Способ диффузионного хромоалитирования поверхности детали

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей в циркулирующей газовой среде. Способ включает нагрев и насыщение поверхности детали несколькими диффундирующими элементами одновременно в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов. Источниками диффундирующих элементов являются хром и сплав хрома и алюминия. Содержание хрома в сплаве составляет от 30 до 75%, остальное алюминий. Диффундирующие элементы имеют следующий состав: хром - 30-90%, сплав хрома с алюминием - 10-70%. Техническим результатом изобретения является повышение долговечности покрытия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей в циркулирующей газовой среде, в частности к способу диффузионного хромоалитирования поверхности детали из металлов или сплавов, и может найти широкое применение как в энергетическом машиностроении, в авиационной промышленности, так и в других отраслях народного хозяйства.

Известен способ многокомпонентного диффузионного насыщения поверхности детали, включающий нагрев и одновременное насыщение детали несколькими диффундирующими элементами в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов, при этом в качестве источников диффундирующих элементов используют алюминий, хром, кремний (см. Ю.М.Лахтин и Б.Н.Арзамасов «Химико-термическая обработка металлов», Москва, Металлургия, 1985, стр.251).

Однако покрытие недостаточно насыщается хромом (содержание хрома не более 2%), а содержание алюминия в покрытии повышено (более 27%), что приводит к снижению долговечности покрытия.

Наиболее близким к предложенному способу является способ многокомпонентного диффузионного насыщения поверхности детали, включающий нагрев и насыщение детали несколькими диффундирующими элементами одновременно в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов, при этом в качестве источников диффундирующих элементов используют сплав алюминия FeAl или NiAl, и Cr и/или Si (см. патент RU №2186873, кл. С 23 С 10/14, С 23 С 12/02, опубл. 10.08.2002).

Недостатком данного способа является то, что использование сплавов FeAl, NiAl и элементов Cr и Si при проведении одновременного хромоалитирования недостаточно снижает активность алюминия, что приводит к недостаточному содержанию хрома в покрытии (содержание хрома в покрытии не превышает 3%, содержание алюминия повышенное - более 25%), а это в свою очередь отрицательно сказывается на долговечности покрытия.

Технический результат - повышение долговечности покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе диффузионного хромоалитирования поверхности детали, включающем нагрев и насыщение поверхности детали несколькими диффундирующими элементами одновременно в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов, согласно изобретению в качестве источников диффундирующих элементов используют хром и сплав хрома и алюминия.

В результате этого активность алюминия снижается, а активность отдельно используемого хрома и хрома, содержащегося в сплаве, повышается. Благодаря этому наряду с насыщением алюминием поверхность одновременно насыщается хромом в достаточном количестве, а именно 4-8% Cr и 15-25% Al. При Cr<4% долговечность покрытия снижается из-за уменьшения жаростойкости, при Cr>8% долговечность покрытия уменьшается из-за снижения пластичности и охрупчивания покрытия. При Al>25% долговечность покрытия снижается из-за низкой пластичности и термостойкости, склонности к растрескиванию, а при Al<15% снижается сопротивляемость покрытия газовой коррозии из-за снижения запаса алюминия в слое.

Содержание хрома в сплаве может составлять от 30 до 75%, остальное алюминий. Если хрома в сплаве <30%, то покрытие становится хрупким, если хрома в сплаве >75%, снижаются защитные свойства покрытия при окислении из-за невозможности образования защитной оксидной пленки α-Al₂O₃.

Количество хрома (вне сплава, отдельного) может составлять от 30 до 90%, а содержание сплава хрома с алюминием составляет 10-70% соответственно. При Cr-Al>70% преимущественно осуществляется алитирование, содержание хрома в покрытии недостаточно. При Cr-Al<10% преобладает хромирование и покрытие становится менее жаростойким. При количестве Cr<30% также преимущественно осуществляется алитирование, содержание хрома в покрытии недостаточно, при количестве Cr>90% преобладает хромирование и покрытие становится менее жаростойким.

На чертеже схематично изображена установка для реализации указанного способа.

Установка содержит размещенный в печи 1 муфель 2 с герметично закрываемой крышкой 3. В муфеле 2 установлен направляющий цилиндр 4 с выходными отверстиями 5. В направляющем цилиндре 4 расположены керамические емкости 6 с источниками диффундирующих элементов, насыщаемые детали 7 из металла или сплава и лопасти вентилятора 8 с приводом от электродвигателя 9, причем вентилятор может быть как осевым, так и центробежным. Емкость 10 заполнена галогенидом, например NiCl₂. Муфель 2 сообщается с емкостью 10 через запорный вентиль 11 и с холодильником-конденсатором 12 через вентиль 13. Через холодильник-конденсатор 12 муфель 2 соединен с вакуумным насосом 14, защищенным фильтром 15.

Мановакууметр 16 обеспечивает визуальный контроль давления. Для аварийного случая предусмотрены предохранительные клапаны (не показаны).

Холодильник-конденсатор 12 и фильтр 15 служат для того, чтобы пары галогенидов не попали в вакуумный насос 14 и атмосферу. Для охлаждения холодильника-конденсатора 12 можно применять различные среды, например воду, жидкий азот, жидкую углекислоту и другие.

Герметичность соединения муфеля 2 с крышкой 3 обеспечивается, например, прокладкой (не показана) из вакуумной резины, защищенной от перегрева водяным охлаждением (не показано).

Способ реализуется следующим образом.

В муфель 2 при холодной печи 1 загружают насыщаемые детали 7 и емкости 6 с источниками диффундирующих элементов, причем загружаются два источника диффундирующих элементов, один из которых сплав хрома и алюминия, а другой - элемент Cr в достаточном для насыщения количестве: содержание сплава Cr-Al составляет 10-70%, содержание хрома составляет 90-30% соответственно. После загрузки насыщаемых деталей и источников диффундирующих элементов муфель 2 закрывается герметичной крышкой 3, и при открытом вентиле 13 насосом 15 из полости муфеля 2 откачивается воздух. При закрытом вентиле 13 нагревают емкость 10 до температуры (900°С) испарения источника газовой среды (галогенида - NiCl₂), нагревают печь 1 до температуры (950-1000°С) диффузионного насыщения. Нагревательная печь имеет три температурные зоны. В зависимости от технологического процесса температура во всех зонах может быть одинакова (Т1=Т2=Т3) или различна. Полученные в результате нагрева пары галогенидов через вентиль 11 поступают в муфель 2, при этом давление пара в муфеле 2 контролируется при помощи мановакууметра 16. После достижения в муфеле 2 заданной температуры включают вентилятор 8. Происходит процесс насыщения. Заданную толщину (удельный привес) диффузионного слоя регулируют температурой, временем выдержки при выбранной температуре, а также путем изменения скорости движения циркулирующей галогенидной среды. По окончании процесса насыщения детали оставляют охлаждаться в муфеле 2 в печи 1 или вне печи 1. Вариант с выгрузкой не оказывает влияния на свойства покрытий, однако выгрузка муфеля с деталями из печи ускоряет охлаждение, уменьшает время охлаждения деталей, повышает производительность установки, позволяет производить загрузку новой партии деталей, не дожидаясь разгрузки предыдущей партии. В процессе охлаждения деталей насосом 14 откачивают отработанную газовую среду до образования в муфеле 2 разрежения, чтобы исключить образование солевых осадков (хлоридов) на стенках конструкций в камере установки. После охлаждения деталей в муфель 2 напускают воздух через клапаны (не показаны) и открывают крышку 3.

1. Способ диффузионного хромоалитирования поверхности детали, включающий нагрев и насыщение поверхности детали несколькими диффундирующими элементами одновременно в циркулирующей галогенидной среде, образующимися при контакте исходной газовой среды с источниками диффундирующих элементов, отличающийся тем, что в качестве источников диффундирующих элементов используют хром и сплав хрома и алюминия.

2. Способ диффузионного хромоалитирования по п.1, отличающийся тем, что содержание хрома в сплаве составляет от 30 до 75%, остальное алюминий.

3. Способ диффузионного хромоалитирования по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество хрома составляет от 30 до 90%, а содержание сплава хрома с алюминием составляет 10-70%, соответственно.