RU2190688C1 - Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое - Google Patents

Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое Download PDF

Info

Publication number
RU2190688C1
RU2190688C1 RU2001111384/02A RU2001111384A RU2190688C1 RU 2190688 C1 RU2190688 C1 RU 2190688C1 RU 2001111384/02 A RU2001111384/02 A RU 2001111384/02A RU 2001111384 A RU2001111384 A RU 2001111384A RU 2190688 C1 RU2190688 C1 RU 2190688C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
boron
tetrafluoroborate
temperature
heating
Prior art date
Application number
RU2001111384/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Ю.А. Баландин
Original Assignee
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова filed Critical Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова
Priority to RU2001111384/02A priority Critical patent/RU2190688C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2190688C1 publication Critical patent/RU2190688C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении для повышения долговечности деталей машин. Задачей изобретения является уменьшение хрупкости покрытия. Предложенный способ включает нагрев, насыщение в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, окись никеля, тетрафторборат щелочного металла, активатор и корунд, и последующее охлаждение, причем бороникелирование проводят при температуре 550-1000oС в порошкообразной смеси, в которую дополнительно вводят окись меди, а в качестве тетрафторбората щелочного металла - тетрафторборат калия, в качестве активатора - фтористый алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид бора 3-5, окись никеля 0,5-5, окись меди 0,05-2, фтористый алюминий 0,05-12, тетрафторборат калия 0,05-2, корунд 40-96,35, нагрев осуществляют в атмосфере аммиака, причем в процессе нагрева при температуре порошкообразной смеси 250-500oС проводят выдержку изделий в течение 3-40 мин, после чего газообразные продукты откачивают, а насыщение ведут при температуре бороникелирования. Техническим результатом является то, что предложенный способ позволяет получить изделия хорошего качества с толщиной покрытия 120-200 мкм, микротвердостью 13000 МПа и микрохрупкостью, которая в 1,5 раза меньше микрохрупкости покрытия, описанного в прототипе. 1 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении для повышения долговечности деталей машин и механизмов.
Известен способ бороникелирования стальных изделий, включающий нагрев и насыщение изделий в порошковой среде, содержащей следующие компоненты, мас. %:
Окись никеля - 44-50
Карбид бора - 37-45
Окись алюминия - 3-5
Аммоний никель сернокислый - 2-4
Тетрафторборат калия - 4-6
(см. авт. св. 996513, С 23 С 12/00).
Недостатком известного способа является высокая хрупкость покрытия, за счет недостаточной пластифицирующей способности никеля, и низкая скорость насыщения, за счет образования окисной пленки и затруднения доступа газовой фазы непосредственно к поверхности металла.
Из уровня техники наиболее близким аналогом к заявленному объекту является способ бороникелирования стальных изделий, включающим насыщение никелем и бором в составе, содержащем карбид бора и корунд. Бороникелирование проводят в псевдоожиженном слое в составе, дополнительно содержащем окись никеля, хлористый аммоний и тетрафторборат натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %: карбид бора 5-35, окись никеля 0,02-0,5, хлористый аммоний 0,005-0,2, тетрафторборат натрия 0,01-0,2, корунд остальное (см. патент РФ, 2149917 С 23 С 12/00).
Недостатком известного способа является высокая хрупкость покрытия за счет недостаточной пластифицирующей способности никеля.
В основу изобретения поставлена задача уменьшения хрупкости покрытия.
Поставленная задача достигается способом бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое, включающим нагрев, насыщение в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, окись никеля, тетрафторборат щелочного металла, активатор и корунд, и последующее охлаждение, отличающимся тем, что бороникелирование проводят при температуре 550-1000oС в порошкообразной смеси, в которую дополнительно вводят окись меди, а в качестве тетрафторбората щелочного металла - тетрафторборат калия, в качестве активатора - фтористый алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбид бора - 3-50
Окись никеля - 0,5-5
Окись меди - 0,05-2
Фтористый алюминий - 0,05-1
Тетрафторборат калия - 0,05-2
Корунд - 40-96,35
нагрев осуществляют в атмосфере аммиака, причем в процессе нагрева при температуре порошкообразной смеси 250-500oС проводят выдержку изделий в течение 3-40 минут, после чего газообразные продукты откачивают, а насыщение ведут при температуре бороникелирования.
Способ бороникелирования стальных изделий осуществляется следующим образом: предварительно готовят порошкообразную смесь для бороникелирования путем смешивания следующих компонентов, мас.%: карбид бора 3-50, окись никеля 0,5-5, окись меди 0,05-2, фтористый алюминий 0,05-1, тетрафторборат калия 0,05-2, корунд 40-96,35. В реторту с указанной порошкообразной смесью загружают стальные изделия. Из реторты откачивают воздух и осуществляют нагрев изделий в атмосфере аммиака, одновременно с нагревом насыщающей порошкообразной смеси. В процессе нагрева при температуре порошкообразной смеси 250-500oС проводят выдержку стальных изделий в течение 3-40 минут, после чего откачиваются газообразные продукты из реторты. Затем температуру повышают до 550-1000oС и осуществляют насыщение стальных изделий, после чего их охлаждают.
Карбид бора вводится в состав насыщающей смеси с целью получения слоя с содержанием боридов железа.
Присутствие в составе насыщающей смеси окиси никеля позволяет получать активные атомы никеля за счет ее восстановления в присутствии фтористого алюминия и аммиака.
Присутствие в составе компонентов окиси меди позволяет получать активные атомы меди за счет химических реакций между компонентами смеси. При этом создаются условия для ускоренного протекания процессов насыщения бором и никелем стальной поверхности, а также снижается хрупкость диффузионных слоев.
Фтористый алюминий вводится с целью активизации процесса бороникелирования и позволяет проводить процесс в псевдоожиженном слое без спекания смеси. Образующийся в процессе диссоциации фтористого алюминия, фтор способствует образованию активных атомов никеля, меди и бора.
Тетрафторборат калия вводится как активатор, способствующий освобождению атомов бора.
Корунд вводится с целью создания псевдоожиженного слоя.
Применение псевдоожиженного слоя позволяет сократить время насыщения и время нагрева насыщающей смеси, а также обеспечивает равномерный нагрев, обрабатываемых изделий. При бороникелировании стальных образцов в псевдоожиженном слое частицы насыщающей смеси контактируют с поверхностью металла, в результате чего происходит очищение поверхности металла от пленки соединений В2О3, и ВСl и тем самым облегчается доступ газовой фазы непосредственно к поверхности материала. Процессы бороникелирования в псевдоожиженном слое протекают в основном за счет газофазного процесса, что обеспечивает высокую скорость насыщения.
Химические реакции между компонентами смеси и аммиаком создают условия для увеличения активности смеси, улучшения качества бороникелированной поверхности, уменьшения хрупкости покрытия.
При температуре выдержки 250-500oС и времени выдержки 3-40 минут происходят процессы восстановления и адсорбции атомов никеля и меди на поверхности с образованием качественного покрытия.
При температуре выдержки ниже 250oС снижается стабильность протекания процессов восстановление и адсорбции атомов никеля и меди на поверхности изделий. При температуре выдержки выше 500oС ухудшается качество медно-никелированной поверхности изделий за счет образования пористого медно-никелевого слоя.
При выдержке меньше 3 минут окись никеля и окись меди восстанавливаются не полностью и при дальнейшем нагреве до температур насыщения происходит восстановление оставшейся окиси никеля и окиси меди и образование пористого слоя на поверхности изделий. При времени выдержки более 40 минут существенных изменений поверхности не происходит, поэтому такие выдержки нецелесообразны.
После восстановления окиси меди и окиси никеля присутствие аммиака в среде нецелесообразно, так как при дальнейшем отжиге это приводит к ухудшению качества бороникелированной поверхности стальных изделий. Поэтому после выдержки 3-40 минут производят откачку газообразных продуктов из реторты.
Насыщение при температурах 550-1000oС позволяет получить на поверхности изделий слои, состоящие из боридов железа. При температуре бороникелирования ниже 550oС не происходит образования боридов железа. Нагрев изделий до температур выше 1000oС нецелесообразен из-за резкого снижения механических свойств изделий.
Введение в состав насыщающей смеси карбида бора менее 3 мас.% приводит к нестабильности протекания процесса насыщения поверхности изделий бором и снижению оверхностной твердости. Увеличение его содержания более 50 мас.% нецелесообразно в целях экономии материала.
Уменьшение содержания окиси никеля менее 0,5 мас.% снижает стабильность протекания процессов адсорбции и диффузии атомов никеля в металлическую поверхность, тем самым снижает скорость формирования бороникелированных слоев. Увеличение содержания окиси никеля более 5 мас.% ухудшает технические свойства диффузионного слоя, снижая поверхностную твердость, а также ухудшает качество бороникелированной поверхности металлических изделий, образуя пористый слой никеля на поверхности.
Уменьшение содержания окиси меди менее 0,05 мас.% приводит к нестабильности протекания процессов адсорбции атомов меди на стальной поверхности, тем самым снижает скорость формирования боридных слоев. Увеличение содержания окиси меди более 2 мас.% приводит к ухудшению качества бороникелированной поверхности в результате образования пористых поверхностных слоев.
Уменьшение содержания фтористого алюминия менее 0,05 мас.% приводит к нестабильности протекания процессов восстановления окиси никеля и окиси меди, а также переноса атомов этих металлов к поверхности. Увеличение его свыше 1 мас.% нецелесообразно в целях экономии материала.
Уменьшение содержания в смеси тетрафторбората калия менее 0,05 мас.% приводит к нестабильности освобождения бора, тем самым снижает толщину слоя боридов железа и понижает твердость поверхности. Увеличение его содержания более 0,1 мас.% нецелесообразно, так как происходит перерасход материала.
Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению со способом, взятым за прототип, были проведены лабораторные испытания.
Образцы стали 45 диаметром 5 мм и длиной 50 мм подвергали бороникелированию заявляемым и известным способами в псевдоожиженном слое с целью определение твердости и хрупкости диффузионного слоя. Составы насыщающей смеси, режимы проведения бороникелирования и результаты металлографических исследований приведены в таблице.
Результаты исследований показали, что заявляемый способ бороникелирования позволяет получить изделия хорошего качества с толщиной покрытия 120-200 мкм, микротвердостью 13000 МПа и микрохрупкостью, которая в 1,5 раза меньше микрохрупкости прототипа.

Claims (1)

  1. Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое, включающий нагрев, насыщение в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, окись никеля, тетрафторборат щелочного металла, активатор и корунд, и последующее охлаждение, отличающийся тем, что бороникелирование проводят при температуре 550-1000oС в порошкообразной смеси, в которую дополнительно вводят окись меди, а в качестве тетрафторбората щелочного металла - тетрафторборат калия, в качестве активатора - фтористый алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
    Карбид бора - 3-50
    Окись никеля - 0,5-5
    Окись меди - 0,05-2
    Фтористый алюминий - 0,05-1
    Тетрафторборат калия - 0,05-2
    Корунд - 40-96,35
    нагрев осуществляют в атмосфере аммиака, причем в процессе нагрева при температуре порошкообразной смеси 250-500oС проводят выдержку изделий в течение 3-40 мин, после чего газообразные продукты откачивают, а насыщение ведут при температуре бороникелирования.
RU2001111384/02A 2001-04-24 2001-04-24 Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое RU2190688C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001111384/02A RU2190688C1 (ru) 2001-04-24 2001-04-24 Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001111384/02A RU2190688C1 (ru) 2001-04-24 2001-04-24 Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2190688C1 true RU2190688C1 (ru) 2002-10-10

Family

ID=20248972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001111384/02A RU2190688C1 (ru) 2001-04-24 2001-04-24 Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2190688C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107201495A (zh) * 2017-06-12 2017-09-26 武汉力盾新材料科技有限公司 一种用于硬密封阀门密封面的高耐磨硼化物覆层制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107201495A (zh) * 2017-06-12 2017-09-26 武汉力盾新材料科技有限公司 一种用于硬密封阀门密封面的高耐磨硼化物覆层制备方法
CN107201495B (zh) * 2017-06-12 2019-11-22 武汉力盾新材料科技有限公司 一种用于硬密封阀门密封面的高耐磨硼化物覆层制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6090223A (en) Chromium nitride film and method for forming the same
RU2190688C1 (ru) Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое
King et al. Fluidized bed CrN coating formation on prenitrocarburized plain carbon steel
RU2223345C2 (ru) Способ боросилицирования стальных изделий
RU2194793C1 (ru) Способ бороазотирования стальных изделий в псевдоожиженном слое
RU2190689C1 (ru) Способ боросилицирования стальных изделий в псевдоожиженном слое
RU2220225C1 (ru) Способ борохромирования стальных изделий
RU2221899C1 (ru) Способ диффузионного цинкования металлических материалов
RU2194795C1 (ru) Способ диффузионного никелирования металлических материалов в псевдоожиженном слое
RU2391441C2 (ru) Способ борохромирования стальных изделий
RU2190690C1 (ru) Способ силицирования стальных изделий в псевдоожиженном слое
US2852409A (en) Process for case hardening metals
RU2004619C1 (ru) Способ боромеднени стальных изделий в виброкип щем слое
RU2212470C1 (ru) Способ диффузионного хромирования металлических материалов в псевдоожиженном слое
RU2005811C1 (ru) Способ боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое
RU2209847C1 (ru) Способ диффузионного хромирования стальных изделий в псевдоожиженном слое
RU2005814C1 (ru) Способ диффузионного меднения изделий из сплавов на основе железа в виброкипящем слое
US3455729A (en) Silicon nitride
US4178193A (en) Method of improving corrosion resistance with coating by friction
RU2599950C1 (ru) Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей
JPH08209324A (ja) 塩浴中の浸炭窒化前の不動態層を形成する鋼からなる部材の前処理方法
RU2285741C2 (ru) Способ и состав для карбохромирования стальных изделий
RU2277608C1 (ru) Способ диффузионного цинкалюминирования металлических материалов в псевдоожиженном слое
RU2132404C1 (ru) Порошкообразный состав для диффузионного восстановления изношенных изделий из бронзы
RU2157859C2 (ru) Способ и состав для борохромирования стальных изделий в псевдоожиженном слое

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040425