Способ низкотемпературного алитирования Советский патент 1981 года по МПК C23C9/02 

I

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке сталей, и может быть использовано для придания коррозионной и эрозионной стойкости, жаростойкости стальным деталям энергетических машин, а также для повышения их прочности ll .

Известен способ низкотемпературного алитирования в порошковой смеси из алюминиевого порошка, окиси 1ашоминия и треххлористого алюминия 2

Для проведения алитирования необходимо взвеси1РЬ и перемешать компоненты смеси, произвести обжиг смеси для удаления адсорбционной и кристаллизационной воды, загрузить контейнер в печь для проведения насьш1ения, выгрузить контейнер и охладить его, разгрузить контейнер и просеять порошковую смесь. В известном способе подготовки смеси перед алитированием влага, содержащаяся в компонентах смеси, не полностью удаляется. Взаимодействие треххлористого алюминия с влагой в местах контакта с поверхностью детали приводит к появлению в отдельных местах покрытия черных пятен.

При использовании вв юшковой смеси, со/;ержащей 92-94 вес.% алюминия и 6-8 вес.% треххлористого алюминия и ее соответствующей подготовки но известному способу, подобных прижогов нет, но покрытие получается неравномерное. В этом случае за счет брдьшего количества зслоридов и изотермической вьщержки в темйературном интервале 200-350 С влага удаляется, но оставшаяся оболочка от хлоридной фазы экранирует доставку алюминия к поверхности детали.

Микрорельеф покрытия увеличивает шероховатость tioBepxHocTH, что ведет к торможению воздушного потока на лопатках компрессора и повышению в связи с этим удельного расхода топлива ГТД до 1%. Таким образом. 3 наличие прижогов и неровностей в покрытии объясняется наличием части трехгслористого алюминия в порошковой смеси. Однако в известном способе низко температурного алйтировання проведение процесса в открытых печах приводит к быстрому выходу из строя нагревателей, так как газовая хлоридпая среда, выделяющаяся из контеинера, разрушает их; при проведении процесса над нагревательной печью необходимо устанавливать мощную вытяжную вентиляцию, при этом загрязняется атмосфера отходящими газами и воздух в рабочем помещении необходимо взвешивать и перемешивать компоненты смеси; после проведения процесса необходимо отобрать из смес отработанные частицы галогенидов с помощью просеивания, иначе на покрытии образуются светлые участки, имеющие меньшую толщину слоя. Цель изобретения - повьшзение качества защитных покрытий, уменьшение трудозатрат и улучшение условий труда,, Для достижения поставленной це ли в способе, включающем загрузку в контейнер смеси из алюминиевого порошка и треххлористого алюминия, обжиг, выгрузку, загрузку в контейнер обожженной смеси и деталей, установку контейнера в печь, нагрев и алитирование, перед загрузкой контейнера проводят раздельное размещение алюминиевого порошка и треххлористого алюминия, а после установки кон тейнера в печь перед нагревом его ге метизируют и продувают аргоном. Загрузку контейнера осуществляют следующим образам, .На дно контейнера помещают капсулу, в которую загружают по объему Треххлористый алюминий, а сверху насьтают также по объему алюминиевый порошок, в который закладывают детали для насьш;ения. Заряженный таким о разом контейнер закрьшают крьшкой. Раздельное размещение треххлорцс того алюминия в капсуле и алюминиевого порошка позволяют исключить контакт частиц хлорида с деталью, в результате которого образуются непокрытые точки на детали, и исключи из процесса операции взвешивания компонентов смеси, их перемешивание до загрузки порошков в контейнер и 94 |просеивание смеси после проведения процесса алитирования. Кроме того, процесс алитирования проводят в следующей последовательности. После загрузки контейнера в рабочую камеру печи и закрытия крышкой, камеру продувают инертньм газом в течение 5-10 мин. Перекрыв вход и выход инертного газа из камеры, включают нагрев печи. При нагреве давление в рабочей камере повышается до 1,5-3 ата. Повышение давления инертного газа тормозит выход хлоридной фазы из контейнера, а выходящие в небольшом количестве хлориды сублимируются на охлаждаемой части камеры. Применение герметичной камеры и ее промывки инертным газом позволяет резко сократить количество треххлористого алюминия с 8 вес.% до 0,2 вес.%, необходимого для проведения процесса, и следовательно, отказаться от выброса вредных отходящих газов в атмосферу. Если при нагреве до температуры процесса давление в рабочей камере повышается до 1,5-3 избыточной атмосферы (в зависимости от оставшегося горячего объема камеры, не занятого контейнерами) , то в процессе охлаждения давление снижается до атмосферного. Это исключает подсос воздуха в камеру из атмосферы и, следовательно, исключает окисление смеси и деталей в случае отключения подачи электроэнергии. При проведении процесса в открытой печи во время изотермической вьщержки давление хлоридной газовой фазы колеблется около атмосферного. При включении печи давление поднимается, а при выключении снижается ниже атмосферного, В моменты выключения в контейнер засасывается воздух, и смесь окисляется и насыщается влагой. Для исключения этого необходимо либо в смесь вводить большой процент треххлористого алюминия (больше 5%), чтобы создавать в контейнере повьЩ1енное давление, либо изолировать контейнер от контакта с воздушнойатмосферой,,что реализуется в предлагаемом способе. Снижение количества треххлористого алюминия с 3-8 вес.% до 0,2вес.% при использовании герметичной камеры и ее предварительной продувки инертным газом не приводит к понижению скорости насыщения алюминием Пример. Насьпцают 270 шт. стальных лопаток компрессора ГТД изделия А, предварительно покрытьЕХ . гальваническим хромом моло .ного цвета толщиной 3-7 мкм. Для алитирования используют ранее обожженный алюминиевый порошок марки ПА.4. Операции производят в следующей последовательности. В капсулу объемом 75 см 5 насыпают хлорид, что составляет 60 гр. В контейнер на капсулу насыпают обожженный алюминиевый порошок Hai высоту лопатки. В этот слой алюми - ниевого порошка вставляют 90 шт. предварительно обожженных лопаток. Сверху лопаток насыпают новый слой порошка-, в который вставляют второй ряд лопаток (90 шт.). Затем устанавливают третий слой лопаток, свер ху которых до отметки на внутренней стороне контейнера засыпают алюминиевый порошок объемом 25 дм т.е. 30 кг. На алюминиевый порошок в контейнер помещают крьш1ку и контейнер помещают в рабочую камеру. Рабочую камеру закрывают крьш1кой и в течение 6 мин промывают аргоном из баллона, после чего выход и вход аргона перекрывают. Включают нагрев до и делают изотермическую выдержку в течение 2 ч, нагр продолжают до 500 С, вьщержка соста ляет 2,5 ч и затем печь отключают. Камеру после охлаждения до 400 С вынимают из печи и помещают в приямок с водой для быстрого охлаждени Через 1,5 ч камеру вскрывают, вынимают контейнер и разгружают его. Те пература в контейнере составляет . Вынимают лопатки из контейнера и пересыпают алюминиевый порошок для последующего использования. Алю миниевый порошок имеет свой цвет, .без признаков окисления. Вскрывают капсулу и очищают ее от черных о татков хлоридов. Промывают в проточ ной воде лопатки и подвергают внешнему контролю на качество покрытия Под микроскопом х80 поверхность али тированных лопаток с подслоем хрома чистая, без дефектов. Общая толщина хромоалюмодиффузионного покрыт 18-22 мкм. Лопатки с полученным покрытием отправлены на сборку компрессора ГТД. 96 После охлаждения печи до в нее вставляют другую заряженную контейнерами камеру и процесс повторяется. Ti процессе алитирования из камеры не наблюдается выделение хлоридов, давление в камере при 500 С составляет 2,7 атм а после охлаждения камеры снизилось до 1 атм. Предлагаемый способ позволяет повысить . качество покрытия. В предлагаемом способе треххлористый алюминий отделен от контакта с насыщаннцей поверхностью, укладывается на дно контейнера, поэтому, шероховатость получается такая же, как поверхность до алитирования. Трудозатраты для получения покрытия по предлагаемому способу меньше на 30-40% по сравнению с известным, что достигается за счет исключения из способа взвешивания компонентов, их перемешивание и просеивание после процесса насьщ1ения. Улучшаются условия труда и техника безопасности. Применение камеры, кратковременной ее продувки аргоном перед нагревом уменьшает количество загружаемых на дно хлоридов с 1-8 вес.% до 0,20,9 вес.%, что позволяет герметизировать камеру т.е. отказаться от выхода вредных хлоридов в рабочее помещение и в атмосферу. Кроме того, отказ от ряда операции взвегаивания, перемешивания компонентов и просеивания смеси, значительно уманьшает запыленность рабочего места. Формула изобретения Способ низкотемпературного алитирования, включающий загрузку в контейнер алюминиевого порошка и трех- хлористого алюминия, обжиг, выгрузку, загрузку в контейнер обожженной смеси и деталей, установку контейнера в печь, нагрев и алитирование, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения качества покрытия, сокращения трудозатрат и улучшения условий труда,, проводят раздельную загрузку в контейнер алюминиевого порошка и треххлористого алюминия, а при установке контейнера в 7 печь, перед нагревом его герметизируют и продувают аргоном. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 840189 ,8 1. Патент США № 3764373, кл. 117-1072, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР № 707990, кл. С 23 С 9/02, 1977.