Способ нанесения покрытий начугуННыЕ и СТАльНыЕ издЕлия Советский патент 1981 года по МПК C23C9/00 

Изобретение относится к химико-терм ческой обработке материалов, широко при меняемых в промышленности для повыше ния срока службы изделий. Известен способ получения покрытия, при котором изделия помещают в срецу, содержащую диффундирующие элементы (например молибден и цирконий) в количестве 3 вес.% и транспортный расплав. В качестве последнего при 1еняют натрий .Пррдесс ведут при lOOO-llOO C в атм ,фере аргона . Недостаток способа - необходимость применения в течение всего процесса защитной атмосферы. Применение аргона неизбежно приводит к усложнению технологии процесса, выражающемуся в использовании дополнительного оборудования (баллонов, коммуникаций для очистки, сушки и подачн аргона в печь, вентилей и т. п.), а также специальных герметичных печей, к увеличению стоимости процесса за счет применения дополнительного оборудования герметичных печей и необратимого расхода аргона, выбрасываемого в атмосфе- Цель изобретения - упрощение технологии и снижение трудоемкости и себестоимости процесса. Цель достигается тем, что изделия помещают в камеру с диффундирующими эл1эментами, которую заполняют транспортным расплавом магния с висмутом при следующем соотношения компонентов, вес.%: Магний6О-70 ВисмутЗО-40 Кроме того, поверхность транспортного расплава защищают от окисления расплавом хлористых солей калия, натрия и кальция при следующем соотношении компонентов, вес.%: Хлористый калий2О-70 Хлористый натрий2О-40 Хлористый кальций10-50 Камеру с образцами,диффундирующими элементами и расплавом помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до 90О-1200 С и выдержнва ют 2-10 ч.

По окончании процесса нанесения покрытий изделия охлаждают в контейнере до комнатной температуры и подвергают дальнейшей термической и механической обработке.

Защита расплава от окисления достигается за счет того, что сплав флюса,

имея плотность 2,06-2,24 г/см меньш чем плотность транспортного расплава магния с О-40 вес.% висмута (2,292,58 г/см ), находится все время на поверхности, препятствуя соприкосновению с атмосферой.

Затем камеру помещают в защитный кмлтейнер с плавким затвором, нагревают до 1ООО С и выдерживают 4 ч. В результате на поверхности изделий образуется слой карбида циркония толщиной 3 мкм, с микротвердостью 28ОО кгс/мм.

Пример 1. Изделия из технического железа помещают в камеру с кусочками циркония, которую заполняют транспортным расплавом магния с 30 вес.% висмута (уд. в. в твердом состоянии 2,29 г/см ). Поверхность расплава покрывают хлористыми солями калия, натрия и кальция, при следующем соотноша нни компонентов, вес.%;

Хлористый калий7О

Хлористый натрий2О

Хлористый кальцийЮ

(уд. B.I флюса в твердом состоянии 2,06 г/см ). Затем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до и выдерживают 4 ч.

В результате на поверхности изделий образуются слои твердого раствора циркония в оС-железе толщиной 16 мкм с микротвердостью кгс/мм .

Пример 2. Изделия из высокопрочного чугуна марки 8460-2 помещают в камеру с кусочками циркония. Камеру заполняют транспортным распла ом магния с 35 вес.% висмута (уд. в. в твердом состоянии 2,49 г/см ). На поверхность рассиава помещают хлористые соли калия, натрия и кальция,при следующем соотношении компонентов, iiec.%:

Хлористый калий50

Хлористый натрий30

Хлористый кальций20

(уд. в. флюса в твердом состоянии 2,13 г/см).

Затем камеру помещают в защитный контейнер с,плавким затвором, нагрева ют до 1000 С и выдерживают 4 ч.

В результате на поверхности изделий образуется слой твердого раствора циркония в о(-железе толщиной 14 мкм с микротвердостью 120-160 кгс/мм .

Пример 3. Изделия из высоко- rtpo4Horo чугуна ъларкк В 460-2 поме0 щают в камеру с кусочками циркония. Камеру заполняют транспортным расплавом магния с 40 вес.% висмута (уд. в. , в твердом состоянии 2,58 г/см). На поверхность расплава помещают хлористые 5 соли калия, натрия и кальция, взятые в соотношении, вес.%:

Хлористый калий20

Хлористый натрий40

Хлористый кальций40

0 (УЯ флюса в твердом состоянии 2,24 г/см).

Затем камеру помешают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до и выдерживают 4 ч. 5В результате на поверхности изделий

образуется слой твердого раствора циркония в оС - железе толщиной 14 мкм с микротвердостью 129-16О кгс/мм .

Пример 4. Изделия из высоко- Q прочного чугуна марки В460-2 помещают в камеру с кусочками сплава Х20Н80, которую заполняют жидким расплавом магния с 30 вес.% висмута V (уд. вес. в твердом состоянии 2,29 г/см), Поверхность расплава покрывают хлористыми солями калия, натрия и кальция, взятыми в соотношении, вес.%:

Хлористый калий70

Хлористый натрий20

Хлористый кальций10

(уд. в. флюса в твердом состоянии 2,06 г/ск).

Затем камеру помещают в защитный контейнарс плавким затвором, нагревают до и выдерживают 6 ч.

В результате на поверхности изделий образуется диффузионный слой толщиной 93 мкм, который состоит из зоны легн-

O рованного аустенита и зоны легированного феррита с включениями карбидной фазы. Микротвердость легированного ауч.тенита изменяется от 8ОО-8О2 кгс/мм на поверхности до 500 кгс/мм на граJ нице раздела со слоем легированного феррита, микротвердость которого составляет 280-300 кгс/мм . Микротвердость карбидной фазы в пределах 122О1576 кгс/мм2 Пример 5. Изделия из техничес кого железа помещают в камеру с кусоч ками сплава Х20Н80, которую заполняют расплавом магния с 30 вес,% висмута (уд. в. в твердом состоянии 2,29 г/см. Поверхность расплава покрывают хлористыми солями калия, натрия и кальция взятыми в соотношении, вес,%: Хлористый калий70 Хлористый натрий20 Хлористый кальций10 (уц. в. в твердом состоянии 2,06 г/смЯЗатем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до 105 О С и выдерживают 6 ч. В результате на поверхности изделий образуется слой легированного феррита толщиной 80 MKivL с микротвердостью 134-200 кгс/мм . Пример 6. Изс,-лия из высокопрочного чугуна марки В460-2 помещают в камеру с кусочками сплава Х20Н8 которую заполняют транспортным расплавом магния с 40 вес.% висмута (уд. в. в твердом состоянии 2,58 г/смг). Поверхность расплава покрывают хлористыми солями калия, натрия и кальция, взя- тьдми в соотношении, вес.%: Хлористый калий20 Хлористый натрий40 ; Хлористый кальций4О (уд, в. в твердом состоянии 2,24 г/см : Затем камеру помещают в защитный контейнео с плавким затвором, нагреваю до 1050 С и выдерживают 6 ч, В результате на поверхности изделий образуется диффузионный слой толщиной 93 мкм, который состоит из зоны легированного аустенита и зоны легированного феррита с включениями карбидной фазы. Микротвердость легированного аустеыита изменяется от 80О-&02 кгс/м на поверхности до 500 кгс/мм на границе раздела со слоем легированного феррита, микротвердость которого состав ляет кгс/мм . Микротвердость карбидной фаз лежит в пределах 12261576 кгс/мм . Пример 7. Изделия из твзсннчвс- кого железа помещают в камеру с кусочками сплава Х2Н80, которую заполняют транспортным расплавом магния с 40 вес.% висмута (уд. в. в твердом соетоянии 2,58 г/см ). Поверхность распла ва покрывают хлористыми солями калвя, натрия и кальция, взятыми в соотношении вес.%: Хлористый калий20 Хлористый натрий40 Хлористый кальций40 (уд. в. фаюса в твердом состоянии 2,24 г/см). Затем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до 1050 С и выдерживают 6 ч. В результате на поверхности изделий образуется слой легированного феррита толщиной 80 мкм с микротвердостью 134-2ОО кгс/мм . Пример 8. Изделия из высокопрочного чугуна марки В46О-2 помещают в камеру с кусочками меди, которую заполняют транспортным расплавом маг- ння с 30 вес.% висмута (УД. в. в твердом состоянии 2,29 г/см). Поверхность расплава покрывают хлористыми солями калия, натрия и кальция, взятыми в соотношении, вес.%: Хлористый калий70 Хлористый натрий2О Хлористый кальций10 (уд. в. флюса в твердом состоянии 2,06 г/см). Затем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до 1000 С и выдерживают 6 ч. В результате на поверхности изделия. образуется легированный слой сорбитоОбразного перлита толщиной 5О мкм с микротвердостью 300-40О кгс/мм . Пример 9. Изделия из технического железа помещают в камеру с кусочками меди,которую заполняют транспортным расплавом магния с ЗО вес.% висмута (уд. в. в твердом состоянии 2,29 г/см). Поверхность расплава оекрывают хлористыми солями калия, натрия и кальция, взятыми в соотношении, вес.%: Хлористый калий50 Хлористый натрий30 Хлористый кальций20 (уд. в. флюса в твердом состоянии 2,06 г/см-). Затем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до 1000 С и выдерживают 6 ч. В результате на поверхности образуется слой твердого раствора меди в -железе толщиной 5 О мкм с микротверостью 250-300 кгс/мм , П р и мв р 10. Изделия из высокопрочного чугуна марки В460-2 помещат в камеру с кусочками меди , камеру аполняют транспортным расплавом магния 35 вес.% висмута (уд. в. твердом сое-

тояиии 2,49 ). На поверхносгь расплава помещают хлористые соли калия натрия и кальция, взятые в соотношении, ввс.%:

Хлористый калий50

Хлористый натрий30

Хлористый кальций20

(уд. в. флкюа в твердом состоянии 2,13 г/см).

Затем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до н выдерживают 6 ч.

В результате на поверхности изделий образуется легированный слой сорбитообразного перлита толщийой 50 мкм с микротвердостью ЗОО-4ОО кгс/мм .

Пример 11. Изделия из технического .железа помещают в камеру с ку сочками меди. Камеру заполняют транспортным расплавом магния с 35 вес.% висмута (уд. в. в твердом состоянии ) 2,49 г/см ). На поверхность расплава помещают хлористые соли калия, натрия и кальция, взятые в соотношении, вес.%: Хлористый калий5О

Хлористый натрий30

Хлористый кальций20

уд, в. в твердом состоянии 2,13 г/см )

Затем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до 10ОО С и выдерживают6 ч. В результате на поверхности изделий образуется слой твердого раствора меди в ОС - железе толщиной 50 мкм и микротвераостью 25О-300 кгс/мм .

Пример 12. Изделия из высокопрочного чугуна марки В460-2 помещают в камеру с кусочками меди. Камеру заполняют транспортным расплавом магния с 4О вес.% висмута (уд. в. в твердом состоянии 2,58 г/см). На поверхность расплава помещают хлористые соли калия, натрия и кальция, взятые в соотношении, вес.%;

ХлористЬ1й калий2 О

Хлористый натрий30

Хлористый кальций40

(уд. в. в твердом состоянии 2,24 )

Затем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до ЮООлЗ и выдерживают 6 ч. .

В результате на поверхности образуется легированный слой сорбитообразно- го перлита толщиной 50 мкм с микротвердостью 300-400 кгс/мм .

Пример 13. Изделия из технического железа помещают в камеру с кусочками меди. Камеру заполняют транспортным расплавом магния с 4О вес.% висмута (уд. в. в твердом состоянии 2,58 г/см). На поверхность расплава помешают хлористые соли калия, натрия и кальция, взятые в соотношении, вес.%: Хлористый калий. 20

Хлористый натрий40

Хлористый кальций40

(уд. в. флюса в твердом состоянии 2,24 г/см).

Затем камеру помещают в защитный контейнер с плавким затвором, нагревают до 1ООО С и выдерживают в течение б ч.

В результате на поверхности образуется слой твердого раствора меди в о железе толщиной 50 мкм с микротвердосгью 250-ЗОО кгс/мм .

Предлагаемый способ упрощает техно-

логшо и снижает трудоемкость процесса нанесения покрытий за счет использования и эксплуатации стандартного недоро- гостоящего оборудования.

Кроме того процесс нанесения покрытий используется в производственных условиях для обработки изделий любых размеров и снижается себестоимость процесса на 32-54% в зависимости от ма-

терйала покрытия.

Фо-рмула изобретения

1. Способ нанесения покрытий на чугунные и стальные изделия, включающий нагрев в среде, содержащей насыщающие элементы и транспортный расплав до температуры обработки и изотермическую

выдержку при этой температуре, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и снижения стоимости обработки, поверхность транспортного расплава покрывают расплавом хлористых солей калия, натрия и кальция и используют транспортный расплав, содержащий магний и висмут при следующем соотношении компонентов, вес.%: Магний60-70

Висмут30-40

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность транспортного расплава наносят расплав хлористых солей калия, натрия и кальция

при следующем соотношении компонентов, вес.%:

. Хлористый калий20-70

Хлористый натрий20-40

Хлористый кальций10-50j Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 8О023110 1. Авторское свидетельство СССР Nr 298701, кл. С 23 С 9/О8, 1968.