SU1717673A1 - Способ оксидировани хромистых сталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к созданию защитных пленок на поверхности хромистой стали, обладающих заданными свойствами, и может быть использовано в приборостроении . Целью изобретени   вл етс  интенсификаци  процесса оксидировани  и избирательного насыщени  поверхностного оксида. Способ включает обработку при температуре не выше850°С при контактном нагреве переменным током, парциальном давлении Р Р0 дл  получени  поверхностных оксидов, обогащенных СгзОз. парциальном давлении Р Р0 дл  получени  поверхностных оксидов, обогащенных РеСгг04, и Р Ро дл  получени  оксидов, обогащенных окислами железа. Интенсификаци  процесса оксидировани  и избирательного насыщени  поверхностного сло  достигаетс  построением зависимости прироста общей толщины от парциального давлени  О, определением парциального давлени  Р0, соответствующего активно- пассивному переходу. Оксидирование ведут при нагреве переменным током при Р Р0 дл  получени  поверхностных оксидов, обогащенных СгаОз, Р РО дл  получени  оксидного сло , обогащенного окислами железа, и Р Р0 дл  получени  оксидного сло , обогащенного хромитом железа. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к созданию слоев на поверхности металлов и сплавов, обладающих заданными свойствами: толщиной , химическим составом, окраской, пассивирующей способностью, адгезионными свойствами.

Известны способы создани  на поверхности металлов слоев с заданными свойствами , при реализации которых металлы или сплавы подвергаютс  химической обработке , в частности оксидированию в газовых средах.

Однако способы не позвол ют создать на поверхности хромистых сталей покрытий значительной толщины, обладающих заданным химическим составом, окраской и другими физико-химическими свойствами, которые можно контролируемым образом измен ть.

Наиболее близким к изобретению  вл- д етс  способ оксидировани  хромистых сталей, включающий обработку при температуре не выше 850 К в диапазоне парциальных давлений кислорода 10-10° Торр.

Недостатком способа  вл етс  низка  интенсивность процесса оксидировани  и невозможность избирательного насыщени  оксида различными окислами.

Поставленна  цель достигаетс  благодар  тому, что в способе оксидировани 

4 О |

СА)

хромистых сталей, включающем обработку при температуре не выше 850 К в диапазоне парциальных давлений кислорода 10 - 10° Торр.оксидирование провод т при контактном нагреве стали переменным током, первоначально дл  контрольных образцов хромистой стали данного состава стро т зависимость прироста общей толщины поверхностного оксида от парциального давлени  кислорода при посто нном времени обработки, определ ют парциальное давление кислорода Р0 активно-пассивного перехода, соответствующее максимальному приросту общей толщины оксида, а изби- рательное насыщение провод т при парциальном давлении Р Р0 дл  получени  поверхностных оксидов, обогащенных СгаОз, при парциальном давлении Р Р0 дл  получени  поверхностных оксидов, обогащённых хромитом железа, и при Р Р0 дл  получени  оксидов, обогащенных окислами

железа.

При исследовании активно-пассивного перехода при окислении хромистых сталей наибольша  скорость роста поверхностного оксида дл  данной марки стали приданных услови х изотермического окислени  реализуетс  в области активно-пассивного перехода по мере роста парциального давлени  кислорода в системе. Переменно- точный контактный нагрев интенсифицирует процесс окислени  в области про влени  активно-пассивного перехода хромистых сталей. При этом при парциальных давлени х кислорода, соответственно лежащих в допереходной области, в области активно- пассивного перехода и в послепереходной области состав поверхностного оксида резко измен етс .

Способ осуществл ют следующим образом ,

Подлежащий оксидированию прот женный образец хромистой стали помещают в вакуумную камеру, где создаетс  разрежение до требуемой степени вакуумировани , соответствующей заданному парциальному давлению кислорода. Электроды , предварительно подсоединенные к противоположным концам прот женного образца, подключаютс  к мощному источнику переменного тока, при протекании которого через образец происходит его электроконтактный нагрев до требуемой температуры. Первоначально определ етс  Область активно-пассивного, перехода выбранной стали. Дл  этого при заданной температуре производитс  исследование прироста толщины поверхностного оксида за определенное врем  (обычно 1 ч) при различных степен х вакуумировани  в области низких парциальных давлений кислорода в системе. Точка экстремума полученной кривой соответствует активно- пассивному переходу выбранной стали при

заданных параметрах наложенного переменного тока (частота, форма импульса переменного тока, температура образца).

Дл  избирательного насыщени  поверхностного оксида при окислении аналогич0 ных образцов данной марки стали окислами хрома термохимическую обработку провод т при степен х вакуумировани  в системе ниже экстремального при прочих аналогичных услови х окислени .

5 Дл  избирательного насыщени  поверхностного оксида окислами железа термохимическую обработку провод т при степен х вакуумировани  в области активно-пассивного перехода при прочих анало0 гичных услови х окислени .

Дл  избирательного насыщени  поверхностного оксида хромитом железа термохимическую обработку провод т при степен х вакуумировани  выше экстре5 мального при прочих аналогичных услови х окислени .

Провод т оксидирование образцов хромистой стали Х18. Из листа прокатанной стали вырезают образцы одинаковых раз0 меров в виде лент, шлифуют, полируют, про- мывают, высушивают. Далее образец закрепл ют в вакуумной камере, к его концам подсоедин ют электроды, к центральной части - термопару. Далее камеру

5 вакуумируют до заданной степени вакуумировани . Включают переменный ток промышленной частоты. С помощью термопары регистрируют нагрев образца до 500 К. Систему при данных услови х выдерживают в

0 течение 1 ч. Далее переменный ток отключают , образец остывает, его вынимают из камеры и далее провод т регистрацию толщины D поверхностного оксида на поверхности образца.

5 На фиг. 1 (крива  1) приведен прирост толщины поверхностного оксида D, откуда отчетливо виден экстремум прироста толщины при степени вакуумировани  Р0 Торр(дл  прототипа во всем диапазоне рас0 смотренных степеней вакуумировани  толщина оксида в 7-10 раз меньше, крива  2, фиг. 1); на фиг. 2 - процентный состав Т поверхностного оксида, полученного при различных степен х вакуумировани  в сис5 теме; на фиг. 3 - кривые зависимости угла смачивани  от давлени ,

В допереходной области (при давлени х Р Ро) поверхностный оксид обогащен оксидом хрома СгаОз. в области активно- пассивного перехода (при Р Р0) оксид состоит в основном из окислов железа РезСМ. в лослепереходной области (при Р Ро) происходит обогащение поверхностного оксида хромитом железа. Все это подтверждает работоспособность способа. Дл  прототипа получено, что в состав оксида вход т в основном окислы железа. Полученное резкое изменение химического состава поверхностного оксида реализуетс  в относительно узком диапазоне парциальных давлений кислорода.

Внешний вид образцов измен етс  после 1 ч оксидировани . В допереходной области поверхность окрашена в светло- желтый цвет, в переходной области - в тем- но-коричневый цвет, в послепереходной области в серо-коричневый цвет. Полученное резкое изменение цвета реализуетс  в относительно узком диапазоне парциальных давлений кислорода.

На всех образцах реализуетс  хороша  адгези  покрытий - оксидов к поверхности хромистой стали. Адгезионные свойства поверхности хромистой стали после 1 ч обработки также улучшаютс , что обусловлено различной адгезионной способностью окислов железа, хрома и хромита железа.

Дл  рассмотрени  модифицирующего воздействи  переменоточного нагрева на адгезионные свойства оксидированной по- аерхности исследуют краевой у гсл# смачивани  оксидированной поверхности жидким оловом (рис. 3 крива  1). Из фиг. 3 видно, что в области активно-пассивного перехода, где содержание окислов железа максимально, (при Р Р0) реализуетс  максимальна  смачиваемость .поверхности жидким олсвом по сравнению с прототипом (фиг. 3,крива  2), где максимум смачиваемости оксидированной поверхности также приходитс  на область активно-пассивного перехода, в способе реализуетс  значительное повышение смачиваемости поверхности хромистой стали, оксидированной с использованием электроконтактного на- грева переменным током. При этом значительное изменение смачиваемости обработанной поверхности по сравнению с исходной (фиг. 3, крива  3) реализуетс  в относительно узком диапазоне парциаль- ных давлений кислорода.

Повышение пассивационных свойств поверхностного оксида (полученного при реализации способа) в различных услови х эксплуатации оксидированных изделий св - эано как с повышенной толщиной получаемых покрытий, так и с контролируемым составом получаемых покрытий, что позвол ет дл  выбранных условий эксплуатации покрытий подобрать оптимальную комбинацию двух факторов: общей толщины поверхностного оксида и соотношени  окислов железа и хрома в покрытии, привод щую к минимальной веро тности коррозионного разрушени  издели  в том или ином коррозионном окружении за заданный период эксплуатации.

Способ обладает широкими функциональными возможност ми, что обусловлено его применимостью в самых различных услови х , поскольку дл  его осуществлени  требуетс  только реализаци  вакууми- ровани  переменноточного электроконтактного нагрева, что не  вл етс  затруднительным в самых разнообразных промышленных услови х. При этом дл  реализации способа используютс  относительно невысока  степень вакуумировани  и умеренна  температура, что делает способ доступным дл  использовани  и дешевым .

Способ обеспечивает получение покрытий на поверхности хромистой стали значительной толщины и заданного состава. Избирательное насыщение поверхностного оксида либо окислом легирующего элемента , либо окислом основного элемента, либо их двойным окислом, обеспечивает возможность создани  на поверхности хромистой стали покрытий с оптимальными при данных услови х эксплуатации антикоррозионными , оптическими, адгезионными и иными эксплуатационными свойствами.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ оксидировани  хромистых сталей , включающий обработку при температуре не выше 850 К в диапазоне парциальных давлений кислорода 10-10° Торр отличающийс  тем, что, с целью интенсификации процесса оксидировани  и избирательного насыщени  поверхностного оксида, оксидирование провод т при контактном нагреве стали переменным током, первоначально дл  контрольных образцов хромистой стали данного состава стро т зависимость прироста общей толщины поверхностного оксида и его состава от парциального давлени  кислорода при посто нном времени обработки, определ ют парциальное давление Р0 активно-пассивного перехода, соответствующее максимальному приросту общей толщины оксида, а избирательное насыщение провод т при парциальном давлении Р РоДл  получени  поверхностных окс-идов, обогащенных СгаОз, при парциальном давлении Р Р0 - дл  получени  поверхностных оксидов, обогащенных хромитом железа, а при Р Ро дл  получени  оксидов, обогащенных окислами железа.

   10

   Фиг.1

   10

   PJtar

   80

   90 40

   Ю

   10

   .-2

   3

   10

   РДЬ