RO117268B1 - Procedeu, dispozitiv si compozitie pentru tratamente termochimice - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la un procedeu, un dispozitiv si la o compozitie pentru tratamente termochimice ale unor produse din aliaje feroase, utilizate in scopul realizarii unor straturi rezistente la uzura prin coroziune-eroziune si abraziune, dand posibilitatea realizarii unor cupluri tribologice eficiente. Procedeul pentru tratamente termochimice, conform inventiei, permite cresterea gradului de utilizare a energiei termice si chimice a scanteii electrice de la un aparat de microaliere cu electrod vibrator, datorita unei vopsele de oxidare sau aliere care se depune in prealabil pe suprafata unui produs metalic, cat si a insuflarii unor compozitii de gaze prin intermediul unui dispozitiv. Compozitia vopselei de oxidare sau aliere este constituita in procente de greutate din 8...14% oxid de fier; 8...14% grafit; 2,5...8,5% clorura de sodiu; 3...6% hidroxid de sodiu; 2,5...4,5% alumina, in rest - apa amoniacala. Procedeul permite si modificarea structurii stratului superficial interactionat, datorita aplicarii unor tratamente clasice de normalizare si revenire inalta, functie de marca de aliaj utilizata. Dispozitivul conform procedeului permite insuflarea unor compozitii de gaze de tipul aerului, oxigenului, azotului, prin intermediul unui racord (1) care este fixat de bratul unui electrovibrator (12) si se prelungeste in continuare cu un burduf (4) ce permite miscarea de translatie. Burduful (4) se afla in interiorul unui arc elicoidal (5) cu care este solidarizat, la ambele capete, cu niste flanse cu guler (3 si 6), permitandu-i acestuia sa culiseze si sa se cupleze cu o duza inelara (7), prevazuta, la interior, cu niste orificii (8) pentru dirijarea si distributia gazului insuflat in spatiul dintre electrodul (9) si suprafata piesei metalice (10), tratate in prealabil cu vopseaua respectiva (11).

Description

Invenția se referă la un procedeu, un dispozitiv și o compoziție pentru tratamente termochimice ale unor produse din aliaje feroase, utilizate în scopul realizării unor suprafețe rezistente la uzură prin coroziune-eroziune și abraziune, dând posibilitatea formării unor cupluri tribologice eficiente.

în scopul depozitării de straturi de durificare pe piese metalice se cunoaște procedeul și instalația de depunere fizică din fază de vapori (Physical Vapor Deposition, PVD), precum și o serie de procedee fizice și instalațiile aferente din aceeași clasă, ca, de exemplu, evaporarea în vid, depunerea ionică (ion-plating), depunerea în jet de plasmă (plasma-spraying), depunere prin îngroșare (sputtering). Principalele dezavantaje ale acestor procedee constau în, construirea sau achiziționarea unor instalații strict specializate care sunt foarte scumpe, iar unele tehnologii ale acestora necesită depunerea în prealabil pe substrat a unor straturi intermediare cum ar fi, de exemplu, compoziții pe bază, de Ni - Cr - Al.

□ altă categorie de procedee și instalații utilizate în același scop o constituie procedeele și instalațiile chimice (depunerea chimică din faza de vapori-Chemical vapor Deposition (C.V.D., precum și procedeele fizico-chimice și instalațiile specializate de electroliză în băi de săruri; de împroșcare reactivă și depunere ionică reactivă). Ca și la procedeele și instalațiile menționate anterior, principalele dezavantaje sunt tot de ordin economic, prin apelarea la investiții ridicate, cât și de ordin tehnologic, datorită unor parametri riguroși, cât și a necesității unui personal de înaltă calificare pentru deservire-întreținere.

în scopul realizării unor straturi superficiale pe suprafețele metalice mai este cunoscut și procedeul de depunere prin scânteie electrică care utilizează instalații mult mai moderate din punct de vedere al investiției. Principalul dezavantaj al acestui procedeu și instalației aferente constă în faptul că, fie se permite obținerea din straturi superficiale specifice numai compozițiilor electrodului și a produsului metalic prelucrat, fie este necesară depunerea cu arc electric a componenților chimici ai unei sări cristalizate pe suprafața piesei, într-o incintă vidată, ca în cazul procedeului din brevetul US 4734178/1988.

Problema care apare constă în utilizarea superioară a materialelor necesare de aport (materialul electrodului + materialul din suprafața produsului de tratat), pentru creșterea sensibilă a durității și micșorarea coeficientului de frecare al stratului superficial al unui produs.

Procedeul și dispozitivul, conform invenției, rezolvă această problemă prin obținerea unei compoziții de vopsire cu rol de oxidare sau aliere care se interpune între electrod și suprafața de tratare peste care se suflă și un gaz reactiv, prin realizarea dispozitivului de depunere prin scânteie cu un racord pentru insuflarea unor gaze în zona de interacțiune, pentru modificarea compoziției chimice și a structurii stratului superficial rezultat din interacțiunea: electrod + compoziția gazului insuflat + compoziția vopselei de oxidare sau aliere - substrat metalic al piesei.

Dispozitivul de insuflare, conform procedeului, permite insuflarea unor compoziții de gaze ( de tipul aerului, oxigenului, azotului), cu un racord fixat cu ajutorul unei cleme de brațul unui vibrator electric, care se prelungește cu un burduf ce permite mișcarea de translație vibratoare și se găsește în interiorul unui arc elicoidal, solidarizate la extremități cu câte o flanșă cu guler, superioară, respectiv-inferioară, permițându-i burdufului să culiseze și să se cupleze cu o duză inelară prevăzută cu orificiii

RO 117268 Bl pentru dirijarea și distribuția gazului insuflat în spațiul dintre electrod și suprafața unei piese metalice tratate în prealabil cu vopseaua, conform invenției.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- nu necesită instalații și aparatură scumpe, deci nu apelează la investiții 50 ridicate;

- nu necesită unui personal cu înaltă calificare, pentru deservire și întreținere.

Invenția este prezentată în continuare, în legătură și cu fig. 1...4, care reprezintă:

- fig. 1, vedere în perspectivă a unui dispozitiv electrovibrator echipat cu un 55 dispozitiv de insuflare;

- fig. 2, diagramă de uscare a vopselei de oxidare - aliere;

- fig. 3 și 4, ciclograme de tratamente termice aplicate produsului după microalierea superficială cu electrod vibrator.

Procedeul,conform invenției, presupune tratarea fizico-chimică a piesei metalice 60 prin imersare, pensulare sau pulverizare cu o vopsea de oxidare sau aliere la grosimi ale stratului, de 0,15 - 0,6 mm. Compoziția vopselei de oxidare - aliere este construită din oxid de fier, grafit, clorură de sodiu, hidroxid de sodiu, alumină și apă, putând fi utilizată la tratarea fizico - chimică a suprafeței produsului metalic și conține în procente de greutate 8 -14% oxid de fier; 2,5 - 8,5% clorură de sodiu; 3 - 6% hidroxid 65 de sodiu; 2,5 - 4,5% alumină, în rest - apă amoniacală. După această operație, piesa astfel tratată se supune uscării peliculei superficiale de vopsea. Conform invenției, vopseaua de tratare folosește, de exemplu, următoarele materiale: 120 g oxid de fier;

120 g grafit; 40 g clorură de sodiu; 40 g hidroxid de sodiu; 30 g alumină, 650 g apă amoniacală. Prepararea compoziției se execută după cum urmează: într-un ameste- 70 cător cu palete sau cu tamburi se introduc substanțele pulverulente în cantitățile prestabilite, după care are loc amestecarea, un timp, de circa 10-15 min, până la omogenizarea vizuală a componentelor, după care se toarnă treptat cantitatea de apă amoniacală până la obținerea unei compoziții omogene cu densitatea, de 1,5 - 1,8 g/cm³. Compoziția astfel preparată poate fi utilizată în tratarea fizico-chimică superfi- 75 cială a unui produs metalic. Păstrarea vopselei se face în cutii etanșe din materiale plastice.

Dispozitivul de gaze insuflate, conform procedeului, este prevăzut cu un racord de alimentare cu gaz 1 care este fixat cu ajutorul unei cleme de susținere 2 de brațul unui vibrator electric 12, racord 1 care se prelungește cu un burduf 4 ce permite 80 mișcarea de translație și se găsește în interiorul unui arc elicoidal 5, elementele 4 și 5 fiind solidarizate la ambele extremități, de câte o flanșă cu guler, superioară, 3, respectiv - inferioară, 6, permițându-i burdufului să culiseze și să se cupleze cu o duză inelară 7 prevăzută cu niște orificii 8 pe circumferința interioară pentru dirijarea și distribuția gazului insuflat în spațiul dintre electrodul 9 și suprafața piesei 10 tratată 85 în prealabil cu o vopsea superficială 11, conform invenției.

După aceea se racordează dispozitivul de racordare 1 la rețeaua de gaze, sau la butelii de oxigen, azot sau aer tehnologic și se montează electrodul de aliere corespunzător în mandrina vibratorului electric 12, electrodul putând fi din aluminiu, cupru, carburi de wolfram, carburi de titan precum și din alte materiale, urmărindu-se 90 compatibilitatea acestora și a gazului insuflat cu compoziția vopselei de aliere și cu tipul de depunere dorit.

RO 117268 Bl în timpul microalierii superficiale în spațiul dintre electrod și piesă au loc o serie de reacții chimice de tipul:

Fe₂ 0₃ + 2AI Al₂ O₃ + 2Fe + 866 Kj 3MnO + 2 Al AI₂O₃ + 3Mn + 1669 Kj 3FeO + 2AI AI₂O₃ + 3Fe

C + H₂0 co + h₂

C0 + H₂0 co₂ + h₂ co + h₂ C + H₂0

2CO C + C0₂

NH₃ N + 3/2 H₂ (D (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

Pentru punerea în valoare a elementelor depuse sau difuzate în stratul superficial obținut prin microaliere, în scopul creșterii durității superficiale și al micșorării coeficientului de frecare, se pot definitiva procesele de oxiniturare sau de formare a compușilor de bază: Fe - AI₂0₃ - Al, a straturilor metalo - ceramice, prin supunerea produsului cu strat microaliat la tratamente termice de tipul celor descrise în fig. 3 și 4, de normalizare și revenire înaltă.

Astfel, tratamentul termic postmicroaliere se poate efectua, fie în cuptoare cu flacără (varianta a după ciclograma I - pentru oțeluri carbon slab aliate sau conform ciclogramei II pentru oțeluri cu durificare secundară], sau în cuptoare tip băi de săruri (varianta b).

încercările experimentale efectuate pe probe din oțeluri T20Mn14 și C 120, au permis obținerea unor straturi deosebit de dure la valori medii de: 1450 HV 100 respectiv de 1970 HV 100, utilizând electrozi de aluminiu și carburi de wolfram.

Revendicări

Claims (4)

1. Procedeu pentru tratamente termochimice superficiale în scopul creșterii durității și micșorării coeficientului de frecare a stratului superficial, aplicat unui produs din aliaje feroase, în special, oțel, prin depunerea unei pelicule de substanță de oxidare sau aliere și arc electric în atmosferă gazoasă, caracterizat prin aceea că, compoziția vopselei de aliere și a gazului de tratare sunt alese compatibile tratării simultane, iar faza de tratament termochimic astfel realizat este continuată cu o fază de tratament termic de normalizare și revenire înaltă, funcție de natura aliajului tratat.

2. Dispozitiv pentru tratamente termochimice, conform revendicării 1, realizând simultan insuflarea unor gaze de tipul aerului, oxigenului și azotului și producerea de arc electric cu scântei la suprafața piesei tratate, cuprinzând un racord de alimentare cu gaz (1) și un vibrator electric (12) de care este fixat cu o clemă (2), caracterizat prin aceea că racordul (1) se prelungește cu un burduf (4) care permite o mișcare de translație vibratoare și care este dispus în interiorul unui arc elicoidal (5) solidarizat cu burduful (4) cu o flanșă cu guler superioară (3) și una inferioară (6), dispuse la extremități și permițând burdufului (4) să culiseze și să se cupleze cu o duză inelară (7) din material electro-izolant, prevăzută cu niște orificii (8) pe circumferința inferioară pentru dirijarea și distribuția gazului insuflat în spațiul unui electrod (9) acționat pe suprafața piesei (10) acoperită în prealabil, cu un strat de vopsea (11) de oxidare sau aliere.

RO 117268 Bl

3. Compoziție pentru tratamente termochimice, conformă revendicărilor 1 și 2, depusă pe suprafața piesei de tratat, caracterizată prin aceea ca, în scopul oxidării sau microalierii suprafaței piesei de tratat conține, în procente de greutate,

8...14% oxid de fier: 8...14% grafit; 2,5...8,5 clorură de sodiu: 3...6% hidroxid de sodiu, 2,5...4,5% alumină și în rest apă amoniacală.