Chrómovanie difúziou
Difúzne sýtenie povrchu chrómom pri vysokej teplote (inchromovanie).
- Účel
- Odolnosť proti korózii a okysličovaniu za vysokých teplôt.
- Typické použitie
- Diely pre energetiku, pece, chemický priemysel.
- Vhodné materiály
- Ocele, liatina.
- Kategória
- Tepelno-chemické úpravy povrchu
Ako proces funguje
Chrómovanie difúziou (chromizácia) vpravuje do povrchu ocele či superzliatin chróm, čím vzniká extrémne odolná vrstva chrómových karbidov (Cr₇C₃, Cr₂₃C₆) a intermetalických fáz. Poskytuje ochranu proti vysokoteplotnej oxidácii, korózii a karburizácii až do ~1 100 °C.
Najčastejšie sa používa metóda „pack cementation“ – diely sa uzavrú do kontajnera s práškom chrómu, halogenidovým aktivátorom (napr. NH₄Cl) a inertnou výplňou (Al₂O₃). Pri 900–1 050 °C po dobu 4–20 h reaguje halogenid s chrómom za vzniku CrCl₂/CrCl₃, ktoré v parnej fáze difundujú na povrch dielov. Proces nevyžaduje kalenie – po ukončení sa diely ochladia a vzniká pevne včlenený difúzny povlak.
Kľúčové procesné parametre
- Teplota: 900–1 050 °C (typicky 900–1 000 °C)
- Doba: 4–20 h podľa požadovanej hĺbky
- Hrúbka difúznej vrstvy: 50–200 µm (tvrdá karbidická zóna 5–15 µm)
- Tvrdosť vrstvy: ~1 400–1 500 HV
- Médium: prášok chrómu + aktivátor (halogenid, amoniak) + inertná výplň
Typické aplikácie
- Komponenty energetiky – reforméry plynu, diely turbín
- Petrochemické reaktory, rúrkovnice a výmenníky tepla
- Letecké palivové potrubia a turbínové komponenty
- Diely vystavené teplotám nad 500 °C v agresívnych prostrediach (vodík, síra, CO)
Výhody
- Extrémna žiaruvzdornosť – ochrana proti oxidácii a karburizácii do ~1 100 °C
- Pevné včlenenie vrstvy do substrátu – nehrozí odlupovanie ako u PVD povlakov
- Vysoká odolnosť voči metal-dustingu a agresívnym plynom
- Dobrá znášanlivosť teplotných cyklov; diel možno po procese zvárať a spájkovať
Obmedzenia a riziká
- Relatívne tenká tvrdá zóna (5–15 µm karbidov) pri dlhých procesných časoch
- Riziko prasklín pri silnom mechanickom zaťažení
- Nekonzistentná hrúbka pri zlom balení dielov (nerovnomerný prienik halogenidu)
- Nevhodné pre hliníkové zliatiny – hliník bráni difúzii chrómu
Kontrola kvality
- Metalografické meranie hrúbky vrstvy na priečnych rezoch
- Vickersov profil tvrdosti cez povrch (očakávané ~1 400–1 500 HV)
- SEM/EDS mikroanalýza – potvrdenie obsahu Cr a C vo vrstve
- Expozičné skúšky v agresívnych plynoch (sírové, oxidačné, redukčné atmosféry)
Bezpečnosť a životné prostredie
Pri zahriatí halogenidových aktivátorov vzniká korozívny chlorovodík (HCl) a pary CrCl₂/CrCl₃ – vysoko toxické a dráždivé látky. Proces prebieha v uzavretých peciach s odsávaním a neutralizáciou výfukov (napr. vodným kúpeľom). Prach obsahujúci chrómové zlúčeniny musí byť minimalizovaný a odpadové roztoky halogenidov zneškodnené.
Odporúčania pre návrh procesu
- Použiť tam, kde galvanické Ni/Cr povlaky pri vysokých teplotách zlyhávajú
- Zladiť teplotu a čas s chemickým zložením substrátu pre homogénnu difúznu vrstvu
- Pred chromizáciou povrch hladko sústružiť a odmastiť – aktivátory reagujú lepšie na čistom povrchu
- Optimalizáciou doby predchádzať tvorbe krehkých intermetalických fáz (FeCr, NiCr)
Súvisiace normy
- ASTM F1054 — povrchy pre vysokoteplotné prostredia (analogicky)
- ISO 12945 — povrchové tvrdé povlaky (analogicky)
- Procesné listy výrobcov (napr. Diffusion Alloys, IBC Coatings)