Термодиффузионный метод покрытия

Термодиффузионный метод был разработан в 1938 году Н.А. Изгарышевым и Э.С. Саркисовым и получил практическое применение. Сущность метода состоит в поверхностном насыщении основного металла атомами легирующего компонента в результате диффузии его при высоких температурах. Тем самым удается значительно снизить расход легирующего металла.

Для создания термодиффузионного покрытия должны существовать следующие необходимые условия:

возможность образования твердого раствора основного металла с металлом покрытия;

атомный радиус металла покрытия не должен превышать атомный радиус основного металла, что обеспечивает свободу перемещения атомов вглубь кристаллической решетки.

и т.д. Из них наибольшее применение в промышленности нашли покрытия:

алюминием — термоалитирование;

хромом — термохромирование;

кремнием — термосилицирование.

. За-

сыпка производится плотно, толщина засыпки около дна не менее 10 см. Емкость снабжена клапаном, позволяющем избыточным газам выходить наружу (рис. 9.3).

Инертный наполнитель — А^Оз — не дает возможность частицам алюминия слипаться и при повышении температуры сплавиться в общую массу. Он способствует сохранению алюминия в диспергированном состоянии и обеспечивает общее пористое состояние реакционной смеси, облегчающее протекание диффузионных процессов. Хлористый аммоний вводится для вытеснения воздуха с целью предотвращения окисления изделия и для создания особой

газовой атмосферы. При нагревании до 900-1000 °С 1ЧН4С1 разлагается. При этом могут протекать реакции:

При воздействии СЬ или НС1 на алюминий происходят реакции:

Хлористый алюминий является летучим соединением и быстро достигает поверхности стального изделия. На поверхности протекает обменная реакция:

Освобожденный хлор взаимодействует с алюминием и вновь дает летучий хлористый алюминий.

Таким образом осуществляется перенос металла покрытия на металл изделия

  через газовую фазу. Затем происходит диффузия атомов алюминия в поверхностный слой детали. Нагрев ведут при 950-1000°С в течение 5-6 часов. Глубина защитного слоя тем больше, чем выше температура и продолжительность процесса (рис. 9.4). Обычно получают поверхностные слои толщиной от 0,3 до 0,6 мм.

и

РеА^О^ Внешний слой наиболее обогащен алюминием, средний слой близок по составу к интерметаллическому соединению РеА1з, далее вглубь идет твердый раствор алюминия в железе с постепенным снижением содержания алюминия.

Термоалитирование значительно повышает жаростойкость стальных изделий (рис. 9.5). Они могут эксплуатироваться продолжительное время при температурах 800-900 °С. Обеспечивают хорошую защиту против газовой коррозии в атмосферах, содержащих соединения серы. При температурах выше 1000 °С их защитные свойства падают.

Диффузионное насыщение стали алюминием является одним из самых надежных способов защиты от действия кислорода при высоких температурах. Алитированые изделия могут использоваться вместо жаростойких сталей.

Внешний алитированный слой обладает повышенной хрупкостью. Поэтому алитированию подвергаются изделия в собранном виде.

Алитированные изделия находят широкое применение для защиты от газовой коррозии оборудования нефтеочистительных и нефтеперегонных установок, деталей газогенераторов, муфельных печей и т.д.

Термохромированные изделия обладают высокой жаростойкостью, твердостью и жаропрочностью. Они широко применяются в химической и нефтехимической промышленности, особенно в окислительных средах, и в деталях, испытывающих повышенные нагрузки от трения.

Термосилщирование является аналогичным технологическим процессом. Оно осуществляется с применением смеси порошков — ферросилиция, шамота и хлорида аммония, или в газообразной среде соединений кремния — 81Р4, 8ЮЦ. Процесс ведут при температуре 1100-1200 °С в течение 10-24 часов. При этом протекает реакция:

Глубина защитного слоя составляет 0,8—1,0 мм. Поверхность си-лицированных изделий тверда, износостойка. Такое покрытие хорошо защищает углеродистую сталь от газовой коррозии.

В табл. 9.1 приводится сравнительная характеристика термодиффузионных видов покрытий.

Метод термолегирования является одним из широко используемых методов противокоррозионной защиты.

Изделия, легированные в поверхностном слое, обычно гораздо дешевле, чем изготовленные целиком из высоколегированного сплава. Они сочетают в себе высокую жаропрочность и жаростойкость, тогда как высоколегированные жаростойкие сплавы часто обладают недостаточной жаропрочностью.

Кроме того, поверхностный защитный слой позволяет сохранить хорошие механические свойства изделий в то время, как в легированных сплавах эти свойства часто ухудшаются.