и сваривания не обнаружено. Предлагаемый способ можно также использовать при газовом оксидировании, оксинитрировании и других видах химикотермической обработки, создающих на поверхности изделий неотслаивающихся плотных пленок толщиной X (10 - 10 v vD. Формула изобретения 1.Способ газового азотирования изделий из тугоплавких металлов, заклю- ; чающийся в их нагреве до температуры азотирования и выдержке при этой температ ре в среде азота, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повыщения производительности процесса за счет предотвращения слипания и сваривания обрабатываемых изделий, в процессе нагрева проводят дополнительную выдержку при 8ОО-900°С в течение ЗО-60 мин. 2,Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что выдержку в азота проводят при 100О-2ООО°С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Кипарисов С. С. и др. Цветная металлургия/1970, № 4, c.l25-128.