Процесс алитирования стали

Алитирование – это разновидность диффузионной металлизации, которая характеризуется насыщением поверхностного слоя алюминием. Защитное покрытие создает на обрабатываемых изделиях оксидную пленку, повышающую устойчивость к высокотемпературному воздействию и предупреждающую коррозионные процессы. Несмотря на то что данный способ обработки подходит для большинства металлов и сплавов, наиболее популярным является алюминирование стали. Второе место занимает чугун.

Алитирование отличается высокой технологической сложностью – его практически невозможно реализовать в домашних условиях. Рассмотрим особенности и нюансы технологии.

Способы алитирования

• в порошкообразных смесях (калоризация);
• напылением;
• металлизация;
• в вакууме;
• погружением.

Каждый способ имеет преимущества и недостатки. Технические характеристики слоя также будут иметь разные параметры.

Алитирование стали методом погружения является наиболее предпочтительным.

Описание процесса алитирования

1. Технология использования порошкообразных смесей напоминает процесс цементации стали. Для выполнения работ требуется металлический ящик, который заполняют карбюризатором. Сверху устанавливают деталь для обработки. Максимальная температура составляет 1050 °C. В среднем цикл длится от 8 до 12 часов. При этом глубина диффузии не превышает 0,5 мм. Рабочая смесь представлена порошками на основе алюминия с добавлением каталитических присадок. С помощью данного метода можно обработать детали любой формы. Дополнительным преимуществом является многократное использование карбюризатора, при этом себестоимость выполнения работ самая высокая.
2. Напыление – очень быстрый способ алитирования стали. Алюминий проникает вглубь изделий на 0,3 мм за один час. Характеризуется низкой температурой выполнения работ: она не превышает 750 °C. На этом достоинства заканчиваются. Из недостатков выделяют высокую пористость и неравномерность защитного слоя, а также повышенные требования к предварительной подготовке поверхности.
3. Металлизацию и последующий обжиг проводят при температуре 950 °C. Рабочий цикл длится 2–4 часа. Единственный минус – малая глубина проникновения (до 0,4 мм). Себестоимость обработки по сравнению с напылением выше на 20–25%. Несмотря на это, защитный слой отличается высоким качеством и стойкостью к механическим повреждениям, что с избытком компенсирует все неудобства.
4. Алитирование стали в вакууме выполняют путем испарения алюминия. Частицы металла оседают на заготовке, за счет чего толщина слоя самая низкая из всех способов, однако благодаря вакуумной среде, которая исключает воздействие сторонних факторов, качество результата считается самым лучшим. Кроме того, процесс характеризуется самой высокой рабочей температурой – до 1400 °C. Для обработки применяют специальные печи с системой создания безвоздушной среды. Недостатком считается длительный процесс подготовки изделий. Технология требует тщательной очистки поверхности, поскольку ржавчина снижает адгезию алюминия. Кроме того, перед помещением в камеру детали нагревают до нужной температуры, которая колеблется в диапазоне от 175 до 370 °C в зависимости от свойств металла.
5. Погружение – передовой способ алитирования стали. Он полностью соответствует современным требованиям, которые заключаются в сокращении времени обработки поверхностей. Полный рабочий цикл составляет ровно 15 минут. Относительно низкая рабочая температура, которая варьируется в диапазоне от 600 до 800 °C, является дополнительным преимуществом. По этим причинам метод пользуется особенной популярностью у производственных предприятий. Суть способа заключается в погружении заготовки в расплавленный алюминий. Поверхностный слой металла нагревается, улучшая проникающие свойства алюминия. В результате получается интерметаллический слой толщиной до 0,1 мм.

Особняком стоит метод электролитического покрытия, или гальванизации стали. Процесс протекает в безводных или неорганических электролитах, содержащих алюминиевые соединения. Он не пользуется популярностью ввиду сложностей регулировки процесса, низкой скорости и высокой себестоимости.

Алитируемые металлы и сплавы

1. Углеродистая сталь. При высоком содержании углерода в металле диффузия алюминия затруднена, поэтому обрабатывают преимущественно низко- и среднеуглеродистые стали.
2. Легированная сталь. Обработка данного металла сопряжена с определенными трудностями, однако при соблюдении всех технологических требований можно получить износостойкий защитный слой.
3. Чугун. Обработку чугуна выполняют реже. Целью является изменение физических свойств поверхностного слоя чугуна.

Процесс изготовления нержавеющей стали заключается в алитировании легированных или углеродистых составов.

Помимо вышеперечисленных металлов защитный слой наносят на следующие материалы:

• медь;
• титан;
• молибден;
• никель;
• ниобий.

Свойства и преимущества алитированных сталей

1. После хроматирования получается поверхность с высокой адгезией к лакокрасочным изделиям.
2. Низкая себестоимость покрытия позволяет использовать алитирование в качестве достойной альтернативы дорогостоящим жаростойким покрытиям.
3. Алюминизированная сталь обладает устойчивостью к механическим повреждениям.
4. При температуре свыше 470 °C образуется промежуточный сплав, который имеет высокую устойчивость к температурным воздействиям.

Лабораторные испытания показали, что при равной толщине слой алюминия в 2,5 раза крепче, чем цинковый.

Алитирование – это высокотехнологичный процесс, который придает поверхности обрабатываемого металла новые защитные свойства. А что вы думаете о технологии? Возможно, считаете, что есть более качественные методы металлизации? Поделитесь вашими мыслями в блоке комментариев.