Жаростойкие покрытия для энергетического машиностроения: алитирование, хромирование, силицирование, борирование

Назначение жаростойких покрытий. Для многих деталей теплоэнергетического машиностроения критически важны жаростойкие покрытия, защищающие металл от окисления и агрессивного воздействия высокотемпературной среды. Поверхностное насыщение стали металлами реализуется несколькими способами: в порошкообразных смесях, погружением в расплавленный металл или из газовой фазы. Выбор метода зависит от свойств диффундирующего элемента и технологических требований. Основными процессами в этой группе являются алитирование, хромирование, силицирование и борирование.

Алитирование: процесс и свойства. Алитирование — это процесс насыщения поверхности стали алюминием. Традиционный метод проводится в порошкообразных смесях при температуре около 1050 °C в течение 3–12 часов. Широко применяется также алитирование в ваннах с расплавленным алюминием с добавкой 6–8% железа для предотвращения растворения стальных деталей; этот процесс ведут при 800 °C в течение 45–90 минут. В результате на поверхности образуется плотная пленка оксида алюминия (Al₂O₃), обеспечивающая высокую окалиностойкость до 850 °C. Алитированный слой глубиной 0,2–1,0 мм применяется для топливников, чехлов термопар, клапанов.

Хромирование: методы и применение. Хромирование — насыщение поверхности хромом — часто проводят в порошковых смесях при 1000–1050 °C. Образующийся карбидный слой (Cr, Fe)₇C₃ имеет глубину 0,15–0,20 мм и исключительную твердость до HV 1300. Также применяются газовое и вакуумное хромирование, при котором хром испаряется и диффундирует в сталь. Для особых случаев используют глубокое хромирование (1,5–8,0 мм) в вакууме при 1400–1450 °C. Хромирование используют для деталей паросилового оборудования и узлов, работающих на износ в агрессивных средах.

Силицирование: коррозионная стойкость и износостойкость. Силицирование — насыщение поверхности кремнием — придает стали высокую коррозионную стойкость в морской воде, азотной, серной и соляной кислотах. Процесс проводят в порошковых смесях или газовой среде (например, SiCl₄) при 950–1000 °C. Получаемый слой глубиной 0,3–1,0 мм обладает повышенной пористостью. Несмотря на умеренную твердость (HV 300), после пропитки маслом при 170–200 °C он приобретает высокую износостойкость. Силицированию подвергают детали химической и нефтяной промышленности: арматуру, насосы, трубопроводы.

Борирование: высокая твердость и износостойкость. Борирование — насыщение поверхности бором — обеспечивает экстремально высокую твердость (HV 1800–2000), износостойкость и коррозионную стойкость. Один из методов — электролиз в расплаве солей бора (например, буры Na₂B₂O₇), где изделие является катодом; процесс ведут при 930–950 °C в течение 2–6 часов. Также применяется газовое борирование в среде диборана (B₂H₆) или хлорида бора (BCl₃) при 850–900 °C. На поверхности формируются бориды железа (FeB, Fe₂B). Борированию подвергают детали нефтяной промышленности для защиты от абразивного износа.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г., Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г., Третьякова Н.В., и др.

Источник: Основы производства металлов.

Данные публикации будут полезны студентам технических специальностей, начинающим специалистам в области металлургии и машиностроения, а также всем, кто интересуется основами промышленного производства.