RU2009270C1 - Method for surface siliconizing of objects made of ferrous, nonferrous, and rare metal alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: coating is applied on surfaces of objects. The coating comprises an organosilicon varnish diluted by an organic solvent to the concentration of silicon laying in the range from 0.1 to 10% (by mass). The the objects are warmed-up to and dwelled at 900-1100 C. EFFECT: improved properties of the product.

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в смежных областях машиностроения. The invention relates to metallurgy and can be used in related fields of engineering.

Известен способ газового неконтактного силицирования. При этом способе изделия располагаются над реакционной смесью и отделены от нее песчаным фильтром. Компонентами силицирующей смеси служат ферросилицит и хлористый аммоний. A known method of gas non-contact silicification. In this method, the products are located above the reaction mixture and separated from it by a sand filter. The components of the siliconizing mixture are ferrosilicite and ammonium chloride.

К недостаткам этого способа следует отнести высокую энергоемкость процесса, необходимость герметизации печей, а также то, что при способе невозможно проводить локальное силицирование. The disadvantages of this method include the high energy intensity of the process, the need for sealing furnaces, and the fact that with the method it is impossible to carry out local silicification.

Известен способ контактного силицирования в смеси порошка кремния, инертных добавок (окись аммония, окись магния, двуокись хрома и др. ). Изделия засыпают реакционной смесью, контейнер герметизируют плавким затвором и процесс проводят в воздушной атмосфере. A known method of contact silicification in a mixture of silicon powder, inert additives (ammonium oxide, magnesium oxide, chromium dioxide, etc.). The products are covered with a reaction mixture, the container is sealed with a fusible seal and the process is carried out in an air atmosphere.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что при его реализации не обеспечивается стабильность результатов по толщине силицированного слоя и его составу, что приводит к снижению служебных характеристик изделия. Кроме того, данный способ не позволяет проводить локальное силицирование. The disadvantages of this method include the fact that when it is implemented, stability of the results on the thickness of the siliconized layer and its composition is not ensured, which leads to a decrease in the service characteristics of the product. In addition, this method does not allow local silicification.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ жидкостного силицирования. Способ заключается в том, что предварительно очищенная поверхность изделий приводится в контакт с силицирующим реагентом. Силицирующий реагент представляет собой расплав силиката натрия, в который добавлен металлический кремний, карбид кремния и др. Процесс ведут в специальном контейнере. Температура процесса 900-1100^оС. Время процесса 2-10 ч.The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a method of liquid silicification. The method consists in the fact that the pre-cleaned surface of the products is brought into contact with a siliconizing agent. The siliconizing reagent is a melt of sodium silicate, in which metallic silicon, silicon carbide, etc. are added. The process is carried out in a special container. The process temperature is ^about 900-1100 C. The process time of 2-10 hours.

К недостаткам этого способа следует отнести, в первую очередь, значительное газовыделение и применение предварительно дегидратированного силиката натрия. Так как промышленный силикат натрия представляет собой кристаллогидрат, то для его разрушения (дегидратирования) необходим предварительный длительный прогрев в температурном интервале 1100-1400^оС. За счет этой стадии суммарная энергоемкость процесса силицирования чрезвычайно высокая. На этой стадии происходит значительно газовыделение, что требует применения специального оборудования. Кроме того, по этому способу невозможно проводить локальное силицирование.The disadvantages of this method include, first of all, significant gas evolution and the use of pre-dehydrated sodium silicate. Since industrial sodium silicate is a crystalline, for its destruction (dehydration) pre requires prolonged heating in the temperature range of 1100-1400 ^C. By this step, the total power consumption of siliciding process is extremely high. At this stage, significant gas evolution occurs, which requires the use of special equipment. In addition, in this method it is impossible to carry out local silicification.

Изобретение позволяет снизить энергоемкость и трудоемкость процесса силицирования за счет исключения операции по подготовке (длительном прогреве при 1100-1400^оС) силиката натрия и за счет включения операции расплавления и поддержания в расплавленном состоянии силицирующего реагента. Предлагаемый способ позволяет полностью устранить газовыделение, существующее при реализации известного способа. Реализация изобретения позволяет при повышении (жаростойкости) качества силицированного слоя проводить локальное силицирование.The present invention reduces energy consumption and labor intensity for siliciding process by eliminating the step of preparing (prolonged heating at 1100-1400 ^{° C)} of sodium silicate and by including the operation of melting and maintaining molten silitsiruyuschego reagent. The proposed method allows to completely eliminate the gas evolution that exists when implementing the known method. The implementation of the invention allows for an increase (heat resistance) of the quality of the siliconized layer to carry out local silicification.

Сущность изобретения заключается в очистке поверхности изделий, приведении в контакт с силицирующим реагентом, проведения силицирования и использования в качестве силицирующего реагента кремнийорганического соединения, которое наносят на поверхность в виде раствора следующего состава, мас. % : по кремнию 0,1-10; органический растворитель остальное. Силицирующий реагент наносят локально на участки, подвергаемые силицированию. The essence of the invention is to clean the surface of the products, bringing into contact with a siliconizing reagent, siliconizing and using organosilicon compounds as siliconizing reagents, which are applied to the surface in the form of a solution of the following composition, wt. %: silicon 0.1-10; organic solvent rest. The siliconizing reagent is applied locally to the areas to be siliconized.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

На очищенную и обезжиренную поверхность изделий наносят слой кремнийорганического соединения. Покрытие изделия высушивают на воздухе при 20^оС 20 мин. Если необходимо проводить общее силицирование, то кремнийорганическое соединение наносят на всю поверхность изделия. При определенном типе изделий возникает необходимость проводить локальное силицирование. В этом случае кремнийорганическое соединение наносят только на участках (зонах), подвергаемых силицированию.A layer of organosilicon compound is applied to the cleaned and degreased surface of the products. The coating product is dried in air at 20 ° ^C for 20 minutes. If it is necessary to carry out general silicification, the organosilicon compound is applied to the entire surface of the product. With a certain type of product, it becomes necessary to carry out local silicification. In this case, the organosilicon compound is applied only on the areas (zones) subjected to siliconization.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в качестве силицирующего реагента используют кремнийорганическое соединение и наносят его на поверхность изделий из раствора в органическом растворителе. The proposed method differs from the prototype in that an organosilicon compound is used as a siliconizing reagent and applied to the surface of products from a solution in an organic solvent.

П р и м е р 1. На подготовленную поверхность изделий наносят кремнийорганическое соединение. Изделие с нанесенными кремнийорганическими соединениями высушивают на воздухе 15-20 мин при комнатной температуре. Данные о материале изделий, концентрации кремния в силицирующем реагенте, условиях силицирования и глубине силицированного слоя представлены в табл. 1. PRI me R 1. On the prepared surface of the products applied organosilicon compound. The product coated with organosilicon compounds is dried in air for 15-20 minutes at room temperature. Data on the material of the products, the concentration of silicon in the siliconizing reagent, the conditions of siliconizing and the depth of the siliconized layer are presented in table. 1.

П р и м е р 2. Согласно изобретению в зонах локально, где необходимо провести силицирование, наносят кремнийорганическое соединение, высушивают на воздухе 15-20 мин при комнатной температуре. Данные о материале изделия, концентрации кремния в силицирующем реагенте, условиях силицирования и глубине силицированного слоя приведены в табл. 1. Из представленных в табл. 1 данных следует, что использование кремнийорганических соединений в растворе, содержащем 0,1-10 мас. % кремния, позволяет создавать при нагреве (до температуры технологического или эксплуатационного нагрева) силицированный слой, сравнимый по глубине со слоем, полученным по прототипу, но за более короткое время и при менее высокой температуре. Использование раствора кремнийорганического соединения позволяет, в отличие от прототипа осуществлять локальное силицирование и силицирование сплавов редких металлов. PRI me R 2. According to the invention, in the zones locally where it is necessary to carry out silicification, an organosilicon compound is applied, dried in air for 15-20 minutes at room temperature. Data on the material of the product, the concentration of silicon in the siliconizing reagent, the conditions of siliconizing and the depth of the siliconized layer are given in table. 1. Of the presented in table. 1 data shows that the use of organosilicon compounds in a solution containing 0.1-10 wt. % silicon, allows you to create when heated (to the temperature of the technological or operational heating) siliconized layer, comparable in depth to the layer obtained by the prototype, but in a shorter time and at a lower temperature. The use of a solution of organosilicon compounds allows, in contrast to the prototype, to carry out local silicification and silicification of rare metal alloys.

В табл. 2 представлены результаты испытаний листов из сплава ВН10 на жаростойкость при 800^оС с силицированным слоем и без него (условия силицирования в табл. 1, N 10).In the table. 2 shows the test results of alloy sheets VN10 heat resistance ^at 800 ° C with a silyated layer and without (siliconizing conditions in Table. 1, N 10).

Из представленных в табл. 2 данных следует, что при создании силицированного слоя жаростойкость сплава ВН10 возрастает в 1,2-1,7 раза при выдержках до 100 ч. Проведение силицирования по прототипу невозможно из-за растворения поверхностного слоя силицирующим реагентом. Of the presented in table. 2 of the data it follows that when creating a siliconized layer, the heat resistance of the VN10 alloy increases 1.2-1.7 times with holdings up to 100 hours. Siliconizing according to the prototype is impossible due to dissolution of the surface layer with a siliconizing reagent.

Преимущества изобретения по сравнению с прототипом состоит в том, что предлагаемый способ позволяет снизить энергоемкость процесса за счет устранения операций предварительной прокладки силиката натрия при 1100-1400^оС, за счет устранения операции расплавления значительных масс силицирующего реагента и поддержания его в расплавленном состоянии при 900-1100^оС. Способ обеспечивает высокую экологическую чистоту процесса за счет устранения газовыделения, происходящего при прокаливании силиката натрия и расплавлении значительных масс силицирующего реагента. Кроме того, реализация предлагаемого способа позволяет проводить локальное силицирование, которое неосуществимо при реализации способа по прототипу. (56) Электро-химико-термическая обработка металлов и сплавов. М. : Металлургия, 1978, с. 130.The advantages of the invention compared to the prototype is that the proposed method allows to reduce the energy intensity of the process by eliminating the operations of preliminary laying of sodium silicate at 1100-1400 ^about With, by eliminating the operation of melting significant masses of siliconizing reagent and maintaining it in a molten state at 900- ¹¹⁰⁰ C. The method ensures high ecological purity of the process by eliminating the outgassing occurring during calcination of sodium silicate and silicon melt considerable masses uyuschego reagent. In addition, the implementation of the proposed method allows for local silicification, which is not feasible when implementing the prototype method. (56) Electro-chemical-thermal treatment of metals and alloys. M.: Metallurgy, 1978, p. 130.

Claims (1)

СПОСОБ СИЛИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ ЧЕРНЫХ, ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ, включающий нанесение на поверхность изделия обмазки и последующий нагрев и выдержку при температуре силицирования, отличающийся тем, что в качестве обмазки используют кремнийорганический лак, разбавленный органическим растворителем до содержания кремния от 0,1 до 10 мас. % , а нагрев проводят до 900 - 1100^oС.METHOD FOR SILICATING THE SURFACE OF PRODUCTS FROM BLACK, COLOR, AND RARE METAL ALLOYS, including applying a coating to the surface of a product and subsequent heating and holding at a siliconizing temperature, characterized in that silicone-based varnish diluted with an organic solvent to a silicon content from 0.1 to 10 wt. %, and heating is carried out to 900 - 1100 ^o C.

Images