|
NaCN + C02 —*■ CO + Na2CNO. (1.8) Возможен также распад цианата натрия в результате термической диссоциации при температуре карбонитрирования. Эта реакция ускоряется в присутствии железа и наиболее интенсивно протекает на поверхности стальных деталей, обрабатываемых в расплаве: NaCNO —► Na + СО + NiiFe. (1.9) Атомарные азот и углерод, выделяющиеся в ходе химических реакций, адсорбируются железом и диффундируют в глубину изделия, обеспечивая его поверхностное упрочнение. При разложении цианитов в ванне образуются углекислый натрий, который постепенно накапливается в расплаве. Это приводит к снижению жидкотекучести ванны и повышенному выносу солей на обрабатываемых изделиях. Для предотвращения этого негативного явления в состав ванны вводятся хлористый натрий, едкий натр. Кроме того, карбамидонатриевая ванна требует периодического освежения, для чего в нее добавляется некоторое количество карбамида. Активность карбамидо-натриевой ванны названного состава, как показали экспериментальные исследования, выше, чем цианидных и цианатных ванн, особенно при пониженных температурах. Это особенно важно при карбонитрации инструмента из быстрорежущих сталей. Глубина диффузионного слоя на быстрорежущих сталях (типа Р6М5), его структура и фазовый состав определяются, главным образом, температурой процесса и в меньшей степени длительностью. Карбонитридиое покрытие состоит из белого слоя диффузионной зоны. Верхний многофазный слой толщиной (10...20) мкм имеет микротвердость (8...9) ГПА. Недостатком нитроцементации является вероятность формирования дефектной структуры [132] в поверхностной зоне диффузионного слоя. Этот дефект, называемый «темной составляющей» [9, 99, 126, 132, 136], возникает при насыщении стали азотом и углеродом в определенных условиях. Он проявляется на нетравленых микрошлифах в виде темной сплошной или 41 |
10 туру цементации до 880°С и получить глубокие диффузионные слои за относительно короткое время. Входящий в состав карбюризатора триэтаноламин N(C2 Н4 ОН) з при нагреве в нитроцементационной печи диссоциирует на СН4, IICN, СО и Н2. Цианистый водород (HCN), который частично сохраняется при дожигании отходящих из печи газов, является чрезвычайно ядовитым соединением. Даже незначительное количество этого вещества, попадающее в атмосферу термического цеха, делает это производство опасным с экологической точки зрения. Другим недостатком нитроцементации является вероятность формирования дефектной структуры в поверхностной зоне диффузионного слоя. Этот дефект, называемый «темной составляющей», возникает при насыщении стали азотом и углеродом в определенных условиях. Он проявляется на нетравленых микрошлифах в виде темной сплошной или разорванной сетки на границах аустенитных зерен, распространяющейся от поверхности на глубину 10...20 % от общей толщины нитроцементованного слоя [10, 11,18]. Темная составляющая появляется при содержании азота в слое, превышающем некоторое пороговое значение, которое снижается с увеличением продолжительности нитроцементации [18]. Наличие темной составляющей отрицательно сказывается на прочностных и пластических свойствах нитроцементованных деталей. Азотирование (насыщение азотом), нитроцементация и цианирование (совместное насыщение углеродом и азотом). Нитроцементация осуществляется в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака, а цианирование в расплавленных солях, содержащих группу NaCN при температурах 840...860 и 820...950°С соответственно; борирование (насыщение бором) при нагреве в соответствующей среде; силицирование (насыщение кремнием): алитирование, хромирование (насыщение алюминием и хромом соответственно). Способы ХТО позволяют управлять такими свойствами изделий, как твердость, ударная вязкость [23], усталостная прочность [23], коррозионная стойкость [15], жаростойкость и др. [19]. Себестоимость ХТО невелика, поэтому ее применение часто оказывается более эффектным, чем использование дорогостоящих высоколегированных сталей [5-8]. 16 Щелочной цианат натрия нетоксичен и безопасен с экологической точки зрения, что позволяет решить проблемы, связанные с обезжириванием отходов и соли промывочной воды. Активные компоненты (азот и углерод) получаются при окислении и разложении цианата натрия: 2NaCNO + 02 -+ Na2C03 + СО + NFc; (1.5) 2NaCNO — Na2C03 + 2NaCN + СО + 2 NiFe. (1.6) Таким образом, в расплаве карбамидо натриевой композиции содержится большое количество атомарного азота и активной окиси углерода. Последняя разлагается на поверхности стали с выделением атомарного углерода: 2СО —» С02 + Cjfc* (1.7) Ядовитый цианистый натрий, образующийся по реакции (1.6), не накапливается в ванне, так как реагирует с двуокисью углерода, выделяющейся в больших количествах по реакциям (1.4) и (1.7), с образованием нетоксичного цианата: NaCN + С02 -> СО + Na2CNO. (1.8) Возможен также распад цианата натрия в результате термической диссоциации при температуре карбонитрирования. Эта реакция ускоряется в присутствии железа и наиболее интенсивно протекает на поверхности стальных деталей, обрабатываемых в расплаве: NaCNO —>Na + СО + NiFc. (1.9) Атомарные азот и углерод, выделяющиеся в ходе химических реакций, адсорбируются железом и диффундируют в глубину изделия,обеспечивая его поверхностное упрочнение. При разложении цианитов в ванне образуются углекислый натрий, который постепенно накапливается в расплаве. Это приводит к снижению жидкотекучести ванны и повышенному выносу солей на обрабатываемых изделиях. Для предотвращения этого негативного явления в состав ванны вводятся хлористый натрий, едкий натр. Кроме того, карбамидо натриевая ванна требует периодического освежения, для чего в нее добавляется некоторое количество карбамида. Активность карбамидо — натриевой ванны названного состава, кок показали экспериментальные исследования, выше, чем цианидных и циа 17 натных ванн, особенно при пониженных температурах. Это особенно важно при карбонитрации инструмента из быстрорежущих сталей. Глубина диффузионного слоя на быстрорежущих сталях (типа Р6М5), его структура и фазовый состав определяются, главным образом, температурой процесса и в меньшей степени длительностью. Основным направлением в совершенствовании низкотемпературных процессов комплексного насыщения следует считать дальнейшее развитие упрочнения в жидких и пастообразных средах, автоматизацию оборудования с применением ПЭВМ, создание экологически чистых и взрывобезопасных сред, а также разработку и исследование специальных эффективных сред на основе нанотехнологий и полимерных компонентов. Способы ХТО нанесения покрытий на основе насыщения углеродом и азотом цементация, нитроцементация, цианирование и карбонитрация объединены общностью физических процессов формирования износостойких покрытий, основанных на тождестве С и N к элементам внедрения в сталях. Однако работоспособность этих покрытий неодинакова и зависит от условий эксплуатации, что следует учитывать при их разработке. 1.3. Электроосаждение бинарных сплавов на основе железа Гальваническое электроосаждение [43] занимает важное место в г электротсхнологии благодаря высоким технико — экономическим показателям. Важнейшими из них является отсутствие термического воздействия на детали, возможность направленного изменения свойств покрытий с преимущественным развитием одного из них (износостойкости, адгезионной прочности, усталости и др.) за счет изменения режима осаждения и легирования покрытия. Значительный интерес для промышленности представляет применение элекгроосажденных сплавов на основе железа. Однако чистое железо во многих случаях по своим эксплуатационным характеристикам не отвечает требованиям предъявляемых к улучшаемым и восстановленным деталям. Эксплуатационные характеристики электроосажденного железа можно повысить электрохимическим упрочнением, которое включает осаждение |