Способ нанесения металлических покрытий и расплав для нанесения металлических покрытий

 

Использование: изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано для упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: направляют транспортный расплав из щелочного или щелочно-земельного металла и его галогенида с насыщающим компонентом, выдерживают его при температуре 850-1000^oС в течение 2-3 ч, опускают изделие в расплав и выдерживают до образования покрытия, затем извлекают из расплава, охлаждают и промывают в воде. Расплав содержит, мас.%: галогенид щелочного или щелочно-земельного металла 75,0-89,0; щелочной или щелочно-земельный металл 0,35-5,0; насыщающий компонент - остальное. В качестве насыщающего компонента содержит порошок или стружку никеля, или хрома, или кобальта, или молибдена, или хрома и никеля. В качестве щелочного металла расплав содержит литий, в качестве щелочно-земельного - кальций, а в качестве их галогенида - хлорид. 2 с. и 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано для упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ и расплав для хромирования металлов, включающий обработку стальных деталей в чисто ионном расплаве, содержащем галогениды щелочных и щелочно-земельных металлов, галогениды железа и порошок малоуглеродистого феррохрома. В качестве транспортного расплава используют солевую ванну, содержащую 85% хлорида бария, 9% хлорида натрия и 6% хлорида железа. Температура процесса 1010^оС. Хромирование проводят в атмосфере аргона. После окончания хромирования изделия вынимают из ванны, охлаждают в неокислительной атмосфере, отмывают и сушат.

Однако известный способ и расплав имеет основной недостаток: в этом расплаве можно наносить только электроотрицательные металлы на электроположительные, что ограничивает количество наносимых металлов.

Из известных наиболее близким является способ нанесения металлических покрытий на сплавы железа, где транспортным расплавом является чисто электронный расплав, содержащий расплавленный свинец [1] Получают покрытия из никеля, хрома, кобальта, марганца, титана. Процесс ведут в неокислительной атмосфере. Перед погружением деталей в расплав их предварительно обрабатывают ацетоном для снятия жировых пятен. Затем изделия погружают в предварительно расплавленный свинец с металлом покрытия при температуре 700-800^оС. После выдержки деталей в расплаве до 4 ч их извлекают и обдувают воздухом для удаления свинца с поверхности. На стали S45c получали покрытия толщиной 20-30 мкм.

Однако известный способ имеет следующие недостатки: 1. Технология усложняется из-за использования в качестве транспортного расплава жидкого свинца, что требует специальной предварительной подготовки поверхности для обеспечения смачиваемости деталей расплавом.

2. Транспортный расплав налипает на покрываемые изделия и поэтому затруднено его удаление с поверхности деталей после окончания процесса, особенно на изделиях сложной конфигурации. Обдувание воздушной струей не дает нужного эффекта.

3. Нужно также учесть токсичность и дороговизну свинца.

Из известных наиболее близким является расплав для получения металлических диффузионных покрытий на меди, армко-железе, низкоуглеродистой или слаболегированной стали, содержащий в качестве транспортного расплава смесь легкоплавких металлов натрия и свинца и навески наносимого металла (платины, серебра, рения, вольфрама, титана) [2] Однако известный расплав имеет основной недостаток: чистые легоплавкие металлы очень дорогие. Другой недостаток: налипание легкоплавких металлов на деталях после процесса насыщения. Остатки металлов требуется удалять выщелачиванием. За счет налипания значительно увеличивается расход расплава.

Задачей изобретения является упрощение процесса нанесения диффузионных покрытий с одновременным удешевлением процесса. Эта задача решается тем, что способ осуществляют следующим образом: 1. Наплавляют транспортный расплав в металлическом стакане из углеродистой или легированной стали.

2. Расплав выдерживают при температуре 850-1000^оС в течение 2-3 ч для получения равновесной смеси металла со своей солью.

3. Опускают изделие в расплав при необходимой температуре (850-1000^оС) и выдерживают в течение 3-27 ч.

4. Изделие вынимают из расплава, охлаждают до комнатной температуры и отмывают от остатков соли.

5. Получают диффузионное покрытие на армко-железе толщиной 26-50 мкм.

Для выполнения поставленной задачи покрытия получают в расплавах, содержащих, мас. хлорид щелочного или щелочно-земельного металла 75,0-89,0; щелочной или щелочно-земельный металл 0,35-5,0; порошок металла покрытия или стружку остальное.

В качестве щелочного металла используют литий, а в качестве щелочно-земельного металла кальций. В качестве металла-подложки используют армко-железо, а металла-покрытия никель, кобальт, хром, молибден и сплав хром-никель. Диффузионные покрытия получаются беспористыми, хорошо сцепленными с металлом подложки.

Преимущество предлагаемого изобретения: 1. Упрощается технология получения покрытий за счет того, что из-за незначительного налипания расплава на деталях и его высокой растворимости расплав легко удаляется с изделий простой отмывкой в воде. Сокращается количество операций. Не требуется предварительная операция по подготовке поверхности деталей, а также не требуется обдувать детали для удаления транспортного расплава.

2. Дешевизна расплава по сравнению с известным. Предлагаемый расплав в 2 раза дешевле известного.

П р и м е р 1. В металлическом стакане из стали 3 наплавили расплав, мас. хлорид лития 75; металлический литий 5; порошок никеля 20. При температуре 850^оС в расплав опущен образец из армко-железа. За 3 ч получено никелевое покрытие на железе толщиной 12 мкм и концентрацией никеля на поверхности 57 мас. за счет 5 ч получено покрытие толщиной 26 мкм, с концентрацией никеля 70 мас. а за 15 ч толщина покрытия составила 28 мкм, а концентрация никеля на поверхности 87 мас.

П р и м е р 2. В расплаве, содержащем, мас. хлорид кальция 78; металлический кальций 3; порошок кобальта 19, провели насыщение армко-железа кобальтом при температуре 1000^оС в течение 10 ч. Получено кобальтовое покрытие толщиной до 30 мкм с поверхностной концентрацией кобальта 18 мас.

П р и м е р 3. В расплаве, содержащем, мас. хлорид лития 89; металлический литий 1; порошок хрома 10, провели насыщение армко-железа хромом при температуре 950^оС в течение 5 ч. Получили хромовое покрытие толщиной 30 мкм, с поверхностной концентрацией 15 мас.

П р и м е р 4. В расплаве, содержащем, мас. хлорид лития 84,65; металлический литий 0,35; порошок молибдена 15, провели насыщение армко-железа молибденом при температуре 1000^оС в течение 13 ч. Получили молибденовое покрытие толщиной 50 мкм с концентрацией молибдена на поверхности 1,75 мас.

П р и м е р 5. В металлическом стакане из стали Х18Н9Т наплавили расплав, содержащий, мас. хлорид лития 76; металлический литий 4; порошок никеля 16; порошок хрома 4. При температуре 900^оС выдержали расплав 3 ч, после чего опустили в него образцы из армко-железа. За 15 ч выдержки было получено никель-хромовое покрытие толщиной 30 мкм с поверхностной концентрацией никеля 50 мас. и хрома 10 мас. В этом же расплаве при этой же температуре за 27 ч на образце из стали 3 получено покрытие толщиной 50 мкм с концентрацией никеля 14 мас. и хрома 8,5 мас.

Формула изобретения

1. Способ нанесения металлических покрытий, включающий погружение изделия в металлический контейнер с транспортным расплавом и насыщающим компонентом, выдержку до образования покрытия, извлечение изделия и удаление с него остатков транспортного расплава, отличающийся тем, что транспортный расплав предварительно нагревают до 850 1000^oС и выдерживают 2 3 ч, после излвечения изделие охлаждают до комнатной температуры, удаление с него остатков транспортного расплава проводят промывкой в воде, причем в качестве транспортного расплава используют расплав щелочного или щелочноземельного металла и его галогенида.

2. Расплав для нанесения металлических покрытий, содержащий щелочной металл и насыщенный компонент, отличающийся тем, что расплав содержит щелочной или щелочноземельный металл и дополнительно содержит галогенид того же металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Галогенид щелочного или щелочноземельного металла 75,0 89,0 Щелочной или щелочноземельный металл 0,35 5,0 Насыщающий компонент Остальное 3. Расплав по п.2, отличающийся тем, что в качестве насыщающего компонента он содержит порошок или стружку никеля, или хрома, или кобальта, или молибдена, или хрома и никеля.

4. Расплав по п.2, отличающийся тем, что в качестве щелочного металла он содержит литий, а в качестве щелочноземельного металла кальций.

5. Расплав по п.2, отличающийся тем, что в качестве галогенида щелочного или щелочноземельного металла он содержит хлорид.