CS258988B1 - Způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách - Google Patents

Abstract

Způsob povrchové úpravy oceli, litiny a slinutých ocelových výlisků, využívající střídavé působení solné nitrační lázně a jejího anolytu nebo katolytu s možnosti současného použití elektrodových potenciálů do + IV. Výsledkem je vytvoření vrstevnaté struktury povrchové vrstvy s trvalým tlakovým pnutím ve všech mezivrstváoh. Tím se výrazně zvyšuje protikorozní odolnost a odolnost proti opotřebení takto ošetřených povrchů a současně dochází k úspoře kyanatanu - hlavní účinné složky lázně.

Description

Vynález řeší zvýšení užitné hodnoty povrchových vrstev na ocelích, litinách a slinutých ocelových výliscích v solných taveninách se současným zvýšením využití nitridačních solí.

Jedním ze způsobů vytváření nitridových povrchových vrstev na ocelích, litinách a slinutých ocelových výliscích je nitridace v taveninách solí, obsahující kyanidy, kyanatany a uhličitany při teplotách difuse dusíku okolo 5OO-6OO°C. Součásti z železo obsahujících materiálů se upravují nitridací s cílem zvýšit odolnost povrchu proti opotřebení, korozní odolnost a odolnost proti únavě. V poslední době nové varianty nitridace v solných lázních vedle cenných materiálových vlastností proti klasickým řešením tepelným zpracováním a úpravami povrchu získaly také na vzhledové úpravě, takže nahrazují i úpravy vzhledové na povrchu součástí. Právě této výhody se dosahuje jednak zvýšením tlouštěk ochranných vrstev, jednak snížením drsnosti povrchu mezioperačním leštěním, lapováním, otryskáváním skleněnými perlemi a omíláním ve vibračních bubnech nebo broušením s kluznou úpravou. Složení lázní zůstává v podstatě klasické, lázně obsahují asi třetinu kyanidů, třetinu kyanatanů a třetinu uhličitanů. Hlavní účinnou složkou je kyanatan, který reakcí se železem pře258 988 chází na uhličitan. Zpětná reakce v solné tavenině je rovněž možná - z uhličitanu na kyanatan probíhá za přidání pryskyřice obsahující vedle sebe uhlík, dusík a vodík. Tím se výrazně snižuje podíl odpadajících solí s toxickým obsahem. Na povrchu kovů s hlavním podílem železa pak vzniká nekovová vrstva s obsahem E nitridu železa. Legury riitridotvorné snižují tloušlku vytvářené vrstvy, ale zvyšují její tvrdost. Byl prokázán příznivý vliv kyslíku ve vrstvě na její korozní odolnost a odolnost proti opotřebení přimazávaných povrchů, jakož i na rychlost difuse dusíku do povrchu. Pod tvrdou vrstvou se nachází vrstva spojovací asi stejné tloušlky jako vrstva hlavní, ta je však bez výrazných strukturálních změn. Drsnost povrchu se nitridací zvyšuje na více než dvojnásobek. Pokud se však povrch mezioperačne přeleští a drsnost jeho se sníží, tak se již při dalším zpracování drsnost povrchu více nemení, ač technické vlastnosti povrchu se dále ještě zlepší. Strukturální rovnováhy se u nízkolegovaných ocelí nejsnadněji dosahuje dodatečným ohřevem na teplotu 3OO-4OO°C a zvláště při tom příznivě působí slabě oxidující taveniny. Tohoto efektu se dociluje vháněním vzduchu do taveniny, popř. přenesením do oxidačně působící lázně. Podstatnou výhodou nitridace u legovaných a uhlíkových ocelí zůstává zřejmě možnost vytváření tvrdých vrstev na základním materiálu až po jeho tepelném zpracování. K urychlení tvorby a zrovnomernění tloušlky vytvářené nitridové vrstvy se k nitridaci určené předměty předehřívají a oxidují na vaduchu. Z porovnání cenových nákladů je však zřejmé, že jejich hlavní podíl připadá na údržbu a obnovu nitridační solné taveniny , u níž vysoká spotřeba hlavní účinné složky nepříznivě ovlivňuje celkovou skladbu nákladů, i když technolologie je sama o sobě velmi úsporná ve srovnání s jinými analogickými úpravami.

Vynález řeší způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách, jímž se dále zlepší užitné vlastnosti nitridačních vrstev při současně hospodárnějším využívání hlavní účinné složky tím, že na povrch oceli, litiny a slinutých ocelových výlisků se střídavě působí jednak samotnou solnou nitridační lázní, jednak jejím anolytem nebo katolytem. Výhodně se použije vkládaných elektrodových potencionálů do i 1 V při době jejich působení

- 3 258 988 od 1 sekundy do cca 45 minut s možností několikanásobného opakování střídavého působení solné lázně a jejich anolytň a katolytů tak, že proces se s výhodou může ukončit anodovým cyklem, po němž pak již následují operace oplachování a sušení.

Způsobem podle vynálezu se tedy vytváří na povrchu nitridovaných součástí z ocelí, litiny a slinutých výlisků z oceli vrstevnatá struktura s trvalým pnutím ve všech mezivrstvách, Čímž všechny materiálové výhody zůstávají zachovány a navíc při zvětšené tlouštce vrstvy se zlepšuje dosti výrazně protikorozní odolnost a odolnost proti opotřebení. Způsobem podle vynálezu se však současně šetří i hlavní účinná složka lázně - kyanatan, neboí lázně se neobohacují kyslíkem v celé své hmotě, ale jen působením stejnosměrného elektrického proudu se rozdělují na anolyt s vyšším obsahem kyslíku (kyslíkovým potenciálem) a na katolyt - se sníženým obsahem kyslíku (kyslíkovým potenciálem). K použitelným napětím do i 1 V přísluší poměrně velmi vysoké proudové hustoty, řádově <

o značně přes 100 A/dmi Aby se zamezilo vzniku nežádoucích elektrodových reakcí jsou doby zapojení elektrického proudu velmi krátké, často v rozmezí zlomků sekund až několika málo minut. Doba zapojení značně závisí na vkládaném napětí; vkládaná napětí jsou obvykle v hodnotách 0,02 do 0,3 V. Vyšších napětí se dá použít jen ve speciálních případech, např. u vysokolegovaných ocelí ne bo neaktivních struktur. Rovněž u této technologie je vhodné mezioperačne zařazovat mechanické úpravy snižující drsnost nitridovaného povrchu, přičemž se povrchová úprava dokončí např. v oxidující lázni nebo v nitridační lázni se střídavým cyklem, zejména po anolytickém cyklu. Jako příklad se uvádí nitridace oceli 11 321.21, při níž se součásti z oceli nejdříve předehřívají na závěéech v kyslíkové atmosféře při 350°C a pak se vnesou do nitridační solné lázně, obsahující při 580°C 30% hm. kyanidu, 45% hm. kyanatanu a 25% hm. uhličitanu. Po 20 minutách působení této lázně na povrch oceli se vloží na součást anodické napětí v hodnotě okolo 0,1 V po dobu 30 sekund, po dalších 5 minutách se na součást vloží katodické napětí ve stejné hodnotě okolo 0,1 V, a to rovněž po dobu 30 sekund, načež se po dobu cca 30 minut naznačené cykly opakují. Cyklování se vesměs ukončí anodickým cyklem, součásti se přenesou do studené a pak horké vody, voda se vytěsní vytesnovačem. Povrch součástí se lapuje brusným papírem

- 4 258 988

c. 500, součásti se vloží do oxidační lázně na bázi dusitanu a dusičnanu při 35O°C na dobu 10 minut, pak se opláchnou ve studené a horké vodě s případnou vyvářkou a nakoneo se osuší. Je výhodné pro další zvýšení korozní odolnosti povrch opatřit vrstvou přídavného inhibitoru koroze, vpraveriou do povrchu bučí v některé z posledních lázní, nebo při závěrečném leštění.

Zkouškami bylo prokázáno, že korozní odolnost, odolnost proti proti opotřebení a odolnost proti únavovému namáhání je vyšší než u stejné součásti zpracované dosud známými způsoby, přičemž spotřeba hlavní účinné složky je cca až o 20% nižší.

předmět’ vynálezu

Claims (5)

1. Způsob nitridace nebo karbonitridace oceli, litiny a slinutých ocelových výlisků v solných taveninách, obsahujících zpravidla kyanatanové, kyanidové a uhličitanové soli po předchozím zoxidování povrchu na vzduchu, v y z n a č u jící se tím, ze na funkční povrch součásti z oceli, litiny nebo slinutého ocelového výlisku se střídavé působí jednak samotnou solnou lázní, jednak jejím anolytem anebo katolytem při použití vložených elektrodových potenciálů.

2. Způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách podle bodu 1,vyznačující se tím, že velikost vkládaného elektrodového potenciálu je í 1 V.

3. Způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách podle bodu 1, vyznačující se tím, že doba působení samotné základní lázně činí 5 až 150 minut, doba působení anolytu činí 1 sekundu až 15 minut a doba působení katolytu 3 až 15 ti násobek působení anolytu.

4. Způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách podle bodu la 2, vyznačující se tím, ž e při kratších dobách působení anolytu nebo katolytu se střídavě několikrát opakuje působení jednak samotné lázně, jednak jejího anolytu nebo katolytu.

5. Způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, ž e vytváření vrstvy se ukončí s výhodou anodovým cyklem, po němž pak následuje již jen očištění povrchu oplachováním, vytěsňováním a osušením.