RU2736289C1 - Способ азотирования деталей из легированных сталей - Google Patents
Способ азотирования деталей из легированных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2736289C1 RU2736289C1 RU2020109803A RU2020109803A RU2736289C1 RU 2736289 C1 RU2736289 C1 RU 2736289C1 RU 2020109803 A RU2020109803 A RU 2020109803A RU 2020109803 A RU2020109803 A RU 2020109803A RU 2736289 C1 RU2736289 C1 RU 2736289C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- minutes
- temperature
- aluminium
- aluminum
- steel part
- Prior art date
Links
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
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- 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
- C23C8/06—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 gases
- C23C8/08—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 gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
- C23C8/26—Nitriding 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)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к химико-термической обработке легированных сталей азотированием. На обезжиренную стальную деталь наносят термореактивный эпоксидный компаунд, состоящий из азотосодержащей эпоксидной смолы (А), аминного или амидного, или амино-амидного отвердителя (Б) и наполнителя в виде алюминиевой пудры (В), мас. ч. в соотношении А:Б от 100:5 до 100:80 и (А+Б):В от 100:80 до 100:400 с последующим отверждением в сушильном шкафу при температуре от 30°С до 160°С в течение от 3 минут до 180 минут. Затем осуществляют термообработку при температуре от 500°С до 1000°С в течение от 20 мин до 80 мин с обеспечением расплавления алюминия и деструкции эпоксидного компаунда с образованием активного атомарного азота, поглощаемого расплавом алюминия с образованием нитрида алюминия и нитридов других металлов на поверхности стальной детали. Затем удаляют непрореагировавший алюминий. Обеспечивается создание безопасного и эффективного процесса азотирования стальных деталей для работы в условиях трения с большими контактными нагрузками и повышенного износа. 5 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к химико-термической обработке легированных сталей, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях трения с большими контактными нагрузками, повышенного износа, где необходима высокая поверхностная твердость изделий.
В промышленности широко применяется метод азотирования, основанный на обработке поверхности металла атомарным азотом, который активно вступает в реакцию с расплавами металлов, образуя чрезвычайно твердые нитриды.
До настоящего времени азотирование осуществляют преимущественно аммиаком (иногда в смеси с воздухом) при 450÷780°С (см. заявка Великобритании №1522446, МКИ С23С 11/16, опубл. 23.08.1978 г.). Аммиак не реагирует с металлами, но, как указывают в источнике, может частично диссоциировать, образуя атомарный азот.
Недостатками указанных способов являются неравномерное и невысокое упрочнение поверхности, применение токсичного аммиака, низкая производительность.
Ранее был описан способ лазерного упрочнения металлических поверхностей, обеспечивающий получение покрытия, состоящего из нитрида титана, обладающего твердостью на уровне алмаза и термостойкостью до 3000°С (см. патент RU №2699602 С1, опубл. 06.09.2019, бюл. №25, авторы Колесников В.И., Лапицкий В.А. и др. - аналог). Однако лазерные установки не получили широкого распространения и недостаточно доступны, а для многих областей применения не требуются такие сверхвысокие эксплуатационные показатели.
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является «Способ активирования изделия из пассивного черного или цветного металла до науглероживания, азотирования и/или азотонауглероживания» (патент RU №2536841 С2, опубл. 27.12.2014 г., бюл. №36) целью которого является удаление диффузионного барьера на поверхности изделия, для последующего азотирования и/или цементации. Недостатками данного способа являются малая толщина упрочненного слоя и недостаточные температуры для образования нитридов легирующих металлов.
Описанные способы азотирования стальных изделий - А.С. СССР №120524 (заявл. 12.09.1947 г., опубл. в бюл. №12 за 1959 г. ) и №1420992 (заявл. 07.01.1987 г., опубл. 07.06.1987 г., бюл. №21) - сводятся к обработке их в камере аммиаком в течение длительного времени (иногда более суток), что малоэффективно, т.к. упрочнение стальных поверхностей азотом происходит за счет образования нитридов при воздействии только атомарного азота, который выделяется при диссоциации аммиака в незначительных количествах и накапливается в течение длительного времени.
Известен способ обработки стальных изделий в газообразной среде» (патент RU №2367716 С1, опубл. 20.09.2009 г., бюл. №26), целью которого является создание на поверхности стальных изделий слоя нитридных и оксидных фаз из железа и легирующих металлов, позволяющих повысить твердость и износостойкость путем выдержки в среде смеси воздуха и аммиака, а затем аммиака при температуре 450÷780°С. Недостатком указанного способа является потенциальная опасность его применения в производственных условиях. Кроме того, авторами не учитываются некоторые параметры образования нитридов легирующих металлов, в частности температура их образования (1300°С и выше).
Целью настоящего изобретения является создание безопасного и эффективного процесса азотирования стальных деталей с использованием стандартного заводского оборудования и серийно выпускаемых промышленных материалов - алюминиевой пудры, азотосодержащих эпоксидных смол и отвердителей.
Указанная техническая задача решается за счет того, что в способе азотирования деталей из легированных сталей, включающий нагрев в печи до температуры 500-1000°С, изотермическую выдержку при температуре нагрева, и последующее охлаждение вместе с печью, предварительно на поверхность детали наносят каталитическое покрытие, согласно изобретению, в качестве каталитического покрытия используют эпоксидный компаунд, содержащий наполнитель - порошок алюминия.
Авторами предлагается принципиально иной способ азотирования стальных изделий за счет образования нитрида алюминия на их поверхности, который имеет величину микротвердости 12 ГПа и температуру плавления 2000°С, хотя и уступающий по этим параметрам многим нитридам металлов, но значительно превосходящий легированные стали.
Предлагаемый способ азотирования легированных сталей заключается в нанесении на поверхность стальной детали эпоксидного компаунда на основе азотосодержащих эпоксидных смол и отвердителей, а также легкоплавкого наполнителя - порошка алюминия. Компаунд имеет хорошую адгезию к сталям, отверждается в течение нескольких минут, превращаясь в твердое высокопрочное покрытие, деструктурирующее за короткое время при температуре свыше 350÷450°С, образуя в среде расплава алюминия атомарный азот с примесью атомарного углерода, который является катализатором образования нитридов металлов, при этом при температуре 600÷800°С образуется нитрид алюминия (без катализатора - при температуре 1000°С).
Предлагаемый способ рассмотрен представленными ниже примерами.
Пример 1
В реактор с быстроходной мешалкой загружают жидкую эпоксианилиновую смолу марки ЭА (ТУ 2225-606-11131395-2003), содержащую 34% эпоксидных групп, в количестве 100 мас.ч., а затем добавляют 40 мас.ч. отвердителя - пара-аминобензиламина (опытно-промышленный продукт) и 240 мас.ч. алюминиевой пудры. Смесь перемешивают при 30°С в течение 5 мин, затем полученный компаунд выгружают в промежуточную емкость, из которой кистью или с помощью одно- или двухсоплового краскопульта наносят на стальную деталь слоем ~3 мм, выдерживают при комнатной температуре 60 мин до нарастания вязкости и термообрабатывают при 90°С в течение 90 мин. Получаемое покрытие устойчиво к случайным ударам (удельная ударная вязкость не менее 25 кДж/м2, прочность при сжатии 200 МПа).
Далее деталь с покрытием помещают в тигельную печь и термообрабатывают при 750°С в течение 30 мин. В это время происходит полная деструкция эпоксидного компаунда с выделением атомарного углерода и азота, который активно поглощается расплавленным алюминием с образованием на поверхности стальной детали нитрида алюминия с температурой плавления 2000°С и микротвердостью 12 ГПа. Одновременно на поверхности происходят побочные реакции образования нитридов и карбидов легирующих металлов за счет реакции последних с активными атомарными азотом и углеродом, которые также способствуют повышению поверхностной твердости стального изделия. Охлажденную деталь обрабатывают 20%-й соляной кислотой для удаления следов непрореагировавшего алюминия.
Примеры 2÷5 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением отдельных параметров.
Пример 2
Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве аминосодержащей эпоксидной смолы (А) применяют смолу УП-610 (триглицидилпарааминофенол, ТУ 2225-606-11131395-2003) с жидкой эвтектической смесью МФДА (мета-фенилендиамин, ГОСТ 5826-78) с 4,4'-ДАДФМ (4,4'-диаминодифенилметан, CAS 101-77-9) (Б) в соотношении А:Б=100:80.
Пример 3
Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве эпоксидной смолы используют триглицидилизоцианурат марки ЭЦН (ТУ 6-05-1190-76), а в качестве отвердителя - 2-метилимидазол (CAS 693-98-1) в соотношении А:Б=100:5 при соотношении (А+Б):В (алюминиевая пудра)=100:160.
Пример 4
Осуществляют аналогично примеру 1 с использованием смолы ЭА, но в качестве отвердителя применяют аминоалкилимидазол марки И-5-М (ТУ 6-21-11-03-113-93) в соотношении А:Б=100:80, (А+Б):В=100:400 и температуру термообработки 500°С в течение 60 мин.
Пример 5
Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве азотосодержащей эпоксидной смолы применяют тетраглицидил 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан марки ЭХД (ТУ 2225-512-00203521-98) (А) и отвердитель И-5-М (ТУ 6-21-11-03-113-93) (Б) в соотношении А:Б=100:80, отверждают при 36°С в течение 80 мин, а термообрабатывают при 1000°С в течение 20 мин.
Claims (1)
- Способ азотирования деталей из легированных сталей, отличающийся тем, что на обезжиренную стальную деталь кистью или одно- или двухсопловым краскопультом наносят термореактивный эпоксидный компаунд, состоящий из азотосодержащей эпоксидной смолы (А), аминного или амидного, или амино-амидного отвердителя (Б) и наполнителя в виде алюминиевой пудры (В), мас.ч. в соотношении А:Б от 100:5 до 100:80 и (А+Б):В от 100:80 до 100:400 с последующим отверждением в сушильном шкафу при температуре от 30°С до 160°С в течение от 3 минут до 180 минут в зависимости от вида эпоксидной смолы и отвердителя, после чего стальную деталь с отвержденным покрытием подвергают термообработке при температуре от 500°С до 1000°С в течение от 20 мин до 80 мин с обеспечением расплавления алюминия и деструкции эпоксидного компаунда с образованием активного атомарного азота, поглощаемого расплавом алюминия с образованием нитрида алюминия и нитридов других металлов на поверхности стальной детали, и проводят последующую обработку детали при температуре окружающей среды 20%-ным раствором соляной кислоты для удаления непрореагировавшего алюминия.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020109803A RU2736289C1 (ru) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | Способ азотирования деталей из легированных сталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020109803A RU2736289C1 (ru) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | Способ азотирования деталей из легированных сталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2736289C1 true RU2736289C1 (ru) | 2020-11-13 |
Family
ID=73460765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020109803A RU2736289C1 (ru) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | Способ азотирования деталей из легированных сталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2736289C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU897115A3 (ru) * | 1977-07-12 | 1982-01-07 | Аллегени Ладлам Индастриз (Инофирма) | Способ легировани изделий из сплавов на железной основе |
SU1507861A1 (ru) * | 1987-12-18 | 1989-09-15 | Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова | Расплав дл азотировани |
CN101889105B (zh) * | 2007-12-20 | 2012-01-04 | 沓名宗春 | 表面改性方法以及覆盖体 |
RU2536841C2 (ru) * | 2009-07-20 | 2014-12-27 | Экспаните А/С | Способ активирования изделия из пассивного черного или цветного металла до науглероживания, азотирования и/или азотонауглероживания |
JP6608450B2 (ja) * | 2014-12-23 | 2019-11-20 | アシュ.エー.エフ | 窒化または軟窒化、酸化、その後の含浸によるスチール部品の表面処理方法 |
-
2020
- 2020-03-05 RU RU2020109803A patent/RU2736289C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU897115A3 (ru) * | 1977-07-12 | 1982-01-07 | Аллегени Ладлам Индастриз (Инофирма) | Способ легировани изделий из сплавов на железной основе |
SU1507861A1 (ru) * | 1987-12-18 | 1989-09-15 | Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова | Расплав дл азотировани |
CN101889105B (zh) * | 2007-12-20 | 2012-01-04 | 沓名宗春 | 表面改性方法以及覆盖体 |
RU2536841C2 (ru) * | 2009-07-20 | 2014-12-27 | Экспаните А/С | Способ активирования изделия из пассивного черного или цветного металла до науглероживания, азотирования и/или азотонауглероживания |
JP6608450B2 (ja) * | 2014-12-23 | 2019-11-20 | アシュ.エー.エフ | 窒化または軟窒化、酸化、その後の含浸によるスチール部品の表面処理方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8845823B2 (en) | Method of activating an article of passive ferrous or non-ferrous metal prior to carburising, nitriding and /or nitrocarburising | |
EP2394072A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer bremsscheibe | |
JP2007182608A (ja) | 耐食性、耐疲労性に優れた高強度焼き入れ成形体の製造方法および製造設備 | |
CN100494498C (zh) | 金属材料的表面处理方法 | |
US11885027B2 (en) | Activation of self-passivating metals using reagent coatings for low temperature nitrocarburization | |
RU2736289C1 (ru) | Способ азотирования деталей из легированных сталей | |
RU2699602C1 (ru) | Способ лазерного упрочнения металлических поверхностей | |
Zimmerman | Boriding (boronizing) of Metals | |
RU2715273C1 (ru) | Состав для поверхностного лазерного упрочнения деталей из конструкционных сталей | |
KR20110116335A (ko) | 저온 분사 방법을 이용한 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면의 질화처리방법 | |
CN104451534B (zh) | 用于对由奥氏体防锈不锈钢制成的深拉件或冲压弯折件渗碳的方法 | |
RU2737796C1 (ru) | Состав компаунда для азотирования деталей из легированных сталей | |
RU2501884C2 (ru) | Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей | |
JP5371376B2 (ja) | ステンレス鋼製の加工品の表面硬化方法及び該方法の実施のための溶融塩 | |
RU2015197C1 (ru) | Способ азотирования заготовок из стали | |
RU2003732C1 (ru) | Способ обработки стальных деталей | |
RU2716921C1 (ru) | Способ формирования высокопрочных покрытий на металлических поверхностях | |
Rabeeh | Ultra-fast boriding and surface hardening of low carbon steel | |
US20240140876A1 (en) | Polymer-derived ceramic diffusion process for ferrous metal surfaces | |
KR100641064B1 (ko) | 블래이드의 표면처리방법 및 그 블래이드 | |
EP0059803B1 (en) | A process for case hardening steel | |
USH601H (en) | Ceramic fiber thermal protection coating | |
US20230166330A1 (en) | Printable hard ferrous metallic alloys for additive manufacturing by direct energy deposition processes | |
US8871036B1 (en) | Carburization of metal articles | |
WO2023200359A1 (ru) | Способ нанесения термо диффузионного цинкового покрытия на стальные трубы |