Способ диффузионного никелирования металлических материалов в псевдоожиженном слое

 

Способ диффузионного никелирования металлических материалов в псевдоожиженном слое. Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения. Задача изобретения - улучшение качества поверхности никелированных металлических материалов при одновременной интенсификации процесса никелирования. Это достигается способом диффузионного никелирования металлических материалов в псевдоожиженном слое, включающим нагрев, насыщение в смеси с никельсодержащим компонентом и последующее охлаждение, отличающимся тем, что никелирование проводят в смеси, дополнительно содержащей корунд, а в качестве никельсодержащего компонента - окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%: окись никеля 0,001-10, корунд 90-99,999, нагрев осуществляют в атмосфере аммиака, причем в процессе нагрева при температуре насыщающей смеси 350-450oС осуществляют выдержку в течение 5-25 мин, после чего газообразные продукты откачивают до давления 0,95 ат. Техническим результатом данного изобретения является то, что указанный способ позволяет улучшить качество обработанной поверхности, сократить в 4 раза время обработки в насыщенной смеси, а также обеспечить получение на поверхности металлических материалов никелированного слоя значительной толщины. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения для нанесения покрытий на металлические материалы и изделия.

Известен способ получения стали с коррозионно-стойким покрытием, при котором на стальную поверхность наносят никель. После этого сталь подвергают термообработке и на поверхности получают слой на основе окиси никеля (см. заявку Япония, 53 -13335, С 23 С 9/00).

Недостатком известного способа является большая продолжительность процесса из-за его многостадийности.

Из уровня техники наиболее близким к заявленному является способ диффузионной металлизации изделий или полуфабрикатов из низкоуглеродистой стали, при котором покрытие никелем и другими металлами получают путем термообработки в вакуумных печах (см. авт. св. СССР 224249, С 23 С 13/02).

Недостатком указанного способа является большая длительность процесса и плохое качество поверхности за счет многоступенчатости процесса диффузионной металлизации.

В основу изобретения поставлена задача улучшения качества поверхности никелированных металлических материалов при одновременной интенсификации процесса никелирования.

Поставленная задача достигается способом диффузионного никелирования металлических материалов в псевдоожиженном слое, включающим нагрев, насыщение в смеси с никельсодержащим компонентом и последующее охлаждение, отличающимся тем, что никелирование проводят в среде, дополнительно содержащей корунд, а в качестве никельсодержащего компонента - окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%: Окись никеля - 0,001-10 Корунд - 90-99,999 нагрев осуществляют в атмосфере аммиака, причем в процессе нагрева при температуре насыщающей смеси 350-450oС осуществляют выдержку в течение 5-25 минут, после чего газообразные продукты откачивают до давления - 0,95 ат.

Способ диффузионного никелирования металлических материалов осуществляют следующим образом: предварительно готовят порошкообразную смесь для никелирования путем смешения следующих компонентов, мас.%: окись никеля 0,001-10, корунд 90-99,999. В реторту с указанной порошкообразной смесью загружают металлические материалы, откачивают воздух и закачивают аммиак. После этого осуществляют их нагрев одновременно с нагревом насыщающей порошкообразной смеси. В процессе нагрева при температуре порошкообразной смеси 350-450oС проводят выдержку металлических материалов в течение 5-25 минут, после чего газообразные продукты откачивают до давления - 0,95 атм, а металлические материалы и смесь нагревают до температур отжига 900oС. После этого реторту с металлическими материалами охлаждают.

Нагрев изделий в атмосфере аммиака и выдержка их в течение 5-25 минут при температуре 350-450oС позволяют обеспечить полное восстановление окиси никеля с образованием свободных атомов никеля и адсорбции этих атомов к поверхности металлических материалов. Химические реакции между компонентами насыщающей смеси и аммиаком создают условия для увеличения активности смеси и улучшения качества никелированной поверхности.

Применение псевдоожиженного слоя позволяет сократить время нагрева насыщающей смеси и время насыщения, а также обеспечивает равномерный нагрев обрабатываемых материалов. При никелировании металлических материалов в псевдоожиженном слое частицы насыщающей смеси контактируют с поверхностью металла во много раз интенсивнее, чем при обычном способе никелирования. В результате этого происходит очищение поверхности металла от окисных пленок и тем самым облегчается доступ газовой фазы непосредственно к поверхности материала. Процессы никелирования в псевдоожиженном слое протекают в основном за счет газофазного процесса, что обеспечивает высокую скорость насыщения. Активность насыщающей среды в псевдоожиженном слое намного выше, чем при обычном никелировании, вследствие особенностей псевдоожиженного материала. Атомы активного никеля адсорбируются на поверхности образца значительно быстрее, чем происходит их диффузия в глубь металла. В связи с этим концентрация активных атомов никеля на поверхности насыщаемого материала быстро возрастает и никелированный слой образуется за меньший промежуток времени, чем при обычном никелировании.

Присутствие в составе насыщающей смеси окиси никеля позволяет получать активные атомы никеля за счет его полного восстановления в среде аммиака.

Корунд предназначен для создания псевдоожиженого слоя.

При температуре выдержки ниже 350oС снижается стабильность протекания процессов восстановления окиси никеля и адсорбции атомов никеля к стальной поверхности. Никелированный слой получается некачественным. При температуре выдержки выше 450oС ухудшается качество никелированного слоя за счет образования пористого слоя никеля на поверхности.

При выдержке менее 5 минут происходит только частичное восстановление окиси никеля и при дальнейшем нагреве насыщающей смеси до температур насыщения 900-950oС происходит восстановление оставшейся части окиси никеля с образованием на поверхности изделий пористого слоя никеля. Выдержка более 25 минут нецелесообразна, так как за время выдержки 5-25 минут окись никеля восстанавливается полностью.

Уменьшение содержания окиси никеля менее 0,001 мас.% снижает стабильность протекания процессов адсорбции и диффузии атомов никеля в металлические поверхности. Увеличение содержания окиси никеля более 10 мас.% ухудшает технические свойства никелированного слоя, образуя пористый слой никеля на поверхности изделий, а также приводит к спеканию рабочей смеси.

После восстановления окиси никеля присутствие аммиака в среде нецелесообразно, так как при дальнейшем насыщении это приводит к ухудшению качества никелированной поверхности металлических материалов. Поэтому после выдержки 5-25 минут производят откачку газообразных продуктов из реторты и с целью более полного отвода газообразных продуктов создают отрицательное давление - 0,95 атм, что значительно улучшает качество покрытия.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению со способом, взятым за прототип, были проведены лабораторные испытания.

Провели диффузионное никелирование образцов стали 45, порошка железа, ВТ1, порошка меди известным и заявляемым способами.

Для приготовления смесей использовали порошкообразные компоненты с размером фракции 0,1-0,15 мм.

Составы насыщающих смесей, режимы проведения способов и результаты металлографических исследований представлены в таблице.

Из приведенных данных следует, что заявляемый способ диффузионного никелирования металлических материалов в псевдоожиженном слое по сравнению с прототипом позволяет улучшить качество обработанной поверхности, сокращает в 4 раза время обработки в насыщающей смеси, а также обеспечивает получение на поверхности металлических материалов никелированного слоя значительной толщины.

Формула изобретения

Способ диффузионного никелирования металлических материалов в псевдоожиженном слое, включающий нагрев, насыщение в смеси с никельсодержащим компонентом и последующее охлаждение, отличающийся тем, что никелирование проводят в смеси, дополнительно содержащей корунд, а в качестве никельсодержащего компонента - окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас. %: Окись никеля - 0,001 - 10 Корунд - 90 - 99,999 нагрев осуществляют в атмосфере аммиака, причем в процессе нагрева при температуре насыщающей смеси 350-450oС осуществляют выдержку в течение 5-25 мин, после чего газообразные продукты откачивают до давления 0,95 ат.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано для повышения износо-, жаро- и коррозионной стойкости деталей машин на предприятиях металлургической, авиационной, химической, судостроительной, машиностроительной и др

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей в циркулирующей газовой среде и может найти широкое применение как в энергетическом машиностроении, в частности авиационном и космическом, так и в других отраслях народного хозяйства

Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности к средам для многокомпонентного диффузионного насыщения поверхности металлов

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к комплексному насыщению деталей преимущественно из конструкционных сталей хромом и углеродом, и может быть использовано для повышения износостойкости и усталостной прочности деталей машин и инструментов

Изобретение относится к процессам химико-термической обработки металлов и сплавов, а именно к составам для насыщения
Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, преимущественно в машиностроении, для повышения износостойкости поверхностного слоя деталей машин при абразивном изнашивании

Изобретение относится к технологии поверхностного упрочнения стальных деталей, работающих с динамическими нагрузками в условиях интенсивного изнашивания

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессам диффузионного цинкования, и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, приборостроительной и других областях промышленности

Изобретение относится к химико-термической обработке поверхностей деталей и может быть использовано в машиностроении, транспортной, химической и строительной отраслях промышленности для обработки с целью защиты от коррозии и старения прессованных, кованных, литых и механически обработанных изделий из углеродистой и низколегированной, в том числе повышенной прочности, стали, чугуна, меди

Изобретение относится к твердому композиту, который получают способом, спекания

Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности к процессу термодиффузионного цинкования стальных деталей в порошковых средах

Изобретение относится к химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в химической промышленности, приборостроении, а также в любой отрасли машиностроения

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке , а именно к процессам диффузионного цинкования, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для диффузионного цинкования деталей из сталей и алюминиевых сплавов
Изобретение относится к области химико-термической обработки металлических изделий, более конкретно стальной проволоки, и может быть использовано в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости изделий

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения

Наверх