ХТО – химико-термическая обработка металлов.

Способность металлов и сплавов растворять различные элементы позволяет при повышенных температурах создавать поверхностные слои измененного состава. Такая термическая обработка, при которой изменяется не только структура, но и состав поверхностных слоев называется химико-термической обработкой (ХТО). ХТО применяется для поверхностного упрочнения сталей, придания им жаростойкости, стойкости к абразивному износу, прочности, твердости и т.д. ХТО по сравнению с термической обработкой (ТО) обладает рядом преимуществ, уступая в производительности:

1. Независимость от внешней формы.

2. Большие различия между свойствами поверхности и сердцевины.

3. Возможность устранить последствия перегрева деталей.

Насыщение поверхностного слоя элементами или создание защитных покрытий может быть осуществлено различными способами.

I. Диффузионное насыщение (из твердых, жидких и газовой фаз).

II. Адгезионные (плазменные, ионная имплантация, металлизация в вакууме).

III. Электрохимические (осаждение металлов, сплавов, анодирование).

IV. Химические (оксидирование, хроматирование, фосфатирование, контактное вытеснение).

По виду насыщающего элемента различают следующие процессы:

1. Цементация – насыщение поверхности стали углеродом для создания твердого поверхностного слоя. При твердой цементации детали погружают в древесный уголь, в который добавляют до 30% Na₂CO₃, BaCO₃ либо K₂CO₃. процесс ведут при 950-1050°С. За 4-6 часов образуется поверхностный слой порядка 1 мм. При газовой цементации (наиболее массовое производство) в закрытый контейнер погружают детали, подают газ (CO, CH₄, C₂H₆ и т.д.) и проводят цементацию при 930-970°С. Цементацию проводят так, чтобы концентрация С в поверхностном слое не превышала 1,1-1,2% (структура аустенита). При последующей закалке получают твердый и износоустойчивый слой при мягкой сердцевине.

2. Азотирование – насыщение стали азотом. Детали после азотирования приобретают высокую твердость и, в отличии от цементации. азотирование проводят уже готовых деталей, а не заготовок, т.к. размеры деталей практически не изменяются. Азотирование проводят в закрытой печи при 500-600°С в атмосфере NH₃. На поверхности образуются нитридные фазы переменного состава. Для получения слоя 0,5 мм необходимо 30-40 часов (низкая температура).

3. Цианирование (нитроцементация) – насыщение поверхности С и N. Проводят из твердых, жидких и газовых сред, содержащих соединения CN^-. Получают слои имеющие высокое сопротивление износу и стойкость к коррозии в растворах и газах.

4. Диффузионная металлизация – процесс насыщения поверхностей сталей различными металлами (Cr, Al, Mo, Ti, V, W) и неметаллами (Si, B). Процессы проводят в твердой, жидкой или газовой фазе. При твердой металлизации процесс ведут в смеси ферросплавов и активаторов (NH₄Cl, NH₄F) при 900-1100°С. При жидкой металлизации наносят слои погружением в расплав металлов (Al) или солей (Na₂B₄O₇) для борирования с различными добавками. Газовую металлизацию проводят в среде летучих хлоридов металлов (AlCl₃, TiCl₄ и т.д.). Одним из основных свойств образованных слоев является их высокая жаростойкость (алитирование, хромирование стали) или высокая износостойкость (борироваие стали).

Композиционные материалы (Композиты)

Композиты – многокомпонентные материалы, состоящие из основы (матрицы), армированной наполнителем.

Используют матрицы следующих видов:

– полимерная (эпоксидная, полиэфирная, фенолформальдегидная)

– металлическая (Al, Mg, Ni)

– углеродная

– керамическая

В качестве наполнителей применяют:

– волокна (стеклянное, органическое, углеродное, борное, SiC)

– нитевидные кристаллы (Al₂O₃, BeO, Si₃N_4, B₄C, AlN)

– тонкодисперсные частицы (оксиды, карбиды, нитриды)

Путем подбора состава и свойств наполнителя и матрицы можно получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатационных и технологических свойств или материалы с заданными свойствами.

Армирующие наполнители воспринимают основную долю нагрузки композита. По структуре наполнители композиты подразделяют на:

– волокнистые (волокна и нитевидные кристаллы)

– слоистые (пленки, пластинки, слоистые наполнители)

– объемные

– дисперсные (наполнители – тонкодисперсные частицы)

Матрицы в композитах обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжения в наполнителе, определяет тепло-, влаго-, огне- и химстойкость.

Области использования: конструкционные, теплозащитные, антифрикционные, электротехнические материалы, машиностроение, металлургия, спортивное снаряжение.