Способ силицирования металлических изделий

 

Сущность изобретения: способ включает предварительное насыщение кремнием кремнеземной ткани до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:(2 - 3), нанесение кремнеземной ткани на поверхности изделий и отжиг в безокислительной атмосфере при 1150 - 1200°С.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833240/02 (22) 31.05.90 (46) 07.05,92. БюлМ17 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.

И.П.Бардина (72) А.P.Êóòñàð, Л.Л.Стецовский, Л.А.Шварцман и А.Ф,Санчес-Болинчес (53) 621.793.669.586.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 526679, кл. С 23 С 10/44, 1973.

Изобретение относится к химико-термической обработки металлов, в частности к . процессу силицирования.

Известны способы силицирования, представляющие собой высокотемпературный отжиг в порошкообразных смесях, состоящих из источника кремния (кремния, ферросилиция, карбида кремния, силикокальция), инертных добавок (окиси алюминия, окиси магния, измельченного шамота и пр.) и активаторов (NH4CI, NH41, NH4F, KF, NaF и др.).

Наиболее близким к предлагаемому является способ силицирования, согласно которому отжиг проводят в порошкообразной смеси кремния и окиси кремния при 800—

1125 С;

Особенность этого способа заключается в том, что благодаря образованию газообразной моноокиси кремния по реакции

Si(r) + $102(т) = 2SIQ(r) (1) процесс силицирования идет достаточно эффективно даже без использования активаторов, при этом образуются плотные беспористые слои кремнистого феррита.

„„Я2 „, 1731873 А1 (я)з С 23 С 10/44

2 (54) СПОСОБ СИЛИЦИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность изобретения: способ включает предварительное насыщение кремнием крвмнеземной ткани до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:(2 — 3), нанесение кремнеземной ткани на поверхности изделий и отжиг в безокислительной атмосфере при 1150 — 1200 С.

Недостатком этого способа является нерациональное расходование кремния, поскольку в процессе силицирования реально участвуют лишь ближайшие к поверхности металла слои порошковой смеси. Кроме того, использование порошковых смесей за. труднительно для силицирования длинномернцх, крупногабаритных изделий (например, труб, стальных полос и т.д.); Целью изобретения является интенсификация и повышение технологичности процесса, а также экономия кремния.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе силицирования, включающем отжиг в безокислительной атмосфере в среде кремния и окиси кремния, согласно изобретению в качестве окиси кремния используют кремнеземную ткань, которую насыщают кремнием, а затем наносят на поверхность изделия.

Кремнеземную ткань предварительно насыщают кремнезем до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:2 — 3.

Отжиг ведут при 1150 — 1200 С.

Сущность способа состоит в том, что вместо порошкообразной окиси кремния

173!873

20

50 используется кремнеземная ткань, обычно применяемая для теплоизоляции и представляющая собой тонковолокнистый (диаметр волокон 3 — 50 мкм) материал на основе окиси кремния. Например, ткань маркй КТ11 имеет следующий химический состав, мас. . $!02 95; А!20з 3 — 4; Na20 < 0,8; Са0

0,2 — 0,3; MgO 0,2 — 0,3; диаметр волокон около 10 мкм, толщина ткани 0,4 мм.

Для обеспечения наилучших условий протекания реакции (l) кремнеземную ткань насыщают кремнием до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:2 — 3 либо путем непосредственного нанесения и втирания порошка кремния в ткань, либо с использованием пропитывающих смесей кремния с различными связующими, например клеем БФ, вазелином, смазочным маслом, водой и т.п. Заданное соотношение между кремнием и окисью кремния обеспечивалось тем, что, определяя массу единицы площади ткани и зная площадь используемой в опыте ткани, ее насыщают соответствующим количеством кремния.

Контроль достигаемого соотношения между кремнием и окисью кремния может быть осуществлен методами химического анализа. Подготовленную таким образом ткань наматывают или кладут на поверхность металлоизделия, помещаемого в безокислительную атмосферу, в которой проводят отжиг при 1150 — 1200 С.

Время отжига при указанных температурах определяется требуемой толщиной силицированного слоя и составляет 2 — 5 ч.

После отжига ткань становится хрупкой и легко отделяется от металлической поверхности. Благодаря малому диаметру волокон кремнеземной ткани обеспечивается значительно большая поверхность контакта между кремнием и окисью кремния, чем в случае использования порошковой смеси. Это облегчает протекание реакции (!) и приводит к интенсификации процесса. Использование кремнеэемной ткани обуславливает протекание реакции (!) только в непосредственной близости от поверхности металлоизделия, что обеспечивает рациональное использование кремния и его экономию, Использование предлагаемого способа особенно. эффективно для силицирования крупногабаритных и длинномерных иэделий. В этом случае он существенно технологичнее, чем известный способ.

Пример 1. Проводят силицирование цилиндрических образцов стали Ст3 диаметром 10 и длиной 120 мм. На них наматывают крем неземную ткань КТ-11, предварительно насыщенную кремнием с использованием клея БФ или вазелина до массового соотношения кремния и окиси кремния 1;2, и затем отжигают в шахтной электрической печи при 1150 С в течение 3 ч в герметичном контейнере, в котором благодаря реакции (!) во время отжига создается атмосфера SiO. Получены беспористые плотные слои кремнистого феррита с содержанием кремния 5 — б мас,%. Толщина слоя составляет 0,15 мм. Это примерно в 3 раза больше, чем толщина слоя, образующегося на стаи в аналогичных условиях, но при использовании известной порошковой смеси кремния и окиси кремния при соотношении

1:2. При этом расход кремния на единицу силицируемой поверхности уменьшается по сравнению с известным способом пример. но в 10 раз.

Пример 2. Проводят силицирование полос холоднокатанного никеля Н1 толщиной 2, шириной 200 и длиной 1000 мм. Полосы помещают между двумя слоями кремнеземной ткани КТ-11, в которую предварительно втирают порошок кремния до

MBccoBoI o соотношения кремния и окиси кремния 1:3. Отжиг проводят в точке водорода в электрической печи при 1200 С в течение 5 ч. Получены беспористые плотные слои, содержащие до 6 мас.% $! на поверхности. В отдельных местах образуется эвтектика, состоящая из твердого раствора кремния в никеле и силицида никеля К!з$!.

Толщина слоя 0,1 мм, а на участках, где образовалась эвтектика 0,15 мм.

Использование предлагаемого способа может существенно повысить технологичность процесса силицирования крупногабаритных и длинномерных изделий.

Предлагаемый способ не требует применения контейнеров, а операция нанесения кремнеземной ткани на поверхность металлоизделия (например, намотка ткани на трубу) может быть легко автоматизирована.

Указанные особенности открывают возможность для создания агрегатов силицирования непрерывного действия.

Формула изобретения

Способ силицирования металлических изделий, включающий отжиг в безокислительной атмосфере в среде, содержащей кремний и окись кремния, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации и повышения технологичности процесса, а также экономии кремния, в качестве среды, содержащий кремний и окись кремния используют кремнеземную ткань, предварительно насыщенную кремнием до массового соотношения кремния и окиси кремния 1:2 — 3, при этом перед отжигом ткань наносят на поверхность изделий, а отжиг проводят при 1150 — 1200 С.