Способ получения покрытия наизделиях из ниобия и его сплавов

Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскмкСоциалистическиеРеспублик 1 и 823455(23 ) Приоритет по делам изобретений и открытий(53) УДК 621.785, .51 539(088.8) Опубликовано 23.04,81, Бюллетень РЙ 15 Дата опубликования описания 23,04.81. 1 М. С. Бирпин, А. В. Касаткин, Л. И, Захарова и Г, М. Анурова(72) Авторы . изобретения Ордена Трудового Красного Знамени институт физической химии АН СССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ НИОБИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Изобретение относится к нанесению эа щитных покрытий на тугоппавкие металФ пы, в частности на ниобий и его сплавы, и может быть использовано в различных областях техники для зашиты указанных материалов от высокотемпературного окис 5 пения.Известен способ нанесения на поверх ность ниобия или его сплава слоя молибдена и его последующее сипицированиеоПолучаемые. покрытия удовлетворительно защищают метапп от окисления при температурах до 1400-1500 ОС (11.Однако, при более высоких температурах их эашитная способность сравнительно невелика.Известен также способ, согласно которому нанесенный на поверхность ниобия слой молибдена последовательно борируют и сипицируют. Покрытие нв основе Мои 2 легированное бором, получаемое по укаэанному способу, обладает более высокими зицитными свойствами, по сравнению с непегированными вплоть до 1600 С )2. Недостатком известного способа является относительно низкая жаростойкостьполучаемых покрытий при температурахвыше 1600 С.ОБель изобретения - повышение жаростойкости получаемых покрытий.Поставленная цель достигается тем,что на ниобий или ниобиевый сплав наносят молибденовый спой, который сначалаборосилицируют в среде, содержащей дисипицид, по крайней мере, одного из металлов, выбранных из группы молибден,вольфрам, цирконий, гафний и борид, покрайней мере, одного из металлов 1,У-агруппы, а затем дополнительно сипицируют в среде, содержащей кремний.Кроме того, боросипицнрование проводят в среде, содержащей компоненты вследующем соотношении, молЛ: дисипицид 60-95 и борид 5-40,При термообработке мопибденированного ниобня в смесях укаэанных силицидови боридов образуется трехслойное покрытие, внутренний слой которого представ30 оформления. шликерным способом. Затем образцы бо 30росилицируют при разряжении 10 ф тори 1400 С в порошковой смеси состава,Омол.%; дисилицид вольфрама 95 и боридтитана 5.Продолжительность боросилицирования5 ч. Силицирование проводят в среде алементарного кремния в атмосфере аргонапри 1200 С в течение 3 ч,0П р и м е р 2. Образцы ниобиевогосплава 5 ВМЫ с молибденовым покрытиемтолщиной 70 мкм, нанесенным плазменным напылением, боросилицируют в вакууме (10 ф тор) при 1450)С в течение6 ч в среде состава, моп.%: дисилицидмолибдена 60 и борид циркония 40 к которой добавляют 20% инертного разбавителя ЛООЗ,Силицирование проводят в среде кремния +3% КГ при 1150 С 3 ч в атмосферре аргона,50 П р и м е р 3 На образцы ниобиевого сплава ЛНнаносят слой молибдена шликерным методом толщиной 60 мкми затем проводят боросилицирование попримеру 1 в среде состава, мол.%: писцы лицид циркония 70 и борид гафния 30.Силицироввние проводят. в соеде кремния +3% КР при 1150 С в течение 2 чв атмосфере вргона. 3 823 . ляет собой борип ниобия ( МЬЬ) промежуточный слой - низкий силицид молибдена, а внешний слой - высший силид молибдена (Моби), содержащий 10-20% элемента.1 У-а группы в виде твердого раствора.После силицирования покрытия в среде, содержащей элементарный кремний, образуется покрытие, состоящее из внутреннего ( НЬ Ь ) и наружного слоев (твердый раствор высших силицидов молибдена и элемента 1 У-а группы), в котором нв внешней границе покрытия концентрация ниобия уменьшается до значений, находящихся ниже предела чувствительности аналитических методик, в концентрация элемента 1 У-а группы у атой границы, наоборот, максимальна.Такое сочетание слоев благоприятно в отношении стабильности структуры покрытий и его жаростойких свойс-,в. Слой борида ниобия является эффективным барьером для диффузии кремнич из покрытия в металл. Кроме того, он связывает ниобий в прочное соединение, препятствующее диффузии ниобия в вышележащие слои покрытия, и является источником бора, который, пиффунпируя к поверхности покрытия, придает ему способность к свмозалечиванию.Повышенная жаростойкость получаемоФ го покрытия при 1700-1800 С обеспечивается наличием элементов 1 У-в группы, образующих при окислении тугоплавкие окислы (особенно ато касается.циркония и гафния).Процесс нанесения покрытия по предлагаемому способу осуществляют слепующим образом.На шлифованные и протрввленные образцы ниобия или его сплавы наносят слоймолибдена, Нанесение слоя молибдена может быть осуществлено любыми известными способами, например плазменным напылением иэ шлакера, гаэофазным осаж-дением и пр.Затем образцы помещают в тщательноперемешанную смесь силицнда и борида (крупность частиц 50-200 мкм) и проводят насыщение в среде инертного газа-фили в вакууме не менее 1 ф 10 тор при1200-1400 С. Продолжительность обрвЭботки определяется толщиной слоя молибдена.Для снижения скорости спекания порошковой смеси (для боросилицирования)в нее целесообразно (хотя и необязательно) добавлять инертный разбавитель вколичестве до 40% по массе, При малых 455 4 концентрациях инертного раэбавителя мо кет происходить сильное спекание шихты.,При превышении верхнего передела концентрации разбввителя скорость процесса сиикается, В качестве инертных раэбввителей можно испольэовать тугоплавкие окислы (например АОО,г О, и Н 10),нитриды (например, Х О М и Н 1 й ), карбиды (например, Т С,2.РС и Н 1 С ).При повышении концентрации дисилицида в смеси выше 95 мол.% скорость боросилицироввпия падает, в при ее понижении ниже 60 мол,% в наружном слое покрытия образуются включения боридв молибдена (МоВ), которые при окислении образуют большие концентрации борного ангидрида, резко понижающего температуру размягчения окисной пленки.Операцию силицирования можно проводить любым известным способом, в том числс гаэофаэным силицироввнием или в порошковых смесях, содержащих элементарный кремний, причем последний вариант является более предпочтительнымвследствие простоты его аппврвтурного П р и м е р 1. На образцы ниобиядиаметром 1,5 мм и длиной 40-50 ммнаносят слой молибдена толщиной 50 мкмвз 2. Способ ийся те сводят в ср . Дисилицид Бориа. тличаюоси пицированиемол,Ъ 60-955-40 оп.1,о , что бор е состав лавМ 11 Приме 0-60 10-1 2 0-50 8-10 бий рим ки инфо Источ принятые во1. Высокоте крытия, - Обз раслевые вопр ГОСИНТИ, 19 2. Авторск И, 651598, киэ Сплав ЛН"1 ри экспертизе е защитные помация "Межоттехники, М.,внимание мператур рная инфо риме Известный Нио 0 науки и вып. 6. видетепь 23 С ство СССР 7/00, 197 оставитель Л. Бурпиноваехред Л,Пекарь Корректор яга Редактор Г. КацаЗаказ 2010/34 По Тираж 104 НИИПИ Государс по аелам изоб 35, Москва, Жсное ССР твенного комитета Сетений и открытий35, Раушская нвб.,атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 филиал П П р и м е р 4. Образцы ниобия с мопибаеновым слоем толщиной 70 мкм, на-несенным плазменным напылением, боросилицируют по примеру 1 в среде состава,мол.%: дисилициа гафния 90 и бориа гафния 10.Силицирование проводят по примеру 2.Данные микрорентгеноспектральногоанализа показывают, что концентрация элементов 1 У-а группы в наружном слое по-.крытий, полученных по режимам приведенУ,ным в йримерах, равна 15-20%.Результаты испытаний на жаростойкость изделий, обработанных известными предлагаемым способом, представленыв таблице. Как видно из :таблицы, покрытия наиобии и его сплавах, полученные по пр 3455 6лагаемому способу, позволяют повыситьокаростойкость покрытий при 1700 С ио1800 С, соответственно, в 5 и 6-10 раэопо сравнению с известными способами.5 формула изобретения1. Способ получения покрытия на из делиях иэ ниобия и его сплавов, включающий нанесение мопибаенового слоя и егоборосилицирование, о т и и ч а ю ш и й -с я тем, что, с цепью повышения жаро.стойкости покрытия, иэделия с молибде 1 ю новым слоем сначала боросилицируют всреде, содрежашей аисипицид, по крайнеймере, одного иэ металлов, выбранных иэгруппы молибден, вольфрам, цирконий, гафний и бориа, по крайней мере, одного изметаллов 1 У-а группы, а затем дополнительно силицируют в среде, содержащейкремний,п