RU2058422C1 - Method for application of metal coatings and melt for application of metal coatings - Google Patents

Abstract

FIELD: thermal-chemical treatment of metals and alloys applicable in hardening of machine members and tools in mechanical engineering and other industries. SUBSTANCE: transportation melt of alkali or alkali-earth metal and its halide with saturation component is surfaced and held at temperature of 850-1000 C for 2-3 h. Product is lowered into melt and held until coating is formed. Then, it is withdrawn from the melt, cooled and washed in water. Melt contains, mas. %: halide of alkali or alkali-earth metal 75.0-89.0; alkali-earth metal 0.35-5.0; the balance, saturating component. Melt saturating component is used in form of powder or chips of nickel, or chromium, orcobalt, or molybdenum, or chromium with nickel. Alkali metal of melt is used in form of lithium, and alkali-earth metal is used in form of calcium, and halide is used in form of chloride. EFFECT: higher efficiency. 6 cl

Description

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано для упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to the field of chemical-thermal treatment of metals and alloys and can be used for hardening machine parts and tools in machine-building, metallurgical, chemical and other industries.

Известен способ и расплав для хромирования металлов, включающий обработку стальных деталей в чисто ионном расплаве, содержащем галогениды щелочных и щелочно-земельных металлов, галогениды железа и порошок малоуглеродистого феррохрома. В качестве транспортного расплава используют солевую ванну, содержащую 85% хлорида бария, 9% хлорида натрия и 6% хлорида железа. Температура процесса 1010^оС. Хромирование проводят в атмосфере аргона. После окончания хромирования изделия вынимают из ванны, охлаждают в неокислительной атмосфере, отмывают и сушат.The known method and melt for chromium plating of metals, including the processing of steel parts in a purely ionic melt containing halides of alkali and alkaline-earth metals, iron halides and powder of low-carbon ferrochrome. A salt bath containing 85% barium chloride, 9% sodium chloride and 6% iron chloride is used as a transport melt. Process temperature 1010 ^C. Plating is carried out in an argon atmosphere. After the completion of chromium plating, the articles are taken out of the bath, cooled in a non-oxidizing atmosphere, washed and dried.

Однако известный способ и расплав имеет основной недостаток: в этом расплаве можно наносить только электроотрицательные металлы на электроположительные, что ограничивает количество наносимых металлов. However, the known method and the melt has a major drawback: in this melt, only electronegative metals can be applied to electropositive metals, which limits the amount of applied metals.

Из известных наиболее близким является способ нанесения металлических покрытий на сплавы железа, где транспортным расплавом является чисто электронный расплав, содержащий расплавленный свинец [1] Получают покрытия из никеля, хрома, кобальта, марганца, титана. Процесс ведут в неокислительной атмосфере. Перед погружением деталей в расплав их предварительно обрабатывают ацетоном для снятия жировых пятен. Затем изделия погружают в предварительно расплавленный свинец с металлом покрытия при температуре 700-800^оС. После выдержки деталей в расплаве до 4 ч их извлекают и обдувают воздухом для удаления свинца с поверхности. На стали S45c получали покрытия толщиной 20-30 мкм.The closest known method is the deposition of metal coatings on iron alloys, where the transport melt is a purely electronic melt containing molten lead [1] Coatings of nickel, chromium, cobalt, manganese, titanium are obtained. The process is conducted in a non-oxidizing atmosphere. Before immersing the parts in the melt, they are pre-treated with acetone to remove grease stains. The products are then immersed in a pre-molten lead with the metal coating at a temperature of 700-800 ^C. After soaking in the melt parts to 4 parts of extract and blown with air to remove lead from the surface. Coating with a thickness of 20-30 μm was obtained on S45c steel.

Однако известный способ имеет следующие недостатки:
1. Технология усложняется из-за использования в качестве транспортного расплава жидкого свинца, что требует специальной предварительной подготовки поверхности для обеспечения смачиваемости деталей расплавом.However, the known method has the following disadvantages:
1. The technology is complicated due to the use of liquid lead as a transport melt, which requires special preliminary surface preparation to ensure wettability of the parts by the melt.

2. Транспортный расплав налипает на покрываемые изделия и поэтому затруднено его удаление с поверхности деталей после окончания процесса, особенно на изделиях сложной конфигурации. Обдувание воздушной струей не дает нужного эффекта. 2. The transport melt sticks to the products to be coated, and therefore, it is difficult to remove it from the surface of the parts after the end of the process, especially on products of complex configuration. Air blowing does not give the desired effect.

3. Нужно также учесть токсичность и дороговизну свинца. 3. It is also necessary to take into account the toxicity and high cost of lead.

Из известных наиболее близким является расплав для получения металлических диффузионных покрытий на меди, армко-железе, низкоуглеродистой или слаболегированной стали, содержащий в качестве транспортного расплава смесь легкоплавких металлов натрия и свинца и навески наносимого металла (платины, серебра, рения, вольфрама, титана) [2]
Однако известный расплав имеет основной недостаток: чистые легоплавкие металлы очень дорогие. Другой недостаток: налипание легкоплавких металлов на деталях после процесса насыщения. Остатки металлов требуется удалять выщелачиванием. За счет налипания значительно увеличивается расход расплава.The closest known is the melt for producing metal diffusion coatings on copper, Armco iron, low-carbon or low alloy steel, containing as a transport melt a mixture of low-melting metals of sodium and lead and a weight of the deposited metal (platinum, silver, rhenium, tungsten, titanium) [ 2]
However, the known melt has a major drawback: pure low-melting metals are very expensive. Another disadvantage: sticking of fusible metals on parts after the saturation process. Residual metals must be removed by leaching. Due to sticking, the melt consumption is significantly increased.

Задачей изобретения является упрощение процесса нанесения диффузионных покрытий с одновременным удешевлением процесса. Эта задача решается тем, что способ осуществляют следующим образом:
1. Наплавляют транспортный расплав в металлическом стакане из углеродистой или легированной стали.The objective of the invention is to simplify the process of applying diffusion coatings while reducing the cost of the process. This problem is solved in that the method is as follows:
1. Weld the transport melt in a metal cup made of carbon or alloy steel.

2. Расплав выдерживают при температуре 850-1000^оС в течение 2-3 ч для получения равновесной смеси металла со своей солью.2. The melt is maintained at a temperature of 850-1000 ^about C for 2-3 hours to obtain an equilibrium mixture of metal with its salt.

3. Опускают изделие в расплав при необходимой температуре (850-1000^оС) и выдерживают в течение 3-27 ч.3. Dip the product into the melt at the required temperature (850-1000 ^about C) and incubated for 3-27 hours

4. Изделие вынимают из расплава, охлаждают до комнатной температуры и отмывают от остатков соли. 4. The product is removed from the melt, cooled to room temperature and washed from salt residues.

5. Получают диффузионное покрытие на армко-железе толщиной 26-50 мкм. 5. Get a diffusion coating on armco iron with a thickness of 26-50 microns.

Для выполнения поставленной задачи покрытия получают в расплавах, содержащих, мас. хлорид щелочного или щелочно-земельного металла 75,0-89,0; щелочной или щелочно-земельный металл 0,35-5,0; порошок металла покрытия или стружку остальное. To accomplish this task, coatings are obtained in melts containing, by weight. alkali metal or alkaline earth metal chloride 75.0-89.0; alkaline or alkaline earth metal 0.35-5.0; coating metal powder or chips remaining.

В качестве щелочного металла используют литий, а в качестве щелочно-земельного металла кальций. В качестве металла-подложки используют армко-железо, а металла-покрытия никель, кобальт, хром, молибден и сплав хром-никель. Диффузионные покрытия получаются беспористыми, хорошо сцепленными с металлом подложки. Lithium is used as the alkali metal, and calcium as the alkaline earth metal. Armco-iron is used as the substrate metal, and nickel, cobalt, chromium, molybdenum and a chromium-nickel alloy are metal-coatings. Diffusion coatings are obtained non-porous, well adhered to the metal of the substrate.

Преимущество предлагаемого изобретения:
1. Упрощается технология получения покрытий за счет того, что из-за незначительного налипания расплава на деталях и его высокой растворимости расплав легко удаляется с изделий простой отмывкой в воде. Сокращается количество операций. Не требуется предварительная операция по подготовке поверхности деталей, а также не требуется обдувать детали для удаления транспортного расплава.The advantage of the invention:
1. The technology for producing coatings is simplified due to the fact that due to the insignificant adhesion of the melt on the parts and its high solubility, the melt is easily removed from the products by simple washing in water. The number of operations is reduced. No preliminary operation is required to prepare the surface of the parts, and also it is not necessary to blow parts to remove the transport melt.

2. Дешевизна расплава по сравнению с известным. Предлагаемый расплав в 2 раза дешевле известного. 2. The cheapness of the melt compared with the known. The proposed melt is 2 times cheaper than the known one.

П р и м е р 1. В металлическом стакане из стали 3 наплавили расплав, мас. хлорид лития 75; металлический литий 5; порошок никеля 20. При температуре 850^оС в расплав опущен образец из армко-железа. За 3 ч получено никелевое покрытие на железе толщиной 12 мкм и концентрацией никеля на поверхности 57 мас. за счет 5 ч получено покрытие толщиной 26 мкм, с концентрацией никеля 70 мас. а за 15 ч толщина покрытия составила 28 мкм, а концентрация никеля на поверхности 87 мас.PRI me R 1. In a metal glass made of steel 3 melt was melted, wt. lithium chloride 75; lithium metal 5; nickel powder 20. At the temperature of 850 ^{° C} into a melt of the omitted sample Armco iron. For 3 hours, a nickel coating on iron with a thickness of 12 μm and a nickel concentration on the surface of 57 wt. 5 hours later a coating was obtained with a thickness of 26 μm, with a nickel concentration of 70 wt. and for 15 hours the coating thickness was 28 μm, and the concentration of Nickel on the surface of 87 wt.

П р и м е р 2. В расплаве, содержащем, мас. хлорид кальция 78; металлический кальций 3; порошок кобальта 19, провели насыщение армко-железа кобальтом при температуре 1000^оС в течение 10 ч. Получено кобальтовое покрытие толщиной до 30 мкм с поверхностной концентрацией кобальта 18 мас.PRI me R 2. In a melt containing, by weight. calcium chloride 78; metallic calcium 3; cobalt powder 19 held saturation Armco iron cobalt at 1000 ^{° C} for 10 h. Obtained cobalt coating 30 microns thick with a surface concentration of 18 wt cobalt.

П р и м е р 3. В расплаве, содержащем, мас. хлорид лития 89; металлический литий 1; порошок хрома 10, провели насыщение армко-железа хромом при температуре 950^оС в течение 5 ч. Получили хромовое покрытие толщиной 30 мкм, с поверхностной концентрацией 15 мас.PRI me R 3. In the melt containing, by weight. lithium chloride 89; lithium metal 1; chromium powder 10 held saturation Armco iron chromium at a temperature of 950 ^{° C} for 5 hours. The obtained chromium coating 30 microns thick, with a surface concentration of 15 wt.

П р и м е р 4. В расплаве, содержащем, мас. хлорид лития 84,65; металлический литий 0,35; порошок молибдена 15, провели насыщение армко-железа молибденом при температуре 1000^оС в течение 13 ч. Получили молибденовое покрытие толщиной 50 мкм с концентрацией молибдена на поверхности 1,75 мас.PRI me R 4. In the melt containing, by weight. lithium chloride 84.65; lithium metal 0.35; molybdenum powder 15 held saturation Armco iron molybdenum at 1000 ^C for 13 hours. The obtained molybdenum coating thickness of 50 microns with a concentration of molybdenum on the surface of 1.75 wt.

П р и м е р 5. В металлическом стакане из стали Х18Н9Т наплавили расплав, содержащий, мас. хлорид лития 76; металлический литий 4; порошок никеля 16; порошок хрома 4. При температуре 900^оС выдержали расплав 3 ч, после чего опустили в него образцы из армко-железа. За 15 ч выдержки было получено никель-хромовое покрытие толщиной 30 мкм с поверхностной концентрацией никеля 50 мас. и хрома 10 мас. В этом же расплаве при этой же температуре за 27 ч на образце из стали 3 получено покрытие толщиной 50 мкм с концентрацией никеля 14 мас. и хрома 8,5 мас.PRI me R 5. In a metal glass made of steel X18H9T melted a melt containing, by weight. lithium chloride 76; lithium metal 4; nickel powder 16; chromium powder 4. At a temperature of 900 ^{° C} withstood the melt for 3 hours, after which it was lowered into samples of Armco iron. After 15 hours of exposure, a nickel-chromium coating 30 μm thick with a surface nickel concentration of 50 wt. and chromium 10 wt. In the same melt at the same temperature for 27 hours, a coating of 50 μm thick with a nickel concentration of 14 wt. and chromium 8.5 wt.

Claims (4)

1. Способ нанесения металлических покрытий, включающий погружение изделия в металлический контейнер с транспортным расплавом и насыщающим компонентом, выдержку до образования покрытия, извлечение изделия и удаление с него остатков транспортного расплава, отличающийся тем, что транспортный расплав предварительно нагревают до 850 1000^oС и выдерживают 2 3 ч, после излвечения изделие охлаждают до комнатной температуры, удаление с него остатков транспортного расплава проводят промывкой в воде, причем в качестве транспортного расплава используют расплав щелочного или щелочноземельного металла и его галогенида.1. The method of applying metal coatings, including immersing the product in a metal container with a transport melt and a saturating component, holding until a coating forms, removing the product and removing residues of the transport melt from it, characterized in that the transport melt is preheated to 850 1000 ^o C and maintained 2 3 hours, after the cure, the product is cooled to room temperature, the remnants of the transport melt are removed from it by washing in water, and use as a transport melt melt dissolved alkali or alkaline earth metal and its halide. 2. Расплав для нанесения металлических покрытий, содержащий щелочной металл и насыщенный компонент, отличающийся тем, что расплав содержит щелочной или щелочноземельный металл и дополнительно содержит галогенид того же металла при следующем соотношении компонентов, мас. 2. The melt for applying metal coatings containing an alkali metal and a saturated component, characterized in that the melt contains an alkali or alkaline earth metal and further comprises a halide of the same metal in the following ratio, wt. Галогенид щелочного или щелочноземельного металла 75,0 89,0
Щелочной или щелочноземельный металл 0,35 5,0
Насыщающий компонент Остальное
3. Расплав по п.2, отличающийся тем, что в качестве насыщающего компонента он содержит порошок или стружку никеля, или хрома, или кобальта, или молибдена, или хрома и никеля.Alkaline or alkaline earth metal halide 75.0 89.0
Alkaline or alkaline earth metal 0.35 5.0
Saturating Component Else
3. The melt according to claim 2, characterized in that as a saturating component it contains powder or chips of nickel, or chromium, or cobalt, or molybdenum, or chromium and nickel. 4. Расплав по п.2, отличающийся тем, что в качестве щелочного металла он содержит литий, а в качестве щелочноземельного металла кальций. 4. The melt according to claim 2, characterized in that it contains lithium as an alkali metal, and calcium as an alkaline earth metal. 5. Расплав по п.2, отличающийся тем, что в качестве галогенида щелочного или щелочноземельного металла он содержит хлорид. 5. The melt according to claim 2, characterized in that it contains chloride as an alkali or alkaline earth metal halide.