Химическая и химико-термическая обработка металлов

1. Химическая и химико-термическая обработка металлов

Химическая и
химикотермическая
обработка
металлов
Выполнил:
Комиссаров И.П
Группа:23Т

2. Обработка металла

Металлы для достижения тех или иных целей, в частности перед
покраской, поддают различным обработкам, особой
популярностью среди которых пользуется химическая (также
существует механическая и термическая). Так как почти каждый
металл способен ржаветь, и ржавчина выступает настоящей
болезнью металлических изделий, ухудшающей их свойства, их
поверхности важно своевременно избавлять от признаков
ржавчины. Это продлит срок службы техники и инструмента.

3. Химическая обработка

Химическая обработка металлов – это различные
процессы, призванные удалить с металлической поверхности
слой материала путем выполнения ряда хим. реакций, а
также создать защитный слой. Специальные растворы
способствуют формированию окисных и прочих соединений.
В результате появляется пленка, качество которой зависит от
многих факторов, среди которых: хим. состав раствора,
температура обработки, продолжительность воздействия
раствора на металл, а также степень дообработочной
подготовки изделия.

4. Цель и преимущества

Цель хим. обработки – увеличение прочностных характеристик , защита от коррозии, и
таким образом повышение эксплуатационного срока техники/изделий. Часто ее
используют при ремонте технической базы предприятия
Основные преимущества:
– значительная производительность, благодаря оперативности химических реакций;
– доступность обработки вязких и твердых материалов;
– отсутствие лишних влияний на металл (механического/температурного).

5. Методы химической обработки металлов

1.
распыление
2.
погружение
3.
обработка паром, или пароструйная
4.
метод глубокого травления

6. распыление 

распыление
(воздействие на металл струей раствора под низким давлением). Лучший
вариант техники – тупиковые/проходные механизмы, за счет высокого
уровня наработки. При этом проходным свойственна наивысшая
производительность. Специальные агрегаты могут обрабатывать без
прерывания работы. Предпочтение отдается одному типу конвейера как при
подготовке, так и непосредственно при выполнении основной задачи. Чтобы
результат был максимально качественным, скорость движения устройства
допустимо ограничивать;

7. погружение

(расположение металла в специально
подготовленном растворе на
определенное время). Здесь для
подготовки понадобится
оборудование, рабочее пространство
которого выглядит, как отдельные
расположенные в четком порядке
емкости. Оно должно быть
комплектовано смешивателями,
трубчатыми разводками, идущими к
отделению для сушки, и
транспортером;

8. Обработка паром

Метод состоит в обработке стальных и чугунных деталей
перегретым паром при температуре 500— 600°С, давлении
пара до 0,1 МПа и выдержке 1—2 ч. Метод прост, не требует
сложного дорогостоящего оборудования и не вреден для
обслуживающего персонала. Обработке подвергают
поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, инструмент из быстрорежущей стали и другие изделия.
Образующаяся в процессе обработки деталей окисная пленка
способствует приработке, уменьшает вероятность возникновения задиров и увеличивает износостойкость деталей.

9. метод глубокого травления

метод глубокого травления
Особым спросом на предприятиях
металлургии, машиностроения и т.д.
пользуется метод глубокого травления (хим.
фрезерования). Он предпочтителен для
изделий, имеющих сложную форму
поверхности, произведенных из тонкого
металла, и тогда, когда нужно обработать
много небольших деталей.
Другие методы: оксидирование (формирование
защитной оксидной пленки), анодирование
(электрохим. оксидирование алюминия),
воронение (нанесение оксидной пленки на
сталь), цинкование (выполнение цинкового
слоя-защиты), а также фторирование,
хромирование, нитрирование и т.д. При этом
постоянно появляются новые, более
прогрессивные методы хим. обработки
металлов.

10. Химия для обработки металлов

Для осуществления этой задачи могут понадобиться различные химические средства. Основные
из них – кислоты, главным образом, ортофосфорная, соляная и серная. Они эффективно
очищают поверхности и ликвидируют коррозионные проявления. Используются, как правило, в
разбавленном виде и совместно с ингибитором коррозии – уротропином. В зависимости от
размера поверхности, покрытой ржавчиной, кислоты могут наноситься с помощью кисточки
или распылителя.
Все средства хим. обработки принадлежат к одному из двух типов: смываемому или
несмываемому. Первый достаточно результативный, но имеет один недостаток. После
обработки такие средства смываются водой, а из-за этого ржавчину может сменить коррозия.
Чтобы этого не произошло, сразу же после использования воды металл необходимо высушить и
обработать антикоррозионным препаратом. При использовании несмываемых веществ, когда
нет необходимости дополнительно задействовать воду, плюс к высокой эффективности
прибавляется удобство, исключающее трату дополнительного времени, осуществление
вспомогательных процессов и расходы на средства для постобработки.

11. Химия

Ортофосфорная кислота. Раствор данного вещества является особенно эффективным для
обработки металлов, поэтому и задействуется наиболее часто. Его рабочая концентрация, как
правило – 15-30 %. Он трансформирует ржавчину на металле в прочное покрытие. Чтобы
улучшить эффект, ортофосфатную кислоту можно компонировать с бутанолом или винной
кислотой. Положительный эффект реализуется путем образования на поверхности ортофосфата
железа, создающего покрытие-защиту коричневого окраса.
Серная кислота и соляная кислота, а точнее их 5 %-е растворы с водой, принадлежат к
веществам из группы несмываемых. Они также эффективны, но без уротропина их применять
не рекомендовано. Иначе будет разъедена не только ржавчина, но и сама металлическая
поверхность. Сульфатная кислота особо эффективно удаляет окиси из стали, цинка и серебра.
Сульфат цинка. Данное вещество – важнейший участник такого процесса, как цинкование.
Оптимальная концентрация – 200-300 г/л. Работы должны осуществляться при комнатной t.
Чтобы улучшить структуру покрытия, дополнительно можно использовать такие соли,
как сульфат натрия (для увеличения электропроводности), сульфат алюминия (для
стабилизации pH) и другие вещества.

12. Реактивы для обработки металлов

1.
Хлорид цинка. Обработка кислотами может привести к образованию на металле серых пятен. Чтобы от них
избавиться, необходимо использовать раствор хлорида цинка. Помещаете в него деталь, после вынимаете,
немного подогреваете до высыхания и промываете водой. В результате таких несложных манипуляций серые
пятна будут удалены, а поверхность станет совершенно чистой.
2.
Азотная кислота. Может служить дополнением при очистке меди, бронзы и латуни с помощью
концентрированной H2SO4. Также пригодится для того, чтобы сделать поверхность матовой. Для этого берут
комплекс из азотной и серной кислот, плюс поваренная соль и сульфат цинка. Чем дольше металл будет
находиться в таком растворе, тем его поверхность будет более матовой. После размещения в нем изделие
необходимо хорошо промыть и оперативно просушить, к примеру, в опилках.
3.
Концентрированная азотная кислота с сосновой сажей в небольшом объеме – отличный способ избавить от
окиси железо и сталь. Здесь понадобится двукратное погружение в раствор с промежуточными промывками.
4.
Также данная кислота убирает медный слой из цинковых изделий.
5.
Кроме того, при обработке металлов могут понадобиться различные соединения натрия: бензоат
натрия, нитрит натрия, гидрокарбонат натрия и другие реактивы

13. Химико-термическая обработка

Химикотермическая
обработка
Химико-термической обработкой называется процесс
поверхностного насыщения стали различными
элементами, процесс изменения химического состава,
микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали
Изменение химического состава поверхностных слоев
достигается в результате их взаимодействия с
окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной,
плазменной), в которой осуществляется нагрев. В
результате изменения химического состава
поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и
микроструктура. Основными параметрами химикотермической обработки являются температура нагрева
и продолжительность выдержки. Цель химикотермической обработки - поверхностное упрочнение
металлов и сплавов и повышение их стойкости против
воздействия внешних агрессивных сред при
нормальной и повышенной температурах.

14. Процессы химико-термической обработки

Диссоциация
Адсорбция
Диффузия

15.  Стадии:

Стадии:
1.
диссоциации, которая заключается в распаде молекул и образовании активных атомов
диффундирующего элемента. Например, диссоциации окиси углерода 2СО→СО2+С или
аммиака 2НN3→3Н2+2N;
2.
адсорбции, т.е. контактирования атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального
изделия и образования химических связей с атомами металла;
3.
диффузии, т.е. проникновения насыщающего элемента в глубь металла. Скорость диффузии при
проникновении диффундирующих атомов в решетку растворителя будет выше, если при
взаимодействии образуется твердые растворы внедрения, и значительно ниже, если образуются
твердые растворы замещения. Концентрация диффундирующего элемента на поверхности
зависит от притока атомов этого элемента к поверхности и от скорости диффузионных
процессов, т.е. отвода этих атомов в глубь металла. Толщина диффузионного слоя зависит от
температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении и концентрации
диффундирующего элемента на поверхности. Чем выше концентрация
диффундирующего элемента на поверхности детали, тем выше толщина слоя. Чем выше
температура процесса, тем больше скорость диффузии атомов, а следственно, возрастает
толщина диффузионного слоя

16. Основными разновидностями химико-термической обработки

• цементация (насыщение поверхностного
слоя углеродом);
Основными
разновидностями
химикотермической
обработки
• азотирование (насыщение поверхностного
слоя азотом);
• нитроцементация или цианирование
(насыщение поверхностного слоя
одновременно углеродом и азотом);
• диффузионная металлизация (насыщение
поверхностного слоя различными металлами).

17. Цементация

Науглероживание
(Цементация) Цементацией называется
процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий
углеродом. Цементация осуществляется с целью получения
высокой твердости на поверхности изделия при сохранении
вязкой сердцевины, она способствует повышению
износостойкости и предела выносливости. Цементацией
подвергают детали из низкоуглеродистых сталей (до 0,25%),
работающие в условиях контактного износа и знакопеременных
нагрузок (втулки, поршневые пальцы, кулачки, колонки и т.д.) . Для
цементации детали поступают после механической обработки с
припуском на шлифование 0,05-0,10мм. Участки, не
подлежащие цементации, защищают тонким слоем меди,
наносимым электрическим способом, или специальными
обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и
асбеста, замешанных на жидком стекле. Цементация
осуществляется при температурах выше 900-950 o С. Чем
меньше углерода в стали, тем выше температура нагрева для
цементации. При этих температурах атомарный углерод
адсорбируется на поверхности стали и диффундирует в глубь
металла. В результате цементации содержание углерода в
поверхностном слое составляет 0,8-1,0 %. Более высокая
концентрация углерода способствует охрупчиванию
цементованного слоя. Среда, в которой проводят цементацию,
называют карбюризатором.

18. Азотирование 

Азотирование
Азотирование Азотированием называется процесс
насыщения поверхности стали азотом. Процесс
осуществляется в среде аммиака при температуре 480-650 o
С, который при нагревании диссоциирует, поставляя
активный атомарный азот: 2NН4 →2N+4Н2 который
диффундирует в поверхностные слои детали. При
азотировании легированных сталей, содержащих алюминий,
молибден, хром, титан азот образует с легирующими
элементами устойчивые нитриды (нитриды этих элементов
дисперсны и обладают высокой твердостью и термической
устойчивостью. При азотировании увеличиваются не только
твердость (твердость поверхностного слоя деталей после
азотирования достигает HV 11000-12000) и износостойкость,
но также повышается коррозионная стойкость.

19. Диффузионная металлизация

Диффузионная металлизация Диффузионной металлизация - это
процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали
различными металлами. Она может осуществляться в твердых, жидких
и газообразных средах. При диффузионной металлизации в твердых
средах применяют порошкообразные смеси, состоящие из
ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количестве 0,55%. Жидкая диффузионная металлизация осуществляется
погружением детали в расплавленный металл (например цинк,
алюминий). При газовом способе насыщения применяют летучие
хлористые соединения металлов, образующиеся при взаимодействии
хлора с металлами при высоких температурах . Диффузия металлов
в железе идет значительно медленнее, чем углерода и азота, потому
что углерод и азот образуют с железом твердые растворы внедрения,
а металлы – твердые растворы замещения. Это приводит к тому, что
диффузионные слои при металлизации получаются в десятки раз
более тонкими. Поверхностное насыщение стали металлами
проводится при температуре 900- 1200 o С. Алитированием называется
процесс насыщения поверхности стали алюминием. В результате
алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость и
коррозионную стойкость в атмосфере и в ряде сред. При
алитировании в порошкообразных смесях чистые детали вместе со
смесью упаковывают в железный ящик.

20. Цианирование и нитроцементация

Цианирование называется процесс одновременного
насыщения поверхности деталей углеродом и
азотом. На состав и свойства цианированного слоя
особое влияние оказывает температура процесса.
Повышение температуры цианирования ведет к
увеличению содержания углерода в слое, снижение
температуры - к увеличению содержания азота.
Толщина цианированного слоя также зависит от
температуры и продолжительности процесса. Для
цианирования применяют стали, содержащие 0,30,4% углеродаРазличают жидкое и газовое
цианирование. Газовое цианирование еще называют
нитроцементацией. Жидкое цианирование проводят в
расплавленных солях, содержащих цианистый
натрий NaCN. Примерный состав ванны следующий:
20-25% NаCN; 25-50% NaСl и 25-50% Na2CO3. Первый
состав применяют для цианирования при 820-850 o С,
второй - при 900-950 o С.