способ получения коррозионностойких изделий на основе углерода

Формула изобретения

Способ получения коррозионно-стойких изделий на основе углерода, включающий пропитку изделий расплавом кремния с добавкой меди, отличающийся тем, что пропитку производят расплавом с содержанием меди 0,5 2,5 мас.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения антифрикционных коррозионностойких изделий, предназначенных для использования в качестве элементов трения в оборудовании, транспортирующем жидкие среды.

Известен способ получения изделий на основе углерода, включающий пропитку углеродных изделий расплавом на основе кремния с примесями железа и алюминия [1] Однако этот способ не позволяет получить конечный материал с повышенной коррозионной стойкостью и стабильными линейными размерами.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является способ получения графитосодержащих изделий, включающий пропитку углеродных изделий расплавом на основе кремния с добавкой меди [2] Однако и этот способ получения графитосодержащих изделий не в полной мере обеспечивает получение конечного материала с требуемой коррозионной стойкостью и стабильными линейными размерами.

В основу изобретения поставлена задача получения изделий на основе углерода с повышенной коррозионной стойкостью в агрессивных средах, например, в хромовом электролите, и стабильными линейными размерами изделий из конечного материала.

Поставленная задача решается тем, что способ получения коррозионностойких изделий на основе углерода согласно изобретению включает пропитку углеродной основы расплавом кремния, содержащем 0,5-2,5 мас. меди. Введение в расплав кремния меди в количестве 0,5-2,5 мас. позволяет стабилизировать размеры деталей из углеродного антифрикционного материала и практически исключить внутренние напряжения, поскольку кристаллизация меднокремниевого расплава данного состава в процессе охлаждения изделий происходит без проявления объемного эффекта, свойственного нелегированному кремнию. Кроме того, оптимизация состава меднокремниевого сплава способствует образованию в объеме конечного материала однородного твердого раствора на основе кремния без образования хрупких и нестойких силицидов меди, например, SiCu₃, SiCu₄ и включений свободной меди, присутствующих в расплавах кремния с содержанием меди более 2,5 мас. Именно эти два фактора существенно снижают коррозионную стойкость конечного материала в агрессивных средах, так как идет преимущественное и интенсивное вымывание с рабочей поверхности деталей силицидов меди и включений свободной, не связанной, меди.

Ниже приводятся примеры получения конечных коррозионностойких изделий на основе углерода по заявляемому способу.

Пример 1. Углеродное изделие в виде кольца по ТУ 48-20-81-76 _нар.130 мм, _вн. 80 мм, H=15 мм загружают в электрическую печь, создают вакуум до 10^-1 мм рт.ст. нагревают до температуры 1950^oC и пропитывают методом дождевания расплавом состава, мас. Cu 0,3, Si остальное с изотермической выдержкой в течение 10 мин. Охлаждение производят вместе с печью до 800^oC. Затем изделие выгружают и охлаждают на воздухе. В последующих примерах размеры углеродного изделия по примеру 1.

Пример 2. Углеродное изделие в виде кольца по ТУ 48-20-63-82 помещают в электрическую печь над расплавом состава, мас. Cu 0,5, Si остальное, нагревают до температуры 1900^oC и погружают в расплав с изотермической выдержкой в течение 15 мин. Затем изделие удаляют из расплава и охлаждают на воздухе.

Пример 3. Углеродное изделие в виде кольца по ТУ 48-20-89-87 пропитывают методом дождевания расплавом состава, мас. Cu 1,5, Si остальное.

Пример 4. Углеродное изделие в виде кольца по ТУ 48-20-81-76 пропитывают методом погружения в расплав состава, мас. Cu 2,5, Si остальное при температуре 2000^oC с изотермической выдержкой 10 мин.

Пример 5. Углеродное изделие в виде кольца по ТУ 48-20-10-83 пропитывают методом дождевания расплавом состава, мас. Cu 2,8, Si остальное при температуре 1900^oC в течение 20 мин.

В таблице представлены сравнительные данные по коррозионной стойкости и стабильности линейных размеров конечных изделий, полученных по примерам 1-5 и прототипу. В примерах 1 и 5 представлены запредельные значения заявляемого содержания меди в расплаве.

Коррозионная стойкость материалов оценивалась по убыли веса образцов в хромовом электролите (состава: CrO₃=220-250г/л; H₂SO₄=1,8-2,1г/л; Fe=8г/л) плотностью 1,22-1,28 г/см³ при температуре 522^oC, давлении 5 кг/см², скорости вращения 15 м/с, т.е. в условиях, имитирующих реальную эксплуатацию торцевых уплотнений насосов, транспортирующих хромовый электролит.

Как видно из таблицы, заявляемый способ получения коррозионностойких изделий на основе углерода по примерам 2-4 позволяет:

повысить коррозионную стойкость конечного материала по сравнению с прототипом в 3-5 раз;

улучшить стабильность линейных размеров конечного материала в 2-3 раза.