Диффузионная металлизация металлов реферат

Под металлизацией понимают процесс нанесения специального слоя металла на металлические, бетонные, стеклянные и пластмассовые поверхности для придания им высокой жаро-, износо- и коррозионной стойкости, а также повышения декоративных качеств изделий.

Диффузионная металлизация – это метод насыщения изделий из сталей алюминием (алитирование, алюминирование), цинком (цинкование), бором (борирование), хромом (хромирование) или кремнием (силицирование).

Такое нанесение повышает механические качества материалов, из которых изготовлены обрабатываемые детали – в частности, упрочняет их.

Также описываемая методика подходит для восстановления деталей металлизацией.

Диффузионная металлизация может быть:

• жидкой – изделие погружается в расплав металла;
• твердой – используется ферросплав, содержащий хлористый аммоний;
• газовой – выполняется в газовых атмосферах, в которых присутствуют галогенные комбинации диффундирующего компонента.

Диффузионная металлизация придает деталям из углеродистой стали высокую жаростойкость (для этих целей применяется силицирование или алюминирование (алитирование)), стойкость к абразивному износу и повышенный показатель твердости. Изделия после алитирования стали становятся более качественными, их можно эксплуатировать в средах, где всегда имеется повышенная температура (вплоть до 1100 °С).

Диффузионная металлизация имеет несколько недостатков:

• малая скорость диффузии (алитирование, силицирование – это достаточно длительная процедура);
• тонкие слои, которые по своим защитным свойствам в несколько сотен раз менее эффективны, нежели покрытия, получаемые, например, при цементации стали.

Эти недостатки существенно ограничивают применение диффузионной технологии на промпредприятиях.

Алюминирование (оно же алитирование) производится в тех случаях, когда деталям и механизмам машин требуется придать высокие антикоррозионные свойства при повышенных (до 900 °С) температурах. Чаще всего такое напыление используется для упрочнения конструкций из жаропрочных сталей и аустенитных сплавов с малым содержанием углерода.

Алитирование считается незаменимой методикой при изготовлении оборудования для крекинга газа и нефти, компонентов газовых турбин и двигателей автотранспортных средств, печной арматуры, элементов паронагревательной аппаратуры. Алюминирование нередко выполняется вместо горячего цинкования деталей трубных изделий, проволоки, стальных листов, а также в строительной отрасли.

Технология метода сравнительно проста. Алитирование осуществляется в смесях порошкообразного вида, состоящих из ферроалюминия, алюминия и его окислов.

Напыление длится около восьми часов, ведется при температуре порядка 1000 °С.

При таких условиях алюминирование позволяет получать на поверхности металлических изделий защитный слой толщиной около половины миллиметра (действительно качественное напыление с превосходным защитным потенциалом).

Кроме того, алитирование (алюминирование) иногда производится следующими способами:

• нанесением на изделия слоя специальной алюминиевой краски с их последующим отжигом (диффузионным) в защитной среде;
• нанесением порошка, содержащего алюминий, с обязательным отжигом детали после обработки изоляционной обмазкой;
• погружением заготовки в расплав (жидкое алитирование) при температуре около 750 °С.

Алюминирование небольших по геометрическим размерам деталей и печатных плат обычно выполняют посредством газотермического напыления.

Силицирование осуществляется в жидких либо газообразных средах. При этом разрешается применять и безэлектролизный, и классический электролизный способ обработки изделий.

Силицирование обеспечивает конструкциям, функционирующим в различных кислотах или в соленой воде, уникальную стойкость против коррозии.

Современная технология напыления металла кремнием позволяет получать оборудование и устройства для нефтяной, бумажной и химической промышленности с высокотвердыми слоями толщиной до 1000 микрометров.

Электродуговая металлизация – нанесение защитного покрытия посредством расплавления электродугой проволочных электродов и последующего распыления (в сжатой струе воздуха) металла, выполняющего роль протектора. В результате подобного процесса (требуется специальное оборудование) на поверхность стальных изделий наносятся мелкие частицы, которые формируют покрытие сплошного типа.

Электродуговая металлизация характеризуется рядом достоинств:

• большая (до 15 мм) толщина получаемого защитного слоя;
• недорогое оборудование и сравнительно простая технология процесса;
• возможность внедрения в производство специальных линий, автоматизирующих проведение операции;
• отличная производительность.

Кроме того, электродуговая металлизация гарантирует рациональный расход распыляемых металлов, малые затраты (энергетические) на получение покрытия с заданными параметрами, высокую производительность. Да и оборудование для нее отличается повышенной надежностью.

Не лишена электродуговая металлизация и недостатков. Во-первых, ее технология не всегда обеспечивает хорошую прочность сцепления стальной основы с наносимым покрытием. Во-вторых, выполнять данное напыление не рекомендуется для обработки изделий, работающих в коррозионных средах.

Широкое распространение получила вакуумная металлизация и напыление конструкций из стекла, металла, керамики, пластмасс и пластика. Ее используют для улучшения декоративных характеристик:

• сварных конструкций;
• решеток, светильников, элементов экстерьера и интерьера;
• разной по назначению фурнитуры;
• сувениров;
• аксессуаров транспортных средств.

Чтобы качественно выполнить подобное напыление, требуются специальные устройства и дорогое оборудование – магнетронные системы, дуговые и ионные источники. Вакуумная металлизация подходит для защиты стеклянных, металлических, пластиковых и керамических изделий. Для процесса необходимо особое оборудование, поэтому выполнить его в домашних условиях невозможно.

Еще одна сложная методика защиты поверхности – плазменная металлизация. Она также требует применения специального оборудования, позволяющего получать ионизированный газ (техническую плазму). Такой вид обработки производят при помощи порошковых материалов, дополнительно используют металлические прутки и проволоку.

Надежность эксплуатации печатных плат напрямую зависит от того, насколько качественно выполнена металлизация сквозных отверстий в них. В ходе процесса в отверстиях осаждается медь. Это, по сути, электрохимическая обработка печатных плат, которая не вызывает особых сложностей у опытных людей.

Метод металлизации сквозных отверстий в печатных платах состоит из двух этапов:

• сначала происходит активация меди за счет катализирующего воздействия палладия, входящего в состав смеси для обработки печатных плат;
• затем на центрах активации начинается процесс восстановления меди.

В результате этой двухстадийной операции в отверстиях печатных плат создается сплошное проводящее покрытие. При наличии спецоборудования и некоторых умений несложно выполнить металлизацию отверстий в домашних условиях.

Технология диффузионной металлизации и ее виды

Диффузионной металлизацией принято называть метод обработки сталей либо других металлов и сплавов, при которой поверхностный слой изменяется внедрением молекул других элементов.

Все это происходит при очень высоких температурах в специальной среде.

Результатом такой обработки является физическое укрепление слоя, а также повышение его жаростойкости, увеличение сопротивляемости процессу коррозии – поверхность менее изнашивается во время эксплуатации.

В отличие от нитроцементации и цианирования, где атомы углерода с азотом непосредственно внедряются в кристаллическую решетку стали, диффузионная металлизация предполагает более сложный процесс, когда атомы других элементов образуют со сталью так называемые растворы замещения, поэтому такой процесс длительный и требует применение более высоких температур, превышающих 1000 градусов по Цельсию.

Описание технологии и ее назначение

Метод диффузионной металлизации позволяет получить обработанную толщину слоя стали от 10 микрон до 3 миллиметров. Вне зависимости от того, каким металлом насыщают поверхностный слой носителя, технология получения имеет несколько сходных этапов:

1. Физическая очистка детали, которая будет подвержена диффузионной металлизации. На этом этапе с поверхности удаляются любая грязь, пыль, жировые образования и слой окисла.
2. Помещение изделия в рабочую среду. Это может быть окунание в жидкий расплав, засыпка металлсодержащими порошками, распыление металла на поверхность детали.
3. В некоторых случаях, как при диффузии алюминия, присутствует этап нанесения жаропрочного покрытия поверх распыленного на заготовку расплава.
4. Помещение внутрь специальной печи, где создается высокая температура, иногда превышающая 1000 градусов по Цельсию. На этом этапе под термическим воздействием печи атомы проникают в поверхностный слой изделия, что может длиться очень долго.
5. После обработки деталь достают из бокса, промывают, проводят удаление остатков порошка.

Чтобы заготовка имела хороший вид (особенно это касается металлизации декоративных элементов), ее следует подвергнуть дополнительной обработке методом механической полировки.

Виды диффузионной металлизации

Классификацию видов диффузионной металлизации можно провести по нескольким признакам. В первую очередь по типу металла, который будет посредством диффузии проникать внутрь поверхностного слоя. Здесь выделяют:

1. Алитирование, когда термохимическим способом деталь насыщают атомами алюминия.
2. Хромирование – диффузионное насыщение стали атомами хрома.
3. Титанирование – внедрение атомов титана в поверхностный слой стали.
4. Цинкование, когда термохимическим способом металлическую деталь насыщают элементарными частицами цинка.
5. Силицирование – диффузионное насыщение стали кремнием.
6. Борирование – получение высокопрочного поверхностного слоя металла путем внедрения туда атомов бора диффузионным способом.

По состоянию среды, где протекает обработка металла диффузионным способом, металлизация проводится:

• в твердой среде;
• в жидкой среде;
• в газообразной среде.

Твердая металлизация

Этот тип металлизации проводят посредством использования активной твердой среды на основе ферросплавов.

Под эту категорию подпадают ферросилиций, ферроалюминий, феррохром (перечисленные компоненты вводят в рабочую область как порошки), плюс к ним еще добавляют аммоний хлористый (NH4Cl), не превышающий 5% от общей массы твердого компонента.

Засыпанные порошком детали помещают внутрь специальной печи. Насыщение в твердой среде проводят для стали, кобальта, никеля, титана и других металлов при температуре от 1000 до 1500 градусов по Цельсию.

При повышении температуры до рабочего уровня аммоний хлористый начинает вступать в реакцию с ферросплавом, результатом чего является выделение нестойких термических хлоридов металла CrCI2, AlCI3, SiCI4 и других. Эти хлориды, соприкасаясь со стальной поверхностью, начинают диссоциировать. Выделяется химически активный элемент, который проникает в поверхностный слой изделия, насыщая его.

Жидкая металлизация

Диффузионное насыщение в жидкой среде применяют, когда необходимо провести цинкование, хромирование, меднение, алитирование. Для этого используют так называемые ванны-печи, куда помещен расплав, который будет диффундировать, либо соль этого металла. Необходимые для обработки детали помещают в эту жидкую среду при температуре от 800 до 1300 градусов по Цельсию.

Жидким методом можно осуществить диффузионную металлизацию одновременно несколькими элементами. При комплексной металлизации получают такие типы покрытия, как хромоникелирование, хромоалитирование, хромотитанирование.

Газовая металлизация

Диффузию газовой средой проводят для стали и других металлов такими элементами, как молибден, хром, алюминий, титан, ниобий, вольфрам.

Химические газообразные соединения этих элементов при соприкосновении с основным металлом вступают с ним в реакцию, и результатом этого является диффузия.

Газовой средой обычно выступают галогениды металлов, атомы которых должны проникнуть внутрь поверхностного слоя металлического изделия.

Металлизацию газовую проводят в печах муфельного типа или в специализированной конструкции, где поддерживается температура порядка 700–1000 градусов по Цельсию.

Процесс диффузионной металлизации сопряжен с опасными для здоровья факторами, поэтому следует придерживаться правил техники безопасности и применять средства индивидуальной защиты.

Плюсы и минусы диффузионного насыщения металлов

• Применяя диффузионную металлизацию, в поверхностный слой металлического изделия можно внедрить практически любой диффундирующий элемент – это следует отнести к положительным аспектам метода.
• 
• Отрицательные же аспекты, которые не позволяют широко использовать такую обработку на предприятиях, следующие:

• скорость диффузии очень мала и требует многих часов обработки;
• поддержание высоких температур ведет к серьезным затратам энергии;
• из-за повышенного нагрева деталь подвергается деформации;
• полученный слой уступает по показаниям защиты слоям, получаемым менее затратными методами, например нитроцементацией.

Уважаемые посетители сайта, кто знает о методе диффузионной металлизации либо применял этот метод на практике, поделитесь своими знаниями в х. Опыт всегда лучше, чем теория!

Диффузионная металлизация

Диффузионной металлизацией называют процесс поверхностного насыщения стали металлами. Насыщение алюминием называется алитированием, хромом — хромированием, кремнием — силицирова- нием, титаном — титанированием и т.д.

В результате насыщения поверхности указанными металлами повышается определенный комплекс свойств (износостойкость и твердость, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.).

Как и при насыщении металлоидами, существуют различные способы осуществления диффузионной металлизации.

При насыщении стали металлами с низкой температурой плавления (алюминий, цинк) чаще применяют их расплавы, а для более тугоплавких (кремний, ванадий) используют контакт стали либо с их порошковыми ферросплавами, либо летучими хлоридами металлов (А1С13, CrCl2, SiCl4 и др.).

Алитирование проще проводить отжигом в порошкообразных смесях либо методом напыления с последующим диффузионным отжигом при 900—1100 °С.

В результате окисления алюминия после алитирования на поверхности стали образуется пленка А1203, предохраняющая ее от окисления и сталь приобретает повышенную коррозионную стойкость.

Толщина алитированного слоя обычно составляет 0,2— 1,0 мм.

Алитированию подвергают детали, длительно работающие при высоких температурах (чехлы термопар, детали разливочных ковшей, топки газогенераторных машин).

Хромирование изделий проводят чаще всего в порошкообразных смесях (например, в смесях, содержащих 50 % феррохрома, 49 % оксида алюминия и 1 % хлористого аммония). Хром при высокой температуре (1000—1050 °С) испаряется из феррохрома и диффундирует в сталь.

По структуре диффузионный слой представляет твердый раствор хрома в a-железе, если хромируют техническое железо, а при насыщении стали в хромистом феррите распределяются специальные карбиды хрома (Cr, Fe)7C3, (Сг, Fe)23C6.

Карбидный слой обладает высокой твердостью, достигающей 1200—1300 HV В последнее время применяют так называемое глубокое хромирование [на глубину от 2 до 8 мм, осуществляемое при высоких температурах (1400—1450 °С)].

Хромирование применяют для деталей, работающих на износ в агрессивных средах (детали паросиловой аппаратуры, пароводяная арматура и др.).

Силицирование проводят для повышения стойкости изделий в морской воде, различных кислотах (серной, соляной, азотной), в порошкообразных смесях (70 % ферросилиция, 20 % шамота, 5 % НС1), но чаще — в газообразной среде (SiC^) при 950—1000 °С. Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в a-железе.

Он отличается повышенной пористостью, глубина его 0,3—1 мм. Твердость силицированного слоя невысока (200— 300 НУ), но после предварительной пропитки маслом при 170— 200 °С он обладает высокой износостойкостью. Силицированию подвергают детали оборудования для химической, нефтеперерабатывающей промышленности и т.п.

При титанировании поверхностный слой в низкоуглеродистой стали отличается повышенными коррозионными свойствами, а в средне- и высокоуглеродистых — также и высокой твердостью (до 2700 HV) и износостойкостью.

Титанирование проводят в порошкообразных смесях (например, 75 % порошка низкоуглеродистого титана, 15 % плавикового шпата, 4 % фтористого натрия и 6 % соляной кислоты). Процесс проводят при 800—1000 °С.

Разрабатываются также способы газового титанирования — при пониженном давлении и температуре 1000 °С в присутствии титанового порошка или губки. Продолжительность процесса варьируют от 2 до 6 ч. Образующийся поверхностный титанирован- ный слой имеет очень высокую твердость.

Так, у стали 45 поверхностная твердость достигает 2700 HV. Титанирование применяют для лопастей гребных винтов, поршней судовых двигателей, фильер для протяжки проволоки и т.п.

При титанировании фильер из стали их износостойкость на 30 % превышает стойкость металлокерамического твердого сплава ВК8.

В последнее время разрабатывают способы многокомпонентного насыщения поверхности несколькими металлами и металлоидами. В случае насыщения металлами на поверхности образуются слои со свойствами, характерными для легированных сталей.

Наиболее широко пока разрабатывают методы двухкомпонентного насыщения (например, один из компонентов — бор, повышающий износостойкость, и второй — алюминий, повышающий жаростойкость). Кроме боралитирования применяют также боросилицирова- ние, боротитанирование, бороазотирование и многие другие.

Износостойкость бороалитированных, борохромированных, бороцир- конированных изделий ниже, чем просто борированных, но эти покрытия менее хрупки и изделия выдерживают более высокие динамические нагрузки.

Еще более высокие свойства поверхностных слоев получаются при трех- и более компонентном насыщении. Применяют также способ осаждения покрытий из карбидов и нитридов титана, циркония и других элементов. Стойкость инструмента с покрытиями из карбидов титана повышается в 2,5—3,5 раза.

Толщина карбидного слоя 3—6 мкм получается за 2—3 ч при 1000 °С. В последнее время используют резцы с покрытиями из нитридов титана.

Это покрытие имеет меньшую твердость по сравнению с покрытием из карбида титана, но дает возможность работать с большими скоростями резания, так как уменьшается разогрев инструмента.

В заключение следует отметить, что скорость процессов диффузионной металлизации существенно различна в углеродистых и легированных сталях. При этом различные легирующие элементы могут как ускорять, так и замедлять процесс диффузионной металлизации (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Влияние легирующих элементов на толщину хромированного слоя (температура хромирования 1100 °С)

Борированием называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагревании в соответствующей среде. Основная цель — получение высокой твердости, повышение абразивного износа, коррозионной стойкости, теплостойкости и жаростойкости поверхности стальных изделий. Применяют два метода борирова- ния: электролизное и газовое.

При электролизном борировании в тигель с расплавленной бурой (950 °С) помещают графитовый стержень (анод) и обрабатываемую деталь (катод). Бура разлагается, образуя атомарный бор, диффундирующий в поверхность обрабатываемой детали.

Газовое борирование осуществляют при 850—900 °С в газовой смеси, состоящей из диборана В2Н6 и водорода. Толщина бориро- ванных слоев не превышает 0,3 мм, а твердость равна HV 1800— 2000. Недостаток борированных слоев — высокая хрупкость.

Борированию подвергают траки, втулки грязевых и нефтяных насосов и другие сильно изнашивающиеся детали.

Диффузионное насыщение металлами

Насыщение поверхности стали металлами в ходе их высокотемпературной химико-термической обработки в соответствующих насыщающих средах называется диффузионной металлизацией.

Целью такого вида химико-термической обработки является изменение состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали путем введения в него таких металлов, как хром, алюминий, титан, цинк, вольфрам, ванадий, ниобий.

Диффузионная металлизация, в зависимости от насыщающего элемента, может проводиться в диапазоне температур от 400 до 1700 °С. Техническое исполнение этого вида химико-термической обработки может быть выполнено рядом способов, например, погружением обрабатываемой детали в ванну с расплавленным металлом.

Такой метод применим в том случае, когда температура плавления насыщающего металла оказывается значительно ниже температуры плавления стали.

В случае необходимости насыщения поверхности стальной детали тугоплавкими металлами возможно использование погружения детали в расплавы солей насыщающего металла, насыщения поверхности детали из газовой фазы, состоящей галогенидов диффундирующего металла, диффузии насыщающего металла путем его испарения из сублимированной фазы, метода циркуляционного газового насыщения и т. п.

Подобная химико-термическая обработка может включать в себя как насыщение только одним элементом, например, насыщение поверхности детали хромом — хромирование, насыщение алюминием — алитирование, так и насыщение группой металлов — хромоалитирование (одновременное насыщение хромом и алюминием), одновременное насыщение поверхности детали металлами и неметаллами — карбохромирование (насыщение поверхности углеродом и хромом). Совместное насыщение поверхности детали рядом элементов может проводиться как одновременно, так и последовательно.

В результате диффузионной металлизации в поверхности стали возникают слои высоколегированных твердых растворов диффундирующих элементов в железе, создавая принципиально иные физико-химические свойства поверхностных, защитных слоев изделия. Изделие, поверхность которого обогащена этими элементами, приобретает ценные свойства, к числу которых относятся высокая жаростойкость, коррозионная стойкость, повышенная износостойкость и твердость.

Алитирование — насыщение поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850 — 900 0С), так как в процессе нагрева на поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка окиси алюминия Al2O3, предохраняющая металл от окисления.

Алитирование проводят в порошкообразных смесях (50%Al или ферроалюминия, 49%Al2O3 и 1%NH4CI или 99% ферроалюминия и 1%NH4CI) при температуре 1000°С и выдержке в течение 8ч. В результате образуется слой в 0,4—0,5 мм, насыщенный алюминием. Алитирование выполняется также металлизацией в расплаве алюминия (с 6—8% железа) при 700—800°С с последующей выдержкой и др. методами.

Структура алитированного слоя представляет собой твердый раствор алюминия в a-железе. Твердость алитированного слоя (на поверхности) до 500 HV, износостойкость низкая. Алитирование поверхности стальных и др.

металлических деталей проводится с целью повышения окалиностойкости до температуры 1100°С и сопротивления атмосферной коррозии. Чаще всего алитируются детали из малоуглеродистых аустенитных сталей.

При алитировании в течение 12 ч при 1100°С у стали с 0,06 % углерода толщина слоя составляет 1 мм, у стали с 0,38 % углерода — менее 0,9 мм.

Содержание алюминия в насыщенном слое может достигать 40–50 %, однако при превышении его концентрации 30% отмечается повышенная хрупкость слоя и для выравнивания его концентрации по сечению поверхностного слоя обычно выполняется термическая обработка жаропрочных сплавов.

Алитирование применяют также при изготовлении клапанов автомобильных двигателей, лопаток и сопел газовых турбин, деталей аппаратуры для крекинга нефти и газа, труб пароперегревателей, печной арматуры и т. п. Алитирование в расплавленном алюминии широко пользуются вместо горячего цинкования (листы, проволока, трубы, строит, детали).

Хромирование — способ химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (900–1300°С) диффузионном насыщении поверхности обрабатываемой детали хромом в насыщающих средах с целью придания ей жаростойкости (до 800°С), коррозионной стойкости в пресной и морской воде, растворах солей и кислот, эрозионной стойкости. Диффузионное насыщение поверхности стали хромом, также уменьшает скорость ползучести материала, повышает его сопротивление термическим ударам. Хромирование также повышает предел выносливости стали при комнатных и повышенных температурах, что связано с возникновением в слое сжимающих напряжений.

Хромирование сталей, содержащих свыше 0,3 — 0,4%С, повышает также твердость и износостойкость. Диффузионный слой, получаемый при хромировании технического железа, состоит из твердого раствора хрома в a-железе. Карбидный слой обладает высокой твердостью. Твердость слоя, полученного хромирования железа, 250 — 300 HV, а хромированием стали — 1200 — 1300 HV.

Хромированию подвергаются стали различных классов — ферритных, перлитных и аустенитных, сталей различного назначения.

Структура хромированного слоя напрямую зависит от содержания в стали углерода.

Если в малоуглеродистых сталях этот слой обычно состоит из твердого раствора замещения хрома в a -железе, то в случае высокоуглеродистых материалов может образовываться слой карбидов, состоящий, например, для сталей с 0,8–1,0 % углерода из карбидов Сr23С6, расположенных в верхних слоях насыщенной хромом поверхности и карбида Cr7С3 лежащего ниже. Под карбидными слоями располагается эвтектоидный слой, состоящий из троостита и карбида Cr7С3. Кроме углерода на параметры хромированного слоя влияет легирующие элементы. Содержащиеся в стали все карбидообразующие элементы — вольфрам, молибден, титан, ванадий и т. д., увеличивают глубину хромированного слоя, элементы расширяющие аустенитную область — никель, кобальт — уменьшают глубину хромирования. Это связано с особенностями диффузии хрома в a -Fe и g -Fe. С одной стороны, скорость диффузии атомов хрома в a -железе значительно выше, чем в аустените, с другой, — при легировании вольфрамом, молибденом и другими карбидообразующими элементами содержание хрома в стали в исходном, до химико-термической обработки, состоянии превосходит его концентрацию в сталях углеродистых или легированных, например, только никелем.

Твердость насыщенной хромом поверхности у средне- и высокоуглеродистых сталей, то есть тогда, когда хром в поверхности находится в виде слоя карбидов, составляет 12000–13000МПа. Твердость хромированного слоя у низкоуглеродистых сталей, когда хром находится в твердом растворе, не превышает 1500–3000МПа.

Наиболее широко применяется метод диффузионного хромирования в порошках, содержащих хром или феррохром и активные добавки в виде галогенидов аммония (контактный метод).

При этом подвергающиеся химико-термической обработке детали укладываются в специальные контейнеры (ящики) с двойными крышками для повышения герметичности и подвергаются высокотемпературным нагревам в соответствующих смесях в течение 6–12 ч.

Особо широкое применение этого метода объясняется простотой применяемого оборудования, отсутствием необходимости создания специальных производств и участков.

Кроме однокомпонентного насыщения поверхности стали хромом достаточно широкое применение нашли процессы совместного насыщения: углеродом и хромом — карбохромирование, хромом и кремнием — хромосилицирование, хромом и алюминием — хромоалитирование.

Карбохромирование — это процесс последовательного насыщения поверхности детали углеродом, а затем хромом, способствующий повышению твердости, износостойкости, жаропрочности, коррозионной стойкости материала. Режимы и способы данной химико-термической обработки соответствуют режимам и способам цементации и хромирования изделий.

Хромосилицирование — это одновременное насыщение поверхности детали хромом и кремнием.

Температура хромосилицирования составляет, в зависимости от состава обрабатываемого материала и способа хромосилицирования, 900–1200 °С.

Детали, подвергшиеся хромосилицированию, по сравнению с хромированными деталями, обладают повышенной окалиностойкостью и кислотостойкостью, повышенным сопротивлением эрозии в области высоких температур.

Хромоалитирование — это совместное или последовательное насыщение поверхности детали хромом и алюминием. Температура процесса находится в пределах 900–1200°С.

Хромоалитирование проводится для создания в поверхности детали слоев с повышенной жаростойкостью, достигающей 900°С, и эрозионной стойкостью.

В зависимости от требований, предъявляемых к обрабатываемому изделию, возможно получение хромоалитированных слоев с различными соотношениями диффундирующих элементов.

Титанирование — процесс диффузионного насыщения поверхности сталей титаном. Насыщение осуществляется при температурах порядка 1100°С, глубина насыщения обычно не превышает 0,3 мм.

С помощью титанирования стальным деталям придается исключительно высокая коррозионная стойкость, характерная для титана главным образом в средах различных кислот. Титанирование может проводиться в твердых (порошкообразных), жидких и газообразных насыщающих средах.

Процесс по технологическим и химическим особенностям близок к хромированию — так же, как при хромировании, в поверхностных слоях малоуглеродистых сталей в процессе насыщения их титаном создается a -твердый раствор титана в железе, который содержит до 30 % титана.

Также возможно образование в поверхностном слое сталей интерметаллидного соединения TiFе2. В сталях с высоким содержанием углерода в поверхностных слоях дополнительно образуются карбидные соединения, резко повышающие твердость насыщенного слоя.

Цинкование — процесс диффузионного насыщения поверхности детали цинком. Химико-термические методы цинкования включают в себя горячее цинкование или цинкование погружением, цинкование в порошке цинка — шерардизация, цинкование в парах цинка. Кроме этих методов используется электролитическое цинкование, металлизация напылением и нанесение цинкосодержащих красок.

Цинкование — процесс, способствующий резкому повышению коррозионной стойкости. Цинк, по отношению к железу являясь электроположительным металлом, тормозит коррозию поверхности детали. Под воздействием атмосферной влаги на цинкованной поверхности стальной детали образуется слой карбонатов и оксидов цинка, оказывающий также защитное действие.

Температура цинкования зависит от способа проведения операции. Так, при цинковании в порошках температура процесса колеблется в пределах 370–430 °С, при цинковании погружением — 430–470 °С. Также широк интервал времени выдержки при цинковании.

Если при цинковании в порошковых смесях слой толщиной около 0,1 мм достигается в среднем за 10 часов, то при цинковании погружением толщину покрытия в 0,3 мм получают за 10 секунд процесса.

Горячее цинкование считается одним из самых надежных, экономичных и потому распространенных методов защиты железа и стали от коррозии. Для металлоконструкций горячее цинкование является, бесспорно, самым распространенным видом покрытия. Толщина цинкового слоя колеблется от 40 до 85 мкм.

В зависимости от режима насыщения в диффузионном слое на поверхности железа может образоваться η-фаза (твердый раствор железа в цинке), далее слой интерметаллидных фаз FeZn13, FeZn7, Fe3Zn10, а ближе к сердцевине — твердый раствор цинка в железе.

Для повышения коррозионной стойкости различных изделий (листы, трубы, проволока, посуда, аппаратура для получения спиртов, холодильников, газовых компрессоров и т. д.) чаще применяют цинкование путем погружения изделий в расплав цинка.

Диффузия хрома, алюминия и других металлов протекает значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом растворы внедрения, а металлы — растворы замещения. При одинаковых температурных и временных условиях диффузионные слои при металлизации в десятки, а то и в сотни раз более тонкие, чем при цементации.

Такая малая скорость диффузии препятствует широкому распространению процессов диффузионного насыщения в промышленности, так как процесс является дорогостоящим, его проводят при высоких температурах (1000-1200°C) длительное время.

Только особые свойства слоя и возможность экономии легирующих элементов при использовании процессов диффузионной металлизации обусловливает их применение в промышленности.

Список рекомендуемой литературы.

Основная:

1.Материаловедение. Учебник для вузов. Под ред. Б.Н.Арзамасова. 3-изд., перераб. и дополненное. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. 648с.

2.Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Вайткун Ф. Материаловедение: Учебник для вузов. Изд. 2-е перераб. и доп. СПб.: Химиздат, 2002 –696с.

Дополнительная ;

1.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение – М.; Машиностроение, 1990 г.

2.Журавлев В.В., Николаева О.И. Машиностроительные стали – справочник. – М.; Машиностроение, 1992 г.

3.Марочник сталей и сплавов. Под ред. Сорокина В.Г. – М.; Машиностроение, 1989 г.

4.Металловедение и термическая обработка. Методический практикум по лабораторным работам.

Диффузионная металлизация | это… Что такое Диффузионная металлизация?

• диффузионная металлизация — difuzinis metalizavimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Metalo paviršiaus įsotinimas (dengimas) kitais metalais, pagrįstas jų difuzija iš aplinkos aukštoje temperatūroje. atitikmenys: angl. diffusion metallization rus. диффузионная… …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
• Диффузионная металлизация —         процесс, основанный на диффузионном насыщении поверхностных слоёв изделий из металлов и сплавов различными металлами (см. Диффузия). Д. м. проводят, чтобы придать поверхности металлических деталей специальные физико химические и… …   Большая советская энциклопедия
• ДИФФУЗИОННАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ — см. в ст. Металлизация …   Большой энциклопедический политехнический словарь
• Металлизация — [metallizing, metal coating] покрытие поверхности изделия или полуфабриката металлами и сплавами для придания физико химических и механических свойств, отличных от свойств металлизированного (исходного) материала. По принципу взаимодействия… …   Энциклопедический словарь по металлургии
• Металлизация —         покрытие поверхности изделия металлами и сплавами для сообщения физико химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого (исходного) материала. М. применяют для защиты изделий от коррозии, износа, эрозии, в… …   Большая советская энциклопедия
• МЕТАЛЛИЗАЦИЯ — новолатинск., от лат. metallum. Превращение в металл. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865. МЕТАЛЛИЗАЦИЯ превращение в металл, сообщение чему либо металлического… …   Словарь иностранных слов русского языка
• МЕТАЛЛИЗАЦИЯ — покрытие поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физических, химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого материала. Применяется для защиты изделий от коррозии, износа, эрозии, повышения контактной …   Большой Энциклопедический словарь
• металлизация — см. Металлизировать. * * * металлизация покрытие поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физических, химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого материала. Применяется для защиты изделий от… …   Энциклопедический словарь
• МЕТАЛЛИЗАЦИЯ — покрытие поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физ., хим. и механич. свойств, отличных от свойств металлизируемого материала. Применяется для защиты изделий от коррозии, износа, эрозии, повышения контактной электрич.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь
• Диффузионное насыщение металлами — Основная статья: Химико термическая обработка металлов Диффузионное насыщение металлами поверхностное насыщение стали алюминием, хромом, цинком , кремнием и другими элементами. Один из методов упрочнения материалов. Изделия, обогащённые этими… …   Википедия

Диффузионная металлизация

Диффузионной металлизацией называется насыщение поверхности стали металлами в ходе ее высокотемпературной химико-термической обработки в соответствующих насыщающих средах.

Цель такого вида ХТО – изменение состава, структуры и свойств поверхностного слоя путем введения в него таких металлов, как хром, алюминий, цинк, вольфрам, ванадий, ниобий и др. Диффузионная металлизация, в зависимости от насыщающего элемента, может проводиться в диапазоне температур 700–1400°С.

Процесс ведут в твердых, жидких и газообразных средах. В первом случае применяют порошкообразные смеси, состоящие из ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количестве 0,5–5%.

Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (например, цинк, алюминий). При газовом способе применяют летучие хлористые соединения, образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах.

В результате диффузионной металлизации возникают слои высоколегированных твердых растворов диффундирующих элементов в железе, создавая принципиально иные физико-химические свойства поверхностных, защитных слоев изделия.

Алитирование – режим ХТО, при котором поверхности металлических деталей насыщаются алюминием в соответствующих средах. Как правило, его проводят при температурах 700– 1100°С в печах, подобных показанной на рис. 16.6.

Целью алитирования является повышение окалиностойко- сти (до 800–900 С), коррозионной стойкости изделий в атмосферных условиях и морской воде. Чаще всего алитируют детали из малоуглеродистых аустенитных сталей и жаропрочных сплавов.

Их укладывают в железный ящик и тщательно засыпают смесью, состоящей из 49% алюминиевой пудры, 49% глинозема (А12О3) и 2% нашатыря (NH4Cl) или 99% ферроалюминия и 1% NH4C1. Ящик помещают на 2–12 ч в печь, нагретую до 900–950°С.

Рис. 16.6. Печь для алитирования

При 1000° С и выдержке в течение 8 ч образуется слой толщиной 0,4-0,5 мм, насыщенный алюминием.

Хромирование – способ ХТО, состоящий в высокотемпературном (900–1300°С) диффузионном насыщении поверхности обрабатываемой детали хромом с целью придания ей жаростойкости (до 800°С), коррозионной стойкости в пресной и морской воде, растворах солей и кислот, эрозионной стойкости. Диффузионное насыщение поверхности стали хромом также уменьшает скорость ползучести материала, повышает его сопротивление термическим ударам. Хромирование повышает предел выносливости стали при комнатных и повышенных температурах, что связано с возникновением в слое сжимающих напряжений.

В зависимости от типа карбюризатора процесс проводят при 950-115(ГС.

Титанирование – процесс диффузионного насыщения поверхности сталей титаном. Его осуществляют при температурах порядка 1100°С, глубина насыщения обычно не превышает 0,3 мм.

С помощью титанирования стальным деталям придают исключительно высокую коррозионную стойкость, характерную для титана главным образом в различных кислотах. Процесс можно проводить в твердых (порошкообразных), жидких и газообразных насыщающих средах.

По технологическим и химическим особенностям он близок к хромированию – в поверхностных слоях малоуглеродистых сталей создается твердый раствор титана в железе, который содержит до 30% титана. Также возможно образование в поверхностном слое сталей интерметаллидного соединения TiFe2.

В сталях с высоким содержанием углерода в поверхностных слоях дополнительно образуются карбидные соединения, резко повышающие твердость насыщенного слоя.

Цинкование – процесс диффузионного насыщения поверхности детали цинком. Метод включает в себя: горячее цинкование или цинкование погружением, в порошке, в парах. Он способствует резкому повышению коррозионной стойкости.

Цинкование в парах осуществляют в восстановительной среде водорода при температурах 850–880 °С и давлении около 80 мм вод. ст. Время такого процесса достаточно велико и обычно составляет десятки часов.

Толщина полученных слоев обычно не превышает 0,1–0,2 мм.

Кроме однокомпонентного насыщения поверхности стали достаточно широкое применение нашли процессы совместного насыщения группой металлов или металлами и неметаллами. Совместное насыщение поверхности детали рядом элементов может проводиться как одновременно, так и последовательно.