Ляхович Л.С., Ворошнин Л.Г., Щербаков Е.Д., Панич Г.Г. Силицирование металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

ц!/ае

Рис.

75.3ависиптость

толщинь|

силициднь|х

слоев

на

молибдене

от продол_

х{ительност"'дектРоли3|]{ь:[:#?;;1{

тока:

0'6{|':ь';|

^ -3лектроли3ное.силицирование

молибдена

расплаве

моно_

с|4ликата

натрия

(!3

вес.

0/9

)

фторис"о.о

н'три"

со7

й..

у';

при

температ'уре

1100

"с

и плотност}х

тока

бд|

ъ'';

{5''у}*'

:::':д9:з{и

авторь1

работьт

|444].

|1ри

ддительности нась1ще-

ния

|' ,5

и 4

час

получено

покрь1ти'е'

состоящ99-из

/[о5|:,

микро-

]|еРдч,

которого

изменяет!я

от

1349

до

976 кг|м}э"1э

глт-

оине.

!|ри

0-6-часовьтх

ре)кимах

нась|щения

образовалиёь

{!{}Фазньле

диффузионнь!е

слои

(}1о5!:,

-й'|з;'|,

й"?Ёй""р-

дость

которь]х

и3менялась

по

глубине

от

!2\4

!о

875

кгц)э'

|1ри

плотности

тока

0,3

а|

см2

за"ц

чБс

получен

слой

толщино:?

мк (рис.

75).

[азовое

силицирование

тугоплавких

металлов

титана

осуществляют

смеси

паров

5!€1ц,

Б€1

или

€12

водородоп{'

а3отом'

аргоном

или

гелием

присутствии

поро1|]ка

кремния

прямоточнь1м

циркуляционнь1м

способами,

такх{е

''-'_

щем

ра3ряде.

|1о

данньтм

ФитшеРа

[446,

447]'

в.

н.

(онева

соавторов

{1{9],.

при

силициров6ний

молибдёна

газовой

смеси

5|€1ц

]{

'п2

п!и

малом

времени

нась|щения

образуется

слой

дисилици_

да'

процесс

подчиняется

параболическому

временному

закону,

то

время

как

при

длительном

процессе

нась|щения

д"ффй:

зионном

слое;_кроме

дисилицида,

о6нару>киваются

еще

силици_

дьт

.&1оь5!з

и !!1о3$|.

_ !р"

температурах

силицирова!тия

н-и>ке

1420

'€

(темпера-

:у.р'1_1]1^"-{""ия

кремния)

обы.нно

формируется

трёхфазнБЁ:

диФФу3ионньтй

слой,

вьт:шеэто_й

температуры

покрь]тие

состоит

из кремния

д}1силпцида

!4501

Авторьт

работъ:

[{{9]

йсслЁдовали

процесс

образования

д|4с|1лу\ц|1да

молибдеца

на

поверхности

металлов

"-сЁ.!"

51сг',

240

./!1о(1э

и Ё2 за

счет гетерогенной

химической

реакции'

происхо-

дящей

в пр'отонной

реакционной

камере:

$о€15

51с14

Ёэ

мо5|'

-.]-

нс1,

т919р^щ

1еРмодинамически

возмох(на

при

температуре

вь|1пе

1200"с.

*ачестве

га3а_носителя

Аля

3|с1+

оь:й исйользован

аргон'

лля

}1о€15

гелий.

[азовому

силицированию

при 1050

"с

среде

51€|1

подвер-

гали

сплав

нпо6ня,

легированньтй молибденом

[460].

Ёа

по_

в9Рхности-обнару>кена

фаза,

близкая

по составу к

дисилициду

(}:}б'

!!1о) $'!2, пФ.(' которь|м

расп0лагался

двухфазнь:й

слой вьт-

сокодисперсного

А\1€1$у1:1\|1Аа

ът.но6ия

твердого

растйора

кремнйя

в ниобии, количество,которого

увеличивается

по

глу_

бине

слоя.

[азовое силицирование прямоточнь1м

спосо6ом

по3воляе.г

получать на поверхности тугоплавких металлов

силициднь]е

слои

достаточной

толщинь1 11а

и3дел'1ях любой

формьт.

Ёедо-

стдтками этого

способа силицирования

являются

невь|сокая

скорость

равномерность

нась1ще|{ия,

большой

расход

га3ов'

в3рывоопасность

АР.

3начительно

лучшие

ре3ультать1

бь:ли

полунень|

при

испо'ль3овании

циркуляционного

спосо6а и

силицирования

в тлеющем

ра3ряде.

11,иркуляционнь|й способ

га3ового силицирования

тугоплав-

ких_металлов

разра6отан

и исследован

авторами

работ

[451_-

4б5]. в ос!'ове этого процесса

лежит явление переноса вещест-

ва в 3амкнутом

га3опроводе

при систематическом

восстановле-

нии

газоперевосчика 3а счет обратимьтх

реакций,

ход которь]х

регулируется

и3менением температрь|

различных

участках

га3опровода

[481].

€ушествует

несколько вариантов'еилицирования

циркуля-

щионньтм

м,етодом.

|1ервьлй

и3 них 3аключается в следу,ющем:

в вь|'сокотемпературную

3ону

устайов'ки

.помещают

!{Ф0Ф:1].|Ф](

кремния'

низкотемпературную

и3делие'

установку

3апол-

няют парами галогениАа

лиффундирующего

эле|мента, осевой

вентилятор

еоздает принудительнь:й газовь:й

пото'к,

не

нару_

тш{я

герм,етичности камерь1. газом-носителем

слу')кит арг,он.

|!ри взаимодей,ствии

51€1ц

кремния

образуются субхлоридьт

кремния

5!€1э

5|€1з:

51с14+51+25|€1,

351с|4*$!+45!с19,

которь|е

реагируют

с метал]юм с

о6разованием

дисилицида

по

реакциям:

4$1с1,

.!!1е

2$!с14

ме$12,

8$1с|3

/'1е

6$1€|д

м&91'.

16.

3ак. 16

241

Ф'птимальнь1е

условия

силйцирования

по

безводородному

: : Р ::;у:

^:_1р]11

,,'.е.

давл

ени

е см

еси

хл

ор

идов

кр е'м_ния

при

рао0чей

температур

2!!

-т_оу,

температур,

*рем"йя

1200

ф;

темлература

о'браз'цов

1 125

.с.

Ёа

рис'

76-л-риведена

3ави'симость

толщинь1

силицидн0го

слоя

на

молибдене

от

продолх{ительности

силицирова"'""йрй

температурах

моли'бдена

\125

|175"

|454].

Б'

6ольгшинстве

'случаев

подучается

равномерное

компактное

одно'слойлое

по-

крь|тие'

состоящее

1|\3

д|1сил114]'ц|'[да А{о5!2

с микротвердостью

1300_1400

к|-|мм2.

Бторой

третий

варианть|

сили'цирования

ци'ркулящионнь1м

'методом

связа'ны

'с

и|опользова1|ием

Бодор,ода

или

хлористого

"-ч{9р.4",

дл

об

з ов

а!1и

о.': ьтш

их

кол

ич?ств

суб га

л о

г!

нилй

бедущеи

реакцией,

как

'при

безводородном

варианте'

по_

пре)кнему

явдяется

реа'1<ция

диспропорционирования

|455].

1_{иркуляционньтй

метощ

сили'цироЁания

удобен

эксЁлуа-

ациу\,

экономичен,

обеспенивает

получение'

плотньтх

авномер.

ных.диффу3ионнь1х

слоев;

устранени!

рас'слоения

га3ового

по-

тока'

имеющего

ме'0то

прямоточных

установках

(водород

в,верху'

хлоридьт

вни_зу)

приводит

увеличению

,скорости

си_

л и'циров6

ния.

€илицирование

тлеющем

разряде

тугоплавких

металлов

модибдена,

вольфрама

ниобия

"' '''"',,]

'й!."йБ],'"

д.

А.

1!ро,ко1шкин,с

со,трудниками

[256,

456-459].

Авторь:

п,ро_

!Бодили

.на

сь|щение

в тлею-щем-р

а 3ряде.газовь|м

пр.ям

отоиньтм

способом

среде

5|€|ц

и Ё2.

€корБсть

силицир',.'*'й"Б1'.'-

].цем

ра3ряде

при

оптимальнь|х

ре)кимах

',значительно

превьт-

!1]

ет скор

о,с'ть'обьтчно[Ф

|[33Ф;Б6[Ф

силицирова

,""

среде

5!с |*

1"Р"''

,81ч']9*ч'

ци-ркуляционнь1м

спосоо!м1-'

(]й".

тт!

[3о6.]

3а

5 .14цн

на

моли]бщене

,о'бразуется

сили,цидньтй

Ёлой

тол-

Рпс.76.3ависймость

толщинь|

силицидного

слоя на молибдене

,р'д''*"-

тельности^насыщения

циркуляционнь:м

споооф'

200'€,

темцер

атуре

образцов,

: ть

мип|:ц6#ё"ы'г'-Ё1

кремния

2цэ

!',м,(

Рис.

3ависимость

т0лщинь|

--/

цч0с

уис.

||:5ависимость

т0лщинь!

силицидного

по!{рь!тия

на молибдене

от вре_

мени нась!щения

среде 51€1+ и

Ё2 п!и 1000'с

в с4учае

силицирования

тлеющем

разряде

(1),

ширкуляшионного

(2)

прямотонного (,9)

[258]

щиной

мк,

за

мшн-67 мк. Больтпая

скорость

силицирова-

г'|ия

в тлеющем

равряде

наблюдается

и при нась|щении

вольф-

рама'

нио6ия

тантала. |1о

строению

образующиеся

лиффузи.

оннь1.е

слои.. а нал огич ньт-

опи1са

ннь]

м'вь!ще

дл

дру'гих

способ ов

газового

сили1цирования.

[{о

мнению'авто,ров

[258'

456-459],

при нась]щении

'в

тле_

}ощем

ра3ряде

в среде вокруг

металла имеется

ио}]изированная

тазо,вая

среда с по'вь!1пеннь]м

энергети'ческим

состоян'ием'

кот'орой гБФ€€т&ЁФ3,11ени'е

галоген1:1дов нась|1цающего

элемента

облегчено. [!ривзаимодействии

субхлоридов на,сь|щающег0

э.пемента'

о,бразовав1].]ихся

на пер'вой

стадии'

с ]1оверхностью

п1еталла

происходит

передача

диффундир}ющего

элемента

по-

.верхности

м'ета._]ла.

более поздней

,ра'боте

[459]

тех )ке

авто,ров

отменено,

нто

|ионизированное

состояние'газовой

средьт тлеющего

разрят{'а'

очевидно' не только

а_ктивизирует про

цеосы

образования и

дис-

пропорциони;рованй1

субхлорида

51€1:. но

при!водит

к.

ин-

тен|сивному

физ:инескому

нась|щению

поверхностного слоя ме_

талла

кремнием в

ре3ультате

ионной

боплбарлировк\4

!4,внедре_

]1ия

ионов в металл.

с ;

;' ;;;;-ъ;л

ци"днь|х

покрьт

тий. 3

настоящее

вр'емя- свой'ства .сили1циднь|х

покрьттий

на тугоплавких метал-

лах и титане

еще мало

изученьт.

Ёаибольшее число

иоследова-

ний. по'священо в

>к

нейц]

ему из'свойств .-

со'п'ротивлению .окис-

лению

при

вьтсоких температурах.

3нанительно

меньгше

работ

по

и3учению

'.м,еханиче'ских'

физинеских,

коррозйоннь|х и

дру_

,гих

свойств

8 связи

'с'малой

толщиной'сили'циднь1х

,слоев

их

твердость

может

бь:ть

определена

с помощью

прибора

микротвфдости

н а поверхности

обр аз'ца

у1л'14

мцкрогшл г;фе. Б ольт,гти

йство'исъле'

дователей

определяли

микротвердость

дисилицид0в

металлов,

так

как

обьтчн,о

ди,сили!циднь1е

слои

имеют'боль,шую

толщину

по

сра!внению

со

слоями

н,и3|ших

,силицидов.

,по

/анйй

раз-

личнь1х

исследователей,

ми.кротвердость

.силици|да

.д!1о5|э

диффузионнь|х

слоях

составл;ет

в(:о-

]во"'

;г'й'}'

1/зо'

+зт,

443,

444,

450'

454

дР.].

.Р рзой

|13'.1

у.''"овлен'о,

что

си-

*1з-1{_1"*

,слое

толщиной

[00

мк,

[полу'ненном

при

вакуумнопт

€]'|.г!1{,(|'|;!Фв3Р|'|}1.

микротвердо'сть

и3меняется

о1 :зоо

'1г

|'''

(на

ра'сстоянпи

мк

Р:.ловерхност')

до

[+*![л

;;ц|"1"6а

,лх-

9::.:]] *:).

Авторьт

|44',

44а]

Б1й"'{''",

что

микротвердость

дисилициднь|х

слоев

ум'еньтпаетс"

,о

.лу6"".

*'о"',

15+э

д.

97,6

к[|м$

(электролизное

'сили.цирование)

от

1210

до

890

к|

ммэ ('к"д*6с'"ое1

_п6

_Ё!'*йй'

"",,

.''

микр

отвердость

дисилицида

м ол

ибдена'

п олученн

0го

при

ал

юминот|рйи.'..с'''

х<идк'остно,м,силициро{вании-ч

рас'плавах

хлор,исть]х,солей

силикокальцием,

составляет

1000_.|200

к|

|ммэ

АвторР]_ра'б,отьт.

[443]

пока3а.ци'

что

микротв'ердость

диси-

ли'цидов

$/5|э

ш'ь5_!а

6акже

,з'.,".'с"

по

'глубине

слоя

от

*'"''9':: 390-:|

|-!",'..!Р!':)

;

16вы;о

в90

;г|;;;"

(шБз;,;.

г1а

ми

А7я

дц4ц

дучч41__"''фрама

при

)кищк'остном

си)тициро-

ван|1!4

ол

учень|

на

чения

тликротве!дости

1 200-

в'0'

;г

)

;''",

для

дисил1.1цида

титана

800_-330

/сг1ц'э.

!,анньте

повь|,шен1?1

'1рупкост]_*''"ц'д"ь1х

слоев

на

ту-

гс!плавких

металлах,связань!,-онёвидно,-

их

-'скл0нно'стью

скаль1ванию

при

ивготовлении

микрог;]лифов.

{,ой.'Ё!'

,ри-

ведень1

ре3ультаты

испь:таний

на

из}уа,6

силищир,ованнь|х

алю.

м,инотер'мичеоких

смесях

и борированных

р!сплавах

фрь:

!|Рбилом

6ора

карбидом

*$.йн"й

Бср;;щ;;;ъ;;Ёд.йЁ,

,.'.

торьте

свидетельствуют

том,

что

силийиднь|е

слои

'6'ад.'"

менътпей

хруп'костью,

чем

боридньте.

исль!таниям

'на

износос1'ойкость

на

машине

82.г!!1

при

на-

:Р.г1:]90

подвертали

силицированнь1е

1|сх,однь1е

образцьт

титановь|х

сплавов

811

Б|4.

ёилпцил

ронтоо-бра.;;йъ;ъ;й;";;;ъ7?;'?#й;к#""г+ъъит{;3,|}

+3%

шн4с|

контейн9г"

й,авЁ')'!'*щ'м

при

температу-

ре

|0Ф

'€.

канес'тве_1]оур1ела

применяли

твердосплав.нь:й

диск

с твердостью

74-75

ЁР€

}иайетром

63,25

,й}-'олй".п

2,.5

мм.

Рёзультать:

-и",,'т^н'€"йЁй'Ёд.""

та6л.

52.

1(ак

видно

и3

даннь1х табли'ць:,

износоётойкость

йразцо]в

.,'а'ов

Б1|

Б|4

за

счет

си,1ицирования

возросла-в

3-б

раз

по

срав-

нению

с'и'сходнь1ми.

|1онйжение

изнйостойкости

с'у!й',,.,"-

ем

длительности,силищ

\4р

ов

ан14я

образщов

связа

но.

очевидно'

повь|шением

хрупкости

силицидньтж

слоев

при

увелш!енйи

их

тол'щинь|.

€илицидь:

тугс}т1лавких

'металлов

имеют

сложную

зависи.

мость

физико.мёхани,||еских

своиств

о"-,]емпературь|.

Ёапри-

мер,

фласти

температур

700_1000

"€

они

.'о.,[йю'

?йы-

244

1аблица

хцмпко-

термпческая

о6рафтка

умевьп,ение

веса А6'|0_. а

после

изгиба на

угол,

ера0

з.

|оо

|эо

|:эо

|:ьо |:во

€илицировани.

11о и

А!

7о

5|о2'),

1100'с'

6цас-

|--

€илицирование

о/о

|во

^'+70

$|о'11-1

\аР]'

900"('

нас

1100

€илицирование

|9в

(30

о/о

А\+70* ,,'''*|

о/6

\аР]'

900

'€,

чсс

|300

€или:|ирование

{98

(30

о/о

^\+7о

,,'':+|

*2 %

\аР]'

1000"('

цас

|100

€илицирование

|95

(30

о/о

А\+70

5!о!)+|

о/'

\аР]' 1\00"(,

цас

Фли:{ирование

]95

во

о/о

А1+70% з:о'11|

\аР]'

1100'(,

6чос

|300

Борирование

(70

буры

*30

о/о

кар6ида

{

кремния),

1100"(,2час

|200

Борирование

(70

о/6

буры

о/о

карбида

крейния), 1100

'€,

6исс

1500

Борирование

(70

о/6

буры

о/о

кар6ида

Фра)

1 100

'€,

нас

1600

2о0

300

400

200

300

800

1 100

з00

500

1 000

1000

500

1200

200

300

100

900

2000

500

600

1ш0

1 300

1 100

.50.Р

7оо

1500

1500'

300

70о

700

400

100

300

500

600

ю0

300

ю0

900

:шеннойпрочностью,низкой

>каростойкостью

хрупкостью..

|[ри

более

вь1соких температурах

они

становятся

достаточн}

пластичнь]ми и

}(аростойкими. €илициднь:е

покрытия

]131!1€!{8,-

ют

механиче'ские свойства молибдена. Б облаети 700-900'[

они

'сних(ают

относительно,е

удл'и11ение'

вь]].пе 1000'с по1вь|ша-

ют

прочность

и пластично{ст'ь моли'бдена

не только

поверхно-

стн'ом'слое,

но и по границам зерен

[461].

работе

[462]

установле}|о,

что

сЁи)кение еко'рости

дофор-

}1аций

от 300

до

0'30/о час-|

1ле

оказь|вает существенн'ого влия-

ния на'механические'свойства'сили'цированно'го

мол,и,бдена.

|!ри

малой

скор,ости

деформации

зона наибольшего о|(рупчи_,

вания омеща'ется в стор,ону более

ни3ких температур

(примор-

но

на

200')

||ри

температуре вь:тпе

1000

'€

молибден

с сил,ищиднь1м

покрь|тием

бол'ее

пластичен

и имеет

повь|1пенное сопротивле-

ние

ползучес'ти.

|!о

данньтм

|424],3ащитнь|,е

слои

^][о5]э

'обладают

плохим

сопротивлением

удару

при

низких температурах

удовлетво_

246

аб лица

06ъемньтй

износ

А]/,

яя3' после ис.

811

(исходный)

811 (силицированный

при

811 (силит:ированный

при

814 (исходньлй)

814

(силлщирован*ый

при

8?4

(силишированный

при

1000

'(,

нас)

1000

"€,

иос)

|0Ф'€'

нас)

1000

о€'

исс)

у,ть1э,:о

|э,о:

о, от

|о

тт

|о

,ээ

0,08

10,

10,29

,ть|у

,эь|э,ть

!0.

тц1о.ут

о,ть|о,м

|:,ш

!',',

|о,

оз

!о,о.

|о,

тэ

|о,

ов

|о'ь+

2,95

0,40

3,29

'2\

1,27

3,33

'54

0, 54

3,95

0,37

,41

рительнь|м

при

1500

'6,

хорошим

сопротивлением

,''.у,'*'',

и-эрозии'

плохим

с,опроти|влением

усталости.

||'окрьттия

из

А{о5!э,

кр,оме

того'

х'о,ро1по

сопротивляются

тепловойу

удару

при

быстрых

нагревах

рел<име-20-1700 "с

[397].

|рещины' во3никающие

силицидных

слоях

при

цикличе-

ском

нагреве

ре3ультате

действия

нап,ря)кений,

Ёри вь:сокой

температуре

под

действи,ем

сжимающих

напрях<ений

могут

залечиваться.

||о

данным

[463],

трещинь|

не

возникают

при ох-

ла}кдени!

дисилицида

без-

основного

мФталла'

следоватёльно,

Р!х

появление

свя3ано

действием

напря>кений,

вы3ваннь|х

ра3}10стью

коэффишиентов

термичоското

рас1ширения

силицид-

н0го

слоя

осн0вного

металла.

3алечиваются

трещины

частич-

но

за

счет

теплов'ого

рас1пирения

спекация'

частично

9а

счет

об_р-а-зова

ния

окисл

ов' запол

няющих

их

[464]

14сследования'

пров,еденнь1е

в €оветской

союзе

и за

рубе-

}ком'

показали'

ч!о

сил,ищиднь]е

покрьт'тия

ца

моли:бдене

дру_

гих

тугог!лав'ких

металлах

являются

однй,м

из

наиболее

пер-

спектив-ць|х

средств

их

защить|

от высокотемпературного

окис-

ления.

Ёаи6,олее

подробно

исследо{ваны

силицидные

по,крь1тия

гта

молибдене

и вольфрам,е'

значительно

мень1ше

на

другйх

ту-

г0плавких

металлах

и т'итане.

|(инетика

механизм окисления

силицидных

покрь:тий

на

тугоплавких

металлах

и титане

и3учень|

и описань|

ряде

ра_

бот

[39.7,

4'64,465

др.]'

поэтому

огранинимся

ли1шь

йраткипт

обаором

литерацрнь1х

данных

раосмотрением

резуйьтатов

испьттаний_

о,бразцов

молибдена,-

вольф}ама

и'титанового

сплава

311,

подвергщ1ъ|х

>кидкостному

силици'рованию

ра,с-

плаве

хлористь1х

сол,ей

добавкой

30$

силикокальция.

1|о'мнен'ию

[. Б.

-€амсон'о|ва'

Р''ц.р',

!(офстада

других

исследо]вателей

[\|,464,465

др.],

на

нанальной

,стадии

окис-

ления 0оа

компонента

силицидов

окисляются'

некоторое,коли_.

чество трехокиси

защищаем0го

металла'испаряется'

на

пов€рх_

246

н,0сти

остается

сте5лообразнь:й

защитнь:й

слой, близкий по

составу

5|Фэ. 3

йунае

оки,сления

дисил|1цидно|го

покрытия

на моли;бдене

в начале

образуется

легко.пл

авкая

см,есь Ф:!(|1€"][Ф8:

которая

заполняет

тре[цинь| в

слое

мо5|2

до

того, как

}1оФ3

улетучи'тся

'окиснь:й

слой

затвердеет'

после

чего

происходиг

преимуществф:'н'ое

окисл,ение

кремния.

€лой

/у1о5,|,

расходу91-

ся

на

фор'мирование

оки'сного

сл'оя по

реа'кции

!!1о5|' -р

Ф'

!!1оФ,

5!ц

^фразованием

расплава,окислов

э|втекти|ческого

состава

[464,

{66]

и в

ревультате

диффузи,и

кремния

вглубь

с,образоваЁтиом

низ,ших

сили,цидов,

обладающих

худ1пими

защитнь|ми,свойст_

вами'

чом

дисил'ицид.

@кис,ел

йоФз'испаря,ется

и3

пленки

х(ид_

ких

окисл'ов'

после него.5г!Ф2

кристалли3уется.

|1'осле

того

как

неп.осредственньтй

доступ

кислорода

}1о5|2

прекращаетея'

происходит

преимущественпое

оки'сление

кр'емния

по

р,еакции

!!1о51,

Ф,

!!1о,51а

5|@',

скор-ость

к'оторой,определяется

диффузионнь|ми

процессами.

€опротивление

окислению силицидов

молибдена_убьтвает

порядке

.!!1о51э)':}1оэ5!з

}]!1оз5|.

3ащитньте

пленки

на низ[ших

сили,цидах обравуются

ли1пь

после

дл'ительного

окисл,ения

[464].

й'.овечность

покрьттий

из .|!1о5|э

экспоненциально

убы-

вает

с повь1тпением

темперацрь|

эксплуата,ции

до

1700

'€.

Бь:-

гпе

1700

9€

йо51э не

о|бладает

достаточными

3а'щитньтми

свой_

ствами'

так как.

окисел

5|Ф2

плавится п'р'и

|725"с,

диффузия

чер'е3

)кидкий

слой

,протекает

бь:стро. 1(роме

того' при темпе-

рацре

выппе

1700

{ происхолит

бь:ётрая

диффу3ия

кремния

и3

слоя./!1'о5|2 вглубь

,образованием

ни3!пих

силицидоь

-[464].

'||ри

низких

давлениях

кисло!эода покрь|тия из

!!1о512 теря-

ют защитную

с'пособность

и3-за БФк3[]{:(ЁФ8€ния

локальной то_

1ечн9й

корро3ии.

||одобные

эффекты,

по мнению

1(офстада

[464]'

дол>кнь|

наблюдаться

у.т-[ля

других

покрытий. Б!едное

влияние таких

эффектов

мох(1{о

ослабить предварительнь1м

оки,слением

покрьттий

'при

атмо,с!ферном

давлении

с образова_

}!ием

спл01|]ной

окисной

пленки.

||ри

темперацрах

ни>ке 1000

'€ защитньте

пленки на

.|!1о5!>

щ0гу1

об'разовьтваться

после

продолх(ительного

окисления

[464].

{иклинеские

нагревьт

в этопт случае

ре3ко умень1::ают

>каростойкость

покрь|тия.

'|1о

мнению

(офстада,

прех(де чем

и'спол13овать

покрытия из .!!1о5|э

пр'и температу'рах

них(е

1ш0

-'с,

их

следуёт

окислять при 14Ф'*1б00'€,'чт6бьт

созда"ь

на

поверхно'сти

стеклообразную 3ащитную плен'ку.

||ри

еше

более

низких

температура*

1+ьо_о00

'€)

наб.ню-

дается

ан0мальное

оки'сление Р1о5!2,

приводящее

'ра3ру1|]е-

247

ниюдис'илицидного'слоя

ре3ультате

мех(криоталлитного

окисления' которое на3вано'<<силицидной

нумой>'

<<€илицидная

чума>

порах{ает

'н,е

толыко

]!1о51э, }{о и

другие,с|1лицидь1.

!!4сследования

оки'сления

./!1о5!: весовь|ми

мето'дам,и в

обла_

сти

1вь1соких

температур

вь1являют прирост

веса'

при

,средних

те'м:пе!ат}!ах

поте'рю

веса' при

ни3ких имеет

'место

неболь.

ш]ое

увеличение

веса.

пьи вь1соких

температурах окисляется

т!реимущественно

кр'емний,

в проме)куточной

области

преоб_

ладает

испарение.&1оФз,

в области

низких

температур

образу-

1отся

твердь!е

продукть1

реакции.

14ссл,едуя

кинетику

оки'слет{ия

ди,си,пи,цида

моли,бдена,

полу_

ченного с'кв'ознь|м

силищирован'ием пластинок

м'олибдена

в ва_

куум'е

при 1350

"€,

при температурах

900, 1000,

1200

'€,

авторьт

работьт

[+167]

притшли

к вь}воду' что экспе,риментальнь|е

кри-

'{вь|е

з а висимости

привеса

обр

азцов

:Фт

{"11т{т€'пБ1{ости

и,спь|та

ния

мо>кно

описать

уравнением

\[: |(\\,,

где Р

величина,

ха-

ракт,е,ри3ующая

изменение

ве'са;

(

константа скорости

окис_

ления;

к|1\1етический

параметр. ||олуненньте

значения

кон-

стантьт

,окисления

и кинетичес'кого

параметра

приведеньт

табл. 53.

|1о

данньтм

Ра,боть:

[430]'

'силициднь1е

слои

на

|молибдене'

полученнь1е

нась1ще,ни,ем

и3

поротпковь1х

смесей, >каростойки

при всех температурах

до

1500

"€.

Ёаличие

окисной

пленки и3

5!02 после

нась1щения

из

поро1пков 1|редотвращает

явлени'е

<<чумь|>>

,при

темперащре

до

700'с.

}1а

рис.

73 приведень:

ре3ультатьт

исследования

кинетики

окисления при

температурах

1200 п

1500'с

[430].

}ётановлено'

что

при нагревании

течение

некоторого

относительно

коротко_

го

времени

(в

зависимости от

температурьт

нагрева)

на

границе

ра3дела

}4о5!,

с металлом

образуется

фаза

}1о,5!''

на

границе

с окисной

пленкой

нетьтрехфазная

область !!1о5|,

/!1о,5!'. Фа-

9у д_

поцРьпиях

раслределяются

следующим

образом:

51о2

.:{о,5|,

}1о5!,

/!1о,5!,

!!1о'5|, причем

фа}а

}1о*5!,

как

прави-

ло,

образуется

после исче3новения

!!1о5!'.

}(аростойкость

сили_

циднь1х

покрь|тий

на молибдене

определяется временем

сущест-

вования

фазьт

!!1о5|'.

[аблица

1емпература

'*"'-,,",

"с

(овстанта

скорос'й

окисления .(

1(иттетический параметр

900

1 000

1100

1200

998.10-4

1,318.10-8

62. 10-8

2'5ю.10-2

0,72

,59

0,50

'42

248

249

40 50

0{/

0рен7л:цн

Рис.

78.

|(инетика

'*"!,*н""

,'*р,,'""

из

_}1о5!2

на

молибдене:

1200;

2_]500"с

[430]

Резкие

коле'бания

температ|уры

приводяг

к потере

3ащит_

ных свойств

покрьттий

и3-3а

растрескивания'

которое,

уо

дан-

;;;;ъ;;р;в,

[+зо1'

связан,о

резки,м

и3менением

коэффиши-

ента

термического

рас]пир9ц!ц^

дисилицида

молибдена

диапа3он,е

температу,]

800_1000

'€,

так}*{е

объемными

и3-

й.,""'"*"

при

<|орй6ова|1\4||

фазы

/у1оь51з.

1(роме

1Ф|Ф,

|[!}1ч!1=

ной

раст'рескйвания

при

охла>к-дении

мох(ет

бь:ть

значительное

разливие

коэффипиентов

линейного

рас:||ирения

окиснои

!лёЁ-

|<и 5|@:

дисплицида

/у1о5|:.

__'-

1"1?'р,{

[434]

исследовали

кццетику

окисления

&1о5!э

в ин_

тервале

температу'р

1400

1700

прерь:висть|м

методом

те_

че!тие

час. ||рй

-всех

исследованнь1х

температурах^скорость

;;;;й'

|'!"й"".'ся

параболическому

зайону'

€текл'ооб_

разная,

п'роз'рачная'

прочно

удерх{ивающаяся

на поверхности

й;й'

$:о]

содер>кйт

неизвестные

включения.

йзвестно

т;,6];";

й''о,,йй';

йоз;,

х(еле3а'

хрома

особенно

алюми-

ния

поних{ают

за1цитнь:есвойства

дисилицида'молибдена'

}1о5|2,

полуненньтй

,при более

вы-соких

тем'пературах'

окисля-

*'-й''о,'.'рее дисилийида

:молиб'дена'

полученного

при

более

ни3ких

температурах.

)(арактер

оки!лени'я

силициднь1х'сл'оев

на

других

тугоплав-

ких

мёталлах

аналогичен

описанному

вь11пе

для

'\ис|1л\4ц|!ца

молибдена.

.[!,анные

об

окислении

в0льфама,

н11о6|1я,

тантала

титана

содержатся

раб0тах |397,435,467_477

АР'.!'

Ёайи

бьтли

проведень1

испь|тания

силициров_а^н-ны](

рас_

пдаве

хлористь|х

солей

силикокальцием

при

1000

'€

в тече*

нле

час 6бразпов

молибдена,

вольфрама

титанов-ого

спл}1а

Бт:-,'

х<а$остойкость

при

температурах

900--1100'€

в ат-

мосфере

возлуха

в течение

ух

|5 час.

)(идкостное

91чшйго311ние

-з^{тл{цщает

молибден

от

окис_

ления

при

температура*

900

и 100гс;фЁ;;;;";;,",.'*""-

г: ого

де

ств

|1я

си

лт4ц|1

дно

г о

п о

кр

ь1

"""

Ё"*й;;;;;

;;;''.',".

ратуре

1000.с.

|]ятичасовьте

испытания

на

}каростойкость

силицированно_

ло

исх'одного

вольфрама

пери6ди,еским

,охла)кдением

об_

!_1:.цо,

на

во3духе'пока3а4и

повы,гцение

>ка,ростойкости

за

,счет

сил^]{!_цир

ов

ан!4я

тем

пер

а тур

ах

900,

006-

; ]1ъ1]т';;;;;;:

ственно

50,

25,

6ззч'

Ё.противополох(ность

молибдену

титаново'у

.,11-,у*

эт;

эфФе1"-Ё'"''.*ия

х{аростойкости

:1 1чет

силицирования.вольфр'й'

]''"*ается

повы1[]ением

температурьт

испьтт}ний.

'|[ятнадцатичас'овь|'е

испь|тания

силицир'ованно!го

вольфра_

'ма

пери6дишоск]}

-с::ц::

пас)

охла}кдением

образцов

||ечью

до

комнатной

тем|:ературь[

оказались

менее

)кесткими.

Равньте

3нацения

увелиненйя

Бёса

при

температуре

!000.€

бьтли

полуненьт

с-пучае

пятичасового

иепь!ташия

охла)кде-

нием

через

ка>кль1;а-

час

на

во3духе

после

час

испытаний

с охла)кдением'образцов

через

чос

испьттан\4я

печью.

|1ри

внетпнем

ос]\,1отре

сйлицированньлх

образ,цов

волфра_

ма

после

испьттаний

окисной

пйенке

темно_серого

цвета

об-

нару}кень|

мелкие

трещинь1'

располагаю'щиеся Ёо

оор!!уюшеа

цилиндрической

поверхности.

Растрескивание

окисной

пленки

силицированного,слоя

процосоЁ

периодичес*''о

"'.р"в'

охла)кдения

ум'ены1пает

>каростойкость

сили,цирова'нного

вольфрама.

_ _9","д:рова

ние

е3ко

повь||п

ает

х<ар

остойкость

титанового

сплава

Б11'

причем

повь||шением

температурь1

испытаний

от

900

до

|100ъс

э66ект;;й;;;;иян\4я

силицирования

на

>каростойкость

повы:ш?ется.

Бслй

!'.'"

цас

исп!ттаний

при

Рэ|}: ]!1!

1т;

##".'Ё##;.'#,'.%ъъж

ъ}ж'

;**]

температурах

1000

1[о0"€

силицированнь:й

.,''й/Ёт[

,р"-

восходит

исходньтй

тц

100

раз

со1'"етственно.

связи

,с

тем

что

туголлав|<ие

металль|

отличаю'т,ся

вь|,со-

кой

стойкостью

ппоти-,

!е*6йБйЁ'!й"'*,,'.

агрессивнь|х

сред'

намн-бьтли

,ро"е|ень,

испь|тания

силицир0ваннь1х

образцов

у:{]-бд'_"'

и в

ольф

м а

кор

о3'";;й'Ё'-;#;;;

"й

растворе

азотной

кислоть|

й'в .цдр|ц'*

"'!*Б]",!й,'*''_

::]1'й

температур:.1

-1р"

70'€

(,в

ф.!'*,

обладающих

наибо_

"'тее

вь|сокой

агоессивностью

по

отногпению

мо.г:ибдену

::1:Р|з*у).,||!раллельно

для

сравнения

испь]ть1вали

бориро-

вандые

ненась]щ9!.нь'е

образцЁ

этих

металлов.

и|'спь]тания

в 10}9_ном

растворе

Ё\Ф3

при

20'€

течение

8 иас

показали.

что

исходн,те,

оорйр{й""ь|е

силицированные

образ,цьт

практически

не

и3меняю!

своего

веса;

при

70"€

за

100

мшн

потеря

"еса'

оор

азйо!;;;;;й"а

нного

молибдена

бьл-

2Б0

ла в

7,5

ра3

мень1|]е

по'тери

веса

исходных

образцов,

силициро_

,ваннЁте

и и'сх.однь1е

образщьт

вольфрама

,практически ]1е

и3ме-

нили своего

веса.

<<щарской

водке,

лри

'с

силицированньтй

молибден имеет

раза

лучтпу|о

стойкость,

чем

исходный,

8..раз луч1пую

по

с'р6внению

с борйрованным;

силицир'ован-

нь:й'

вольфрам

при

этих

условиях

имеет

и 16

раз

лунтпуто

сто_йкость

по

сравненито

исходнь|м

борир'ованнь:м.

|1ри

709с

стойкость силицированнь:х

'образшо'в

в'олфрама

мо_

либдена

<<царской водке>> по

сравнению с исходньтми

бьтла

с,оответств'енно

в 11

1,3

раза

более вьгсокой.

Фс обьт й

нтер

ес пр едста вл

яло

исследов а

ние

стойко,сти сили_

цированного

титана

в серной

кислоте.

|(оррозионная актив_

ность

титана

в серной

кислоте имеет

два

ма'ксимума:

первьтй

при концентращии

35-450|о

н25о4 и вто'рой,

более

вь:оокий,

при

ко'нщентрации 72-83016

Ё25Ф+

[

194].

йопьттания

'п'роводили

в 40-

'и

780/о-ных

водньтх

ра,створах

Ё:5@ц. !{ил'индринес'кие

обра3ць! сплавов 311 и Б14

диамет_

ром

18 мм у{

длу1|1ой

|5 мм пер'ед

испь1'танием

подвергали

с\4л|1-

щиро'ванию

расплаве

хл,ор'исть|х

оолей

(ф0/о

\а€1+50%

Ба€!э)

с 300/о силикокальция

ог,веса

хло,ристь:х

солей при

тем-

пературе

1000

"с

в течение

6 цас. Фбщая

длительность

испыта-

ний'составляла

\|0 час.

Результатьт

испьттаний на кисло,тостойкость (по

л,отере ве_

са)

,силиши'рованнь1х

и исходнь1х о'бравцов'сплавов

911 и Б14

приведень1

в та;бл.

54.

(ак'видн'о

и3 п'риведеннь1х

табл'ице

даннь1х'

силицирова_

}1ие

расплавах

хлористь:х

солей

силикокальцием

полность1о

снимает'оба

максимума

кор'розионной

а'ктивности титановь|х

сплавов

в,серной,ки'слоте.

(ислотостойкость

силицированных

1аблица 54

{ !

)/меньп:ение

веса, ме|см2

€реда

|"*?['"'^йи' |

"''

"',

1",'"^,-

в''

.'.

<",',.,-

{4с

(и6ходньти)

гов}нный)

{исхолный)

гов!ннши)

о/'-ный

водный

рас.

твор

!125Ф'

|6-ньтй

водный

рас-

твор

Ё25Ф'

2,08

4,3

6,9

7,7

11,3

16,6

42,в

!16

7о

110

о,002

0,005

0,008

0,011

0,015

0,001

'0о7

0,01

0,039

0,063

.3,72

6,7

9,7

12,8

14,5

16,2

74,8

0,006

0,01

0,03

о,07

0,101

0,009

0,05

0,1|

0,19

'28

251

сплавов

Б11

и вт+

^||оБ-ном

растворе

Ё25Фц

во3росла

со_

'ответст!венно

в 1500

и 35!

раз,

'Ё

цой-|'о*

р''.'ЁфБ'5о.

-соответственно

в 700

100

раз

по

сравненйю

'исх'д,,т'"

сплавами.

€илицирование

меди,

ко6альта,

никеля

их

сплавов

(илицирование

меди

и ее

сплавов

'по3воляет

повьтсить их

ивнооостойкость

соп'ротивление

газовой

электролитной

кор-

ро3ии;Б

Р83.1!11н1{ь|х

ат!ессивнь|х

средах

|237,

47ь,

+1э].

Благодаря

|шир0кому

приметтенйю

сплавов

меди

с кремнием

(кремнисть:х

бронз)

в промь|,тцленности

взаимодействйе

крем-

ния

'с

медью

хоро1по

и3учено'

диаграмма

с'оцтояния

м'едь

кремний

достаточно

||]ироко

известна.

(ак

показал

опь1т

сили_

щирования

меди'

содеР)кание

крем}1ия

диффу3ионном

сл'ое

обьтчно

не

превь1шает

9-10

вес.0/'.

этом конщентрационном

интерва.ле

мо)к,ет

существовать

не

м'енее

пяти

го'м'огенных

фаз:

тверАьтй

раствор

кремния

в меди,

х-фаза

(силицид

гране-

т9у1цированной

кубинеской

структурой),

существующая

до

о5о

-с

распадающаяся

с образованием

эвтектоида (о*т);

1'-фаза^(си

лчц14ц

со

структурой

типа

$-марганца),

содер*ащ'"

959*9

8 вес.

5| и

существуюшая

п!и темшературах

н'е

вь|1ше

730

"€;

и_

две

электроннь]е

фазь::

(сц55|,

элейтройная

концен_

трашия

3|2),

существу]ощая

не

них{е

784"с,

(€ш315|3,

9лектронная

концентрация

2!]\3),

€}:т1{еств}ющая

не

ни}{{е

71о"

с.

!,остатонно

интенсивнь1м

охла}кдением

после

силицирова-

ния

вь]сокотемператур_ные

фазьт

,мо)кно

фиксиро'вать

пр,и

ком-

натн,ой

температуре.

14з

сказанн0го,следует'

что

3ависимости

от температурь|

сили|цирования'

мощн,ости

лиффузионного

ис-

точника

и'скорости

охла}кдепия

мо}кно

получать

на

меди

(не

говоря

у}ке

двухкомп,онентных и

более

сло}кнь|х

меднь|х

сплавах)

лиффузионнь|е

слои

,различного

строения.

|!о

нашше-

му м

нению'

си.стем

атич

еские

иссл

едов а ния

вл!1ян|4я

тех н

ол

оги_

ческих

факторо,в

и епособ,ов

силицирования

на

стРуктуру

свойства

диффузионнь1х

слоев

на

меди

ее

сплавах

до

настоя-

щего

вр'емени

не

проводил17сь.

Б Ё.

м"й*Бйй.{,

г.

Б.

|(ример

3. А. Ёахамкина

|237]

пс-

9{9до!?лц_с^чл_идирование

меди

в'смеои

следующего

состава:

40%

^9|1!97оА1эФ'+

0/0'шн4с1.

!,'вухнасовое

силицирование

тлри

850

9€

;в €1!1€€|4

указанно'го

.состава

позволяет

получить

двухфазньй

(с-тверлый'

раствор*эвтектоид

с+т)

диффузи-

'онный

о:ой толщиной

500

лк.

9меньгшени-е

времени

выдер)кки

(до

\ нас)

или

сних{ение

температурьт

(ло

800'с)

приводит

формированию

однофаз-

2Б2

ного

слоя

твердого

раствора.

йнтересно

отметить,

что

повь|_

шение тем[г1ерацрьт'силицирования

до

900'€

приводит

с'толь

ре3кому

во3растанию

скор,ости

Аиф,фузии,

нто

ди;ффузионнь:й

слой

вн,овь практиче'ски

ока3ь!вается

однофа3нь|м:

1э'втектоид

(о*т)

вь|делялся

в очень

неболь:пом количестве

по границам

з,ерен

с-фазь:.

Б,олее

того'

если

при

850

'€

иногда

происходило

оплавление'образшов

(вслеАствие'с'оздания

на поверхности'

раздела

металл

ср,еда

'сли1шком

вь|'соких кон,центраций'крем-

г:ия), при

900"

таких

случаев

не бьтло: по-видимому'

концен-

трация

'кремния

в нару;кной

3'он,е'слоя

не

,пр0вьтшала 4

вес.}9.

|1о

данньгм

[2371'

силицирование меди повь|[пает

ее ока-

.гтиностойкость

при 800'с

более

чем

в 10

раз.

|!олунаемьтй

эф_

фект

уступает

ли1пь

эффекту бериллизашии, однако

стоимость

посл,едн'ей 3начительно

вь|1пе, и силицирование меди

экон'оми_

чески вь1'годнее.

,€казанное

меди мо}кет бы1ь

отнесено и к

ё_,/|81!Ё!,й:

€тойкость

силицированной меди против электролитной кор-

розии

в 3начительной

степени зависит

от

состава

температу-

ры

электролита. €овер{п'енно

,очевидн,о'

что

для

п,0вь|1пения

цорро3ионной,стойкости

силици'рованнь:й

слой

дол>кен

бьлть

одн'офазнь:м' т.

е.

состоять

ив

твердого

раствора

с.

'(ине'тич'е-

ские

кривь|е'

построет'нь|е

в координатах

изменение веса

6@!{т1{€Ё1!3:(ия кислоть1' и3мен,ение

ве'са

длительность

и'спь1-

1ая||я, им,е1от вид' ха'рактерньтй

для

,обь:чного

механи3ма ан0-

дной

пассивации.

@днако 3ащитнь|е

свойства образующейся

'окисной

пленки

различнь1

для

ра3нь1х'корро3ионнь:х

сред.

€и_

лицир0ваннь1е

меднь1е

образцьт

ока3ались нестойкими

1в

кипя-

щей

водо.проводной

в'оде,

200/9-ном

водном

растворе

аммиа-'

ка''в

'серной и солян'ой

кислотах малой

(10?о)

'и

высокой

(б,о-,

лее

700/о)

концентраций;

стой,кость в 50о/'-",'*

!кис,'отнь1х

раст-

ворах' особенно

при !вь1дер)кках

не

более

'одних

суток'

лосле

силицирования меди

резко

повь11|]ается'

в том'числе

для

твм-

ттературь| 100

"с.

Бсе

сказанное

'относит'ся

к силицир0ванному

слою- глубиной не

бол,ее

0,3

мм'

,[,альн'ейтп'ие

исследования

[237]

пока32.||!!,

Ф.(Ё;3ко' что

если глу,бину однофа3ного

сл'оя

увеличить

.до 0,8_1,0

мм

(ловьтсив

температуру силицирова-

ния

до_9ш "с),

кисл'отостойкость

слоя

ре3ко'п'овь||шается.

1ак,

после

200-часовой

вьтдер)кки

в 100/о-ной

серной кислоте

(в

этой

среде

да)ке

.0клоннь|{е

|к

па'сси|вации

п'ерех'однь|,е м,еталль!

обь:ч_

но

не пассивируются)

при 250

'€

вес

силицир0ванньтх

о,бразцов

не и3м'енился.

||отенциометрические

и3мерения

пока3али' что

с-фазА

электроотрицат'ельнее

меди'

'т.

е. силицированньтй

слой

явля-

ется аноднь||м

покрь1тием,

скл'оннь1м

к'ра3ру1|],ению при

нару-

шении

спло1пности.

3начительному

по толщине

слою послед_

ттее, по_видимому,

не

угро}кает'

и силицированная медь,

оче-

видно'

мо)кет

бь:ть

применена

для

изготовления

деталей

253

:(например,

теплообменников),

работающих

в среде

серной

кис-

.цоты

при- норш1ал-ь-нь!х

повь11пеннь1х

температурах.

рапботе

[479]

таюке

п0ка3ано,

что

на!е'кной

защитой

от

корро3ии

}оцт

я|вляться

только

доста,точно

больгшие

по глу-

бине однофазнь]е

диффузионньт,е

слои.

работе

[478] установлено

3начительное 'по!вь1'1|]ение

ре_

3ультате

силицирования,кавитащионной

стойко,сти м'еди

и алю_

уулу9вь]}

бронз (Бр.

А)(н-10-4-4,

Бр. А10, Бр.

АЁ 12-3

Бр.

А){(]!1,ц

10-3-1,5).'€_илицировани'е'

проводилось

порогпкоо6-

.ра3ной

сРеде

при

тем1пературе

900

"с

в теч'ение

6 час. 6или,ци_

'рованньте

бронзь:

рекомендовань|

для

и3гото'вления

излучате-

лей

ультра3вука'

медь

А/{я Аетал,ей,

подвергающих'ся

кави_

тационнь|

м ]во3действиям.

,€илицирование

меди мо)кет

,бьтть

использовано

и с

целью

повь||пения

ее износостойкости.

Б этом

случае'

учитьтвая

микро-

твердость

структурнь1х

соста'вля'ющих (о-фаза

250

к[|мм2,

эвтектоид-350-370

к|

|мм2)'

сл'едует 'стрем,иться

получе_

нию-м

ногоф

авнь|х

диффузионньтх

покрьттий.

.[|,анньте

о силицировании

,кобаль}а,.

ни,келя

и их

спла]вов

еще более ограничень1.

€илицирование

втих

металлов

спла-

вов

прои3водится

пре)кде

всого

целью

повь|ш,ения

их.окали-

ностойкости.

;|!ри

силицировании

кобальта'в

пор01пке

кристалл'ического

кремния

при

1100'€,в

течени'е

15 час

бьтл получ|ен

боспори-

стьтй нетравя:цийся

слой

толщиной

120

мк с

невь1сокой тверло_

стью

[237].

Фкалин'остойкость

кобальта 1в

ре3ультате

силищи_

рования

по

указанному

вь1'11]е

режи|му

при темперац/ре

1100'€

(время

испь|тания

иас)

повысилась

в 5-7

раз.

||6

современ_

нь1м

даннь1м'

диаграмма

состояния

(о

$| существ,енно

отли-

ча'ется

от

диаграммь:

5! и весьма

'сходна

диатраммой

'состояния

Ре

5!. Растворимость

кремни9

Б сс.ЁФ,б?льте

до_

стигает

10 атомц.

0/9.

}нитьтвая

невь|сокую

твердость

покрь|тия,

мо)кно предполо}{ить'

что

полуненньтй

при

оилицировании

ко-

бал-ьта

ди;ф;фузионньтй

слой

[237]

прелс'та|вляет

со,бой

с-твер-

дьтй

раствор.

[азо:вое

силицирование

никеля

проводил'ось

автора,ми

[225].

|1ри

насьтщении

в см'еси тетрахлорида

кремния

с водо-

,родом

при 1000"(

за

1,5

час

6ьтл получ'ен

слой 6исплицида

ни_

келя

глубиной

более 50

мк с микротвердостью

820

к||мм2'

(п-

лицидньтй

'слой

о,тделен

от

сердцевинь|

пор'истой

зоной твердо-

го

раствора

кремния

в никеле

с плавно

пони)кающейся

по мере

удаления

от

поверхности

микротвердостью.

€илицирование

никеля

или

]ето

сплавов

(типа

нимоник) мо>кет'

по_видимому'

}'е

только повь1сить

их )каростойкость,

но и

и3носостойкость,

частности

эро.3ионную.

€ледует

отметить, что

как з}кономер_

Ёость

формирован|4я

с\4лицированнь|х

.слоев

на

никеле и его

сплавах,

так

их'овойства

,и]3уче|.1ь1

весьма

слабо.

глАвА

у|||

пРомь|шлЁнно в п РимЁнЁниЁ

си

лициРов

^ния

€илицирование

сталей

Ё,есмот,ря

на то

ч}о

к настоящему

вр'емени

тео,рия

силици-

рования'

стоящего

ряду

больп:ой

группь|

м'етодов

}{а,сьтще-

ния

сталей

неметаллическими

элементами'

достигла

значитель-

пого

развития,

поверхностно'е

легирование

стали

крем,нием

не

только

в €€€Р,

но

за

рубех<ом

вое

еще не

,мо>кет

вьтйти

за

рамки

ла;бо'раторньтх

исследований

и в

луч1пем (но

редко

встречающемся)

слу-чае

_'опь|тно-промьт,1пленнь1х

ус'тай,овок

периоди'ческого

(нтобь|

не

ска3ать

эпи,3оди'неокого)

примене-

ния.

Ёесмотря

на

,Ф;г!аЁи9€[ность

данньтх

п,о

ра'ссматрива'емо-

му

во;просу,

на

!1х основан'].1и

мо}кн,о

у)ке

сделать

|вь|вод

о весь-

ма

благоприятньтх

персп,ективах

силицирован.ия

сталей

да-

}{(е

вь|делить

несколыко

ра3личнь1х

достаточно

ва)кнь1х

1|]ироких

областей

его

во3м'о}кного

прои3водственн0го

исполь-

3ования)

€и.[иц'и'рование

сталей

целью

повь|1|]е_

н||я

стойкости

против

корро3ии

х(идких

сре.

х.

3то

наиболёе

и3вестная

и,1пироко

рек0мендуемая

в лите-

ратуре

(обь:нно,

впрочем'

ли1|]ь

на

основе

ре3ультатов

ла_

бораторньтх

корро3ионньтх

испьттаний)

облаёть"

,р'йей."'"

оеспористого

силицированного

слоя,

состоящепо

из стабильно-

го

вь[сококремнистого

феррита.

Авторы

|229,

2371

перечисля-

ют

детали'

силицирование

которь]х

м,огло

бьт бьтть

наиболее

персп,ективно:

детали

оборуАования

химической,

нефтяной,

бума>к.ной

маслоочистительной

промьт1пленкости'

работаюшие

слабо-

кисль|х

средах

(гнезда

клапанов'

вкладь1||]и'

валики

р,оторь|

насосов'

водяные

рубашки

цилиндров'

трубопров6ды'

арма-

тура'

крепе>л(нь1е

детали)

;

трубы

судовь|х

двигателей'

подводящие

и отводящи,е

мор_

скую воду;

детали--гидронасосов

(вал,

р,9т6р,

патрубки

др.)

мощнь]х

двигателей внутреннего

сгорания.

г.

1!.

;!:

р.

{

!у

{

/[о>кно

привести

некоторые

даннь|е

по исполь3ованию

си_

лицирования

в этой

области

те1ники.

Авторы

[231],

-по

дан'

нь|м

американскопо

}курнала

<Ёефть и

газ>)

за

1946

|.,

!|!1{вФ:

/{ят

описание

технологии и

результатов

силицирования

боль:шой

партии

(до

200

000 гштук)

валов

водяного

нас0са

мощного

двигателя.

€илицирование,осуществлялось

верти-

кальной

ретортной

печи с

врашаюшейся

ретортой

диаметром

250

мм и

д.л:йной

(в

нагрев6емой

части)

1430

мм.

3рашение

реторть| улуч1|]ало равномерность

кагр'ева

ее

помещенных

1'"у'р,

'бр'б'','"аейьтх

дет!лей

вал,ов общим

весом

до

180

ка

в од|лой

садке.

€илиширующей'средой

являлся

подаваемьтй

реторту

с|{и3у

хло!;

п!оп}щенный

сквозь

реактор,

заполненньтй

поро!шком

самого

де1шевого

бескислородного

соединения

крем_

1'14я_ карборунда.

€игналом

прекращению

процесса

слу_

)кил вь1ход

чистого

хлора

(расход

которопо

не

превь1тттал

0,9

ке|т*ас)

и3

свечи

вверху

реторть|.

||ри

температуре

(по за_

датчику

регулятора

пени)

1000

'€

кинетика

нась!щ'ения

мало_

!'глеродистой

стали

была

следующей:

при

продол}кительности

!трошесса 0,5,

2,3 иас

глубина

сл{оя с-фа3ь1

составляла

соот_

ветстЁенно

375,

500,

875,

|200

мк.

.(ля

серийнь|х

валов

достаточной

является

глубина

"слоя

600-900

мк, лру| этом

продол}кительность

непрерывнои

ра-

ботй

силицироБанного

вала без

заметной

корр'о3ии

и и3носа

достигала

лет.

работе

[231]

преллагается

подвергать

силицированию

таюке

лругйе

вйсокоответственнь1е'

дорогостоящие

бь:стро

вь1водимьте

из

с|роя

коррозией

детали'

например

3венья

судо_

вь:х

цепей.

Автор

работьт

[233],

пр,едлох(ивтший

метод

бесконта-ктного

газового

силицированй'я

негерметичньц

к-онтейнерах

(истон_

ником

кремния

являлея

ферроёил_иций

€и45,

источником

газа-

переносчика

кремния

хлор'истьтй

аммоний),

подвергал

сили-

цированию

клапаны

колпачки

ректификашионнь1х_

колонн'

ра'ботатошие

в среде

паров

сьтрой

нефти'

|(оррозия

этих

дета_

йей

обычно

вьтзывается

йрисутствием

примеси

го-рявей

аэриро-

ванной

водь|'

так

как

нефтепролукть|

сами

по

себе

неагрессив-

!нь! в отно|шении

стали.

настоя1цее

в!6й6

1{838?;}{9Б19

?й'"?"й..

о"стро

изна:шиваемь|е

коррозией)

детали

ректифи-

йационной

аппаратурьт

и3готовляются

и3

хромоникедевь|х

нерх{авеющих

сталей;

силицирование

.по3воляет

и3готовить

их

и3 малоугл,9р9дистой дешевой

стали

(типа 08

кп)

при

сохра_

нении

пре>кнего

срока

работь:.

зайлючение

|араграфа

необходимо

отметить

следующее'

,[,ля

полуве"'"

",'.6*ой

*''рро."онной

стойкости

нео6ходимо

по

во3мох(ности

полное

отсутствие

пор

в силицированном

слое'

йрй

.,.'"''

.",'шйр'.,"й,

беспористьте

слои

могут

бьтть

полувеньт.ли1пь

на

в*сокоуглеродистых

сталях'

поэтому

слу-

256

чае'

если

сердцевина

детали

дол}кна

бьтть

малоуглероАистой,

силицированию

дол)кна

пред||]ествовать

цементация.

Авт6рьт

[229]

обратцайт

внимание на

ва)кное

обстоятель-

ство'

в настоящее

время обьтчно

.не

учить1ваемое

ни

в одном

п1етоде химико-термической

обработки.

Ёезависимо

от агрегат-

}]ого

состояния нась|щающей

среды

(собственно

говоря, мо)кно

различать

ли1шь

два

таких

состояния

)кидкое

и газообраз-

ное'

поскольку

при

обработке

в_ поро1пкообразной среде

транс-

порт нась|щающего

элемФ{та

активном состоя'нии осущест-

вляется

чере3

га3овую

фазу)

на скорость

роста

диффузионного

слоя

весьма

3начительное

влияние

ока3ь1вает

соотно!пение

по'

верхностй

обрабать:ваемь|х

деталей

объема насьтщаю'щей

средь1. 1(ак

правило,

увеличением

этого

соотно1пения

ско'

рость

химико-термического

процесса

3начительно

во3растает.

!-1о-видимому'

равновесие

химических

реакций,

продуктом ко_

торых

являетсй

активнь:й

нась1щающий

элемент,

при

рас1пи-

рении

во3мо)кностей

отвода

этого

элемента

в насьтщаемьтй

ме-

талл

сдвигается

сторону

увеличения

кон11ентрации

активного

элемента

реакционном

пространстве.

Б слунае,

если

увели_

чить

суммарную

поверхность

обрабать:ваемь1х

деталей

не

пред_

ставляется

возмо>кнь|м

(например, при

обработке

деталей

крупного

размера

и сло>кной

формь:,

накладь1в_ающей

ограни-

чёй''

на ёпособ

подвески

ра3мещения

деталей

в пени)'

ва>к-

ную

роль

начинает

играть

материал

реторть1

или

тигля'

ко_

тором

пр9исходит

нась1щение

'||о

данньтм

[231], реторта

печи

для

газового

силицирова_

ния'

и3готовленная

-из

толстостенной

бес:шовной

тр^убьт^из

ма_

лоу.леродистой

стали'

в-состоянии

вь|дерл{ать

100_120

цос

работь:

нагретом

состоянии'

йосле

чего

происходит

ра3ру1ше-

ние вследствие

окисления

нару>кной

поверхности

реторть]'

3амена

малоуглеродистой

стали

на аустенитную

хромоникеле_

вую

резко

увеличивает

срок

слух<бьт

реторть1'

однако

столь

}ке

ре3ко

сни)кается

скорость

роста

силицированного

слоя

н^

деталях.

Аналогичнь1е

3аконом'ерности

имеют

место

при

)кидкостнь|х

процессах

нась|щения.

Авторь:

работь: |229]

рекомендуют

этом

случае

вво_

дить

внутрь

реторть!

стакан

и3

углеродистой

стали,

которьтй

мог бьт

йг!ать

ройь

дополнительной

реакционной

поверхности

и обеспечйвал

бь:

сохранение

вь:сокой

скорости

силищирова-

ния

(конеино'

до

тех пор'

пока

он

не подвергнется

сквознот}|у

силицированию).

1акйм

образом,

стремление

достигнуть

"'щ"_{:::й_-^плот-

1|ости

3аполнения

деталями

печи

при

химико_термической

об_

раоо!ке

имеет целью

увеличить

производительность

этой

1,бьт.'но

наиболее

длительной

и3

всех

т'ермических

операший

не

только

прямь}м путем' но

результате

увеличения

общей

мощности

диффузионного

источника.

17.

зак. 16

257

я,'

:ь

(илицирова

ние с

целью

п|овь[1шения

окали-

ностойкости.

||о_н1ццм и

литературным

[233]

Аанным,

при температурах

до

900

"€

>каростойкость

сйлицированньтх

углеродистых

сталей не

уступает

стойкости

аустенитных ока_

линостойких

сталей. Б слунае,

если

от

детали

наряду с

0кали_

гтостойкостью

тре6уется

сохранение

достаточной

тонности

раз-

меров'

силицирование

при

700-900

'€

превосходит алитирова-

ние'

так

как

скорость

лиффузионного

рассась1вания

(как,

впрочем'

диффузионного

роста)

силицированного

слоя 3на-

чительно

ни)ке'

чем алитирова1нного.

Благодаря

этому

при

обеспечении

вьтсокой

окалиностой!кости

глуби,на

€й.}|и;(и|Фван-

ного

слоя

мо)кет бь:ть

сушествен'но мень1пе'

чем.алитирован-

ного. €илицирование

мо)кно

применять

не

только

для

|[Ф3Б111]€Ё|1'9

срока слу>кбьт

деталей

печной арматурь1'

!цемен-

тационнь1х

ящиков и

.т.

п.' но и

для

та!ких

деталей,

как

'например

точного

ра3мера

оправки

для

вь1сокотемператур-

ного

отжига.

Ёами

бь:ли

подвергнутьт

}кидкостному

силицированию на

г.тубину \20 мк оправки

для

от)кига

при 900'€ магнитопрово-

дов

счетнь1х

ма1пин.

Фправки,

изготовляемьте обьтчно и3 стали

20, являются приспособлением однора3ового использования;

г|осле силицирования

оправки

вь|дер}кали

1песть

циклов

от)ки-

га и 6ьтлп годнь1 к

дальнейгш'ему

исп,оль3ованию.

|лубина

си-

лицированного

слоя

при'этом

увеличилась

не более чем

на

40-50

?0.

(ак

известно

[48.0],

окалиностойкость

вьтсококремнисть1х

сплавов или слоев

обеспечивается

в,озникновением

на нагретой

поверхности металла стеклообразньтх

веществ

(например,

файялита

Ре@.51Фэ)

малой

диффузионной

проницаемостью'

3та пленка'

однако'

мо)кет представлять

собой препятствие

для

диффузии

в металл не

только кислорода,

но и

других

элемен-

:ов. Ёапример'

для' деталей

печей пиролиза

углеводороднь1х

га3ов'

применяемь|х

для

изготовления

контролируемь1х

атмо_

сфер, ва>кную

роль

играет отсутствие способности

цемента-

шии

[481].

настоящее время

для

изготовления

подобнь:х

де-

талей используются

дорогостоящие

аустенитнь|е

стали

добав-

кой

кремния

(\25|120€2

т. п.).

!!1ех<лу

тем поскольку

печная

арматура

обьтчно не

дол>кна

обладать

вь1сокой

}каропрочно_

стью'

для

и3готовления

нагреваемь1х

деталей

эндо_

и экзоге_

Ё|ераторов, по-видимому,

вполне

могут применяться

силициро-

ваннь1е

углеродистьте

или низколегированнь|е

конструкцион_

нь1е стали.

€илицирование

целью

повь!1пения

и3но_

состойкостй.

3. Фитцер

[482]

отмечает'

что

ух(е

на про_

тя}кени.и

нескольких

десятков

лет'

начиная

с первь|х

случаев

получения

пористь1х'слоев

о'-фазь|

при

силицировании,

не бьтло

]{едостатка

в предло)кениях,

имев1ших

целью

подобрать

такие

258

условия

работь:

пористого

слоя'

которь1е превратили

бьт

его

основной недостаток в

достоинство.

1верАость

беспористой

си-фазьт

да)ке

на

вь|соколегирован-

нь1х сталях н,е

превьт!пает

600 к|

|мм2

(приблизительно 45-50

нР'с)

и' конечно'

не идет

ни

в какое

сравнение

с твердостью,

например'

боридньтх слоев.

Фднако

от

последних

силицирован-

ньтй.слой

вь|годно отличается

полнь|м

отсутствием

склонности

к трещинообразованито

сколам'

не говоря

у>ке

об окалино_

стойкости.

|1оэтому

беспористое

(например, )кидкостное)

сили_

цирование

успехом

мо)кет

бь:ть использовано

для

повь11шения

ттзйосостойкости

аустенитнь|х сталей,

не

обладающих

высокой

1'вердостью,

в 3-4

раза [233]

Ёаиболее

1]]ирокие

перспективь1

в этом

1{аправлении

открь]'

вает,

одцако,

силицирование

сталей

с использованием

более

мощнь1х

лиффузионнь1х

источников'

по3воляющих

г1олучить

д0статочно

глуоокие

слои а'-фазь:

Рез5|

с сильно

развитой

пористостью.

!верлость

износостойкость^с'_фазь:

предлага_

лось исполь3овать

ух{е

давно:

по

даннь|м

3. Фитцера,

напри_

мер

|482],

|944

г. в

&рщании

испь1ть]вались

да>ке

броневьте

.листь|

с покрь1тием

из Рез5!.

Б основе

современнь]х

предло)к'ений

по

повь1|пению

и3носо-

стойкости

путей

покрь|тия

стали с'-фазой

ле>кит'

однако,

не'

столько

ее твердость'

сколько

пористость.

Автор

[233]

устано-

1}ил'

что при

работе

детали'

имеющей

такое

покрь1тие,

на

исти-

рание

со смазкой

ре3ультате

нагрева

поверхности

при

тре-

!'"и

"оз,''ает

эффек1

<<самосма3ь1ваемости>>:

масло

обладаю-

|цее более

вьтсоким,

чем

сверхструктура'

коэффишиентом

теплового

рас1ширения'

вь1деляется

из

пор

покрь1тия

обеспе-

чивает

длительную

р'о'ф

детали

пра:|тинески

без

изнфа'

}1о

данным

[2ш],

стойкос{ь

против

ист|\рания

со

смазкой

для

углеродистой

ин6трументальной

сталп'

подвергнутой

пористо_

му

силицировани1о,-повь1ц]ается

в 7-8

раз

(Р

сравнении

за_

каленной

и, ни3коотпушенной).

Ёами

про'од"л'сь

многочисленнь1е

работь:

по

повйгпению

износостоййости

гибонньтх,

вь1тя)кных

вьтрубных

1штампов

холодной

штамп'овки

методами

борировани

карбиди3аци1'1'

ряде

случаев

уг|рочнение

форм6о6ра3ующих

поверхностей

штампа

наталкивалось'

однако'

на

существенно'е

3атруднение:

химико-термическая

обработка

вьт3ь1вает

изменение

размеров

упрочняемь|х

деталей.

'Беличина

этих

изменений

'обьтчно

не

йо>кет 6ьтть

унтена

3аранее.

||оэтому

1птампь1'

предна3начен_

}'ь|е

для

и3готовления

деталей

весьма

высокой

точности,

если

подвергаются

упрочнению'

то

на небольтпую

глубину'

€той_

|{остьихприэтом3начительноп,овь||шается'однаковесьмавь1.

сокие

ре3ервь1

износостойкости'

3аключеннь1е

в твердь1х

борид_

нь|х

и'*'рб"л""'*

слоях'

обьтчно

не

исполь3уются

полной

ме-

ре:

упронненньтй

гптамп вьтводится

и3

строя

результате

скола

\7*

259