900-1000°С в течение 3-6 ч (в зависимости от щииой 2-3 мм, а поверх его слоем карбида крем- требуемой толщины слоя). При этом формируется пия (SiC) (ориентировочная толщина засыпки 10- боридный слой толщиной 150-250 мкм, состоящий 30 мм). Для предотвращения смешивания порош- преимущественно из борида РсгВ. После окончания ков между ними прокладывается тонкий лист же- выдержки контейнеры и печь охлаждают до тем-леэа (стали). Карбид кремния используется много- пературы 600°С и далее на воздухе. Распаковыва-кратно. Это значительно упрощает технологию бо- ют контейнеры при комнатной температуре. Насы-рироваиия в порошкообразных смесях. щающая смесь в процессе борирования не спека-

Борирование в порошковых средах можно прО ется. водить и в открытых контейнерах. Трудоемкост! Регенерация смеси осуществляется после двух-процесса при этом заметно снижается, но одноврв кратного использования путем добавления 1% менно уменьшается скорость насыщения и увели- Na2CO3+0,5% СаСОз (от массы смеси). Кратность чивается окисление компонентов насыщающей сме- использования смеси с регенерацией достигает 70 си, а следовательно, уменьшается кратность ее не- раз.

пользования. В условиях мелкосерийного производства этот

Значительно большего внимания, с точка зре- способ борирования является наиболее перспектив-ния уменьшения трудоемкости, повышения эконо- ным.

мической эффективности и улучшения культуры На предприятиях, располагающих промышлен-производства, заслуживает способ борирования в ными вакуумными печами, можно использовать порошках с использованием защитных атмосфер, борирование в открытых контейнерах в вакууме.

Промышленная технология этого способа бори- В качестве насыщающей среды при этом способе роваиия разработана и внедрена на БелАЗе. Насы- борирования целесообразно использовать порошок щение проводят в порошковой смеси на основе кар- аморфного бора или карбида бора, бида бора в стандартных цементационных шахт Подготовленные к насыщению контейнеры с ных печах в открытых контейнерах в атмосфер! деталями помещают в вакуумную печь, рабочее продуктов пиролиза керосина. пространство печи откачивают до давления Ю

Желаемый эффект - высокая скорость форми торр и лишь после этого проводят нагрев печи до роваиия боридного слоя, отсутствие в нем дефек температуры борирования. Насыщение целесооб-тов и хорошее состояние поверхности - достига разно проводить при том же давлении: как увели-ется в случае использования в качестве активато чение, так и уменьшение остаточного давления при-ров углекислых солей натрия и кальция (МагСО; водит к уменьшению толщины боридного слоя. СаСОз). Для практического использования реке Охлаждение борированных изделий рекомендуют мендована смесь со следующим соотношением ин проводить в атмосфере аргона. При указанной тех-гредиентов (7о по массе): 1,0-1,5% Ыа2СОз+0,5- нологии борирования насыщающие смеси можно 1,0% СаСОз--98,5-96,5% В4С. Сверху контейне] использовать до 50 раз.

закрывают листом асбеста. Поверх асбеста можв Значительный интерес может представить тех-засыпать слой песка толщиной 50-60 мм. Подго нология борирования в токопроводящих смесях товленные к насыщению контейнеры загружают! (см. табл. 1). Способ основан на способности сме-шахтную печь, разогретую до температуры бори сей разогреваться при пропускании через них по-рования. Подачу керосина начинают с момент стоянного или переменного тока, загрузки контейнеров и заканчивают в момент вы Насыщение проводится на специальной уста-грузки. Расход керосина для печи Ц20 составляв новке. Изделие помещается в огнеупорный муфель 12-15 кап/мин. засыпается токопроводящей смесью. Муфель за-

Борирование производится при температура

крывается крышкой. На установку при помош,н электродов (из малоуглеродистой стали), расположенных с противоположных сторон, подается переменный (постоянный) ток напряжением 10-50 В промышленной частоты. Скорость нагрева определяется электродной плотностью тока, степенью уплотнения смеси, ее сопротивлением и степенью теплоизоляции муфеля от окружающей среды.

Так как удельная электропроводность смеси в процессе нагрева изменяется, количество потребляемой энергии в ходе реализации процесса насыщения необходимо регулировать.

Материалы, оборудование, приспособления и технология борирования в жидких средах

Борирование в жидких средах подразделяется на два метода: борирование в растворах электролитов и борирование в расплавах солей и окислов Последний метод в свою очередь включает два основных способа: жидкостной электролизный и жидкостной безэлектролизный, получивших промышленное применение.

В качестве основного компонента расплавов при электролизном борировании используют техническую буру Na2B4O7-10 Н2О.

С целью увеличения жидкотекучести и рассеивающей способности расплава к буре добавляют до 20% (по массе) NaCi или 10% NaF. При необходимости получения однофазных боридных слоев к буре добавляют 5-10% МпО (табл. 2).

Электролизное борирование проводят на специальных установках, основным элементом которьи является тигельная печь-ванна. В настоящее время используют печи-ванны двух типов: с наружным и внутренним обогревом тигля. Существуют также опытные промышленные установки с комбинированным нагревом (ТЭНы или силитовые нагреватели в сочетании с электродным обогревом) [5, 7],

Печи-ванны оснащаются металлическим тиглем из сталей Х12Н28, Х23Н13, Х25Н20С2 и др. с толщиной стенки от 20 до 40 мм. Новые тигли перед

5 о.

о 3:

§§.

m пз о н

<U О,

cq ю Da

с>

CU О) О)

О, (Jh PU

m 03 03 cq

О) а> Qj oj

t ц,

ffl II-

pq m m

и (n O)

gj qj dj

+ -f Ч-

PQ ffl Ш

Ш a) Ш

a, &Ч

ffl pg, =9,

Ш flj uj cl*

m u. lu

00000

Lo Ю о о о со -

о о о о lO

со ю

о ю о

Сч1 со

о Ю О

to ю о о со со сч

! I I I

о о о о

- о ir:;

ю <м

I I I м

<М CS

10 to <Ю --ICDCDO С£>

II! мм I

ООО о 1Л ю СП 05

I I I

ООО ООО QO CJ ОО

о о in о ю ото

-г

ООО о Ю 10

о> оо

о LO о о ю о о о ад

dodo ю о ю о

Ю 05 Ol

о о

31 -о

о о to

§ о

см i,

1 ото

00 Oi О)

с + ч

сз га

I -ь

со N О о

о СП

2 °° +im

+1 1

Ю О О

СО <м

о с н

си =3

( о сп

исполбзованием борируют при 930-950°С, плотности тока 0,1 А/си в течение 20-30 часов.

Детали подключают в цепь электролиза в качестве катода (на минус), анодами служат графитовые (графит марки ЭГ-0) или силитовые стержни. Графитовые стержни перед использованием подвергают остеклению (выдерживают в расплаве буры 15-20 мин). Отрицательный заряд подается и на металлический тигель (катодная защита). В качестве источников тока используют мотор-генераторы (АНД 250/500, 750/1500 и др.) и различного рода выпрямители (ВКГ-100А, ВАГГ-600/12 н т. д.).

Подготовка установки с внешним обогревом тигля к работе проводится в следующей последовательности. В печь загружают буру до 1/2-2/3 высоты тигля, после чего нагревают до 500-650°С и выдерживают буру до полного удаления кристаллизационной влаги. При этом буру периодически перемешивают. Затем температуру печи поднимают до рабочей, при которой бура расплавляется. При заполнении расплавленной бурой 1/3-1/2 объема тигля устанавливают графитовые электроды и включают ток катодной защиты (из расчета 0,01 А/см2). Электроды должны находиться на расстоянии не менее 100 мм от дна и 30 мм от стенок тигля. Остальную буру вводят в тигель небольшими порциями (по 5-8 кг), равномерно рассыпая ее по зеркалу ванны. После заполнения тигля бурой до заданного уровня через расплав пропускают постоянный ток (0,05-0,2 А/см) в течение 10- 15 ч. При этом примеси, имеющиеся в буре, осаждаются на стенках тигля, бура светлеет, что свидетельствует о пригодности ее к работе.

При использовании в качестве электролитов более сложных расплавов, чем бура, все дополнительные добавки вводят небольшими порциями (пс 2-5 кг) после полного наплавления буры. При этом они должны быть предварительно хорошо просушены и измельчены.

Порядок наплавления буры в установках с электродным (внутренним) нагревом несколько иной. В тигле устанавливают электроды перемен-

ного тока и специальные нагреватели из нихрома. Буру загружают до половины высоты тигля включают нагреватели (основные и дополнительные). По мере расплавления буры добавляют новые порции по 5-10 кг, равномерно рассыпая их по зеркалу ванны. После наплавления бурой половины тигля дополнительные нагреватели извлекают, устанавливают аноды и включают ток катодной защиты. Дальнейшие операции подготовки ванны к работе не отличаются от описанных выше.

Подлежащие борированию детали загружают в печь в специальных приспособлениях - кассетах. В массовом производстве эти приспособления изготавливают из нержавеющих сталей, в мелкосерийном - из углеродистых. Вновь изготовленные приспособления перед использованием подвергают борированию (/=900-950С, т=5-15 ч, /=0,1- 0,2 А/см). Детали на прясиособлениях располагают таким образом, чтобы они не экранировали друг друга от положительно заряженных электродов. Перед погружением в расплав приспособления с деталями просушивают (10-15 мин) над зеркалом ванны. Погружение деталей в расплав должно проводиться плавно. После погружения деталей на 20-50 мм ниже уровня расплава включают ток электролиза из расчета 0,1-0,25 А/см. Обычно борирование проводят при температуре 880-980°С. Длительность процесса выбирается исходя из требуемой толщины слоя.

Кроме постоянного тока для электролиза буры можно применять реверсированный или асимметричный переменный ток.

По окончании процесса борирования ток электролиза отключают, детали извлекают из расплава и охлаждают на воздухе или подвергают непосредственной закалке.

Отмывку деталей от остатков расплава и шлама проводят в горячей воде (/=80-90°С, т=2- Зч). Для ускорения процесса отмывки иногда применяют ультразвуковые колебания. Эффективным способом ускорения очистки деталей от шлама является также анодная обработка (смена полярности электродов на обратную и работа в таком