Диффузионная металлизация – это процесс поверхностного насыщения стали металлами. Насыщение алюминием называется алитированием, хромом – хромированием, кремнием – силицированием, титаном – титанированием и т.д.
Для многих деталей теплоэнергетического оборудования требуются жаростойкие покрытия. Их поверхность должна сопротивляться действию рабочей или окружающей среды. Традиционным способом получения таких покрытий является диффузионная металлизация.
При насыщении стали металлами с низкой температурой плавления (алюминий, цинк) чаще применяют их расплавы. Для более тугоплавких металлов (кремний, ванадий) используют контакт стали с их порошковыми ферросплавами или летучими хлоридами металлов (AlCl3, CrCl2, SiCl4 и др.)
Алитирование обычно проводят отжигом в порошкообразных смесях или методом напыления с последующим диффузионным отжигом при 900…1100 °С.
В результате окисления алюминия после алитирования на поверхности стали образуется пленка Al2O3. Она предохраняет сталь от окисления. Сталь приобретает повышенную коррозионную стойкость. Толщина алитированного слоя составляет 0,2…1,0 мм. Алитированию подвергают детали, которые длительное время работают при высоких температурах.
Хромирование изделий, как правило, проводят в порошкообразных смесях (например, в смесях, содержащих 50 % феррохрома, 49 % оксида алюминия и 1 % хлористого аммония). При температуре 1000…1050 °С хром испаряется из феррохрома и диффундирует в сталь. В последнее время используют глубокое хромирование. Оно осуществляется при высоких температурах (1400…1450 °С) на глубину от 2 до 8 мм. Хромирование применяют для деталей, работающих на износ в агрессивных средах (детали паросиловой аппаратуры).
Силицирование проводят для повышения стойкости изделий в морской воде и различных кислотах. Оно осуществляется в порошкообразных смесях, состоящих из 75 % ферросилиция, 20 % шамота и 5 % HCl, а также в газообразной среде (SiCl4) при 950…1000 °С. Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в a-железе. Силицированию подвергают детали оборудования для химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Для получения высокой твердости и износостойкости поверхности стали применяют титанирование. Его проводят в порошковых смесях (например, 75 % порошка низкоуглеродистого титана, 15 % плавикого шпата, 4 % фтористого натрия и 6 % соляной кислоты). Процесс титанирования идет при 800…1000 °С [4].
Разработаны также способы многокомпонентного насыщения поверхности стали несколькими металлами и металлоидами.
Скорость процессов диффузионной металлизации различна в углеродистых и легированных сталях. При этом легирующие элементы могут как ускорять, так и замедлять процесс диффузии.