Текущее состояние. Из числа известных технологий нанесения покрытий из жидкой фазы наиболее эффективным является диффузионное насыщение поверхности деталей в расплавах легкоплавких металлов. Однако, так как в настоящее время данная технология реализуется с использованием специальных установок с защитными средами, это принципиально ограничивает ее широкое применение.

Решаемая проблема. Данная работа посвящена всестороннему изучению закономерностей формирования покрытий с использованием жидкометаллических расплавов в условиях воздействия окислительной среды электропечи с воздушной средой и выработке практических рекомендаций по устранению вредного влияния высокотемпературного окисления расплава и обрабатываемого изделия на качество покрытий. Актуальной задачей является апробация предложенных технологических вариантов формирования диффузионных металлических покрытий на стальных изделиях в расплавах легкоплавких металлов с использованием электропечей с воздушной средой.

Материалы и методы исследования. В данной работе в качестве базового материала образца для высокотемпературного диффузионного осаждения в среде легкоплавких расплавов была взята сталь 45. Для получения транспортного расплава использовали свинец марки С0. В качестве диффундирующего элемента применяли никель марки НП1. В качестве защитных флюсов были выбрана: NaCl-Na2CO3, Na2B4O7, CaO-Li2CO3-B2O3.

Разработанный технологический процесс для получения диффузионных покрытий в расплавах легкоплавких металлов включает в себя следующие этапы: подготовительный, основной и завершающий.

Подготовительный этап заключается в очистке поверхности изделия от оксидов, их обезжиривании, подготовке легкоплавкого расплава, являющегося транспортной средой для диффузанта. Одновременно расплавляется в отдельном тигле защитный флюс, который покрывает сверху транспортный расплав.

На основном этапе изделие погружается в транспортный расплав с диффузионным элементом и выдерживается в течение определенного времени при заданной температуре процесса.

Заключительный этап состоит в извлечении образца и удалении с его поверхности остатков транспортного расплава при их наличии.

 Изучение процесса диффузионного легирования поверхности образца проводилось с использованием специально разработанной лабораторной установки. С ее помощью определялось влияние окислительной среды на состояние транспортного расплава и на качество поверхности обрабатываемой детали, а также разработка эффективного способа их защиты с помощью применения флюсов.

Результаты исследования. При использовании флюса: CaO-Li2CO3-B2O3 получено однослойное, однородное, беспористое, равномерно распределенное по всей поверхности образца покрытие (рис.1).

Отсутствие пор в никелевом покрытии свидетельствует о достаточной газонепроницаемости флюса, что особенно важно в случае использования никеля как диффузионного элемента, вследствие его большой чувствительности к растворенным газам и склонности к образованию пор. Средняя толщина никелевого покрытия составила 20-22 мкм.

По данным спектрального анализа полученные покрытия содержат от 42,13 % Ni на поверхности до 12,81 % на расстоянии 20 мкм от поверхности. Результаты испытаний на коррозионную стойкость показывают, что нанесение никелевого покрытия увеличивает стойкость углеродистых сталей от 2 до 15 раз в зависимости от среды испытаний.

Заключение. Применение флюса CaO-Li₂CO₃-B₂O₃ для защиты поверхности транспортного расплава и обрабатываемых деталей от высокотемпературного окисления позволяет получать в среде жидкометаллических расплавов свинца с использованием электропечей с воздушной средой качественные диффузионные никелевые покрытия, позволяющие добиться повышения коррозионной стойкости этих деталей в различных средах.