Состав для борохромирования углеродистых сталей

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ДЛЯ БОРОХРОМИРОВАНИЯ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Кухарева Наталья Георгиевна Петрович Светлана Николаевна Стасевич Георгий Викторович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Состав для борохромирования углеродистых сталей, содержащий оксид бора, оксид хрома, алюминий, оксид алюминия, оксид циркония и фтористый алюминий, отличающийся тем, что дополнительно содержит никель, оксид меди и тетрафтороборат калия при следующем соотношении компонентов, мас.оксид бора 23,0-25,0 оксид хрома 17,0-19,0 алюминий 23,0-25,0 оксид алюминия 17,0-20,6 оксид циркония 2,0-4,0 фтористый алюминий 0,5-0,7 никель 4,0-6,0 оксид меди 5,0-7,0 тетрафтороборат калия 0,5-0,7. Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии диффузионных процессов химико-термической обработки (ХТО) в порошковых насыщающих средах для получения на поверхности углеродистых сталей износостойких борохромированных поверхностных слоев, и может быть использовано для упрочнения при изготовлении быстроизнашивающихся деталей машин, инструмента и технологической оснастки, работающих в условиях гидроабразивного износа. Борохромирование в порошковых средах проводят в смесях, содержащих источник бора (например, оксид бора), источник хрома (например, оксид хрома), инертные добавки(например, оксид алюминия, каолин и др.) и активатор (как правило - это фторсодержащие соли). Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является состав для борохромирования 1 на основе оксида бора и оксида хрома, содержащий компоненты, вес. 10633 1 2008.06.30 оксид хрома 16,0-24,0 оксид бора 16,0-20,0 алюминий 19,0-21,0 железо 8,0-12,0 фтористый алюминий 1,0-3,0 оксид циркония 1,0-3,0 графит 0,3-0,5 тетрафтороборат аммония 0,3-0,5 оксид алюминия остальное. В результате термодиффузионной обработки в известном составе углеродистой стали У 8 на ее поверхности формируется однофазный диффузионный слой, состоящий из борида железа 2, легированный хромом с поверхностной твердостью 1560 . Для деталей,работающих в жестких условиях эксплуатации, в частности гидроабразивного износа, такая твердость поверхности не обеспечивает необходимый ресурс работы. В основу изобретения положена задача увеличения твердости, толщины слоя и износостойкости в условиях гидроабразивного износа борохромированных изделий из углеродистых сталей. Поставленная задача достигается тем, что состав для борохромирования углеродистых сталей, содержащий оксид бора, оксид хрома, алюминий, оксид алюминия, оксид циркония и фтористый алюминий, дополнительно содержит никель, оксид меди и тетрафтороборат калия при следующем соотношении компонентов, мас.оксид бора 23,0-25,0 оксид хрома 17,0-19,0 алюминий 23,0-25,0 оксид алюминия 17,0-20,6 оксид циркония 2,0-4,0 фтористый алюминий 0,5-0,7 никель 4,0-6,0 оксид меди 5,0-7,0 тетрафтороборат калия 0,5-0,7. Используемые компоненты, их ГОСТы и химические формулы оксид бора (В 2 О 3) - источник активных атомов бора окись хрома - С 2 О 3 - источник активных атомов хрома оксид алюминия (А 2 О 3) является адсорбентом активных атомов бора, хрома и циркония, препятствует спеканию порошковой смеси в процессе насыщения окись циркония (2) увеличивает газопроницаемость порошковой смеси и является источником активных атомов циркония для микролегирования диффузионных слоев алюминий (А) - восстановитель активных атомов насыщающих элементов из их окислов оксид меди (СО) повышает температуру протекания металлотермической реакции восстановления из оксидов бора, хрома и циркония, тем самым, увеличивая их концентрацию в диффузионном слое фтористый алюминий (3) необходим для создания газовой фазы при температуре обработки изделий тетрафтороборат калия (4) необходим для создания газовой фазы при нагреве до температуры обработки изделий. Использование никеля, оксида меди и тетрафторобората калия в сочетании с оксидом бора, оксидом хрома, алюминием, оксидом алюминия, оксидом циркония и фтористым алюминием для ХТО изделий из углеродистых сталей позволяет получить на их поверхности однофазный диффузионный слой, состоящий из борида , легированного хромом, с микротвердостью (22002300) . Составы по изобретению (табл. 1) использовали на примере проведения химикотермической обработки посредством борохромирования образцов из стали У 8 при температуре 950 С в течение 6 часов, глубина слоя составляла 360 мкм. 2 Составы насыщающих смесей Ингредиенты, вес. Проведены сравнительные испытания образцов после ХТО с использованием известного состава и состава по изобретению. Относительная износостойкость при испытаниях на гидроабразивный износ определялась как отношение интенсивности изнашивания материала, принятого за эталон (в данном случае - это сталь 45 в нормализованном состоянии), к интенсивности изнашивания испытываемого материала. В качестве несущей среды использовалась вода при скорости течения 85 м/сек, жидкость подавалась в сопло под давлением 40 атм. В качестве абразива применялся кварцевый песок с зернистостью (0,10,3) мм. Характеристикой интенсивности изнашивания являлась потеря массы образца на 1 кг сухих абразивных частиц, попавших на образец. Сравнительные данные по испытанию образцов в известном и предлагаемом составах приведены в табл. 2. Таблица 2 Свойства борохромированных образцов,обработанных в известном и предлагаемом составах Микротвердость Относительная Состав Толщина слоя, мкм п/п слоя,износостойкость 1 Прототип 120 1560 0,8 2 1 210 1790 1,7 3 2 360 2300 3,8 4 3 340 2200 3,6 5 4 350 2250 3,7 6 5 220 1800 1,8 Составы 1 и 5 выходят за пределы оптимальных соотношений компонентов,т.е. выше верхнего и ниже нижнего пределов, что приводит при обработке из них углеродистых сталей к изменению структуры диффузионного слоя и, соответственно, к уменьшению микротвердости и износостойкости. Из приведенных данных следует, что борохромирование в порошковых средах с использованием предлагаемого состава является эффективным средством повышения твердости и стойкости к абразивному изнашиванию углеродистых сталей. Получение аналогичного эффекта при использовании известных составов невозможно. Промышленное освоение состава готовится на территории СНГ. Источники информации 1. А. с. СССР 1477782, МПК С 23 С 12/02, 1989. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3