ДИФФУЗИОННАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ

(ДИФФУЗИОННОЕНАСЫЩЕНИЕ 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 диффузион­ной металлизации: 1) погружением в расплавленный металл, если диффундирующий элемент имеет низкую температуру плавления (например, алю­миний, цинк); 2) из расплавленных солей, содержащих диффундирующий элемент (с электролизом и без электролиза); 3) из сублимированной фазы путем испарения диффундирующего элемента; 4) из газовой фазы (кон­тактным и неконтактным методом), состоящей из галогенных соединений диффундирующего элемента.

В последние годы насыщение металлами (например, хромом) произво­дится путем испарения диффундирующего элемента в вакууме. Ниже дана характеристика наиболее часто применяемых процессов диффузионной металлизации.

Алитирование. Алитированием называют насыщение поверхности стали алюминием.

В результате аллитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850—900°С), так как в процессе нагрева на поверхности аллитированных изделий образуется плотная пленка окиси алюминия Аl₂О₃, 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 (рис. 2, а). Концентрация алюминия в поверхност­ной части слоя составляет ~ 30%. Толщина слоя 0,2 – 1,0 мм. Твердость алитированного слоя (на поверхности) до HV 7500, износостойкость низкая. Алитированию подвергают топливники газогенераторных машин, чехлы термопар, детали разливочных ковшей, клапаны и другие детали, работаю­щие при высоких температурах.

Хромирование. Хромированием называют насыщение поверхности стальных изделий хромом. Этот процесс обеспечивает повышенную устой­чивость стали против газовой коррозии (окалиностойкость) – до 800°С, высокую коррозионную стойкость в таких средах, как вода, морская вода и азотная кислота. Хромирование сталей, содержащих свыше 0,3 – 0,4% С, повышает также твердость и износостойкость.

Для деталей, работающих в агрессивных средах, хромированный слой должен состоять из α-фазы и иметь толщину 0,1-0,15 мм. Для деталей, работающих в условиях сильного износа и коррозии, рекомендуется кар­бидный слой глубиной 0,025-0,03 мм.

Рис. 2. Микроструктура диффузионных слоев (×250):

а – алитированный слой на железе (α-фаза); б – хромированный слой на железе (α-фаза); в – хромированный слой на стали, содержащей 0,45%С, состоящий из карбида (Fe, Сr)₇С₃; г – силицированный слой на стали, содержащей 0,4% С (α-фаза), д - борированный слой на стали, содержащей 0,8% С (FeB и Fe₂B)

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

Силицирование. Насыщение поверхности стали кремнием называют силицированием. Силицирование придает стали высокую коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах и не­сколько увеличивает устойчивость против износа.

Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании хи­мической, бумажной и нефтяной промышленности (валики насосов, трубо­проводы, арматура, гайки, болты и т. д.).

Многокомпонентное насыщение стали. Насыщение поверхности стально­го изделия двумя и большим количеством компонентов (Сr и С, Сr и А1, А1 и Si и т. д.) позволяет в большей мере изменять свойства поверх­ностных слоев. Многокомпонентное насыщение получило ограниченное применение.