Плавкий затвор Советский патент 1981 года по МПК C23C9/00 

1

Изобретение относится к химико-тер.мической обработке, в частности к методам герметизации коитейнеров при газовом диффузионно.м титаипровании деталей контактным способом.

Известен плавкий затвор, реализованный в способе герметизации контейнеров, например, при диффузионном хро.мировании. В желоб, находящийся в вер.хней части контейнера, засыпают натросиликатное стекло, которое расплавляют спепиальными нагревателями и охлаждают до затвердевания перед началом химико-термической обработки 1.

Одиако до температуры расплавления плавкого затвора, при носледующей химико-термической обработке, идет интенсивное газовыделенне активных продуктов из реакционного объема. Заплавленное натросиликатное стекло препятствует удалению воздуха и газообразных веществ из объема, что создает внутри контейнера высокое давление. Это может привести к взрыву контейнера при температурах ниже 800°С (температура плавления затвора) или к выбросу расплавленного натросиликатного стекла при более высокой температуре.

Известен также плавкий затвор для герметизации контейнеров при диффузионном хромировании контактным способом 2.

2

Этот затвор позволяет предохранить смесь и детали от окисления за счет введения в затвор послойно расположенных карбюризаторов хро.мирующей смеси и натросиликатного стекла. от окисления обеспечивается за счет выделения над поверхностью реакционного пространства окиси углерода из карбюризатора и атомарного водорода из хромирующей смеси, расположенной над карбюризатором.

Однако выделение атомарного водорода при высокой температуре взрывоопасно, а предложенный плавкий затвор не препятствует выделению вредных газов при темпе

ратурах ниже 800°С - температуре плавления натросиликатного стекла.

Иаиболее близким к изобретению по технической cyuiHocTH и достигаемому результату является плавкий затвор, состоящий из легкоплавкого натросиликатного стекла (температура плавления 700-800°С (ГОСТ 917-41) и активированного древесного угля, помещаемого под крышку контейнера. Такой затвор применяли при титано-вольфрамировании стали из смеси, состояи1, из порошка титана и вольфрама, инертной добавки - окиси алюминия и активизатора - хлористого аммония. Титановольфрамирование проводили при t 1100°С.

Нагрев осуществляли медленный, чтобы вы3

..

деляющиеся в процессе нагрева аммиак и хлористый водород вытеснили воздух из контейнера ко времени достижения температуры образования окалины 3.

Описанный плавкий затвор хорошо предохраняет детали от окисления. Основным недостатком его в применении к титанированию является то, что вместе с воздухом, который вытесняется из контейнера, в окружающее пространство попадает хлористый подород, который образуется при разложении хлористого аммония и в результате диснронорн,11О 1ирования высн1их хлоридов титана по |)еакпии

TiCU + Иг liCl. + 211014

STiCl, 2Т1С1з + Ti Эти реакции протекают при титанировании в порошках состава: ферротитан, хлористый аммоний, окись алюминия с образованием атомарного титана, способного насыщать новерхпость металла.

Кроме того, выделяющийся хлористый водород при нагреве в присутствии углекислого газа, кислорода и водорода, в результате взаимодействия с компонентами титапирующей смеси, приводит к образованию свободного хлора.

Таким образом, основным недостатком этого затвора является то, что он не препятствует выделению в окружающую среду токсичных газов при температурах ниже температуры плавления натросиликатного стекла.

Активированный древесный уголь, содержащийся в затворе, пе может быть активным поглотителем вредных газов, так как он теряет свои адсорбционные свойства n)ii нагреве.

Присутствие газов хлора и хлористого .водорода при концентрациях в воздухе выше 0,001 мг/л и 0,01 мг/л соответственно оказывает вредное отравляющее воздействие на обслуживающий персонал и вызывает быстрое разрушение оборудования вследствие коррозии.

Целью изобретения является улучшение герметичности плавкого затвора.

Поставленная цель достигается тем, что плавкий затвор дополнительно содержит смесь солей хлористого и углекислого натрия в весовом соотношении 1 : 2 соответственно при следующем соотношении компонентов в вес. %:

Активированный уголь5-10

Смесь хлористого и углекислогонатрия15-30

Натросиликатное стекло Остальное При этом упомянутая смесь расположена между слоями активированного древесного угля и патросиликатного стекла.

Введение в плавкий затвор смеси солей хлористого и углекислого натрия в весовом соотношении 1 : 2 соответственно позволяет за счет низкой температуры плавления (480-550°С) препятствовать выделению

токсичных газов. В процессе диффузионного титанирования контактным способом прп медленном нагреве в реакционном объеме разлагаются компоненты титанирующей смеси. В частности, хлористый аммоний распадается на аммиак и -хлористый водород, которые, с одной стороны, вытесняют из контейнера воздух, с другой стороны, (нри температурах 450-550°С) вступают во взаимодействие с компонентами титанирующей смеси и вместе с продуктами взаимодействия должны попадать в рабочее пространство печи. Вытесняемый из контейнера кислород воздуха сгорает, проходя через слой активированного угля, с образованием углекислого газа, в результате чего находящиеся в контейнере детали защипкны от окисления. Введенная в плавкий затвор смесь солей хлористого и углекислого натрия в выбранной соответственно 1 : 2 пропорции начинает плавиться при температуре 480-550 С. Расплав этих солей активно поглощает выделяюпщеся газы. Кроме того, при повьиненин температуры в контейнере возможно снижение давления и проникновение кислорода воздуха извне. Температура образования окалины 570°С и выше. Таким образом, легкоплавкая смесь солей послужит также препятствием для поступлепия кислорода во внутрь контейнера при температурах ниже температуры образования окалины. При высокой рабочей температуре {1100-1200°С), когда смесь солей частично выгорает, попаданию кислорода в контейнер и выделению газов из него препятствует натросиликатное стекло, температура плавления которого составляет 800°С.

Таким образом, предложенный плавкий затвор служит надежной защитой обрабатываемых деталей от окисления и окружающей атмосферы от токсичных газов в широком п 1тервале температур от 480 до 1200°С.

Оценка технологических свойств производилась на плавких затворах различного состава, где составляюн1ие даны в вес. % и соответствуют:

А) Активированный уголь 10 (месь хлористого иI

углекислого натрия30 R смесн

Натроснликатное стеклоОстальное)

Б) Активированный уголь8

Смесь .хлористого и

углекислого натрия20

1-1атросилнкатное стеклоОстальное

В) Активированный уголь5

Смесь хлористого п углекислого натрия15

1атроснликатное стеклоОстальное

) Активированный уголь10

Смесь хлористого н углекислого натрия30

Натроснлпкатное стеклоОстальное

В процессе титанироваиня сравнивались защитные свойства плавких затворов по качеству покрытия, окислению обрабатываемых деталей и наличию токсичных газов в воздухе. Качество покрытия оценивалось по внешнему виду и равномерности глубины металлографическим анализом шлифов. Окисленность деталей оценивалась по внешнему виду поверхности. Кониентрация газов в воздухе определялась калориметрическим методом с раствором метилоранжа.

Сравнительные данные зап-1итных свойств предлагаемого и противоноставляемого плавких затворов приведены в табл ице

Кроме того, при исследовании плавких затворов учитывалось взаимное расположение компонентов. При смешивании иатросиликатного стекла и солей хлористого и углекислого натрия повышается температура плавления этой смеси, однако защнтные свойства этого плавкого затвора остаются выше, чем у прототипа (см. табл., п. А). Если смесь солей хлористого н углекислого натрия поместить мелчду активированным углем и натросиликатным стеклом, то его зан-.итные свойства оптимальны (см. табл., пп. Б, В, Г).

6

Прнменение предлагаемого плавкого затвора обеспечивает по сравнению с прототипом следуюш,ие преимущества: улучшаются условия труда и повышается долговечность эксплуатируемого оборудования за счет снижения токсичности выделяемых газов; обеспечивается защита от окисления обрабатываемых деталей, снижаются капитальные затраты на ремонт.

Формула н 3 о б р е т е н и я

1.Плавкий затвор для герметизации контейнеров, наиример, при газовом диффузионном титанировании контактным способом, содержан1ий активированный древесный уголь и натроснлнкатное стекло, от л ич а ю 1ц и и с я тем, что, с целью улучшеиия герметичности затвора, он донолиительно содержит смесь хлористого и углекислого натрия нри следу1он1,ем соот1и)шеиии его компонентов, вес. %:

Актнвнровапный древесный

уголь5-10

Смесь углекнслого и

хлористого иатрия15-30

Патросиликатное стекло Остальное

2.Плавкий затвор по п. 1, отличаюHi;и йся тем, что он содержит смесь хлористого и углекислого иатрия в весовом соотнонтении 1 :2 соответственно.

3.Плавкий затвор по п. 1, отличаюи; и и с я тем, что смесь хлористого и углекислого патрия располол ена между слоями активированного древесного угля и натроснликатного стекла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 486006, кл. С 23 С 9/02, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР Х 396440, кл. С 23 С 9/02, 1969.

3.Сб. «Защитные покрытия иа металлах, Киев, «Наукова Думка, № 7, 1973, с. 113-116.