3.5.4. Поверхностное легирование

Поверхностное легирование – термодиффузионное насыщение легирующим элементом поверхности защищаемого металла. Метод позволяет существенно снизить расход легирующих элементов, повышающих жаростойкость металла.

Насыщение поверхности защищаемого металла легирующими элементами, производят из твердой, газообразной или жидкой фаз, при их непосредственном контакте с последней  в условиях повышенных температур.

При создании термодиффузионных покрытий на поверхности защищаемых материалов, например низкоуглеродистой стали, в процессе коррозии образуются простые оксиды типа Al2O3, SiO2, Cr2O3 или двойные − FeAl2O4, FeCr2O4, FeSiO4, обладающие повышенными защитными свойствами и препятствующие дальнейшему окислению сплава.

Алитирование

Алитирование - процесс насыщения поверхностного слоя защищаемого материала алюминием. Цель - повышение окалиностойкости (жаростойкости) и сопротивления атмосферной коррозии. Алитирование стальных изделий (жаропрочные сплавы, идущие на изготовление клапанов автомобильных двигателей, лопаток и сопел газовых турбин) осуществляется в собранном виде, так как образующийся защитный слой хрупок и не допускает механической обработки.

Детали, очищенные от грязи и ржавчины, загружают в герметически закрывающийся ящик(реактор), засыпают реакционной смесью (50%Al-порошка, 45-48%Al2O3 и 2-5%NH4Cl) и помещают в нагревательное устройство (печь). Время выдержки 3-4 часа, температура 950-1000оС.

Алитирование - один из самых надежных способов повышения жаростойкости стали от окисляющего действия кислорода при повышенных температурах.

Термохромирование

Процесс термохромирования проводят при температуре 1000-1250 оС в смеси Cr − порошка, каолина(Al2O3∙2SiO2·2H2O) и нашатыря. Образующийся в результате окисления слой оксидов сообщает металлу стойкость в воздушной  и газовой среде содержащей соединения ванадия и серы до 1000оС. Термохромированный слой обладает повышенной износостойкостью. Слой поддается механической обработке.

Силицирование

Силицирование – надежный способ предохранения от газовой коррозии тугоплавких металлов (Nb,W,Mo,Ta и др.). Стойкость образующегося покрытия объясняется образованием плотных силицидных покрытий (WSi2,MoSi2), обладающих эффектом самозалечивания.

Силицирование осуществляется при температуре 1000 - 1200 оС. Активная среда – смесь порошкообразного кремния или ферросилиция с NH4Cl.

Цинкование придает устойчивость в атмосфере , пресной и морской воде, в бензине и горячих (до 500 оС) газах, содержащих Н2S. Осуществляется в расплавленном цинке при 440…470°С в течение 1…10 мин. Толщина слоя составляет при этом 10…200мкм.

Многокомпонентное легирование – ­при его осуществлении образуются высоколегированные твердые растворы или фазы на основе химических соединений , которые иногда более существенно повышают свойства, чем при  насыщении одним элементом. Наибольшее число исследований посвящено двухкомпонентному легированию.

Для повышения жаростойкости различных сталей и никелевых сплавов применяют хромосилицирование, алюмосилицирование, бороалитирование, титаноалитирование, хромоалюмосилицирование, хромотитаноалитирование.

Cr-Si - слой по сравнению с Cr - или Si-слоем обладает большей жаростойкостью. Хромосилицирование увеличивает эрозионную стойкость в газовой фазе при повышенных температурах.

Многокомпонентное насыщение пока не получило промышленное применение.