способ силицирования поверхности изделий из сплавов черных, цветных и редких металлов

Формула изобретения

СПОСОБ СИЛИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ ЧЕРНЫХ, ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ, включающий нанесение на поверхность изделия обмазки и последующий нагрев и выдержку при температуре силицирования, отличающийся тем, что в качестве обмазки используют кремнийорганический лак, разбавленный органическим растворителем до содержания кремния от 0,1 до 10 мас. % , а нагрев проводят до 900 - 1100^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в смежных областях машиностроения.

Известен способ газового неконтактного силицирования. При этом способе изделия располагаются над реакционной смесью и отделены от нее песчаным фильтром. Компонентами силицирующей смеси служат ферросилицит и хлористый аммоний.

К недостаткам этого способа следует отнести высокую энергоемкость процесса, необходимость герметизации печей, а также то, что при способе невозможно проводить локальное силицирование.

Известен способ контактного силицирования в смеси порошка кремния, инертных добавок (окись аммония, окись магния, двуокись хрома и др. ). Изделия засыпают реакционной смесью, контейнер герметизируют плавким затвором и процесс проводят в воздушной атмосфере.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что при его реализации не обеспечивается стабильность результатов по толщине силицированного слоя и его составу, что приводит к снижению служебных характеристик изделия. Кроме того, данный способ не позволяет проводить локальное силицирование.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ жидкостного силицирования. Способ заключается в том, что предварительно очищенная поверхность изделий приводится в контакт с силицирующим реагентом. Силицирующий реагент представляет собой расплав силиката натрия, в который добавлен металлический кремний, карбид кремния и др. Процесс ведут в специальном контейнере. Температура процесса 900-1100^оС. Время процесса 2-10 ч.

К недостаткам этого способа следует отнести, в первую очередь, значительное газовыделение и применение предварительно дегидратированного силиката натрия. Так как промышленный силикат натрия представляет собой кристаллогидрат, то для его разрушения (дегидратирования) необходим предварительный длительный прогрев в температурном интервале 1100-1400^оС. За счет этой стадии суммарная энергоемкость процесса силицирования чрезвычайно высокая. На этой стадии происходит значительно газовыделение, что требует применения специального оборудования. Кроме того, по этому способу невозможно проводить локальное силицирование.

Изобретение позволяет снизить энергоемкость и трудоемкость процесса силицирования за счет исключения операции по подготовке (длительном прогреве при 1100-1400^оС) силиката натрия и за счет включения операции расплавления и поддержания в расплавленном состоянии силицирующего реагента. Предлагаемый способ позволяет полностью устранить газовыделение, существующее при реализации известного способа. Реализация изобретения позволяет при повышении (жаростойкости) качества силицированного слоя проводить локальное силицирование.

Сущность изобретения заключается в очистке поверхности изделий, приведении в контакт с силицирующим реагентом, проведения силицирования и использования в качестве силицирующего реагента кремнийорганического соединения, которое наносят на поверхность в виде раствора следующего состава, мас. % : по кремнию 0,1-10; органический растворитель остальное. Силицирующий реагент наносят локально на участки, подвергаемые силицированию.

Способ осуществляется следующим образом.

На очищенную и обезжиренную поверхность изделий наносят слой кремнийорганического соединения. Покрытие изделия высушивают на воздухе при 20^оС 20 мин. Если необходимо проводить общее силицирование, то кремнийорганическое соединение наносят на всю поверхность изделия. При определенном типе изделий возникает необходимость проводить локальное силицирование. В этом случае кремнийорганическое соединение наносят только на участках (зонах), подвергаемых силицированию.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в качестве силицирующего реагента используют кремнийорганическое соединение и наносят его на поверхность изделий из раствора в органическом растворителе.

П р и м е р 1. На подготовленную поверхность изделий наносят кремнийорганическое соединение. Изделие с нанесенными кремнийорганическими соединениями высушивают на воздухе 15-20 мин при комнатной температуре. Данные о материале изделий, концентрации кремния в силицирующем реагенте, условиях силицирования и глубине силицированного слоя представлены в табл. 1.

П р и м е р 2. Согласно изобретению в зонах локально, где необходимо провести силицирование, наносят кремнийорганическое соединение, высушивают на воздухе 15-20 мин при комнатной температуре. Данные о материале изделия, концентрации кремния в силицирующем реагенте, условиях силицирования и глубине силицированного слоя приведены в табл. 1. Из представленных в табл. 1 данных следует, что использование кремнийорганических соединений в растворе, содержащем 0,1-10 мас. % кремния, позволяет создавать при нагреве (до температуры технологического или эксплуатационного нагрева) силицированный слой, сравнимый по глубине со слоем, полученным по прототипу, но за более короткое время и при менее высокой температуре. Использование раствора кремнийорганического соединения позволяет, в отличие от прототипа осуществлять локальное силицирование и силицирование сплавов редких металлов.

В табл. 2 представлены результаты испытаний листов из сплава ВН10 на жаростойкость при 800^оС с силицированным слоем и без него (условия силицирования в табл. 1, N 10).

Из представленных в табл. 2 данных следует, что при создании силицированного слоя жаростойкость сплава ВН10 возрастает в 1,2-1,7 раза при выдержках до 100 ч. Проведение силицирования по прототипу невозможно из-за растворения поверхностного слоя силицирующим реагентом.

Преимущества изобретения по сравнению с прототипом состоит в том, что предлагаемый способ позволяет снизить энергоемкость процесса за счет устранения операций предварительной прокладки силиката натрия при 1100-1400^оС, за счет устранения операции расплавления значительных масс силицирующего реагента и поддержания его в расплавленном состоянии при 900-1100^оС. Способ обеспечивает высокую экологическую чистоту процесса за счет устранения газовыделения, происходящего при прокаливании силиката натрия и расплавлении значительных масс силицирующего реагента. Кроме того, реализация предлагаемого способа позволяет проводить локальное силицирование, которое неосуществимо при реализации способа по прототипу. (56) Электро-химико-термическая обработка металлов и сплавов. М. : Металлургия, 1978, с. 130.