7. ДИФФУЗИОННОЕ НАСЫЩЕНИЕ МЕТАЛЛАМИ

Поверхностное насыщение стали алюминием, хромом, цинком и другими элементами называют диффузионным насыщением металлами. Изделие, поверхность которого обогащена этими элементами, приобретает ценные свойства, к числу которых относятся высокая жаростойкость, коррозионная стойкость, повышенная износостойкость и твердость.

В зависимости от метода переноса диффузионного элемента на насыщаемую поверхность различают следующие основные способы диффузионного насыщения металлами: 1) погружение в расплавленный металл, если диффундирующий элемент имеет низкую температуру плавления (например, алюминий, цинк); 2) насыщение из расплавленных солей, содержащих диффундирующий элемент (с электролизом и без электролиза); 3) насыщение из сублимированной фазы путем испарения диффундирующего элемента; 4) насыщение из газовой фазы (контактным и неконтактным методом), состоящей из галогенных соединений диффундирующего элемента.

Галогенные соединения диффундирующего элемента получают путем воздействия галоидного или галоидводородного газа на этот элемент или его ферросплав: На границе раздела газовая фаза — обрабатываемая поверхность могут протекать следующие реакции:

1) реакция обмена

2) реакция диссоциации}

3) реакция диспропорционирования , где М — диффундирующий металл; Г — соответствующий галоид пит — стехиометрические коэффициенты (целые числа).

Металл М, образующийся в результате реакции, адсорбируется обрабатываемой поверхностью и диффундирует в глубь обрабатываемого изделия. Наиболее часто применяют контактный метод насыщения из разовой фазы. Для этого обрабатываемую деталь упаковывают в порошкообразную среду, состоящую из ферросплава диффундирующего элемента или шамота и При высокой температуре идет реакция диссоциации при этом взаимодействует с ферросплавом, образуя галоидные соединения диффундирующего элемента. Процесс ведут при температуре в течение

В последние годы насвпцение металлами (например, хромом) проводят путем испарения диффундирующего элемента в вакууме. Насыщение поверхности стального изделия двумя и большим числом компонентов позволяет в большей мере изменить свойства их поверхности. Ниже дана характеристика наиболее часто применяемых процессов диффузионной металлизации.

Алитирование — насыщение поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до так как в процессе нагрева на поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка окиси алюминия предохраняющая металл от окисления. Алитированный слой обладает также хорошим сопротивлением коррозии в атмосфере и морской воде.

Структура алитированного слоя представляет собой твердый раствор алюминия в а-железе (см. рис. 154, а). Концентрация алюминия в поверхностной части слоя составляет Толщина слоя 200—1000 мкм. Твердость алитированного слоя (на поверхности) до износостойкость низкая. Алитированию подвергают топливники газогенераторных машин, чехлы термопар, детали разливочных ковшей, клапаны и другие детали, работающие при высоких температурах.

Хромирование — насыщение поверхности стальных изделий хромом. Этот процесс обеспечивает повышенную устойчивость стали к газовой коррозии (окалиностойкоеть) при температуре до 800 °С, высокую коррозионную стойкость в таких средах, как вода, морская вода и азотная кислота. Хромирование сталей, содержащих свыше , повышает также твердость и износостойкость.

Диффузионный слой, получаемый при хромировании технического железа, состоит из твердого раствора хрома в -железе

(см. рис. 154, б). Слой, полученный при хромировании етали, содержащей и более углерода, состоит из карбидов хрома или На рис. 154, в показана структура хромированного слоя, полученного на етали . Слой состоит из карбидов хрома Под слоем карбидов находится переходный слой с высоким содержанием углерода Такие слои образуются в результате диффузии углерода из внутренних слоев к поверхности навстречу хрому. Углерод обладает большей скоростью диффузии, чем хром, поэтому для образования карбидного слоя используется не весь углерод и под карбидным слоем находится переходный слой с высоким содержанием углерода. Карбидный слой обладает высокой твердостью. Твердость слоя, полученного хромированием железа, а хромированием стали

Хромирование используют для деталей паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапанов, вентилей, патрубков, а также деталей, работающих на износ в агрессивных средах.

Вопросы для самопроверки

(см. скан)