RU2767108C1 - Device for diffusion metallization in medium of low-melting liquid metal solutions - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to a device for obtaining a diffusion coating on the surface of articles in a low-melting liquid metal solution, which can be used in various industries of machine building. Said device comprises a chamber divided into three zones. In the lower zone of the chamber there is a low-melting liquid metal solution. Above it, in the middle zone of the chamber, there is a layer consisting of a salt melt forming a zone for cleaning articles from traces of low-melting liquid metal solution and having a temperature specified for thermal treatment of the coated articles. Upper zone of the chamber forming the preheating zone of the coated articles is made hollow. From above the chamber is closed with a cover, in which a movable rod is fixed, which is made with possibility of vertical movement in the cover. Chamber is made of artificial graphite, and on its outer surface in areas of zone separation there are grooves filled with a heat-insulating substance. Each zone of the chamber is equipped with its own inductor for high-frequency induction heating. Inductor of the upper zone is made with possibility of water circulation in it and providing cooling of the upper zone. In the upper zone of the chamber there is a nozzle with a valve for supply of inert gas to it and a nozzle for removal of inert gas, which is made with the possibility of evacuation of the chamber.

EFFECT: improved quality and stability of properties of diffusion coatings and thermal treatment of material of article, reduced consumption of electric power and reduced duration of technological process.

1 cl, 1 dwg

Description

Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов относится к устройствам, предназначенным для проведение диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов, проводимой с целью придания поверхностным слоям изделий особых физико-химических свойств, и может использоваться в общем машиностроении, в инструментальной промышленности и других областях. В частности, устройство предназначено для нанесения на изделия диффузионных покрытий в среде легкоплавких жидкометаллических растворов в условиях массового производства при одновременном совмещении процессов нанесения покрытий, очистки от следов расплава и термической обработки материала изделий.A device for diffusion metallization in the medium of low-melting liquid metal solutions refers to devices designed to carry out diffusion metallization in the medium of low-melting liquid metal solutions, carried out in order to impart special physical and chemical properties to the surface layers of products, and can be used in general mechanical engineering, in the tool industry and other areas . In particular, the device is intended for applying diffusion coatings to products in the medium of low-melting liquid metal solutions under mass production conditions while simultaneously combining the processes of coating, cleaning from melt traces and heat treatment of the product material.

Известно устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент РФ на изобретение №2423546, МПК С23С 10/22 (2006.01), С23С 2/00 (2006.01), С23С 28/02 (2006.01), опубликован: 10.07.2011). Устройство содержит нагревательную камеру с внешними нагревателями, в которой располагается ванна с металлическим раствором. На одном уровне с нагревательной камерой расположена шлюзовая камера, служащая для закалки, загрузки и выгрузки изделий. Над нагревательной и шлюзовой камерами расположена манипуляционная камера, которая связывает между собой нагревательную и шлюзовую камеры. В манипуляционной камере размещено роторное устройство перемещения покрываемых изделий, загрузочно-разгрузочное устройство, на котором закреплены покрываемые изделия, теплоизолирующие экраны и уплотняющие водоохлаждаемые диски, обеспечивающие герметизацию шлюзовой камеры. Достоинством аналога является то, что нагрев осуществляется внешними электронагревателями за счет применения шахтной электропечи. Шахтная электропечь имеет хорошую теплоизоляцию, а, следовательно, высокий КПД, за счет этого сокращаются энергетические затраты и создается возможность значительно увеличить габаритные размеры нагревательной камеры и увеличить ресурс нагревателей. Однако в аналоге нагревательная камера, в которой располагается ванна с металлическим раствором, должна иметь вакуумную плотность, а, следовательно, материал, из которого она изготовлена, обязан быть металлическим, так как он должен обладать свариваемостью, иметь при этом высокую жаростойкость, жаропрочность при температурах до 1250°С и инертность к легкоплавкому жидкометаллическому расплаву. Такие высокие требования к материалу нагревательной камеры требуют применения дорогостоящих никель-хромовых сплавов. При этом невысокая жаропрочность данных сплавов в диапазоне температур проведения диффузионной металлизации значительно ограничивает объем ванны для диффузионной металлизации вследствие большой весовой нагрузки, возникающей от жидкометаллического раствора, на стенки нагревательной камеры. Это, в конечном итоге, уменьшает производительность процесса металлизации и не обеспечивает возможность наносить покрытия на детали больших размеров. Кроме того, металлические нагревательные камеры имеют малый ресурс работы.A device for diffusion metallization in the medium of fusible liquid metal solutions is known (RF patent for the invention No. 2423546, IPC C23C 10/22 (2006.01), C23C 2/00 (2006.01), C23C 28/02 (2006.01), published: 10.07.2011). The device contains a heating chamber with external heaters, in which a bath with a metal solution is located. On the same level with the heating chamber there is a lock chamber used for hardening, loading and unloading of products. Above the heating and lock chambers there is a manipulation chamber, which connects the heating and lock chambers. In the handling chamber there is a rotary device for moving the coated products, a loading and unloading device on which the coated products are fixed, heat-insulating screens and sealing water-cooled disks that ensure the sealing of the lock chamber. The advantage of the analogue is that the heating is carried out by external electric heaters through the use of a shaft electric furnace. The shaft electric furnace has good thermal insulation and, consequently, high efficiency, due to this, energy costs are reduced and it is possible to significantly increase the overall dimensions of the heating chamber and increase the life of the heaters. However, in an analogue, the heating chamber, in which the bath with a metal solution is located, must have a vacuum density, and, therefore, the material from which it is made must be metallic, since it must have weldability, at the same time have high heat resistance, heat resistance at temperatures up to 1250°C and inertness to low-melting liquid-metal melt. Such high demands on the material of the heating chamber require the use of expensive nickel-chromium alloys. At the same time, the low heat resistance of these alloys in the temperature range of diffusion metallization significantly limits the volume of the bath for diffusion metallization due to the large weight load arising from the liquid metal solution on the walls of the heating chamber. This ultimately reduces the productivity of the plating process and does not provide the ability to apply coatings on large parts. In addition, metal heating chambers have a short service life.

Аналогом заявляемого устройства также является устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент РФ на изобретение №2293791, МПК С23С 10/22 (2006.01) опубликован: 20.02.07). Данное устройство содержит две водоохлаждаемые камеры, в нижней нагревательной камере расположена ампула с металлическим раствором, теплозащитные экраны, нагревательное устройство, в верхней шлюзовой камере расположен подвижный шток, на котором закреплены покрываемые изделия, при этом полости камер связаны вертикальным каналом, закрытым снизу подвижным теплозащитным экраном, при этом камеры имеют вакуумную систему и систему наполнения их инертным газом, в отличие от прототипа в вертикальном канале, связывающем камеры, установлен герметичный затвор, в боковой стенке верхней шлюзовой камеры выполнен люк. Камеры имеют автономные вакуумные системы и системы наполнения их инертным газом, в верхней шлюзовой камере имеется система циркуляции и охлаждения инертного газа. Система циркуляции и охлаждения инертного газа содержит теплообменник и насос.An analogue of the claimed device is also a device for diffusion metallization in the medium of low-melting liquid-metal solutions (RF patent for the invention No. 2293791, IPC C23C 10/22 (2006.01) published: 20.02.07). This device contains two water-cooled chambers, in the lower heating chamber there is an ampoule with a metal solution, heat shields, a heating device, in the upper lock chamber there is a movable rod on which the coated products are fixed, while the cavities of the chambers are connected by a vertical channel closed from below by a movable heat shield , while the chambers have a vacuum system and a system for filling them with an inert gas, unlike the prototype, a hermetic shutter is installed in the vertical channel connecting the chambers, a hatch is made in the side wall of the upper lock chamber. The chambers have independent vacuum systems and systems for filling them with inert gas; in the upper lock chamber there is a system for circulation and cooling of inert gas. The inert gas circulation and cooling system comprises a heat exchanger and a pump.

Технологический процесс нанесения диффузионных покрытий с применением устройства осуществляется следующим образом. В нижнюю нагревательную камеру устанавливается ванна с расплавом, в которой находится транспортный легкоплавкий сплав и растворенные в нем элементы покрытия. Через люк изделия помещаются в верхнюю шлюзовую камеру и закрепляются на загрузочном штоке. Люк закрывается и производится герметизация верхней шлюзовой камеры. Открываются запорные вентили и через вакуумные магистрали производится откачка воздуха из верхней шлюзовой и нижней нагревательной камер. После достижения заданного вакуума верхняя и нижняя камеры заполняются инертным газом. На нагреватели, находящиеся в нижней нагревательной камере, подается электрический ток и производится нагрев ванны с металлическим раствором. После достижения металлическим раствором заданной температуры процесса открываются затвор и экраны, разделяющие верхнюю шлюзовую и нижнюю нагревательную камеры, что обеспечивает объединение полостей верхней шлюзовой и нижней нагревательной камер. Через образовавшийся проход, за счет перемещения загрузочного штока вниз, изделия погружаются в ванну с расплавленным металлическим раствором, и производится выдержка изделий в металлическом растворе заданное время. По истечении времени изделия с помощью штока перемещаются в верхнюю шлюзовую камеру, закрывается затвор, за счет чего полости верхней шлюзовой и нижней нагревательной камер изолируются друг от друга, и включается насос, вызывающий циркуляцию инертного газа, находящегося в верхней шлюзовой камере, что обеспечивает термическую обработку покрытых изделий. После охлаждения изделий до заданной температуры насос отключается, открывается люк верхней шлюзовой камеры, и изделия извлекаются из нее. При этом в нижней нагревательной камере остается инертная среда, и поддерживается заданная температура процесса. Далее производится загрузка следующей партии изделий, вакуумирование и заполнение инертным газом верхней шлюзовой камеры, и цикл нанесения покрытий повторяется.The technological process of applying diffusion coatings using the device is carried out as follows. A bath with a melt is installed in the lower heating chamber, in which there is a transport low-melting alloy and coating elements dissolved in it. Through the hatch, the products are placed in the upper lock chamber and fixed on the loading rod. The hatch is closed and the upper lock chamber is sealed. Shut-off valves open and air is evacuated from the upper lock and lower heating chambers through vacuum lines. After reaching the specified vacuum, the upper and lower chambers are filled with an inert gas. Electric current is supplied to the heaters located in the lower heating chamber and the bath with a metal solution is heated. After the metal solution reaches the set temperature of the process, the shutter and screens separating the upper lock and lower heating chambers open, which ensures the integration of the cavities of the upper lock and lower heating chambers. Through the resulting passage, by moving the loading rod down, the products are immersed in a bath with a molten metal solution, and the products are held in the metal solution for a specified time. After the time has elapsed, the products are moved to the upper lock chamber with the help of a rod, the shutter closes, due to which the cavities of the upper lock and lower heating chambers are isolated from each other, and the pump is turned on, causing circulation of the inert gas located in the upper lock chamber, which ensures heat treatment coated products. After the products have cooled to the set temperature, the pump is turned off, the hatch of the upper lock chamber opens, and the products are removed from it. At the same time, an inert medium remains in the lower heating chamber, and the set process temperature is maintained. Next, the next batch of products is loaded, the upper lock chamber is evacuated and filled with an inert gas, and the coating cycle is repeated.

Недостатком аналога является то, что нижняя нагревательная камера выполнена водоохлождаемой, что значительно увеличивает энергозатраты на нагрев легкоплавкого раствора (насыщающей среды), так как нагрев осуществляется не в вакууме, а в инертном газе. Кроме этого, наличие нагревателей и боковых защитных экранов в нижней нагревательной камере значительно сокращает ее полезный объем. Следующим недостатком прототипа является конструктивное исполнение нижней камеры, при котором нагревательные элементы контактируют хотя и с инертной средой, но содержащей пары расплава, что приводит к значительному снижению ресурса нагревательных элементов.The disadvantage of the analogue is that the lower heating chamber is made water-cooled, which significantly increases the energy consumption for heating the low-melting solution (saturating medium), since the heating is carried out not in a vacuum, but in an inert gas. In addition, the presence of heaters and side protective screens in the lower heating chamber significantly reduces its usable volume. The next disadvantage of the prototype is the design of the lower chamber, in which the heating elements are in contact with an inert medium, but containing melt vapor, which leads to a significant reduction in the life of the heating elements.

Наиболее близким заявляемому устройству является устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов (патент РФ на изобретение №2553155, МПК С23С 2/04 (2006.01), С23С 10/18 (2006.01) опубликован: 10.06.15). Данное устройство содержит нагревательную камеру, в которой установлена ампула с металлическим раствором, подвижный шток, на котором закреплены покрываемые изделия, нагревательное устройство, при этом устройство содержит одну камеру, разделенную на три зоны, в нижней зоне камеры, находящейся в нагревательном устройстве, расположена ампула с легкоплавким жидкометаллическим раствором, а над ней расположен защитный противоокислительный слой, состоящий из солевого расплава, содержащего хлориды Ва, Na и К, образующий среднюю зону нагрева, представляющую собой зоны очистки от следов расплава и придания материалу покрытых изделий температуры, соответствующей заданной термической обработки, при этом толщина защитного противоокислительного слоя соответствует толщине слоя легкоплавкого жидкометаллического раствора, а верхняя зона камеры, образующая зону предварительного подогрева покрываемых изделий, выполнена полой и заполнена воздухом, сверху камера закрыта крышкой, в которой закреплен подвижный шток, выполненный с возможностью вертикального перемещения в крышке, кроме этого, нагревательное устройство выполнено внешним и расположено вокруг нижней зоны камеры, а вокруг средней зоны размещена теплоизолирующая оболочка, выполненная с возможностью вертикального перемещения, обеспечивающего регулирование температуры в этой зоне.The closest to the claimed device is a device for diffusion metallization in the medium of low-melting liquid-metal solutions (RF patent for invention No. 2553155, IPC C23C 2/04 (2006.01), C23C 10/18 (2006.01) published: 10.06.15). This device contains a heating chamber in which an ampoule with a metal solution is installed, a movable rod on which the coated products are fixed, a heating device, while the device contains one chamber divided into three zones, in the lower zone of the chamber located in the heating device, there is an ampoule with a fusible liquid metal solution, and above it there is a protective antioxidant layer, consisting of a salt melt containing chlorides of Ba, Na and K, forming a middle heating zone, which is a zone for cleaning from traces of the melt and giving the material of the coated products a temperature corresponding to the specified heat treatment, at the same time, the thickness of the protective antioxidant layer corresponds to the thickness of the layer of low-melting liquid metal solution, and the upper zone of the chamber, which forms the preheating zone of the coated products, is made hollow and filled with air, the top of the chamber is closed with a lid, in which a movable th rod, made with the possibility of vertical movement in the cover, in addition, the heating device is made external and located around the lower zone of the chamber, and a heat-insulating shell is placed around the middle zone, made with the possibility of vertical movement, providing temperature control in this zone.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности регулирования и поддержания заданных температур в каждой из трех зон камеры, что, в конечном итоге, отрицательно сказывается как на качестве диффузионных покрытий, так и на результатах термической обработки материала изделия. Кроме этого, в устройстве нагреву подвергается только лишь нижняя зона камеры, находящейся в нагревательном устройстве, а нагрев остальных зон происходит за счет конвекции тепловых потоков из этой зоны, что, в конечном итоге, значительно увеличивает длительность нагрева зон камеры до заданных температур, а, следовательно, длительность технологического процесса и его энергозатратность.The disadvantage of the prototype is the inability to regulate and maintain the set temperatures in each of the three zones of the chamber, which, ultimately, adversely affects both the quality of diffusion coatings and the results of heat treatment of the material of the product. In addition, only the lower zone of the chamber located in the heating device is heated in the device, and the heating of the remaining zones occurs due to the convection of heat flows from this zone, which, ultimately, significantly increases the duration of heating the chamber zones to the specified temperatures, and, hence, the duration of the technological process and its energy consumption.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание устройства, обеспечивающего возможность регулирования и поддержания заданных температур в каждой из трех зон камеры, при одновременном снижении длительности технологического процесса и затрат электроэнергии.The technical objective of the claimed invention is the creation of a device that provides the ability to regulate and maintain the set temperatures in each of the three zones of the chamber, while reducing the duration of the process and the cost of electricity.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении качества и стабильности свойств диффузионных покрытий и термической обработки материала изделия, снижение затрат электроэнергии и сокращение длительности проведения технологического процесса.The technical result of the claimed invention is to improve the quality and stability of the properties of diffusion coatings and heat treatment of the product material, reduce energy costs and reduce the duration of the technological process.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляемое устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов, содержащее камеру, разделенную на три зоны, нижняя зона камеры нагревается внешним нагревательным устройством, и в ней находится легкоплавкий жидкометаллический раствор, а над ней в средней зоне камеры расположен слой, состоящий из расплава солей, образующий зону очистки изделия от следов расплава и имеющий температуру, заданную для термической обработки покрытого изделия, а верхняя зона камеры, образующая зону предварительного подогрева покрываемых изделий, выполнена полой, причем сверху камера закрыта крышкой, в которой закреплен подвижный шток, выполненный с возможностью вертикального перемещения в крышке. При этом камера изготовлена из искусственного графита, и на ее наружной поверхности в местах разделения зон выполнены канавки, заполненные термоизолирующим веществом, для нагрева зон камеры используют высокочастотный индукционный нагрев, при этом каждая зона оснащена собственным индуктором, имеющим самостоятельную систему регулировки температуры нагрева зоны, при этом индуктор верхней зоны, вследствие циркуляции в нем воды, также используют для охлаждения этой зоны, на верхней торцевой части камеры установлены уплотняющие элементы и на ней фиксируется крышка, герметизирующая камеру, кроме этого, в верхней зоне камеры зафиксированы патрубки с вентилями, через которые в нее подается и удаляется инертный газ, кроме этого, последний патрубок используют для вакуумирования камеры.This technical result is achieved by the fact that the claimed device for diffusion metallization in the medium of low-melting liquid metal solutions, containing a chamber divided into three zones, the lower zone of the chamber is heated by an external heating device, and there is a low-melting liquid metal solution in it, and above it in the middle zone of the chamber is located a layer consisting of a molten salt, forming a zone for cleaning the product from traces of the melt and having a temperature set for heat treatment of the coated product, and the upper zone of the chamber, which forms the preheating zone for the coated products, is made hollow, and the chamber is closed from above by a lid in which a movable a rod made with the possibility of vertical movement in the cover. At the same time, the chamber is made of artificial graphite, and grooves filled with a thermally insulating substance are made on its outer surface at the points of separation of the zones, high-frequency induction heating is used to heat the chamber zones, while each zone is equipped with its own inductor, which has an independent system for adjusting the zone heating temperature, with In this case, the inductor of the upper zone, due to the circulation of water in it, is also used to cool this zone, sealing elements are installed on the upper end of the chamber and a cover is fixed on it, sealing the chamber, in addition, branch pipes with valves are fixed in the upper zone of the chamber, through which in an inert gas is supplied and removed from it, in addition, the last pipe is used to evacuate the chamber.

Благодаря новой совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, в частности, изготовление камеры из искусственного графита и разделение зон камеры канавками, заполненными термоизолирующим веществом, а также использование раздельного индукционного нагрева каждой из зон камеры обеспечивается более точное поддержание заданной температуры в каждой из зон. Для нижней зоны поддержание заданной температуры процесса является необходимым условием для формирования покрытий с требуемым элементным и структурно-фазовым составом. Поддержание заданной температуры в средней зоне определяет свойства основного материала и покрытия, а также позволяет производить оптимизацию температуры термической обработки материала изделия с учетом его элементного состава и требуемых от него механических свойств. Кроме этого, использование для изготовления камеры искусственного графита, обладающего высокой теплопроводностью и низким электросопротивлением при использовании токов высокой частоты, наводимый ток нагревает только графитовую камеру, и не воздействует на находящийся в камере легкоплавкий жидкометаллический раствор, в результате, этого исключается вредное влияние наводимых токов на процесс селективного переноса элементов покрытия из жидкометаллического раствора на покрываемое изделие. При этом нагрев легкоплавкого жидкометаллического раствора и покрываемых изделий происходит вследствие его контакта со стенкой камеры. Аналогично производится нагрев второй и третьей зон камер. Также использование для камеры искусственного графита обеспечивают ей высокую механическую и эрозионную прочность, термостойкость, стойкость к воздействию воздушной среды, отсутствие смачивания стенок камеры расплавленными металлами. Кроме этого, высокая электротеплопроводности искусственного графита снижают затраты электроэнергии и обеспечивают сокращение длительности проведения технологического процесса. Значительное повышение качества покрытий и стабильность их свойств в партиях изделий также обеспечивает применяемая в заявляемом устройстве герметизация верхней зоны камеры, а наличие зафиксированных в ней патрубков и закрепленных на них вентилей, через которые можно вакуумировать камеру и создавать в ней инертную газовую среду, обеспечивает возможность проводить предварительный подогрев изделий перед процессом нанесения покрытий, а также подстуживание или изотермическую закалку покрытых изделий после термической обработки. Таким образом, перечисленные достоинства рассматриваемого устройства обеспечивают возможность решить поставленные технические задачи.Due to the new set of essential features of the claimed invention, in particular, the manufacture of the chamber from artificial graphite and the separation of the chamber zones with grooves filled with a thermally insulating substance, as well as the use of separate induction heating for each of the chamber zones, more accurate maintenance of the set temperature in each of the zones is ensured. For the lower zone, maintaining a given process temperature is a necessary condition for the formation of coatings with the required elemental and structural-phase composition. Maintaining a given temperature in the middle zone determines the properties of the base material and coating, and also allows you to optimize the temperature of the heat treatment of the material of the product, taking into account its elemental composition and the required mechanical properties from it. In addition, the use of artificial graphite for the manufacture of the chamber, which has high thermal conductivity and low electrical resistance when using high-frequency currents, the induced current heats only the graphite chamber, and does not affect the low-melting liquid metal solution in the chamber, as a result, the harmful effect of induced currents on the process of selective transfer of coating elements from a liquid metal solution to a coated product. In this case, the low-melting liquid-metal solution and the coated products are heated due to its contact with the chamber wall. The heating of the second and third zones of the chambers is carried out similarly. Also, the use of artificial graphite for the chamber provides it with high mechanical and erosion strength, heat resistance, resistance to air, and the absence of wetting of the chamber walls with molten metals. In addition, the high electrical and thermal conductivity of artificial graphite reduces the cost of electricity and reduces the duration of the process. A significant improvement in the quality of coatings and the stability of their properties in batches of products is also ensured by the sealing of the upper zone of the chamber used in the inventive device, and the presence of pipes fixed in it and valves fixed to them, through which it is possible to evacuate the chamber and create an inert gaseous medium in it, makes it possible to carry out preheating of products before the coating process, as well as cooling or isothermal hardening of coated products after heat treatment. Thus, the listed advantages of the considered device provide an opportunity to solve the set technical problems.

На фиг. 1 схематично изображено заявляемое устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов.In FIG. 1 schematically shows the claimed device for diffusion metallization in the medium of fusible liquid metal solutions.

Заявляемое устройство содержит камеру 1. Камера 1 имеет по высоте три зоны нагрева 2, 3, 4, которые разделены между собой выполненными на наружной поверхности камеры 1 канавками 5, 6, заполненными термоизолирующим веществом. Нижняя зона 2 - зона нагрева легкоплавкого металлического раствора 7, который находится непосредственно в нижней зоне нагрева 2. Средняя зона нагрева 3 - зона нагрева солевого расплава 8, а верхняя зона нагрева 4 - зона предварительного подогрева или подстуживания после процессов нанесения покрытий изделий 9, закрепленных на штоке 10. На верхней торцевой части камеры 1 фиксируется крышка 11, герметизирующая ее за счет уплотняющего элемента 12. Через отверстие в крышке 11 с уплотнениями 13 проходит шток 10. На камере 1 в пределах нижней зоны 2, средней зоны 3 и верхней зоны 4 размещены индукторы индукционного нагрева. Нагрев нижней зоны 2 осуществляется индуктором 14, средней зоны 3 - индуктором 15 и верхней зоны 4 индуктором 16. Вакуумирование камеры 1 и сброс в ней давления осуществляется через вмонтированный в верхней зоне 4 штуцер 17 с вентилем 18. Подача в камеру 1 инертного газа производится через также вмонтированный в верхней зоне 4 штуцер 19 с вентилем 20.The proposed device contains a chamber 1. The chamber 1 has three heating zones 2, 3, 4 in height, which are separated from each other by grooves 5, 6 made on the outer surface of the chamber 1, filled with a thermally insulating substance. The lower zone 2 is the heating zone of a fusible metal solution 7, which is located directly in the lower heating zone 2. The middle heating zone 3 is the heating zone of the molten salt 8, and the upper heating zone 4 is the zone of preheating or cooling after the coating processes of products 9 fixed on the rod 10. A cover 11 is fixed on the upper end part of the chamber 1, sealing it due to the sealing element 12. A rod 10 passes through the hole in the cover 11 with seals 13. On the chamber 1 within the lower zone 2, the middle zone 3 and the upper zone 4 placed inductors of induction heating. The heating of the lower zone 2 is carried out by the inductor 14, the middle zone 3 - by the inductor 15 and the upper zone 4 by the inductor 16. Chamber 1 is evacuated and the pressure is released through the fitting 17 mounted in the upper zone 4 with a valve 18. Inert gas is supplied to the chamber 1 through also mounted in the upper zone 4 is a fitting 19 with a valve 20.

Нанесение покрытий и термическая обработка производится следующим образом. Первоначально нижняя зона 2 камеры 1 заполняется предварительно подготовленным легкоплавким металлическим раствором 7. Затем в среднюю зоны 3 камеры 1 вводят смесь солей заданного состава, содержащую BCl₂; NaCl; KCl в количестве, обеспечивающем после ее расплавления образование над поверхностью металлического раствора слоя солевого расплава 8, толщина которого соизмерима (равна или больше) с толщиной слоя легкоплавкого металлического раствора 7, размещенного в нижней зоне 2. Далее покрываемые изделия 9 закрепляются на штоке 10. После этого через отверстие с уплотнениями 13 в крышке 11, крышка 11 надевается на шток 10. Покрываемые изделия 9, закрепленные на штоке 10, помещаются в верхнюю зону камеры 1. Затем крышкой 11, имеющей возможность поступательного перемещения по штоку 10, герметизируется внутренняя полость камеры 1, например, путем ее навинчивания на корпус 1 до контакта с уплотнениями 13. Далее через патрубок 17 и вентиль 18 производится вакуумирование камеры 1, по окончанию которого вентиль 18 закрывается и через вентиль 20 и патрубок 19 производится заполнение верхней зоны 4 камеры 1 инертным газом до заданного давления в ней. После этого включается раздельный индукционный нагрев через индукторы 14, 15, 16 нижней 2, средней 3, верхней 4 зон камеры 1 и нагревают до заданных температур легкоплавкий металлический раствор 2, солевую смесь 8 и изделия, находящиеся в верхней зоне 4 камеры 1.Coating and heat treatment is carried out as follows. Initially, the lower zone 2 of chamber 1 is filled with a pre-prepared low-melting metal solution 7. Then, a mixture of salts of a given composition containing BCl ₂ is introduced into the middle zone 3 of chamber 1; NaCl; KCl in an amount that ensures, after its melting, the formation of a layer of salt melt 8 above the surface of the metal solution, the thickness of which is commensurate (equal or greater) with the thickness of the layer of fusible metal solution 7 located in the lower zone 2. Next, the coated products 9 are fixed on the rod 10. After To do this, through the hole with seals 13 in the cover 11, the cover 11 is put on the stem 10. The coated products 9, fixed on the stem 10, are placed in the upper zone of the chamber 1. Then, the cover 11, which has the possibility of translational movement along the stem 10, seals the internal cavity of the chamber 1 , for example, by screwing it onto the body 1 until it comes into contact with the seals 13. Then, through the pipe 17 and the valve 18, the chamber 1 is evacuated, after which the valve 18 closes and through the valve 20 and the pipe 19 the upper zone 4 of the chamber 1 is filled with inert gas to given pressure in it. After that, separate induction heating is switched on through the inductors 14, 15, 16 of the lower 2, middle 3, upper 4 zones of the chamber 1 and the low-melting metal solution 2, the salt mixture 8 and the products located in the upper zone 4 of the chamber 1 are heated to the specified temperatures.

После нагрева легкоплавкого металлического раствора до заданной температуры процесса металлизации покрываемые изделия 9, закрепленные на штоке 10, перемещают в нижнюю зону 2 камеры 1 и выдерживают в нем заданное время (процесс металлизации). По истечении времени выдержки с помощью штока 10 изделия 9 перемещают в солевой расплав 8 (средняя зона 3), предварительно разогретый до оптимальной температуры термической обработки материала изделий, либо покрытий. Одновременно с поверхности изделий 9 происходит удаление стеканием следов легкоплавкого металлического раствора (очистка изделий). Далее изделия перемещают в верхнюю зону 4 камеры 1, в которой производится подстуживание изделия или изотермическая закалка покрытых изделий. Для устранения крупнозернистости структуры, которая может образовываться в покрываемом сплаве в процессе металлизации, покрытые изделия после охлаждения в верхней зоне 4 могут повторно быть перемещены в солевой расплав 8, выдерживаться в нем до завершения превращений и после этого подвергаться закалке или нормализации.After heating the low-melting metal solution to a predetermined temperature of the metallization process, the coated products 9, fixed on the rod 10, are moved to the lower zone 2 of the chamber 1 and kept in it for a specified time (metallization process). After the exposure time, using the rod 10, the products 9 are transferred to the salt melt 8 (middle zone 3), preheated to the optimum temperature for the heat treatment of the material of the products or coatings. At the same time, traces of a low-melting metal solution are removed from the surface of products 9 (cleaning of products). Further, the products are moved to the upper zone 4 of the chamber 1, in which the products are cooled or the coated products are isothermally hardened. To eliminate the coarse-grained structure that can form in the coated alloy during metallization, the coated products after cooling in the upper zone 4 can be re-transferred to the salt melt 8, kept in it until the transformation is completed, and then subjected to quenching or normalization.

Таким образом, новое конструктивное решение заявляемого устройства для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов позволяет решить поставленные задачи и добиться заявленного технического результата - повышения качества и стабильности свойств диффузионных покрытий и термической обработки материала изделия, а также снижения затрат электроэнергии и сокращения длительности проведения технологического процесса.Thus, a new constructive solution of the proposed device for diffusion metallization in an environment of low-melting liquid metal solutions allows solving the tasks and achieving the stated technical result - improving the quality and stability of the properties of diffusion coatings and heat treatment of the product material, as well as reducing energy costs and reducing the duration of the technological process. .

Claims (1)

Устройство для получения диффузионного покрытия на поверхности изделий в легкоплавком жидкометаллическом растворе, содержащее камеру, разделенную на три зоны, в нижней зоне камеры размещен легкоплавкий жидкометаллический раствор, над ней в средней зоне камеры расположен слой, состоящий из солевого расплава, образующий зону очистки изделий от следов легкоплавкого жидкометаллического раствора и имеющий температуру, заданную для термической обработки покрытых изделий, а верхняя зона камеры, образующая зону предварительного подогрева покрываемых изделий, выполнена полой, причем сверху камера закрыта крышкой, в которой закреплен подвижный шток, выполненный с возможностью вертикального перемещения в крышке, отличающееся тем, что камера изготовлена из искусственного графита, и на ее наружной поверхности в местах разделения зон выполнены канавки, заполненные термоизолирующим веществом, каждая зона камеры оснащена собственным индуктором для высокочастотного индукционного нагрева, имеющим самостоятельную систему регулировки температуры нагрева зоны, при этом индуктор верхней зоны выполнен с возможностью циркуляции в нем воды и обеспечения охлаждения верхней зоны, на верхней торцевой части камеры установлены уплотняющие элементы и на ней зафиксирована крышка, герметизирующая камеру, при этом в верхней зоне камеры зафиксирован патрубок с вентилем для подачи в нее инертного газа и патрубок для удаления инертного газа, выполненный с возможностью вакуумирования камеры. A device for obtaining a diffusion coating on the surface of products in a low-melting liquid metal solution, containing a chamber divided into three zones, in the lower zone of the chamber there is a low-melting liquid metal solution, above it in the middle zone of the chamber there is a layer consisting of a salt melt, forming a zone for cleaning products from traces low-melting liquid metal solution and having a temperature specified for heat treatment of coated products, and the upper zone of the chamber, which forms the preheating zone of the coated products, is made hollow, and the chamber is closed from above by a lid, in which a movable rod is fixed, made with the possibility of vertical movement in the lid, which differs the fact that the chamber is made of artificial graphite, and grooves filled with a thermally insulating substance are made on its outer surface at the points of separation of the zones, each zone of the chamber is equipped with its own inductor for high-frequency induction heating, which has a self-acting a cool system for adjusting the zone heating temperature, while the upper zone inductor is configured to circulate water in it and ensure cooling of the upper zone, sealing elements are installed on the upper end part of the chamber and a cover is fixed on it, sealing the chamber, while a branch pipe is fixed in the upper zone of the chamber with a valve for supplying inert gas into it and a branch pipe for removing inert gas, made with the possibility of evacuating the chamber.

Images