Способ получения силицидных покрытий на молибдене и его сплавах

Союз Соватскнх Социалистических РвспублнкОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и 855068 ФК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУе(5)М. Кл. с присоединением заявки Йо -(23) Приоритет С 23 С 9/04 Государствеииый комитет СССР по девам июбретений и открытий(088. 8) ЪЪ 3, рщЕ. П .Нечипорен ко, Е. Н . Кон ьшин, В.И. Шерем 4 г, А; П. Натри.чен кои А.А.АвиловЦХарьковский государственный ордена Труд вого КрасногоЗнамени университет им. А,М.Рсццащго(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИЦИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МОЛИБДЕНЕ И ЕГО СПЛАВАХИзобретение относится к диффузионным способам обработки поверхности металлических изделий, в частности к способам снлицирования тугоплавких материалов, и может использоваться в атомной энергетике, ракетострое". нии, машиностроении и других областях современной техники, где требуется защита конструкционных материалов от вредного воздействия окислительных сред.Большинство способов получения защитных силицидных покрытий сводится к получению покрытий, состоящих в основном из высших силицидов, которые 15 обладают повышенной жаростойкостью в окслительных средах в широком интервале температур, Покрытия из низ" ших филицидных Фаз позволяют защищать туголавкие материалы при более высо ких температурах, однако они применяются довольно редко из-за того, что получение их представляет собой весьма длительный процесс.Известен способ получения защитных силицидных покрытий на нагревателях на основе молибдена, согласно которому сначала на молибдене Формируют покрытие из Мо 812 одним из обычных диффузионных методов, например наг реватели помещают в контейнер с порошком кремния и отжигают в вакууме 10 1-10 5 мм рт.ст. при 1250 оС в течение 24-30 ч. При этом получают покрытие толщиной 80 мкм. Затем нагреватели эксплуатируют при температуре, не превышающей температуру плавления покрытия в течение времени, необходимого для полного превращения фазы МоЯ 1 а в фазу Мо 581. Например, при 1700 оС покрытие из дисилицида молибдена с исходной толщиной 80 мкм лереходит в Мо 581 за 3 ч. После это. го температуру эксплуатации нагревателей можно повысить, так как покрытие, состоящее из низшей фазы Мо 81 является более тугоплавким 11,Известен также способ получения защитных силицидных покрытий на мо- либденовом сплаве ЦМб, по которому вначале на образцах сплава формируют дисилицидный слой толщиной 60-70 мкм путем насыщения поверхности образцов кремния в атмосфере аргона в присутствии активатора ИаНГ 2 при 1240+10 оС в течение 8-10 .ч. Затем образцы подвергают отжигу при 1750 С в засыпке порошка дисилицида молибдена в среде аргона 3 ч. В процессе отжига дисилицидный слой полностьюпревращается в силицид составаМо 581 (2) .Недостатками описанных способовявляются большая длительность процесса и необходимость проведения его вдва этапа.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ получения защитныхсилицидных покрытий на молибденеи его сплавах, Согласно которомуобразцы молибдена или его сплавовподвергают диффузионному отжигу впорошке дисилицида молибдена в вакууме 10 4-10 мм.рт.ст. при 1600 оС втечение 150 ч. При этом на образцахполучают покрытие иэ низшего силицида Мо 581 толщиной 300 мкм3.),Недостатком этого способа янляется большая длительность процессаУскорить процесс силицирования путемувеличения температуры отжига не.возможно из-за спекания порошка.Пель изобретения - интенсификацияпроцесса получения покрытий,Эта цель достигается тем, чтосогласно способу получения защитныхсилицидйых покрытий на молибдене иего сплавах, состоящему в диффузионном отжиге в вакууме в среде дисилицида молибдена, дисилицид молибдена используют в виде гранул диаметром 2-4 мм, а отжиг ведут при 17801880 ОС, что позволяет значительноинтенсифицировать процесс полученияпокрытий, Это объясняется тем, чтодисилицид молибдена н виде гранулдиаметрам 2-4 мм практически неспекается при используеььх температурах отжига, так как при этом значительно уменьшается суммарная площадь контактов между частицами засыпки.Использование гранул большего диаметра нежелательно, ибо н этом случае велик путь диффузии атомов кремния из центральной части гранул кповерхности, вследствие чего не используется значительная часть Мо 81находящаяся в центральной части гранул. Выбор температурного интервалаотжига обеспечивает получение покры.тий из низших силицидных фаз оптимальной толщины.Технология способа состоит в следующем,Образцы молибдена или его сплавовзагружаются н контейнер, например,из МО й засыпают гранулами диаметром 2-4 мм дисилициа молибдена,Контейнер помещают в вакуумную камеруи в зависимости от необходимой толщины покрытия (оптимальная толщина покрытия 100-300 мкм) нагревают с по-,мощью печи сопротивления до нужнойтемпературы (1780-1880 оС) н вакууме10 4 -10 5 мм рт,ст. определенноевремя (4-0,5 ч) . П р и м е р 1. Нагренатель из Мподвергают диффузионному отжигу взасыпке из гранул дисилицида молибдена диаметром 2-4 мм н вакууме .1010 ( -10 5 мм рт. с, при 1780 оС в течение 4 ч.Средняя толщина полученного сили -,цидного покрытия составляет 300 мкм.При этом покрытие характеризуетсяотсутствием трещин на выпуклых местах изделия вплоть до радиуса кривизны 0,1 мм.Нагреватель с полученным такимобразом покрытием из Мо 81 З работает40 ч на воздухе при 1950-1970 аС,что свидетельствует о высоких защит ных свойствах покрытия.П р и м е р, 2. Термопару изМоВЕ МоМ 4 диаметром 1,5-2 мм отжигают н засыпке из гранул дисилицида молибдена диаметром 2-4 мм в ва кууме 10-10 5 мм рт.ст, 25-35 миипри 1850 С, Толщина полученного силицидного покрытия составляет 100-150150 мкм.Термопара диаметром 1,5 мм с на несенным покрытием толщинои 120 мкмпомещается в печь, в которой поддерживается температура 1900 - 1940 С, идает устойчивые показания в течение14 ч.Использование предлагаемого способа получения защитных силицидныхпокрытий на тугоплавких материалахимеет существенные преимущества посравнению с известным, так как онпозволяет значительно интенсифицировать процесс.Так, если известный способ позволяет получать защитные покрытиятолщиной 300 мкм за 150 ч, то попредлагаемому - покрытие толщиной 40 300 мкм можно получить за 2-4 ч (взависимости от температуры отжига),т.е. в 37,5-75 раэ быстрее. Этопозволяет значительно снизить трудозатраты и энергетические затраты.Кроме того, предлагаемый способснижает расход используемой засыпкииз дисилицида М 0, так как позволяетиспользовать ее из дисилицида молибдена неоднократно, Например, общ щее время использования засыпки изгранул Мо 81 диаметром 2-4 мм притемпературе отжига 18500 С составляет 13-15 ч, т,е. одну и ту же засыпку можно использовать от 5 до 2020 раз. Также можно получать защитные силицидные покрытия практическина любом тугоплавком материале,например на Х, Та, ИЬ, Не и др, подобран температуру отжига таким образом, чтобы она была ниже температуры 60 эвтектики между высшим силицидом(обычно .Ме 81 и следующим за нимнизшим.Формул а из обре тени яСпособ получения силицидных покрыу 5 тий на молибдене и ега сплавах путем85506 8 Составитель Р.Клыкова Редактор М.Петрова Техред А. Савка Корректор Ю. Макаренко ЙемЪтйваввюв Заказ 6842/39 Тираж 1048 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва,ж, Раушская наб.,д.4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 диффузионного отжига в вакууме взасыпке дисилицяда молибдена, о тличающийся тем, что, сцелью интенсификации процесса, отжигпроизводят при 1780-1880 С, а засып,ку используют в виде гранул диаметром 2-4 мм,Источники информации,приняше во внимание при экспертизе 1, Жаростойкие покрытия. СборникЛНаука , 1965. с. 92-99,2. Известия 3 Н СССРМеталлы ,1979, 9 2, с,193-197. 3. Защитные высокотемпературныепокрытия. Сборник, Л.,Наука ,1972, с67-74,