¿Qué es Infiltración de metales?

Proceso de tratamiento térmico químico en el que uno o más átomos de metal penetran en la superficie de una pieza de trabajo de metal. La pieza de trabajo de metal se coloca en un agente penetrante que contiene elementos metálicos infiltrantes, se calienta a una cierta temperatura y se mantiene durante un tiempo adecuado, los átomos activos del elemento metálico penetrante generados por la descomposición térmica del agente infiltrante se adsorben en la superficie de la pieza de trabajo y se difunden en la superficie de la pieza de trabajo, cambiando así la composición química, la organización y el rendimiento de la superficie de la pieza de trabajo.

En comparación con la infiltración de no metales, los elementos metálicos tienen un gran radio atómico y son difíciles de infiltrar, y la capa de infiltración es poco profunda, generalmente la difusión debe realizarse a una temperatura más alta.

El compuesto o la película de pasivación formada después de la infiltración del elemento metálico tiene una alta resistencia a la oxidación y corrosión a alta temperatura, y puede adaptarse a diferentes medios ambientales.

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Los métodos de infiltración de metales incluyen principalmente el método sólido (como el método de envasado de polvo, el método de recubrimiento de pasta, etc.), el método líquido (como el método de inmersión en sal fundida, el método de electrólisis de sal fundida, el método de inmersión en caliente, etc.) y el método de gas.

Los elementos metálicos se pueden infiltrar individualmente o en combinación de varios tipos, o se pueden combinar con otros procesos (como galvanoplastia, pulverización, etc.) Los procesos de infiltración de metales que se utilizan ampliamente en la producción incluyen: aluminizado, cromado, infiltración de zinc, aleación de cromo-aluminio, aleación de cromo-aluminio-silicio, aleación de cobalto (níquel, hierro), cromo-aluminio-vanadio y aleación de cromo-aluminio después. revestimiento de tantalio Infiltración, platinización (cobalto) aluminización, infiltración de cerámica entre capas, co-infiltración de aluminio-tierras raras, etc.

Aluminización: después de aluminizaracero y aleaciones a base de níquel a base de cobalto, puede mejorar la resistencia a la oxidación a alta temperatura y la resistencia a la corrosión en medios de gas combustible a alta temperatura que contienen sulfuro de hidrógeno, azufre y óxido de vanadio. Para mejorar las propiedades superficiales de las aleaciones de cobre y las aleaciones de titanio, a veces se utilizan procesos de aluminización.

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Existen muchos métodos de aluminización. La industria metalúrgica adopta principalmente el método de difusión térmica después de la inmersión en caliente, la pulverización electrostática o la deposición electroforética para producir en masa placas de acero aluminizado, tuberías de acero, alambres de acero, etc. Después de la pulverización electrostática o la deposición electroforética, se debe enrollar o enrollar con una pequeña cantidad de deformación para hacer que la capa de aluminio adherida sea densa y luego recocido por difusión.

El aluminio por inmersión en caliente se puede usar en un baño de aluminio puro, pero es más común agregar una pequeña cantidad de zinc, molibdeno, manganeso y silicio al baño de aluminio. La temperatura generalmente se mantiene alrededor de 670 ° C y el tiempo es de 10-25 minutos. El método más utilizado en la industria de maquinaria es el método de empaque en polvo.

El agente de infiltración está compuesto principalmente por un relleno de aleación de aluminio-hierro (o aluminio puro, alúmina) y un catalizador de cloruro de amonio.

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La aluminización se utiliza principalmente para tuberías y contenedores utilizados en los sectores químico, metalúrgico y de la construcción, lo que puede ahorrar mucho acero inoxidable y acero resistente al calor. En el sector de la fabricación de maquinaria, el ámbito de aplicación de la aluminización también se está ampliando. Las piezas de trabajo de acero con bajo contenido de carbono pueden funcionar durante mucho tiempo a 780 después de la aluminización. En un entorno de 900 980 , la vida útil de las piezas aluminizadas es significativamente más larga que la de las no aluminizadas.

Después de aluminizar el acero inoxidable tipo 18-8 y el acero inoxidable al cromo, la resistencia a la corrosión aumenta en gran medida que la del no aluminizado en una atmósfera de sulfuro de hidrógeno a 594 ° C. La resistencia a la corrosión de las válvulas de escape de los automóviles que funcionan bajo la corrosión de los productos de combustión de combustible con plomo a 760 ° C, o las palas de las turbinas de gas que funcionan a 900 ° C, ha aumentado significativamente después de la aluminización.

Cromado: después del cromado,el acero al carbono y el acero de aleación (incluido el acero resistente al calor y la aleación de alta temperatura) pueden mejorar la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste y la resistencia a la oxidación a alta temperatura.

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Existen principalmente métodos en polvo, métodos de gas y métodos de sales fundidas para cromar. Entre ellos, el método en polvo es ampliamente utilizado en la industria. El agente penetrante en polvo se compone de polvo de cromo, haluro de amonio y alúmina. La temperatura de cromado es de 1000 1100 , y el tiempo de mantenimiento es generalmente de 4 8 horas. La aleación a base de níquel después del cromado tiene una capacidad muy alta para inhibir la corrosión por sulfuro a 850 ° C y se puede utilizar para piezas como álabes de turbinas de gas.

Después del cromado, se mejora la resistencia al desgaste del troquel de forja en caliente y la hilera, y se duplica la vida útil. Muchas partes en contacto con agua, aceite o petróleo se tratan con un tratamiento cromático para resistir la corrosión por diversos medios. Las piezas de acero cromado también se pueden utilizar en lugar de acero inoxidable para diversos instrumentos médicos quirúrgicos y dispositivos de procesamiento de productos lácteos.

Sherardizing Después de sherardizing lapieza de trabajo, se puede mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica. Esto se debe a que el zinc es más positivo que el hierro, el zinc se corroe primero en el medio corrosivo, de modo que el sustrato está protegido. En la industria se suele utilizar el sherardizing en polvo, es decir, se utiliza polvo de zinc como agente penetrante, y también se añaden materiales inertes o activos.

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Generalmente se lleva a cabo a 380-400 ° C, y la temperatura se suele mantener durante 2 a 4 horas. La galvanización en caliente consiste en sumergir la pieza de trabajo en el zinc puro fundido a 400 500 y difundir e infiltrar. La capa de sherardizing tiene una buena fuerza de unión con el sustrato, y el espesor es uniforme. Es adecuada para piezas de trabajo con formas complejas, como una capa protectora para piezas con roscas, orificios internos, etc.

El laminado de acero al carbono se ha utilizado en productos como sujetadores, placas de acero, resortes, antenas de radio y televisión.

Co-infiltración e infiltración compuesta”Método de tratamiento térmico químico en el que átomos de dos o más elementos metálicos se infiltran secuencialmente o simultáneamente. A veces, los procesos de tratamiento térmico químico como enchapado-infiltración, pulverización-infiltración, enchapado-pulverización-infiltración y electroforesis-infiltración se utilizan junto con otros procesos.

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La copermeación o la permeación compuesta pueden hacer que la pieza de trabajo obtenga un rendimiento superior que una sola capa protectora de difusión para cumplir con los requisitos especiales de la aviación, aeroespacial y otras industrias de energía para piezas mecánicas.

Por ejemplo, las piezas de co-infiltración de cromo-aluminio tienen buena resistencia a la corrosión por gas que contiene azufre y resistencia a la oxidación a alta temperatura; la co-infiltración de cromo-aluminio-silicio puede obtener un desempeño integral satisfactorio de resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión a alta temperatura.

Por otro ejemplo, cuando la aleación resistente al calor se usa a alta temperatura, existe una difusión mutua entre la capa protectora de difusión superficial y el sustrato, lo que puede reducir el contenido de aleación de la capa superficial y perder el efecto protector. Para resolver este problema, primero se puede infiltrar tantalio (o cromo-tantalio), seguido de aluminización o co-infiltración de cromo-aluminio, níquel (cobalto) -aluminio, etc., o platino (cobalto) seguido de aluminizado.

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Las cerámicas intercaladas infiltradas, como las cerámicas intercaladas aluminizadas en las que las partículas cerámicas de dióxido de titanio y óxido de aluminio están incrustadas en la capa infiltrada, pueden mejorar la resistencia a la oxidación a alta temperatura y el rendimiento anti-pelado, y aumentar la corrosión por azufre y la resistencia al impacto La capacidad de eclipsar.

Si se agregan elementos de tierras raras al agente penetrante, la resistencia a la corrosión de la capa penetrante contra el sulfuro se puede mejorar significativamente.

Deposición de vapor “La deposición devapor es un método moderno para construir carburos metálicos, nitruros, boruros y compuestos compuestos en la superficie de acero, aleaciones a base de níquel, aleaciones a base de cobalto y carburos cementados. Los métodos de recubrimiento se dividen a grandes rasgos en deposición química de vapor y deposición física de vapor.

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La temperatura de procesamiento de la deposición de vapor químico es generalmente superior a 1000 ° C. Por lo general, se cubre una capa de carburo de titanio o nitruro de titanio en la superficie de los moldes de herramientas, acero de alta velocidad y herramientas de carburo cementado, lo que puede aumentar la vida útil decenas de veces.

La capa de recubrimiento formada por la deposición de vapor químico puede difundir uno o dos elementos en el metal base durante el proceso de deposición para formar una capa de transición, lo que mejora la fuerza de unión. Sin embargo, debido a la alta temperatura de procesamiento, la pieza de trabajo se deforma fácilmente y la atmósfera contiene una gran cantidad de cloruro de hidrógeno, que es fácil de contaminar la atmósfera.

La deposición física de vapor heredó las ventajas de la deposición química de vapor para mejorar el rendimiento de la superficie y superó las deficiencias de las altas temperaturas y otras deficiencias. Los métodos principales incluyen la evaporación al vacío, la pulverización catódica al vacío y el revestimiento iónico.

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La característica común de la deposición física de vapor es que las partículas de recubrimiento de alta densidad de energía golpean la pieza de trabajo y la energía liberada hace que la pieza de trabajo se caliente, pero generalmente no excede los 600 , por lo que la distorsión es pequeña. Según las necesidades, el espesor de la capa depositada es de 1 a 150 micrones, generalmente de 5 a 15 micrones.

La deposición física de vapor es superior a la deposición química de vapor en su baja temperatura (como la evaporación de descarga de cátodos huecos, la temperatura de la pieza de trabajo ni siquiera supera los 300 ), pequeña distorsión, sin fragilización por hidrógeno, pero el equipo es más complicado y la combinación con el metal base La resistencia sigue siendo insuficiente.