Диффузиялық металдандыру

Диффузиялық металдандыру деп болат беткі қабатын әр түрлі металдармен (Al, Cr және т. б.) жоғары температурада диффузия арқылы қанықтыру үрдісін айтады. Диффузиялық металдандырылған бұйымдар жоғары ыстыққа төзімділік, тозуға төзімділік, коррозияға төзімділік және қаттылыққа ие болады. Үрдіс қатты, сұйық және газды ортада жүргізіледі.

Алюминийлендіру. Болат сыртқы бетін жоғары температурада алюминиймен қанықтыру үрдісін алюминийлендіру (алитирлеу) деп айтады. Нәтижесінде болат сыртқы бетінде Al₂О₃оксиді түзілгендіктен, бұйым мен бөлшектің 850-900^oC-ға дейін отқабыршаққа төзімділігі артып, ауа мен суда коррозияға төзімді келеді.Алитирлеуді қатты ортада жүргізу үшін құрамы төмендегідей ұнтақ тәріздес қоспа қолданылады: алюминий ұнтағы (25-50%) немесе ферроалюминий (50-75%), алюминий оксиді (25-50%) және хлорлы аммоний (1%). Үрдіс температурасы 950-1000^oC, уақыты 3-12 сағат.

Сыртқы қабатта алюминийдің  α-темірдегі орын басу қатты ерітіндісі түзіледі. Металдың темірдегі диффузиясы, металл емеске қарағанда, ақырын жүретіндіктен, диффузиялық түзілетін сыртқы қабаттың қалыңдығы жұқа келеді. Алюминиймен  диффузия арқылы қаныққан қабаттың қалыңдығы 0,2-0,5 мм. Сыртқы қабаттағы алюминий концентрациясы 30-40%. Диффузиялық қабат  қаттылығы HV 500, тозуға төзімділігі  төмен.

Алитирлеу үрдісін сұйық  ортада жүргізу, бөлшекті балқытылған  алюминийге (92-94% Al, 6-8% Fe) малу арқылы орындалады. Температурасы 750-800^oC астауда бөлшекті 45-90 минут ұстап, қалыңдығы 0,2-0,35 мм қабат алынады. Қабат морттығын азайту үшін, бұйым немесе бөлшекті 900-1000^oC-ға дейін қыздырып, диффузиялық жұмсартудан өткізеді.

Газогенератор мәшинесі мен  шөміш бөлшектері, құбыр, клапан және т. б. жоғары температуралық жағдайда жұмыс  істейтін бұйым және бөлшектің сыртқы бетін алюминиймен қанықтырады.

Хромдандыру. Болат сыртқы бетін жоғары температурада хроммен қанықтыру үрдісін хромдандыру деп атайды.

Хромдандыру болаттың 800^oC-ға дейін газ коррозиясына төзімділігін, қышқылдарға төзімділігін (әсіресе азот қышқылында), бу және суда коррозияға төзімділігн арттырады. Орташа және жоғары көміртекті болаттарды хромдандыру олардың қаттылығы мен тозуға төзімділігін арттырады. Болатты хромдандыру үрдісін көбінесе қатты ортада жүргізеді. Қолданылатын ұнтақ тәріздес қоспа құрамы мынадай: 50% хром немесе феррохром, 49% алюминий оксиді және 1% хлорлы аммоний. Осындай қатты ортада, 1000-1050^oC-да, 6-15 сағат уақытта бөлшек сыртында қалыңдығы 0,1-0,2 мм хромдандырылған қабат алынады. Неғұрлым болатта көміртек көп болса, соғұрлым диффузиялық қабаттың қалыңдығы азаяды. Көміртекті болаттарды хромдандыру үрдісінде алынатын диффузиялық қабат хром карбидтерінен (Fe,Cr)₇C₃, (Fe,Cr)₂₃C₆ тұрады. Қабат қаттылығы HV 1200-1300.

Газда хромдандыру сиректеу қолданыс тапты. Хлорлы хром буы бар  ортада, 980^oC-да, 3-5 сағат болатты хромдандыру үрдісін жүргізу арқылы қалыңдығы 0,06-0,10 мм диффузиялық қабат алынады.

Кейде хромдандыру үрдісін  вакуумда жүргізеді. Бұйымды болат  немесе керамикалық қазанға хроммен (1-3 мм) бірге аралас салып, вакуумдық  пешке орналастырады. Жоғары температурада (960-1000^oC), вакуумда (1,3-0,13 Па) хром буланып, болат бетін қанықтырады.

Бу, су, газ коррозиясы және т. б. ортада жұмыс істейтін бұйым  мен бөлшектерді хромдандырады.

Титандандыру. Болатты титандандыру үрдісін 800-1000^oC-да ұнтақ тәріздес қоспа (75% төмен көміртекті титан ұнтағы, 15% CaF₂, 4% NaF, 6% HCl) ортасында жүргізеді. Титандандырылған төменгі көміртекті болаттың коррозияға төзімділігі жоғары келсе, орташа және жоғары көміртекті болаттың, сонымен қатар қаттылығы өте жоғары (HV 2700) және тозуға төзімділігі жоғары.

Болатты газды ортада титандандыру қолданыла бастады. Температурасы 1000^oC, қысымы төмен, титан ұнтағы бар ортада 2-6 сағат титандандыру үрдісін жүргізгенде, болаттың қаттылығы өте жоғарылады. Мысалы, 45 маркалы болаттың титандандырудан кейінгі беткі қабатының қаттылығы HV 2700.

Болатты басқа  элементтермен қанықтыру. Болатты кремниймен қанықтыруды кремнийлендіру немесе силицидтеу дейді. Кремниймен қаныққан болаттың теңіз суы, азот және тұз қышқылында коррозияға төзімділігі жоғары. Кремниймен қаныққан қабаттың қаттылығы төмен (HV 200-300) болғанмен, тозуға төзімділігі жоғары. Кремнийлендіру молибден, вольфрам және т. б. металдар мен қорытпалардың отқабыршаққа төзімділігін (700-750^oC) арттырады. Кремнийлендірілген қабат кремнийдің α-темірдегі қатты ерітіндісі.

Кремниймен қанықтыруды 75% ферросилиций, 20% шамот және 5% HCl болатын  ұнтақ қоспасында жүргізгенмен, көбірек  қолданыс тапқаны – газды орта. Айналмалы реторталы пешке бөлшектер  мен ферросилиций немесе кремний  карбидін салып, ретортаға хлор жіберген кезде, хлорлы кремний түзіледі. Содан  кейінгі реакцияларда кремний атомдық  күйге көшіп, болат бетін қанықтырады. Газда кремнийлендіру үрдісінде (950-1000^oC) 2-4 сағат уақытта қалыңдығы 0,5-1,0 мм диффузиялық қабат құрылады.

Мұнай, химия және қағаз  өнеркәсібі құрал-жабдықтарының бөлшектері (құбыр, арқау, бұрандама, сомын және т. б.) кремниймен қанықтырылады.

Болатты бормен қанықтыру  үрдісін борландыру дейді. Бормен қаныққан болаттың қаттылығы өте жоғары (HV 1800-2000), тозуға төзімділігі және коррозия төзімділігі жоғары, 800^oC-ға дейін отқабыршаққа төзімді.

Болатты борландыру үрдісін 930-950^oC-да құрамында бор бар балқыған тұздарда электролиз әдісімен 2-6 сағат жүргізеді. Болатты газды ортада борландыру үрдісі де орын алды. Диффузиялық қабат FeB, Fe₂B боридтерінен тұрады, қалыңдығы 0,1-0,2 мм.

Қысыммен құю мәшинесі мен мұнай сорғыларының бөлшектері, турбобұрғы, пресс-қалып, штамп және т. б. бұйым мен бөлшектердің тозуға төзімділігін арттыру үшін борландырылады.

Кейінгі кезде болат диффузиялық  қабатының қасиеттерін арттыру  үшін, оны бірнеше металл және металл емеспен қанықтыру үрдісі қолданыла  бастады. Көбінесе болатты екі элементпен қанықтыру әдістері орын алды. Мысалы, болатты боралюминийлендіру, боркремнийлендіру, боразоттандыру, бортитандандыру және т. б. қолданыс тапты. Үш және одан көп  элементтермен болаттарды қанықтыру, бөлшек пен бұйымдардың қасиеттерін  одан әрі жоғарылатады.