9.5. Диффузионная металлизация
Диффузионной металлизацией называется химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных деталей насыщается различными химическими элементами – металлами.
На практике наиболее часто применяют насыщение поверхностного слоя алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование) и др. Возможно и комбинированное насыщение двумя или несколькими элементами.
В результате такой обработки повышается коррозионная стойкость, жаростойкость, износостойкость рабочих поверхностей деталей. Эти свойства поверхности особенно необходимы для многих деталей теплоэнергетического машиностроения.
Металлы образуют с железом твёрдые растворы замещения, поэтому диффузия их осуществляется значительно медленнее, чем диффузия углерода или азота, а процессы диффузионной металлизации проводят при более высоких температурах – от 900 до 1150оС.
Для проведения процесса применяют твёрдые, жидкие и газообразные среды. В качестве твёрдой активной среды применяют различные ферросплавы (ферроалюминий, феррохром, ферросилиций) с добавкой небольшого количества хлористого аммония NH4CI. В процессе нагрева ферросплав реагирует с хлористым аммонием с образованием термически нестойких хлоридов металлов AlCI3, CrCI2, SiCI4 и др. На стальной поверхности эти соединения диссоциируют с выделением химически активного элемента, диффундирующего в глубь детали.
Алитированию, хромированию и силицированию подвергают сплавы на железной основе. Образующиеся диффузионные покрытия способны защищать детали при высоких температурах, так как на их поверхности в окислительной среде образуются плотные оксидные плёнки из Аl2O3, Cr2O3 и SiO2. Эти плёнки препятствуют диффузии кислорода воздуха и тем самым предохраняют в дальнейшем основной металл от окисления.
В практике поверхностного упрочнения сталей широко используются процессы борирования. Упрочняющий эффект в этом случае достигается за счёт того, что в поверхностных слоях стали образуются бориды железа (Fe2B, FeB) и легирующих элементов, которые имеют высокую твёрдость. В качестве активной внешней среды используют буру, порошок аморфного бора, оксид бора, трёххлористый бор (BCI3). Износостойкость борированных сталей в условиях трения скольжения выше в 4…6 раз износостойкости цементованных и в 1,5…3,0 раза выше нитроцементованных.
В зависимости от диффундирующих элементов, состава внешней активной среды и температуры процесса длительность диффузионной металлизации может находится в пределах от 3 до 7 часов.
Из других процессов химико-термической обработки следует отметить сульфидирование – насыщение стальной поверхности серой. В результате этого образуется тонкая плёнка сульфидов железа (FeS, FeS2). Применяется также и сульфоцианирование – одновременное поверхностное насыщение сталей углеродом, азотом и серой. Слой, содержащий соединения серы, ускоряет приработку трущихся поверхностей, улучшает адсорбцию масла и предотвращает схватывание и задиры. Применяют эти методы упрочнения для деталей подшипников скольжения, работающих в условиях граничной смазки при сравнительно невысоких удельных нагрузках.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите основные виды химико-термической обработки сталей. В чем их сущность.2. Какие факторы влияют на свойства поверхности стальных деталей при химико-термической обработке.
3. Назовите состав химически активных сред при цементации и при азотировании.
4. Какие явления протекают на поверхности стальных деталей в процессе цементации?
5. Чем объясняется повышение поверхностной прочности стальных деталей при азотировании?
6. Чем отличается диффузное хромирование от гальванического?
Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008
