Chromování difuzí
Difuzní sycení povrchu chromem při vysoké teplotě (inchromování).
- Účel
- Odolnost proti korozi a oxidaci za vysokých teplot.
- Typické použití
- Díly pro energetiku, pece, chemický průmysl.
- Vhodné materiály
- Ocele, liatina.
- Kategorie
- Tepelně-chemické úpravy povrchu
Jak proces funguje
Difuzní chromování (chromizace) vnáší do povrchu oceli či superslitin chrom, čímž vzniká extrémně odolná vrstva karbidů chromu (Cr₇C₃, Cr₂₃C₆) a intermetalických fází. Poskytuje ochranu proti vysokoteplotní oxidaci, korozi a karburaci až do ~1 100 °C.
Nejčastěji se používá metoda „pack cementation“ – díly se uzavřou do kontejneru s chromovým práškem, halogenidovým aktivátorem (např. NH₄Cl) a inertní výplní (Al₂O₃). Při 900–1 050 °C po dobu 4–20 h reaguje halogenid s chromem za vzniku CrCl₂/CrCl₃, které v parní fázi difundují na povrch dílů. Proces nevyžaduje kalení – po ukončení se díly ochladí a vzniká pevně začleněný difuzní povlak.
Klíčové procesní parametry
- Teplota: 900–1 050 °C (typicky 900–1 000 °C)
- Doba: 4–20 h podle požadované hloubky
- Tloušťka difuzní vrstvy: 50–200 µm (tvrdá karbidická zóna 5–15 µm)
- Tvrdost vrstvy: ~1 400–1 500 HV
- Médium: chromový prášek + aktivátor (halogenid, amoniak) + inertní výplň
Typické aplikace
- Komponenty pro energetiku – reforméry plynu, díly turbín
- Petrochemické reaktory, trubkovnice a výměníky tepla
- Letecká palivová potrubí a turbínové komponenty
- Díly vystavené teplotám nad 500 °C v agresivních prostředích (vodík, síra, CO)
Výhody
- Extrémní žáruvzdornost – ochrana proti oxidaci a karburaci do ~1 100 °C
- Pevné začlenění vrstvy do substrátu – nehrozí odlupování jako u PVD povlaků
- Vysoká odolnost vůči metal-dustingu a agresivním plynům
- Dobrá odolnost vůči teplotním cyklům; díl lze po procesu svařovat a pájet
Omezení a rizika
- Relativně tenká tvrdá zóna (5–15 µm karbidů) při dlouhých procesních časech
- Riziko trhlin při silném mechanickém zatížení
- Nekonzistentní tloušťka při špatném balení dílů (nerovnoměrný průnik halogenidu)
- Nevhodné pro hliníkové slitiny – hliník brání difuzi chromu
Kontrola kvality
- Metalografické měření tloušťky vrstvy na příčných řezech
- Vickersův profil tvrdosti přes povrch (očekávané ~1 400–1 500 HV)
- SEM/EDS mikroanalýza – potvrzení obsahu Cr a C ve vrstvě
- Expoziční zkoušky v agresivních plynech (sirné, oxidační, redukční atmosféry)
Bezpečnost a životní prostředí
Při zahřátí halogenidových aktivátorů vzniká korozivní chlorovodík (HCl) a páry CrCl₂/CrCl₃ – vysoce toxické a dráždivé látky. Proces probíhá v uzavřených pecích s odsáváním a neutralizací odpadních plynů (např. vodní lázní). Prach obsahující sloučeniny chromu musí být minimalizován a odpadní roztoky halogenidů zneškodněny.
Doporučení pro návrh procesu
- Použít tam, kde galvanické Ni/Cr povlaky při vysokých teplotách selhávají
- Sladit teplotu a čas s chemickým složením substrátu pro homogenní difuzní vrstvu
- Před chromováním difuzí povrch hladce soustružit a odmastit – aktivátory reagují lépe na čistém povrchu
- Optimalizací doby předcházet tvorbě křehkých intermetalických fází (FeCr, NiCr)
Související normy
- ASTM F1054 — povrchy pro vysokoteplotní prostředí (analogicky)
- ISO 12945 — povrchové tvrdé povlaky (analogicky)
- Procesní listy výrobců (např. Diffusion Alloys, IBC Coatings)