Диффузионная металлизация. 
Технологические процессы в машиностроении

Диффузионной металлизацией называется насыщение поверхности стали металлами в ходе ее высокотемпературной химико-термической обработки в соответствующих насыщающих средах.

Цель такого вида ХТО — изменение состава, структуры и свойств поверхностного слоя путем введения в него таких металлов, как хром, алюминий, цинк, вольфрам, ванадий, ниобий и др. Диффузионная металлизация, в зависимости от насыщающего элемента, может проводиться в диапазоне температур 700−1400°С.

Процесс ведут в твердых, жидких и газообразных средах. В первом случае применяют порошкообразные смеси, состоящие из ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количестве 0,5−5%.

Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (например, цинк, алюминий). При газовом способе применяют летучие хлористые соединения, образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах.

В результате диффузионной металлизации возникают слои высоколегированных твердых растворов диффундирующих элементов в железе, создавая принципиально иные физико-химические свойства поверхностных, защитных слоев изделия.

Алитирование — режим ХТО, при котором поверхности металлических деталей насыщаются алюминием в соответствующих средах. Как правило, его проводят при температурах 700- 1100 °C в печах, подобных показанной на рис. 16.6. Целью алитирования является повышение окалиностойкости (до 800−900 С), коррозионной стойкости изделий в атмосферных условиях и морской воде. Чаще всего алитируют детали из малоуглеродистых аустенитных сталей и жаропрочных сплавов. Их укладывают в железный ящик и тщательно засыпают смесью, состоящей из 49% алюминиевой пудры, 49% глинозема (А12О3) и 2% нашатыря (NH4Cl) или 99% ферроалюминия и 1% NH4C1. Ящик помещают на 2−12 ч в печь, нагретую до 900−950°С.

Рис. 16.6. Печь для алитирования.

При 1000° С и выдержке в течение 8 ч образуется слой толщиной 0,4−0,5 мм, насыщенный алюминием.

Хромирование — способ ХТО, состоящий в высокотемпературном (900−1300°С) диффузионном насыщении поверхности обрабатываемой детали хромом с целью придания ей жаростойкости (до 800°С), коррозионной стойкости в пресной и морской воде, растворах солей и кислот, эрозионной стойкости. Диффузионное насыщение поверхности стали хромом также уменьшает скорость ползучести материала, повышает его сопротивление термическим ударам. Хромирование повышает предел выносливости стали при комнатных и повышенных температурах, что связано с возникновением в слое сжимающих напряжений.

В зависимости от типа карбюризатора процесс проводят при 950−115(ГС.

Титанирование — процесс диффузионного насыщения поверхности сталей титаном. Его осуществляют при температурах порядка 1100 °C, глубина насыщения обычно не превышает 0,3 мм. С помощью титанирования стальным деталям придают исключительно высокую коррозионную стойкость, характерную для титана главным образом в различных кислотах. Процесс можно проводить в твердых (порошкообразных), жидких и газообразных насыщающих средах. По технологическим и химическим особенностям он близок к хромированию — в поверхностных слоях малоуглеродистых сталей создается твердый раствор титана в железе, который содержит до 30% титана. Также возможно образование в поверхностном слое сталей интерметаллидного соединения TiFe2. В сталях с высоким содержанием углерода в поверхностных слоях дополнительно образуются карбидные соединения, резко повышающие твердость насыщенного слоя.

Цинкование — процесс диффузионного насыщения поверхности детали цинком. Метод включает в себя: горячее цинкование или цинкование погружением, в порошке, в парах. Он способствует резкому повышению коррозионной стойкости. Цинкование в парах осуществляют в восстановительной среде водорода при температурах 850−880 °С и давлении около 80 мм вод. ст. Время такого процесса достаточно велико и обычно составляет десятки часов. Толщина полученных слоев обычно не превышает 0,1−0,2 мм.

Кроме однокомпонентного насыщения поверхности стали достаточно широкое применение нашли процессы совместного насыщения группой металлов или металлами и неметаллами. Совместное насыщение поверхности детали рядом элементов может проводиться как одновременно, так и последовательно.