Способ нанесения покрытия на изделия из углерод-углеродного композиционного материала

Е ИЗОБРЕТ И ОП ПАТЕНТУ Комитет Российской Федераци по патентам и товарным знака(54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ИЗ -ДЕЛИЯ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(57) Использование: изобретение относится к машиностроению, в частности к получению жаростойких композиционных материалов путем нанесения в) КЦ (и) 2272 О и 5 С 04 В 41/80 С 04 Н 4189,покрытий на углерод - углеродные композиты дпя обеспечения их работоспособности в окислитепьной среде. Сущность изобретения: сгюсоб включает формирование внутреннего карбидного барьерного слоя и внешнего керамического слоя. Барьерный слой формируют из карбида тантала путем его газофазного осаждения на поверхность У".КМ, а внешний керамический слой наносят поверх внутреннего из суспензии, содержащей смесь порошков силицидов тугоплавких металлов Ч В и 1 Ч В групп Периодической системы эвтектического состава, с последующим оплавпением защитного слоя и его диффузионным силицированием, причем силицировэние ведут до образования промежуточного слоя силицида тантала.Изобретение относится к машиностроению, в частности к получению жаростойких композиционных материалов путем нанесения покрытий на углерод-углеродные композиты для обеспечения их работоспособности в окислительной среде.Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по уровню жаростойкости получаемых их УУКМ покрытий является способ, заключающийся в обеспечении защиты от окисления при 650 - 2200 С путем нанесения слоя РС методом диффузионного насыщения и слоя стабилизированного Ег 02, формируемого методом катодного распыления,Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает термостойкости и длительного ресурса работоспособности УУКМ в режиме термоциклирования, Зто обьясняется тем, что между внешним и карбидным слоями отсутствует диффузионная связь: адгезия Ег 02 к РС обеспечивается за счет сил физического взаимодействия. В связи с этим при термоциклировании покрытия за счЕт боазницы в КЛТР ( а 7 го 2 = 11 10 град а эс =410 град ) происходит растрески-б .1вание и отслаивание слоя на основе оксида циркония, что приводит к потере работоспособности покрытия на УУКМ, особенно при повышенных температурах (1500 - 2200 С).Цель изобретения состоит в повышении термостойкости и увеличении ресурса работоспособности при температурах 650 - 1900 О С.Поставленная цель достигается тем, что в способе нанесения покрытия на изделия из УУКМ, включающем формирование внутренного карбидного барьерного слоя и внешнего керамического слоя, барьерный слой формируют из карбида тантала путем его газофазного осаждения на поверхность УУКМ, а внешний керамический слой наносят поверх внутреннего из суспензии, содержащей смесь порошков силицидов тугоплавких металлов у 1 В и И В групп Периодической системы эвтектического состава, с последующим оппавлением защитного слоя и его диффузионным силицированием, причем силицирование ведут до образования промежуточного слоя сипицида тантала,Применение карбида тантала в качестве барьерного слоя и сипицида тантала в качестве промежуточного между барьеоным и защитным слоями необходимо иэ-эа высокой тугоппавкости и термостабильности как карбида, так и всех без исключения силицидов тантала (минимальная температураплавления у силицида тантала 2200 С), Силицидные соединения других тугоплавкихметаллов, карбиды которых также могут ис 5 пользоваться в качестве барьерных (титана,циркония и гафния), имеют значительно более низкую температуру плавления высшихсилицидов (1500 - 1900 С),ТаС осаждается на поверхность отдельных10 структурных элементов УУКМ в результатереакции ТаСб+ СНБ ТаС+ НС 1, По сравнению с различными вариантами термодиффузионного способа, которые приводят крастрескиванию углерода подложки, что15 ухудшает сцепление карбидного слоя сУУКМ, газофазный способ позволяет получать плотные, бездефектные, хорошо сцепленные с подложкой покрытия безнеизбежной для реактивных методов диф 20 фуэионной пористости на границе разделафаэ, Оплавление смеси силицидных порошков перед диффузионным силицированиемприводит к высокой адгеэии защитного слояуже на промекуточной стадии нанесения25 покрытия. Силицирование обеспечивает какнеобходимый фазовый состав покрытия, таки формирование промежуточного диффузионного слоя силицида тантала,П р и м е р 1, На экспериментральный30 образец и образец-свидетель из УУКМ методом химического осаждения из паро-газовой смеси ТаС 1 б, СНл был нанесен слойкарбида тантала ТаС толщиной 5 - 10 мкм.Затем из шликерной суспензии, содержа 35 щей смесь порошков Мо 512, МоБРэ, Н 151эвтектического состава методом окунаниянанесли покрытие толщиной 50 - 70 мкм. После высокотемпературного оплавленияосажденного слоя в вакуумной печи типа40 СНВ при 1850 С образец с покрытием подвергали активированному силицированию ввакуумной печи типа СШВ в засыпке порошка кремния при 1200 С в течение 6 ч, Образование промежуточного слоя сипицидатантала контролировали по появлению на дифрактограмме образца-свидетеля пиков, характерных для сипицида тантала,Образец с покрытием подвергали испытанию в окиспительном потоке газа при501750 С в течение 1.5 ч. Через каждые 5 мин испытаний проводили охлаждение и затем снова нагрев до температуры испытаний, Покрытие выдержало беэ разрушения 30 термоциклов, унос массы практически от 55сутствовап,Испытанный по аналогичному рекилуобразец. прототипа выдержал 3 терлоцикла, затем керамическое покрытие на основе Ег 02 отслоилОсь.(56) Патент США М 4500602,кл, В 32 В 9/00, опубл. 1985 г. 20 Ф о рмула изобретения Составитель Е,ЮдинаРедактор Н. Семенова Техред М,Моргентал Корректор Е,Папп Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 3212 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 П р и м е р 2. На экспериментальный образец и образец-свидетель из УУКМ методом газофазного осаждения был нанесен слой карбида тантала толщиной 10 - 12 мкм. Затем из шликерной суспензии, содержащей смесь порошков В/52, Ф/5%э, Н 132 звтектического состава. нанесли покрытие толщиной 70 - 100 мкм. После высокотемпературного оплавления покрытия в печи типа СНВ при 1950 С(Рост, =10 мм рт,ст)образец вместе с образцом-свидетелем подвергали активированному силицированию в вакуумной печитипа СШВ взасыпке порошка кремния при 1200 С в течение 8 ч. Контрольный рентгенофазный анализ покрытия на образце-свидетеле показал присутствие в многослойном покрытии промежуточной фазы силицидов тантала. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА,вклю чающий последовательное формирование внутреннего карбидного барьерного слоя и внешнего керамического слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости и увеличения ресурса Образец с покрытием подвергали испытанию в окислительном потоке газа при 1900 С в течение 1,5 ч, После каждой;,зсятиминутной выдержки при 1900 С изделие 5 охлаждали до 100 С и вновь нагревали до1900 С. Спустя 15 термоциклов покрытие осталось без изменений, потеря массы практически отсутствовала,Использование предлагаемого способа 10 нанесения покрытия на изделия из УУКМпозволяет по сравнению с техническим решением, описанным в прототипе, резко поднять работоспособность изделий из УУКМ в окислительной среде при температурах до 15 1900 С в условиях термоциклирования. работоспособности при 650- 1900 С, внутренний слой формируют из карбида тантала путем газофазного осаждения, а внешний слой наносят из суспензии, содержащей эвтектическую смесь порошков силицидов тугоплавких металлов К в и Ч 1 в групп с последующим оплавлением покрытия и дополнительным нагревом в засыпке кремния до образования промежуточного слоя силицидэ тантала,