Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

Борирование — насыщение поверхности металлов и сплавов бором с целью повышения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости. Борированию подвергают стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, тугоплавкие металлы и никелевые сплавы. При борировании железа упрочненный слой состоит из ромбического борида FeB и тетрагонального борида Fe₂B, образующих столбчатые кристаллы. Под слоем боридов распо­лагается переходный слой из твердого раствора бора в а-железе. При нагре­ве бориды устойчивы: FeB — до 800 °С, Fe₂B — до 1000 °С. Установлено, что углерод сталей полностью вытесняется из зоны боридов вглубь и, в зави­симости от легирующих элементов в стали, образует переходную зону. Хром и марганец при борировании диффундируют в зону боридов, образуя (Fe,Mn,Cr)B и (Fe,Mn,Cr)₂B, которые по строению аналогичны боридам FeB и Fe₂B. Кремний при борировании диффундирует из зоны боридов вглубь, обогащая зону а-фазы, а при большом количестве кремния в переходной зоне могут образоваться графит и феррит. В этом случае будет наблюдаться скалывание боридного слоя. Вообще боридный слой хрупкий. Наибольшей хрупкостью обладает борид FeB (микротвердость 2000 Н₅₀) по сравнению с Fe₂B (микротвердость 1450 Н₅о). При борировании инструментальных сталей Р18, Р9, ХВГ микротвердость достигает 2450—3435 Н₅о- Высокая микро­твердость боридного слоя сохраняется до 700 °С, что позволяет применять борирование для повышения износостойкости деталей, работающих при вы­соких температурах.

Борированные стали обладают высокой коррозионной стойкостью в водных растворах соляной, серной и фосфорной кислот, причем при одина­ковой толщине слоя однофазные боридные слои имеют большую кислото-стойкость, чем двухфазные. В азотной кислоте боридные слои неустойчивы, однако скорость разрушения борированных сталей в 1,5—5 раз ниже, чем неборированных. Борированные слои на углеродистых сталях устойчивы к

воздействию кипящих водных растворов NaOH и КОН, а также расплавов цинка, свинца, олова, кадмия.

Силицирование. В результате диффузионного насыщения поверхности кремнием (силицирования) повышаются коррозионная стойкость, жаростой­кость, твердость и износостойкость металлов и сплавов. При силицировании железа и стали на поверхности образуется а-фаза (твердый раствор кремния в а-железе). Иногда диффузионный слой состоит из двух фазовых слоев: на поверхности образуется слой упорядоченной а'-фазы (Fe₃Si), а далее следует а-фаза. Качество силицированного слоя значительно снижается из-за воз­никновения пористости. Беспористые слои кремнистого феррита на стали 20 при 1100—1200 °С в течение 3—5 ч были получены в смеси моносилана SiH» (6—10 л/ч) с диссоциированным аммиаком, либо аргоном, либо азотом (15—20 л/ч), либо водородом (20—30 л/ч). Наибольший интерес представля­ет силицирование легированных сталей, так как Cr, А1 и Ti, попадая в сили-цированный слой, повышают его окалиностойкость.

Хромирование — насыщение поверхности изделий хромом. Диффузи­онному хромированию подвергают чугуны, стали различных классов, сплавы на основе никеля, молибдена, вольфрама, ниобия, кобальта и металлокера-мические материалы. Хромирование производят в вакуумных камерах (10— 10~' Па) при 1420 °С. За 18—24 ч получают хромированный слой толщиной 2,0—2,5 мм с концентрацией на поверхности до 70% хрома.

Этот процесс обеспечивает повышенную устойчивость стали против га­зовой коррозии (окалиностойкость) до 800 °С. Хромирование сталей, содер­жащих свыше 0,3—0,4% С, повышает твердость и износостойкость. Твер­дость слоя, полученного при хромировании железа, достигает HV 250—300, а при хромировании стали HV 1200—1300. Хромирование используют для упрочнения деталей паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапанов, различных деталей, работающих на износ в агрессивных средах.

Алитирование — процесс диффузионного насыщения поверхности из­делий алюминием с целью повышения жаростойкости, коррозионной и эро­зионной стойкости. При алитировании железа и сталей наблюдается плавное падение концентрации алюминия по толщине слоя. В зависимости оз^метода и режима насыщения она может доходить до 58% (по массе) на поверхности и соответствовать образованию фазового слоя FeAl₃. В результате алитиро-вания сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850—900 °С), так как в процессе нагрева поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка оксида алюминия (А1₂0₃), предохраняющая металл от окис­ления. Алитированный слой обладает также хорошим сопротивлением кор­розии в атмосфере и морской воде. Толщина алитированного слоя достигает 0,2—1,0 мм, твердость (на поверхности) — до HV 500, износостойкость низкая. Алитированию подвергают различные изделия, работающие при высоких темпе­ратурах.