Спосіб діфузійної обробки металевих виробів і прокату

Предлагаемое техническое решение относится к диффузионной обработке металлов, сплавов и изделий из них в твердой порошкообразной среде и может быть использовано в металлургической, химической, машиностроительной отраслях промышленности. Все известные способы диффузионной металлизации в порошковых средах состоят из последовательно (раздельно) проводимых операций: подготовка поверхности изделий к покрытию, приготовление диффузионной смеси, упаковка в муфель, химико-термическая обработка, распаковка муфелей, извлечение изделий, контроль качества покрытия. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению и взятому за прототип является способ диффузионной обработки металлических изделий и проката во вращающейся реакционной камере, включающий последовательно проводимые операции химической и механической очистки поверхности, прокалки глинозема, сушки активатора и металлизатора, приготовления диффузионной смеси, загрузки вращающейся реакционной камеры, нанесения диффузионного покрытия, охлаждения и разгрузки реакционной камеры ("Коррозия", Справочник; под редакцией Л.Л.Шраиера, Пер. с англ. - Μ. "Металлургия", 1981,368 с). Недостатками известного способа являются длительность и трудоемкость проведения процесса диффузионной обработки металлических изделий и проката. Это объясняется тем, что операции подготовки поверхности, сушки активатора и металлизатора, прокалки глинозема и смешивания компонентов диффузионной смеси, а также операцию нанесения диффузионного покрытия до настоящего времени проводили раздельно, без учета условий взаимодействия компонентов и факторов, возникающих при использовании в процессах диффузионной металлизации вращающейся реакционной камеры. В основу предлагаемого изобретения поставлена задача усовершенствовать способ диффузионной обработки металлических изделий и проката путем совмещения последовательно проводимых операций, что приведет к сокращению продолжительности процесса диффузионной обработки, к снижению его трудоемкости и материальных затрат. Указанный технический результат достигается тем, что о отличие от известного способа (прототипа), который включает в себя проводимые раздельно и последовательно операции химической и механической очистки поверхности, прокалки глинозема, сушки активатора и металлизатора, смешения компонентов диффузионной смеси, загрузки вращающейся реакционной камеры, нанесения диффузионных покрытий, охлаждения и разгрузки реакционной камеры, в предлагаемом способе новым является то, что операции подготовки поверхности, сушки активатора и приготовления диффузионной смеси из исходных компонентов совмещены с операцией нанесения диффузионного покрытия. Совмещение операций подготовки диффузионной смеси и поверхности изделий и проката с операцией нанесения покрытия методом диффузионной металлизации позволит получить экологически чистую, безотходную технологию, а также значительно снизить стоимость нанесения диффузионного покрытия и продолжительность процесса. Пример осуществления способа. Подлежащие покрытию детали загружают в реакционную камеру, конструкция которой описана в авторских свидетельствах СССР № 920077 МКИ3 С 23 С 9/02, опубликованного 15 апреля 1982 г.; № 605858 МКИ С 23 С 9/02; опубликованного 5 мая 1978 г.; № 1154374 МКИ4 С23 С 10/34, опубликованного 7 мая 1985 г. На поверхности деталей допускается наличие следов масла, ржавчины и окалины. Наличие пластовой коррозии и слоя консервационной смазки не допускается. Затем в нее последовательно загружают исходные компоненты для получения диффузионной смеси, состоящей из 46% прокаленного при температуре 900°С глинозема Г-00 по ГОСТ 6912-74, 50% просушенного при 200°С порошка металлизатора, например, феррохрома марки ФХ-010 крупностью 10-30 мм по ГОСТ 4757-79 и 4% хлористого аммония по ГОСТ 221073, Камеру закрывают герметичной крышкой и устанавливают в горизонтальное положение. Включают ее вращение (скорость вращения реакционной камеры 3-5 мин*1) и обогрев. При достижении температуры внутри камеры около 200°С происходит испарение воды и диссоциация хлористого аммония по реакции: Вода соединяется с парами хлористого водорода и в виде соляной кислоты проникает в мельчайшие поры поверхности покрываемого изделия, активно растворяя имеющиеся там загрязнения. Одновременно происходит испарение веществ, которые входят в состав технологических смазок. Имеющийся в реторте воздух вытесняется этими парами. Одновременно свободный кислород вступает в реакцию с углеродом, находящимся в свободном состоянии, а также углеродом, входящим в состав железных сплавов: При недостатке кислорода в восстановительной атмосфере жиры и масла не сгорают, а испаряются и разлагаются, оставляя на поверхности стали трудно удаляемые углеродистые соединения, которые удаляются в процессе галтовки, условия для которой создаются вращением камеры и взаимным трением, возникающим при перемещении деталей и компонентов диффузионной смеси относительно друг друга. При этом одновременно происходит перемешивание компонентов и усреднение состава диффузионной смеси. При достижении 400°С процесс испарения и очистки поверхности от жировых загрязнений практически заканчивается. При этой температуре пары воды активно взаимодействуют с углеродом и железом, образуя водород и окись углерода по реакциям: Водород и окись углерода, являясь активными восстановителями, вступают в реакцию с окислами железа, входящими в состав ржавчины и окалины: Двуокись углерода является обезуглероживающим и окисляющим компонентом газовой смеси: Таким образом, процессы окисления (обезжиривания) и восстановления (удаления ржавчины и окалины) происходят одновременно, процесс галтовки (за счет вращения камеры) способствует удалению прореагировавших и непрореагировавших остатков с поверхности изделий, подготавливая их под нанесение качественного покрытия, При достижении температуры 400°С и выше заканчиваются процессы подготовки поверхности и начинается процесс нанесения диффузионного покрытия, в частности хромового. Так как процессы диффузионной металлизации, в зависимости от вида наносимого металла, протекают в интервале температур от 410°С до 1150°С, то процесс подготовки поверхности, описанный выше, может проводиться совместно с процессом нанесения практически всех металлов, используемых для нанесения покрытий методом дифФучи-онной металлизации. Процесс переноса металлитатора к поверхности защищаемого металла осуществляется за счет протекания нескольких типов транспортных реакций. Это реакции, происходящие в результате: 1. непосредственного контакта метал-лизатора и основы; 2. осаждения паров сублимированного металлизатора; 3. образования и разложения при контакте с основой промежуточных соединений металлизатора, т.е. реакции: При достижении температуры 1000— 1050°С хром диффундирует вглубь защищаемой матрицы, образуя диффузионное покрытие на основе интерметаллидов хрома. После выдержки изделий при этой температуре в течение 1,5-2 .часов отключают нагрев и вращение реакционной камеры. Готовые детали охлаждают вместе с камерой до температуры 50°С. Снимают герметичную крышку, устанавливают реакционную камеру в наклонное положение, извлекают из нее детали с покрытием и выгружают шихту. Выгруженная шихта может быть использована в последующих 10-15 процессах без дополнительной подпитки металлизатором. Интервал температур, который обеспечивает протекание процесса диффузионной металлизации, меняется в зависимости от свойств металлизатора и состава шихты. Реализация предлагаемого способа химико-термической обработки металлических изделий или проката позволяет получать качественные покрытия, обладающие высокой коррозионной и механической прочностью при значительном снижении материальных и трудовых затрат. Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с известными, за счет совмещения последовательных операций при минимальных затратах сырья, обладает низкой трудоемкостью и высокой экономической эффективностью.