Диффузионное насыщение металлами

Основная статья: Химико-термическая обработка металлов

Диффузио́нное насыще́ние мета́ллами — поверхностное насыщение стали алюминием, хромом, цинком, кремнием и другими элементами. Один из методов упрочнения материалов.

Изделия, обогащённые этими элементами, приобретают ценные свойства, к числу которых относятся высокая жаростойкость, коррозионная стойкость, повышенная износостойкость и твёрдость.

Методы насыщения

Твёрдая диффузионная металлизация

Металлизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH₄Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или Cl₂ образуются летучие соединения хлора с металлом (AlCl₃, CrCl₂, SiCl₄ и так далее), которое в результате контакта с металлической поверхностью диссоциирует с образованием свободных атомов.

Жидкая диффузионная металлизация

Данный вид металлизации проводят погружением детали в расплавленный металл, если диффундирующий металл имеет низкую температуру плавления.

Газовая диффузионная металлизация

Проводят в газовых средах, состоящих из галогенных соединений диффундирующего элемента. Газовая диффузионная металлизация осуществляется в муфельных печах или в печах специальной конструкции при 700...1000 °С. Газовая фаза может генерироваться на расстоянии от поверхности насыщения (бесконтактный способ), или же в зоне контакта источника активной фазы с поверхностью металла (контактный способ).

Виды диффузионного насыщения металлами

Наиболее распространёнными видами диффузионного насыщения металлами являются:

• алюмирование (или алюминирование, насыщение алюминием), используется для деталей, работающих при высоких температурах;
• диффузионное хромирование (насыщение хромом) используют для деталей и полуфабрикатов из стали, сплавов на основе никеля, молибдена, ниобия, меди и других элементов;
• борирование (насыщение бором), обеспечивает высокую твёрдость (1800...2000 HV), износостойкость и стойкость против коррозии в разных средах;
• силицирование (насыщение кремнием);
• бериллизация (насыщение бериллием), обеспечивает для сталей повышение твёрдости, жаростойкости при 800–1100 °С и коррозионной стойкости.

Достоинства диффузионного насыщения металлов

Поверхность диффузионно-металлизированной детали обладает высокой жаростойкостью, поэтому жаростойкие изделия изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием и силицированием. Исключительно высокой твёрдостью (до HV 2000) и высоким сопротивлением абразивному износу обладают борированные слои, вследствие образования на поверхности высокотвёрдых боридов железа – FeB и Fe₂B; однако борированные слои очень хрупкие. Сульфидирование – поверхностное насыщение стали серой. Для режущего инструмента стойкость повышается в 2–3 раза.

Недостатки диффузионного насыщения металлов

Диффузия хрома, алюминия и других металлов протекает значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом растворы внедрения, а металлы – растворы замещения. При одинаковых температурных и временных условиях диффузионные слои при металлизации в десятки, а то и в сотни раз более тонкие, чем при цементации. Такая малая скорость диффузии препятствует широкому распространению процессов диффузионного насыщения в промышленности, так как процесс является дорогостоящим, и его проводят при высоких температурах (1000–1200 °C) длительное время. Только особые свойства слоя и возможность экономии легирующих элементов при использовании процессов диффузионной металлизации обусловили некоторое их применение в промышленности.

Источники

• Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева, «Материаловедение», издательство «Машиностроение», 1990.
• А.П. Гуляев, "Металловедение", Москва, издательство, "Металлургия", 1977.