Калоризация

Калоризация — способ насыщения алюминием поверхности стали и в некоторых случаях медных сплавов с целью защиты от окисления при повышенной температуре. Глубина проникновения алюминия колеблется от 0,125 до 1 мм, железоалюминиевый сплав содержит 25— 35% Al. Этот способ напоминает диффузионное цинкование стали — шерардизацию.

Обрабатываемые изделия помещают в барабан со смесью из порошкообразного алюминия, окиси алюминия и небольшого количества AlCl₃.

Барабан медленно вращается и нагревается чаще всего водородным пламенем. Содержание алюминия в смеси колеблется от 5 до 50% в зависимости от обрабатываемых изделий. Для железных и стальных деталей рекомендуется температура 850—950° С, для медных и латунных деталей 700—800° С. Скорость диффузии алюминия в сталь скачкообразно повышается при температуре 906° С. Назначение окиси алюминия сводится к предупреждению от соединения между собой алюминиевых частиц, поскольку поддерживаемая температура значительно превышает температуру плавления алюминия. Расход металлического и хлористого алюминия необходимо время от времени пополнять.

Процесс калоризации может быть представлен следующей реакцией:
2AlCl₃(г) + 3Fe(TB) → 3FeCl₂(г) + 2Al(Тв).

Получающееся при этом покрытие обладает необходимой структурой и свойствами. Вместо водорода для нагрева может быть использован светильный газ, аммиак или хлористый аммоний.

Осаждаемый в процессе калоризации алюминий сплавляется с основным металлом. Наружный твердый, грубый и пористый слой с большим содержанием алюминия примерного состава FeAl₃, не защищает сколько-нибудь серьезно основной металл. Ниже наружного слоя расположена область твердого раствора алюминия в основном металле (рис. 80).

Рис. 80. Структура алюминиевого покрытия по стали; травление в спиртовом растворе азотной кислоты. X100:
а — покрытие, полученное погружением стали в расплавленный алюминий; верхний слой — алюминий, нижний, примыкающий к стальной основе — железоалюминиевый сплав; б — покрытие на стали, полученное методом калоризации

Рис. 81. Скорость окисления калоризованного (нижние 2 кривые) и некалоризованного (верхние 2 кривые) железа. Точками обозначена температура 1000° С, кружочками 800° C

На рис. 81 показана скорость окисления стали при 800 и 1000° С, до и после калоризации. Хорошее сопротивление против окисления калоризованной стали может быть объяснено образованием прочно сцепленной с основой пленкой окиси алюминия. Эта пленка имеет незначительную толщину, порядка 0,025—0,1 мм. В процессе нагревания алюминий диффундирует все глубже в металл и покрытие становится толще, но содержание алюминия в нем уменьшается. Этим обстоятельством ограничивается температура, при которой можно использовать калоризованную сталь с должным эффектом. Если наружная защитная пленка в результате эксплуатации калоризованного изделия разрушена в течение определенного времени, то восстановить повреждение невозможно вследствие диффузии алюминия в глубинные слои и изделие выходит из строя за короткое время.

Установлено, что до температуры 900° С стальные изделия, подвергнутые калоризации, могут неограниченно долго сохранять свою стойкость против окисления. В интервале 900—980° С обработанные калоризацией изделия служат в 20 раз больше, чем необработанные, а в интервале 980—1100° С — только в 5 раз больше.

Изделия, подвергнутые калоризации, не могут быть деформированы без разрушения пленки. Вязкость пленки обеспечивает только 5%-ное удлинение обработанных изделий. Калоризованная сталь хорошо сопротивляется воздействию сернистых газов и расплавленных солей, но корродирует в водных растворах минеральных кислот.

Калоризация широко применяется для оборудования, предназначенного для рафинирования масел, перегонных кубов в крекинге нефти, для защиты различного рода печных деталей и узлов, включая конвейеры сушильных и обжиговых печей, пирометрическое оборудование, оборудование по добыче угля, а также в некоторых менее существенных областях, где необходимо защищать поверхность от окисления и воздействия серы при высоких температурах.