Способ азотирования стальных деталей Советский патент 1978 года по МПК C23C11/16 

1

Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности, к процессам диффузионного насьпдения металлов элементами, и может быть применен при азотировании материалов, склонных к окислению.

Известен способ азотирования при в атмосфере частично диссоциированного аммиака с добавлением кислорода углекислого газа и их смесей, ускоряющий процесс иасьш1ения в два раза ij. Однако для ряда материалов, склонных к образованию прочных окисных йле;нок, присутствие кислорода в насыишющей среде недопустимо. Довольно высокая энергия сродства кислорода к электрону (+2,2 э.в ) способствует, как и в случае аммиака, образованию отрицательно зараженных ионов кислорода, которые, адсорбируясь на поверхности переходных метатьлов, образуют с последними наиболее прочную, чисто-ионную связь, препятствуя адсорбции и взаимодействию с поверхностью металла ионов аммиака.

Цепь изобретения - интенсификация процесса азотирования.

Это достигается тем, что в ijacbnuaioщую среду вводят вещества, имеюшие большую энергию сродства к электрону, чем молекулы аммиака (2,8 э.в) - среды, являющейся поставщиком активных атомов диффундирукйцего вещества. К чиспу таких компонентов относится Фреон-12 (CFjCEj)- смещенный фторо- хлорид мегалла, энергия сродства к электрону которого составляет -3,22 э.в.

Работа выхода электрона с окисленной железной поверхности составгшет 3 э.в, средняя кинетическая (тепловая) энер1 ия электрона в металле значительно меньше (при 56ОС О,1 э. 0) Однако, благодаря флуктуации энергии, в металле всегда присутствует некоторое количество электронов с энергией, достаточной для реализации работы выхода. При контакте свободного электрона с молекулой аммиака образуется отрицательный ион аммиака ( NH ) при этом выдепяегся энергия, равная энергии сродства к эпектрону нейтрапьной мопекупы аммиака +2,8 а. в. Эта выдешанвдаяся энергия передаетса при адсорбции иона аммиака электронам метаппа со средней дгея дайкой температуры кинетической энергией, позволяя им покинуть метаппическую rto Верхность. Этот процесс юэогрессирует ho механизму цепной реакции, инициируя образование отрицательных ионов аммиак которые, адсорбируясь на насыщаемой по верхности диссоциируют с образованием атомарного азота. При введении в насыщенную среду ком понентов, например Фреон-12, с энер гией сродства к .электрону, бопьшей, чем у нейтрапьной мопекупы аммиака, в количестве до 20 об. % звепичиБается копичество отрицатепьных ионов аммиака т, е. при ионизации этих соединений выдепяется существенно большее копичестно энергии (при ионизации мопекупы аммиака вы депяется энергия 2,8 э.в, фреона-12 3,22 э,в), которая передавая эпектронам метаппа со средней кинетической энергией, интширует процесс выхода с поверхности метаппа свободных эпектронов. ПредпагаемыЙ способ осуществпяется с пе дующим образом. Подготовпенные издепия помещают в контейнер печи, герметизируют и подают частично диссоциированный аммиак. Нагревают до48О Си выдерживают в течение 1 ч в атмосфере 85% аммиака и 15% Фреона-12. Степень диссоциации аммиака 25-40%. Поспе окончания процесса насыщения подачу фреона прекращают н охпаждают детапн под током аммиака. Гпубина попученного диффузионного спгоя 0,32 мм, в то время как в известном способе О,2 мм. ПредпагаемыЙ способ позвопяет интенсифицировать процесс насыщения в 1,5 раза. Формупа изобретения Способ азотирования стальных датапей, вкпючающий нагрев до 550 С и выдержку при этой температуре в атмосфере частично диссоциированного аммиака, о т пи чающийся тем, что, с цепью интенсификации процесса азотирования при выдернске в атмосфере частично диссоциируемого аммиака, допопнитепьно вводят Фреон-12 в копичестве 0,5-20%. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Лахтин Ю. М. и Коган Я. Д. Азотирование стапей. Машиностроение:, 1976, с. 266.