SE447913B - Komposition for diffusionsmettning av arbetsstycken av jernmetaller - Google Patents

Description

447 913 2 aluminiumoxid 14-17% ammoniumklorid 1-1,7% krom resten.

Dessa kända kompositioner säkerställer skydd av järnmetaller mot inverkan av saltlösningar med låg koncentration och låg ero- sionsaktivitet. Det av dessa kända kompositioner framställda skyddsskiktet är emellertid icke tillräckligt plastiskt och är därför icke stabilt i koncentrerade saltsuspensioner innehållande saltkristaller. Detta beror på att metallens kärnzoner avkolas genom kolets diffusion i riktning mot ytan av tunnväggiga rör och arbetsstycken.

Denna omständighet är förknippad med att det legerade diffusionsskiktet uppvisar låg plasticítet (tänjbarhet)~ När det medelst dessa kända kompositioner påförda diffusionsskiktet bringas i kontakt med sådana aggressiva medier som klorid- och klorathaltiga lösningar eller starka lutar, som bildas vid fram- ställning av kaustikt kali (dvs en koncentrerad kaliumhydroxidlös- ning, som innehåller kaliumklorid såsom fast fas och som följakt- ligen samtidigt utövar kraftig korroderande och slipande inverkan på anordníngarnas detaljer), rubbas diffusionsskiktets kontinuitet snabbt, varjämte intensivlskal korrosion startar. De kända kompo- sitionerna säkerställer därför icke den önskade korrosions- och erosionsbeständigheten hos de arbetsstycken av järnmetaller som skall skyddas, exempelvis i koncentrerade saltsuspensioner inne- hållande saltkristaller.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en sådan komposition för diffusionsmättning av arbetsstycken av järnmetaller, som säkerställer tämligen god korrosions- och slitbeständighet hos de behandlade (díffusions- mättade) arbetsstyckena i mycket aggressiva medier (exempelvis i kloridlösningar och suspensioner av starka lutar, som innehåller klorider såsom fast fas), varvid kompositionens beståndsdelar är billiga att anskaffa.

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst en komposition för diffusionsmättning av arbetsstycken eller alster av järnmetaller, vilken innehåller krom, aluminiumoxid och ammoniumhalid. Kompositionen kännetecknas enligt föreliggande upfinning av att den dessutom innehåller molybdenborid eller molybdenkarbid, varvid samtliga beståndsdelar ingår i följande 447 913 3 halter i viktprocent: ammoniumhalid 0,75~1,5% molybdenborid eller molybdenkarbid 2-4% krom 67-82% aluminiumoxid 12,5-30%.

Genom att molybdenborid eller molybdenkarbid ingår i kompositionen för diffusionsmättning av arbetsstycken av järnme- taller kan man vid inlegeringen öka ytskiktets korrosionsbeständig- het och plasticitet. Tack vare att boratomer har en så liten atomradie som 10,91 Å, bildar de karbider, vilka sammanpackar (komprimerar) det av kromkarbider bildade diffusionsskiktet och härigenom medverkar till att en tät, för en höglegerad legeríng typisk struktur bildas vid järnmetallytan. Molybdenkarbiderna bidrar till att skiktet blir plastiskt och mycket passiverbart (vilket med andra ord innebär snabb bildning av en skyddsfilm, som förhindrar att skiktet löses i klorídhaltiga lösningar).

De enligt föreliggande uppfinning föreslagna halterna av samtliga beståndsdelar är optimala. Ifall halten molybdenborid eller molybdenkarbid i kompositionen enligt föreliggande uppfinning är lägre än 2%, uppträder s k gropfrätning (spänningskorrosion) i kloridhaltiga medier. Om halten molybdenborid eller molybdenkar- bid är högre än 4%, rubbas skiktets plasticitet, vilket leder till att skyddsskiktet förstörs till följd av att det uppvisar allt för hög sprödhet. I detta fall uppträderlskal korrosion.

En halt av molybdenborid eller molybdenkarbid varierande mellan 2% och 4% i kompositionen enligt föreliggande uppfinning är alltså optimal för uppnàende av det avsedda syftet.

Om kromhalten i kompositionen är lägre än 67%, uppträder lokal korrosion, under det att en kromhalt överstigande 82% leder till att skyddsskiktets plasticitet rubbas och dess sprödhet ökar, varför lokalkorrosion äger rum. Dylika påföljder erhålles även, när halten aluminiumoxid i kompositionen enligt föreliggande uppfinning är högre än den övre, ovan angivna haltgränsen eller är lägre än den undre, ovan angivna haltgränsen.

Den enligt föreliggande uppfinning föreslagna kompositionen för diffusionsmättning av arbetsstycken av järnmetaller gör det möjligt att pàföra ett skyddsdiffusionsskikt med hög passiverande 447 913 förmåga, eftersom det vid ytan av det arbetsstycke som skall korrosionsskyddas bildas ett kromkarbidskikt, under vilket ett skikt av s k fast a-lösning av krom i järnet ligger. Detta betyder med andra ord att det bildas en ytstruktur av samma typ som hos höglegerade stål. Den täta strukturen medverkar till att ytskiktet får önskad plasticitet och att det snabbt bildas en skyddsfilm, vilken förhindrar att metallen löses i kloridhaltiga medier, även vid höga temperaturer. Den korrosionshastighet, som karakteri- serar detta upplösningsförlopp, minskas 2-7 ggr jämfört med korro- sionshastigheten hos arbetsstycken, som är skyddande medelst kända kompositioner. Samtidigt bibehålles skiktets mikrohårdhet och kontinuitet.

Den enligt föreliggande uppfinning föreslagna kompositionen gör det alltså möjligt att öka diffusionsskíktets passíverande förmåga och följaktligen öka beläggningens korrosionsbeständighet i lösningar av elektrolyter, vilka innehåller en kloridfas i starka lutar (en koncentrerad lösning av alkalimetallhydroxid, vari alkalimetallklorid är suspenderad). Tillverkningskostnaden för kompositionen ökas endast obetydligt, eftersom kompositionens nya beståndsdelar är billiga och förekommer i förhållandevis låga'halter.

Kompositionen enligt föreliggande uppfinning är företrädes- vis avsedd för skydd av arbetsstycken av kolstál och gjutjärn men kan även användas för skydd av arbetsstycken av låg- och medelhöglegerade stål.

Processtekniken för framställning av kompositionen samt användning därav för skydd av arbetsstycken av järnmetaller är enkel och kan genomföras medelst i och för sig kända processutrust- ningar.

Kompositionens beståndsdelar utgöres av pulver av respekti- ve ämnen, varvid pulvrens partikelstorleksfördelning icke är av någon betydelse. Pulvren blandas omsorgsfullt, och den så beredda blandningen införes i en tätt tillslutningsbar behållare, i vilken man även inför de arbetsstycken som skall behandlas (skyddas). Behållaren uppvärmes i en ugn till en diffusionsmättnads- temperatur (ungefär 1 000°C), hålles i ugnen under den tid som erfordras för att det förstärkta skiktet skall kunna få den önskade tjockleken (från 100 till 500 um), och kyles tillsammans med 447 913 ugnen till en temperatur av 300-350°C. Den fortsatta kylningen genomförs i luft. Den kylda behållaren öppnas, och de skyddade arbetsstyckena (detaljerna) avlägsnas.

Uppfinningen beskrives närmare nedan medelst följande exempel på framställning av kompositionerna enligt föreliggande uppfinning samt exempel på provning av arbetsstycken eller detaljer, som skyddats medelst kompositionen enligt föreliggande uppfinning.

Exempel 1 ' En komposition framställes genom blandning av pulver av följande beståndsdelar (i viktprocent): krom 67% molybdenborid 3% ammoniumklorid 1% aluminiumoxid 29% Sedan kompositionen blandats grundligt, inmatas den i en tätt tillslutningsbar låda, vari man placerar arbetsstycken som skall skyddas, exempelvis rektangelformade plåtar av grått gjutjärn med dimensionerna 65x1Sx3 mm.

Lådan uppvärmes i en ugn till en temperatur av 1 000°C, hålles i ugnen under en tid av 3,5 timmar, kyles tillsammans med ugnen till en temperatur av 300°C, avlägsnas sedan från ugnen och luftkyles till omgivningstemperaturen. De färdiga arbetsstycke- na utsättes för röntgenstrukturanalys för bestämning av karaktären av de faser som bildar diffusionsskiktet. Provkropparnas diffu- sionsskiktstjocklek är 100 pm, av vilka 20-30 um utgör ett övre karbidskikt och 70-80 um utgör en fast u-lösning av krom i järnet.

I nedanstående tabell 1 anges sammansättningen av ett antal kompositioner enligt uppfinningen och de därmed skyddade detajernas (arbetsstyckenas) korrosionsbeständighet.

Korrosionshastigheten, som utgör ett s k korrosionsbestän- dighetsindex_för de arbetsstycken som skall skyddas, bestämmes i detta fall såsom provkroppens viktförlust per ytenhet och tidsen- het (uttryckt i g/m2 h) i ett bestämt medium vid en bestämd tempera- tur. I det givna fallet provas arbetsstyckena i två medier, nämligen (i) i en lösning, som innehåller 250 g klorider per liter och 85 g klorater per liter, vid en temperatur av 60-80°C; och (ii) i en suspension av starka lutar med klorider i fast fas (810 g KOH per liter och 800 g kaliumkloridkristaller per liter), 447 913 som bildas vid framställning av kaustikt kali, vid en temperatur av 80°C. Provningstiden för provkropparna i de båda medierna utgör 1 200 timmar.

Diffusionsskiktets kontinuitet (oavbrutenhet) bestämmes genom att provkropparna utsättes för inverkan av ett s k Wocker- reagens, som utgöres av en blandning av K3 [Fe(CN)6] och NaCl.

Ett av reagenset vätt filtrerpapper anbringas på provkropparnas yta i en zon där porer finns. Järnjoner bildar med [Fe(CN)6]3f_ -joner föreningen [Fe3Fe(CN)6] , som är känd under namnet turn- bullsblàtt. Vid dessa ställen uppstår på filtrerpapperet bláfärgade punkter, vilka karakteriserar porernas läge. Skiktets kontinuitet karakteriseras av antalet punkter per cm2 av skiktets yta. Diffu- sionsskiktets mikrohàrdhet bestämdes genom Vickers-metoden (HV- hàrdhetsenheter i kp/mmz).

Provníngsresultaten redovisas i tabell 1.

Tabell 1 Kompo- Halt av beståndsdelar i kompositionen, vikt-% s1§:°“ cr Mozs Mozc NH4c1 NH4I A12o3 1 2 3 4 -5 6 7 I klorid- och kloratlösningar 1 60 1,8 - 1,5 - 34,7 2 60 - 1,8 - 1,5 34,7 3 67 2 - 1,0 - 30 4 67 - 2 - 1,0 30 5 67 2 - 1,0 - 30 6 67 - 2 - 1,0 30 7 61 2 - 1,0 - 30 8 67 2 - 1,0 - 30 9 67 3 - 1,0 - 29 10 75 4 - 0,75 - 20,25 11 75 - 4 - 0,75 20,25 12 75 4 - - 0,75 20,25 4117 9113 7 Tabell 1 (forts) 1 2 3 4 5 6 7 13 75 - 4 0,75 - 20,25 14 75 4 - - 0,75 20,25 15 81 3 - - 1,5 14,5 16 81,5 - 3' 1,0 - 14,5 17 81 3 - 1,5 - 14,5 18 81,5 - 3 ~ 1,0 14,5 19 83 2 - 1,25 - 13,75 20 83 ~ 2 - 1,25 13,75 21 78 5 - 1,5 . - 15,5 22 78 - 5 - 1,5 15,5 I starka lutar 23 75 4,0 - 0,75 - 20,25 24 75 ~ 4,0 - 0,75 20,25 25 75 - 4,0 0,75 - 20,25 26 75 4, - - 0,75 20,25 27 67' 3, - 1,o - 29,ø 28 67 2,0 - - 1,0 30,0 29 67 - 2,0 1,0 - 30,0 30 67 2,0 - 1,0 - 30,0 31 67 - 2,0 - 1,0 30,0 447 913 Tabell 1 (forts) Kompo- Korrosíons- Skiktets kon- Metall som Korro- sition hasšighet, tinuitet, antal skall skyddas sionstyp nr g/m h punkter per cm (kofluflt ixákt-%) 1 8 9 10 11 I klorid- och kloratlösníngar 1 0,042 1-2 Kblstàl (0,45) .lokal korrosion 2 0,046 1-2 Gmått gjutjärn -“- 3 0,009 0 Kolstål (0,45) Allmän korrosion 4 0,008 0 Gkátt gjutjärn -"- (2,5) 5 0 , 008 0 Iegerat gjutjärn -"- ned Cr-, Ni-, Hb (2,5)-tillsatser 6 0,008 0 Höglegerat gjut- -"- järn ned Cr-,Ní-, Mo (12,7)-tillsatser 7 0,009 0 Kolstål (0,7) -"- 8 0,006 0 Làflßgenmzstâl -"- innehàllande 0,12% C, 0,6% Si, 0,6% Mn, 13,5% Cr, 2,8% Ni 9 0,008 0 Kblstål (0,45) -"- 1 o . o~, o o 4 o grått gjuf-.järfi - " - (2,5) 1 1 0 , 003 0 Grått gjutjärn -"- (2,5) 12 0,003 0 nflstàl(0,45) -"- 1 3 0 , 0 0 3 0 Iegerat gjutjärn - " - (2,5) 447 Tabell 1 (forts) 913 1 8 9 10 11 14 0,002 0 Låglegerat stål (0,12) 'Allmän korrosion 15 0,002 0 Kolstål (0,45) -"- 16 0,002 0 Grått gjutjärn (2,5 -"- 17 0,002 0 Legerat gjutjärn (2,5) -"- 18 0,002 0 Låglegerat stål (0,12) -"- 19 0,024 0 Kolstål (0,45) Rubbníng ærskfiv tets plasticitet vid inpressning av en pyramid 20 0,026 0 Kolstål (0,45) -"- 21 Skiktet 0 Kolstål (0,45) Rubbning av skik- förstöres tets kontinuitet; p 9 a lokal korrosion hög spräflmm 22 -"- Grått gjutjärn (2,5) -"- I starka lutar 23 _0,004 0 Kolstål (0,45) Allmän korrosion 24 0,004 0 Grått gjutjärn (2,5) -"- 25 0,004 0 Legerat gjutjärn (2,5 -"- 26 0,003 0 Làglegerat stål (0,12) -"- 27 0,003 0 Kolstål (0,45) -"- 28 0,004 0 Grått gjutjärn (2,5) -"- 29 0,004 0 Kolstål (0,45) -"- 30 0,004 0 Legerat gjutjärn (2,5 -"- 31 0,004 0 Låglegerat stål (0,l2) -"- 447 913 10 I nedanstående tabell 2 jämförs korrosions- och hållfast- hetsegenskaperna hos diffusionsskíkt erhållna vid behandling av arbetsstycken av kolstål med kompositioner enligt föreliggande uppfinning och med en känd komposition (aluminiumoxid, ammonium- klorid, krom).

Tabell 2 Egenskaper Den kända kom- Komposition enligt föreliggande positionen uppfinning, nr enligt tabell 1 12 5 3 Korrgsionshastighet (g/m ) i en lösning, som i g/liter inne- håller a) kloríder 25 0,025 0,008 0,008 0,009 klorater (lokal korrosflxa (allmän korrosion) temperatur 60-80 C b) starka lutar 0,022 0,004 0,003 0,004 KOH - 810 .(ldGá konxsíon) (allmän korrosion) KCl- fast fas temperatur 80 C Mikrohårdhet, HV, kp/mm2 1 ooo-1 oso 1 oso 1 oso 1 1oo Skiktets konti- nuitet, antal punkter per cm2 1-2 0 0 0

Claims (1)

1. 447 913 11 P a t e n t k r a v Komposition för diffusionsmättníng av arbetsstycken av järnmetaller, vilken innehåller krom, aluminiumoxid och ammonium- halid, k ä n n e t e c k n a d a v att den dessutom innehåller molybdenboríd eller molybdenkarbid, varvid samtliga beståndsdelar ingår i följande halter i vikt-procent: ammoniumhalid 0,75-1,5% molybdenbørid eller molybden- karbid 2-4% krom - 67-82% aluminiumoxid 12,5-30%