NO327930B1 - Borholdig pasta og anvendelse av denne, samt fremgangsmate for dannelse av et beskyttende belegg pa metallgjenstander - Google Patents
Borholdig pasta og anvendelse av denne, samt fremgangsmate for dannelse av et beskyttende belegg pa metallgjenstander Download PDFInfo
- Publication number
- NO327930B1 NO327930B1 NO20070885A NO20070885A NO327930B1 NO 327930 B1 NO327930 B1 NO 327930B1 NO 20070885 A NO20070885 A NO 20070885A NO 20070885 A NO20070885 A NO 20070885A NO 327930 B1 NO327930 B1 NO 327930B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- paste
- boron
- drilling
- metal object
- coating
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 30
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229920001800 Shellac Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 239000004208 shellac Substances 0.000 claims abstract description 14
- ZLGIYFNHBLSMPS-ATJNOEHPSA-N shellac Chemical compound OCCCCCC(O)C(O)CCCCCCCC(O)=O.C1C23[C@H](C(O)=O)CCC2[C@](C)(CO)[C@@H]1C(C(O)=O)=C[C@@H]3O ZLGIYFNHBLSMPS-ATJNOEHPSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229940113147 shellac Drugs 0.000 claims abstract description 14
- 235000013874 shellac Nutrition 0.000 claims abstract description 14
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 9
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical group [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 29
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 abstract description 15
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 15
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 15
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 abstract description 6
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 2
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 41
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 25
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 21
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 20
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001141 Ductile iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 ferroboron Chemical compound 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910020261 KBF4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000954 Medium-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001119 inconels 625 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001235 nimonic Inorganic materials 0.000 description 3
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910015346 Ni2B Inorganic materials 0.000 description 2
- WRLJWIVBUPYRTE-UHFFFAOYSA-N [B].[Ni].[Ni] Chemical compound [B].[Ni].[Ni] WRLJWIVBUPYRTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical group [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015927 pasta Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
- C23C8/68—Boronising
- C23C8/70—Boronising of ferrous surfaces
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
Oppfinnelsen vedrører en borholdig pasta som inneholder B4C, SiC, NaF, (NH2)2CO, RECI, aktivt karbon og shellac løst i etanol, for belegging av en metallgjenstand for å oppnå et beskyttende lag på metallgjenstanden ved oppvarming. Pastaen er i tillegg selvbeskyttende, dvs. at det kreves ingen beskyttende atmosfære under boreringen, hvilket gjør prosessen mye enklere. En annen fordel med denne pastaen er at man unngår korrosjon av komponenten/metallgjenstanden som skal belegges før tørking sammenlignet med normal vannholdig pasta. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for borering med pastaen ifølge oppfinnelsen. I tillegg omtales anvendelsesområdet for borpastaen. Borering med pasta ifølge oppfinnelsen kan anvendes for stål- og støpejernsgjenstander og for Ni og Ni-legeringer, Co og Co-legeringer. Det er svært fordelaktig at pastaen også kan anvendes ved lave temperaturer (600-850?C) for metallgjenstander hvor det er bestemte toleransekrav, og har deformasjon av metallgjenstanden er kritisk. Omfattende rensing eller rustfjerning av prøven som skal boreres, slik det er nødvendig ved konvensjonell borering, er ikke nødvendig på grunn av at etanol og urea benyttes.
Description
Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en pasta for borering av metallgjenstander for å produsere belegg som gir forbedret slitasjemotstand og motstand mot korrosjon i visse omgivelser.
Det er kjent å behandle metallgjenstander med et borpreparat for å danne beskyttende belegg. Borkildene som brukes, kan være forskjellige kjemiske forbindelser, som for eksempel amorft eller krystallinsk bor, ferrobor, borkarbid eller borater slik som boraks. Reaktive forbindelser er gjeme klor- eller fluorforbindelser. Eksempler er alkaliforbindelser med Cl og F. Det mest brukte er kaliumtetrafluorborat, KBF4. Inert substans har ofte vært SiC, Si02 eller Al203. Slike blandinger kan være i form av pulvere, pellets (for eksempel DE 21 27 096 fra 1971) eller pasta (for eksempel DE 26 33 137). Pellets og pasta inneholder også bindemiddel og vann. For å lette påføring på en metallgjenstand, er en pasta mest fordelaktig.
US 2002/0036030 A1 beskriver også boreringsmiddel i form av pasta for å danne et boridsjikt på metalloverflater. Pastaen inneholder borfrigjørende stoffer og aktiverende materialer, og resten er inert ildfast fyllstoff sammen med vann og eventuelt andre hjelpestoffer for å få en pasta. I tillegg inneholder den additiver så som CaC03 og/eller LiC03, minst én forbindelse fra gruppen av alkalimetall- og jordalkalimetallnitritter og en forbindelse fra gruppen av vannløselige alkalimetall-og jordalkalimetallborater.
Felles for alle disse kjente pastaene er at det må benyttes beskyttende eller reduserende atmosfære (inert gass, vakuum) under selve boreringsprosessen. Den mest vanlige boreringsprosessen er pakkingsborering(pack boronising).
CN 1827835 beskriver en blanding for borering av overflater bestående av 3-12 vekt% B4C, 2-9 vekt% KBF4) 2-9 vekt% RECI, 1 vekt% trekullstøv, 1-4 vekt% aktivt karbon, 1-4 vekt% NaF, 1-4 vekt% urea og 48-89 vekt% SiC.
CN86108744 beskriver en dobbelt beleggingspasta hvor en sammen-setning av boreringspasta inneholdende B4C, NaF, (NH2)2CO, NH4HCO3, Na2C03, aktivt karbon, trekullstøv og SiC, dekkes med en beskyttende pasta bestående av SiC, Si02, leire og bindemiddel. Pastaene benyttes til borering av ståloverflater.
Foreliggende oppfinnelse angår en pasta som er mye enklere å bruke. Pastaen er i tillegg selvbeskyttende, dvs. at det ikke stilles spesielle krav til ovnsatmosfæren (inert gass, vakuum).
En annen fordel med denne pastaen er at man unngår korrosjon av komponenten som skal belegges før tørking sammenlignet med normal vannholdig pasta.
I artikkelen "Surface modification of steel and east iron to improve corrosion resistance in molten aluminium" av D. C. Lou, 0. M. Akselsen, M. I. Onsøien, J. K. Solberg, J. Berget, Surfaces & Coatings Technology 200(2006) s. 5282-5288, viser eksperimentelle resultater at boreringen reduserer korrosjonshastigheten betydelig ved bruk av en borpasta som består av en borfrigjørende forbindelse (B4C), aktiverende stoffer (KF4B, (NhbfeCS og NaF), fyllstoffer (AL203, grafitt og SiC) og en klebrig løsning av en organisk cellulose.
Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en borholdig pasta for belegging av en metallgjenstand for å oppnå et beskyttende lag på overflaten av metallgjenstanden ved oppvarming, hvor pastaen omfatter en blanding som inneholder (på vektbasis): 3-90% B4C,
0-85% SiC,
5-20% NaF,
2-10%(NH2)2CO,
2-5% aktivt karbon
0-5 % REG, hvor RE er cerium eller lantan,
sammen med et bindemiddel som gir en pastastruktur.
Oppfinnelsen omfatter videre anvendelse av borholdig pasta for belegging av en stål- eller støpejerngjenstand, og anvendelse av borholdig pasta for en gjenstand av Ni og Ni-legeringer og eller Co og Co-legeringer.
Et annet aspekt ved oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å forsyne en metallgjenstand med et beskyttende belegg, som omfatter å
• påsmøre gjenstanden med en pasta ifølge et av kravene 1-5,
• tørke metallgjenstanden med pastabelegg ved en temperatur i området fra romtemperatur til 100°C, • oppvarme metallgjenstanden med pastabelegg til en temperatur i området 600-1100°C i inntil 40 timer,
• fjerne overskudd av pasta
Figurer
Figur 1 viser prinsippet for borering ved bruk av selvbeskyttende pasta skjematisk skissert.
Figur 2 viser et lysmikroskopbilde av borert (a) AIS11040 og (b) AIS11060.
Figur 3 viser et lysmikroskopbilde av borert (a) lavkarbonstål (0.2 %C) og (b) medium karbonstål (0.4 %C).
Figur 4 viser et lysmikroskopbilde av QRO90 verktøystål borert ved 700°C.
Figur 5 viser et lysmikroskopbilde av borert seigjern ved (a) 850°C og (b) 950°C.
Figur 6 viser et lysmikroskopbilde av seigjern borert ved 650°C i 24 timer.
Figur 7 viser et lysmikroskopbilde av borert (a) QRO 90 og (b) H13 verktøystål. Figur 8 viser et lysmikroskopbilde av QRO90 verktøystål borert ved 650°C i 20 timer. Figur 9 viser et lysmikroskopbilde av borert duplex rustbestandig stål (22Cr-5Ni).
Figur 10 viser et lysmikroskopbilde av borert nikkel.
Figur 11 viser et lysmikroskopbilde av borert kobolt.
Figur 12 viser et lysmikroskopbilde av borert (a) Nimonic 90 og (b) Inconel 625.
Avhengig av materialet som skal boreres kan ulike sammensetninger anvendes (se Tabell 1). For borering av stål og støpejern ved temperaturer over 850°C, som er det konvensjonelle område, er det ikke nødvendig å ha høyere konsentrasjon av B4C enn i området 5-10 vekt%, foretrukket 5-7 vekt%. Mengden av SiC bør da være høy, fra 68-83 vekt%, foretrukket 76-82 vekt%. SiC, B4C og NaF bidrar til å danne det glassaktige beskyttende laget under boreringen. Det vil i mange tilfeller være gunstig å borere ved lavere temperatur for å redusere indre spenninger i og deformasjon av metallgjenstanden. Ved å benytte pasta med et høyt innhold av B4C særlig i området 70-82 vekt% , spesielt foretrukket 75-80 vekt%, er det mulig å utføre borering i temperaturområdet 600-850°C i et tidsrom på inntil 40 timer. Dette anses å være en særlig viktig utførelsesform av oppfinnelsen. Dersom deformasjon ikke er kritisk, vil en høyere temperatur velges for å redusere boreringstiden til mindre enn 10 timer.
Pasta med et borinnhold i det midlere området, for eksempel i området fra 20-40 vekt% kan også benyttes i temperaturområdet 600-850°C, men p.g.a. en høy pris på B4C vil man benytte så lite som mulig under hensyntagen til metallgjenstanden og den anvendte temperatur.
NaF anvendes i pastaen i en mengde på 5-10 vekt.%, NaF er en reaktiv komponent som foretrekkes benyttet fremfor KBF4 da NaF pga. høyere smeltepunkt vil gi reduserte fluoridutslipp.
Det benyttes urea, (Nhfe^CO, i en mengde fra 2-10 vekt%. Urea foretrekkes fremfor tiourea, (NH2)2CS, som er svært helseskadelig.
RECI bidrar til å øke diffusjonsprosessen ved anvendelse av pastaen på stål og støpejern, men gir ikke denne effekt hos Ni- eller Co-legeringer.
Aktivt karbon bidrar også til å øke diffusjonsprosessen, og anbefales brukt i en mengde på 2-5 vekt%.
Som bindemiddel benyttes hensiktsmessig 1-20% shellac og 20-40% etanol, basert på blandingens vekt. Dette er gunstig sammenlignet med for eksempel bruk av organisk cellulose som må løses i vann og deretter lett kan korrodere metallet før pastaen tørker.
De dannede belegg som består av ett eller flere lag av metallborider, er harde, relativt homogene og har lav porøsitet. Hvilken type bond som dannes og resulterende hardhet, er avhengig av hvilket metall/legering som boreres, og varmebehandlingsparametere. Beleggets tykkelse er fra noen titalls mikrometer og opp til 300um.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett med børste eller i vann.
En ytterligere fordel er også at natriumfluorid (NaF) ikke er løselig i etanol, hvilket gjør at man unngår dannelse av hydrogenfluorid (HF) som i vann, og dermed reduserer utslipp av miljøskadelig avfall.
Borering med en pasta ifølge oppfinnelsen kan anvendes for stål- og støpejernsgjenstander, Ni og Ni-legeringer og Co og Co-legeringer.
Det er svært fordelaktig at pastaen også kan anvendes ved lave temperaturer (600-850°C) når metallgjenstanden har bestemte toleransekrav, og deformasjon av metallgjenstanden er kritisk.
Omfattende rensing eller rustfjerning av prøven som skal boreres, slik det er nødvendig ved konvensjonell borering, er ikke nødvendig på grunn av at etanol og urea benyttes. Flaten(e) som skal boreres, dekkes med et 3-5 mm tykt lag av pasta slik det er illustrert i Figur 1. Deretter tørkes pastaen ved romtemperatur eller i varmeskap ved temperatur inntil 100°C.
Prinsippet for borering ved bruk av selvbeskyttende pasta er skjematisk skissert i
Figur 1.
I (a) vises en prøve påsmurt 3-5 mm av en pasta A, deretter i (b) tørkes prøven ved lav temperatur (<100°C). I (c) skjer en dannelse av et glassaktig beskyttende lag B under oppvarming og diffusjon av bor inn i overflaten av metallgjenstanden vist ved de loddrette piler. I (d) vises diffusjonslaget C som er dannet.
Selvbeskyttelse oppnås over hele temperaturområdet som beskrevet nedenfor.
Lav temperatur ( < 600°C) :
I temperaturområdet mellom 150 og 570°C dekomponeres urea. Flere reaksjoner er mulig:
Gassene H2 og CO gir en reduserende atmosfære, og kan fjerne oksidlaget på substratets overflate. Nitrogen [N], og karbon [C] kan diffundere inn i substratets overflate og øke løseligheten av bor og dermed øke tykkelsen av diffusjonslaget.
Innen det ternære systemet Fe-H2-H20 og Fe-CO-C02, kan følgende reaksjoner foregå:
Gassene som dannes ved disse reaksjonene, kan også bidra til å redusere oksidet på overflaten til substratet og beskytte mot ny oksidasjon.
Høv temperatur ( > 600°C) :
Når temperaturen overstiger 600°C kan B4C og SiC oksideres av oksygen i ovnskammeret. Reaksjonsproduktet kan, sammen med NaF, danne en glassaktig fase på pastaens overflate, mens pastaen mellom glassfasen og substratet fortsatt vil være i pulverform.
Etter at varmebehandlingen er ferdig fjernes pastarester på overflaten lett ved børsting, eller ved å riste av pastarester fra den behandlede komponenten. Pastarester kan også fjernes ved bruk varmt vann etter at komponenten er kjølt ned til lav temperatur.
Anvendelser
Noen mulige anvendelser av selvbeskyttende pasta kan være:
Belegging av segmenter til papir- og cellulosebehandling
Belegging av verktøy for forming og skjæring av metaller
Belegging av komponenter som benyttes i aluminium smertebehandling Belegging av slitasjeutsatte deler (lågere, dreiebor, kniver, kuttere, verktøy for
termisk sprøyting og komponenter i sveiseutstyr, etc.)
Kjemisk og petrokjemisk industri: kuleventiler, rørdeler, bend, fittings, dyser,
etc.
Bilindustri: belegging av motordeler (stempelringer, sylinderforing, kamaksel,
tilkoblingsstenger, ventilseter, etc.)
Vannkraft: deler av turbinventiler
Eksempler
Eksempel 1
Substrat av konvensjonelt karbonstål (AISI 1040 og AISI 1060) ble borert ved 850°C i 4 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 6% B4C, 5% NaF, 4% (NH2)2CO, 3% aktivt karbon, 2% RECI, 80% SiC. Til slutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 1% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett med børste eller i vann, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av Fe2B, og har en tykkelse på 50-60um, se Figur 2, som viser et lysmikroskopbilde av borert (a) AIS11040 og (b) AIS11060.
Eksempel 2
Substrat av konvensjonelt lavkarbonstål (0.2 %C) og medium karbonstål (0.4 %C) ble borert ved 750°C i 6 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 80% B4C, 10%NaF, 5%(NH2)2CO, 5% aktivt karbon. Tilslutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 1% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett i varmt vann, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av Fe2B, og har en tykkelse på 20-40 pm, se Figur 3 som viser et lysmikroskopbilde av borert (a) lavkarbonstål (0.2 %C) og (b) medium karbonstål (0.4 %C).
Eksempel 3
Substrat av verktøystål (QRO90) ble borert ved 700°C i 20 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 35% B4C, 15% NaF, 10% (NH2)2CO, 3% aktivt karbon, 2% RECI, 35% SiC. Til slutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 5% shellac.
Det borerte sjiktet består av Fe2B, og har en tykkelse på 10-15um for henholdsvis 700°C, se Figur 4 som viser et lysmikroskopbilde av QRO90 verktøystål borert ved 700°C.
Eksempel 4
Substrat av seigjern ble borert ved 850 og 950°C i 4 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 7% B4C, 5% NaF, 4% (NH2)2CO, 3% aktivt karbon, 2% RECI, 79% SiC. Til slutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 10% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett med stålbørsten, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av Fe2B, og har en tykkelse på 60-80um og 250-300 pm for henholdsvis 850 og 950°C, se Figur 5 som viser et lysmikroskopbilde av borert seigjern ved (a) 850°C og (b) 950°C.
Eksempel 5
Substrat av seigjern ble borert ved 650°C i 24 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 75% B4C, 10%NaF, 5% ReCI, 5%(NH2)2CO, 5% aktivt karbon. Tilslutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 2% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett i varmt vann, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av Fe2B, og har en tykkelse på 20-30um, se Figur 6 som viser et lysmikroskopbilde av seigjern borert ved 650°C i 24 timer.
Eksempel 6
Substrat av verktøystål (QRO 90 og H13) ble borert ved 1020°C i 1 time i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 5% B4C, 5% NaF, 4%
(NH2)2CO, 3% aktivt karbon, 1% RECI, 82% SiC. Til slutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 1% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes med børste, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av Fe2B på QRO90 stål og FeB + Fe2B på H13 stål, og har en tykkelse på 50-70um, se Figur 7 som viser et lysmikroskopbilde av borert (a) QRO 90 og (b) H13 verktøystål.
Eksempel 7
Substrat av verktøystål (QRO90) ble borert ved 600-650°C i 20-40 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 80% B4C, 10%NaF, 5%(NH2)2CO, 5% aktivt karbon. Tilslutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 1% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett i varmt vann, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av Fe2B, og har en tykkelse på 4-7um, se Figur 8 som viser et lysmikroskopbilde av QRO90 verktøystål borert ved 650°C i 20 timer.
Eksempel 8
Substrat av dupleks rustbestandig stål (22Cr-5Ni) ble borert ved 950°C i 4 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 5% B4C, 5% NaF, 5%
(NH2)2CO, 5% aktivt karbon, 2% RECI, 78% SiC. Til slutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 5% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett med stålbørste, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av (Fe,Cr)B + (Fe,Cr)2B, og har en tykkelse på 50-60um, se Figur 9 som viser et lysmikroskopbilde av borert duplex rustbestandig stål (22Cr-5Ni).
Eksempel 9
Substrat av nikkel ble borert ved 950°C i 4 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 80% B4C, 10%NaF, 5%(NH2)2CO, 5% aktivt karbon. Tilslutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 1% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett i varmt vann, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av Ni2B, og har en tykkelse på 100-130um, se Figur 10 som viser et lysmikroskopbilde av borert nikkel.
Eksempel 10
Substrat av kobolt ble borert ved 950°C i 4 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 80% B4C, 10%NaF, 5%(NH2)2CO, 5% aktivt karbon. Tilslutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 2% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett i varmt vann, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av CoB, og har en tykkelse på 100-200um, se Figur 11 som viser et lysmikroskopbilde av borert kobolt.
Eksempel 11
Substrat av superlegeringer (Nimonic 90 og Inconel 625) ble borert ved 950°C i 3 timer i muffelovn i luftatmosfære med pasta bestående av 80% B4C, 10%NaF, 5%(NH2)2CO, 5% aktivt karbon. Tilslutt ble pastaen tilsatt 20-30% etanol med 1% shellac.
Etter borering kan overskuddspasta fjernes lett i varmt vann, og det kan ikke påvises korrosjonsangrep på substratet som forårsaket av pastaen. Det borerte sjiktet består av CrB og Ni2B i begge legeringene og har en tykkelse på 50-60um, se Figur 12 som viser et lysmikroskopbilde av borert (a) Nimonic 90 og (b) Inconel 625.
Claims (9)
1. Borholdig pasta for belegging av en metallgjenstand for å oppnå et beskyttende lag på metallgjenstanden ved oppvarming,
karakterisert ved at
pastaen omfatter en blanding som inneholder (på vektbasis) 3-90% B4C,
0-85% SiC,
5-20% NaF,
2-10% (NH2)2CO,
2- 5% aktivt karbon,
0- 5 % RECI, hvor RE er cerium eller lantan,
sammen med et bindemiddel som gir en pastastruktur.
2. Borholdig pasta ifølge krav 1, hvor bindemidlet er 1-20% shellac løst i etanol, denne shellac-etanol-løsningen er blandet med pastaen i en mengde på 20-40%.
3. Borholdig pasta ifølge et av kravene 1-2, hvor blandingen på vektbasis inneholder
5-10% B4C,
68-83% SiC,
5-10% NaF,
3- 6% (NH2)2CO,
3-5% aktivt karbon,
1- 2% RECI,
sammen med et bindemiddel som gir en pastastruktur.
4. Borholdig pasta ifølge et av kravene 1-2, hvor blandingen på vektbasis inneholder
20-40% B4C,
30-60% SiC,
10-20% NaF,
5-10%(NH2)2CO,
3-5% aktivt karbon,
2- 5% RECI,
sammen med et bindemiddel som gir en pastastruktur.
5. Borholdig pasta ifølge et av kravene 1-2, hvor blandingen på vektbasis inneholder
70-82% B4C,
10-20% NaF,
3- 7% (NH2)2CO,
3-5% aktivt karbon,
sammen med et bindemiddel som gir en pastastruktur.
6. Anvendelse av borholdig pasta ifølge krav 3, for belegging av en stål- eller støpejernsgjenstand og oppvarming ved en temperatur fra 850 til 1100°C, i inntil 10 timer, for derved å oppnå et beskyttende lag på stål- eller støpejerns-gjenstanden.
7. Anvendelse av borholdig pasta ifølge krav 4 eller 5, for belegging av en stål-eller støpejernsgjenstand og oppvarming ved en temperatur fra 650 til 850 °C, i inntil 40 timer for derved å oppnå et beskyttende lag på stål- eller støpejerns-gjenstanden.
8. Anvendelse av borholdig pasta ifølge krav 5 for belegging av en gjenstand av Ni og Ni-legeringer og/eller Co og Co-legeringer og oppvarming ved en temperatur fra 700 til 1100 °C, i inntil 10 timer for derved å oppnå et beskyttende lag på gjenstanden.
9. Fremgangsmåte for å forsyne en metallgjenstand med et beskyttende belegg karakterisert ved at • metallgjenstanden påsmøres en pasta ifølge et av kravene 1-5, • metallgjenstanden med pastabelegg tørkes ved en temperatur inntil 100°C • metallgjenstanden med pastabelegg oppvarmes til en temperatur i området
600-1100°C i inntil 40 timer, og
overskudd av pasta fjernes.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20070885A NO327930B1 (no) | 2007-02-15 | 2007-02-15 | Borholdig pasta og anvendelse av denne, samt fremgangsmate for dannelse av et beskyttende belegg pa metallgjenstander |
| PCT/NO2008/000057 WO2008100155A1 (en) | 2007-02-15 | 2008-02-13 | Self-protective boron containing paste and application of this on metal components |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20070885A NO327930B1 (no) | 2007-02-15 | 2007-02-15 | Borholdig pasta og anvendelse av denne, samt fremgangsmate for dannelse av et beskyttende belegg pa metallgjenstander |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20070885L NO20070885L (no) | 2008-08-18 |
| NO327930B1 true NO327930B1 (no) | 2009-10-26 |
Family
ID=39690303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20070885A NO327930B1 (no) | 2007-02-15 | 2007-02-15 | Borholdig pasta og anvendelse av denne, samt fremgangsmate for dannelse av et beskyttende belegg pa metallgjenstander |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| NO (1) | NO327930B1 (no) |
| WO (1) | WO2008100155A1 (no) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0819298D0 (en) * | 2008-10-21 | 2008-11-26 | Wellstream Int Ltd | Flexible pipe having increased acid resistance and/or corrosion resistance |
| RU2477337C2 (ru) * | 2011-05-24 | 2013-03-10 | Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Способ получения боридных покрытий из борной кислоты |
| RU2459011C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2012-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" | Обмазка для бороалитирования стальных изделий |
| US9068260B2 (en) | 2012-03-14 | 2015-06-30 | Andritz Iggesund Tools Inc. | Knife for wood processing and methods for plating and surface treating a knife for wood processing |
| KR101361814B1 (ko) | 2012-03-30 | 2014-02-12 | 한국과학기술연구원 | 팩세멘테이션 공정을 이용한 철계 금속 표면의 코발트 붕화물 코팅층 형성 방법 |
| CN103045993B (zh) * | 2012-12-12 | 2014-12-03 | 张云江 | 一种优质硼氮复合渗渗剂 |
| WO2018169834A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-20 | Bwt Llc | Method for using boronizing reaction gases as a protective atmosphere during boronizing, and reaction gas neutralizing treatment |
| US11192792B2 (en) | 2017-03-14 | 2021-12-07 | Bwt Llc | Boronizing powder compositions for improved boride layer quality in oil country tubular goods and other metal articles |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN86108744A (zh) * | 1986-12-17 | 1988-06-29 | 贵州工学院 | 膏剂渗硼剂及其保护涂料 |
| CN100398689C (zh) * | 2006-04-03 | 2008-07-02 | 赵程 | 深层稀土硼碳氮共渗渗剂 |
-
2007
- 2007-02-15 NO NO20070885A patent/NO327930B1/no not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-02-13 WO PCT/NO2008/000057 patent/WO2008100155A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008100155A1 (en) | 2008-08-21 |
| NO20070885L (no) | 2008-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO327930B1 (no) | Borholdig pasta og anvendelse av denne, samt fremgangsmate for dannelse av et beskyttende belegg pa metallgjenstander | |
| US5391404A (en) | Plasma sprayed mullite coatings on silicon-base ceramics | |
| CA1198128A (en) | Protective aluminum-silicon coating composition for metal substrates | |
| CN101988195B (zh) | 一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法 | |
| Peteves | Joining nitride ceramics | |
| JP3399650B2 (ja) | 耐熱・耐酸化被覆材の被覆処理方法 | |
| CN106756775B (zh) | 一种合金表面形成尖晶石涂层的制备方法 | |
| CN114959556A (zh) | 一种熔渗剂、铝电解用阳极钢爪及其制备方法 | |
| US3443978A (en) | Method of coating metals with a silicide layer and an outer layer of aluminasilicate | |
| CN103014615A (zh) | 钢铁表面制备铝钼共渗合金涂层的方法 | |
| CN106435460B (zh) | 一种铌合金表面高温耐磨涂层及其制备方法 | |
| CN105088122B (zh) | 镁合金表面的Ni‑Al2O3‑AlB12复合涂层的制备方法 | |
| CN108330429A (zh) | 一种二硅化钼复合涂层及其制备方法 | |
| CN101575693A (zh) | 铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法 | |
| CN103993258B (zh) | 一种适于对具有复杂内腔结构的工件进行涂层的方法 | |
| CN104276838A (zh) | 陶瓷与金属双玻璃化的封接方法 | |
| CN112323066B (zh) | 一种适用于大型构件的扩散阻挡层制备方法 | |
| JP2000226647A (ja) | ペ―スト状ホウ素化剤とその使用、および鉄材料から成る加工物上への孔の少ないＦｅ２Ｂ含有ホウ素化物層の製造方法 | |
| Pan et al. | Preparation of a thick NiAl/Al2O3 coating by embedding method and its corrosion resistance under supercritical water environment | |
| CN102634752A (zh) | 一种耐磨组合件的渗硼方法 | |
| JP2014084517A (ja) | マスキング剤 | |
| CN107164722A (zh) | 一种合金表面涂层及其制备方法 | |
| CN107779813A (zh) | 钛铝合金表面Cr‑Al‑Ce‑Y热防护涂层的制备工艺及其渗剂 | |
| US5547768A (en) | Corrosion resistant nickel oxide surface coating | |
| JP2014159356A (ja) | 溶融ガラス塊成形用金型およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |