Состав для комплексного диффузионного насыщения стальных изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 9)СПУБЛИ й)5 С 23 С 10/56/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 2 ится к металлургии, теплозащитных пожет быть использой, энергетической и ы и оГОСУДАРСТВЕН ЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОткРытИЯмПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Белорусское республиканское научнопроизводственное объединение порошковой металлургии(56) Химико-термическая обработка металлов и сплавов. / Справочник под ред,Л.С.Ляховича, 1981, с. 286-290,(54) СОСТАВ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ. СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относа именно к нанесениюкрытий на изделия, а мовано в аэрокосмическо Изобретение относится к области металлургии, а именно к нанесению теплозащитных покрытий на изделия, кратковременно работающие в скоростном потоке высокотемпературной кислородсодержа щей плазмы с целью повышения их сопротивления высокотемпературной газовой коррозии и обеспечения заданного ресурса работы в экстремальных условиях, и может быть использовано в аэрокосмической, энергетической и других областях техники. Целью изобретения является повышение насыщающей стойкости способности состава и повышения эрозионной стойкости других областях техники. Цель изобретения - повышение насыщающей способности состава и повышение эрозионной стойкости покрытия в скоростном потоке высокотемпературной кислородсодержащей плазмы. Состав, включающий оксиды хрома и алюминия, порошок алюминия и хлористый аммоний, дополнительно содержит оксиды тантала, лантана, смесь оксидов редкоземельных металлов (РЗМ) порошок железа, фтористый иттрий, фтористый натрий-цирконий и борфтористый калий при следующем соотношении компонентов, мас,; оксид хрома 27,4-30,9; оксид тантала 5-7, оксид лантана 1,3-1,7, смесь оксидов РЗМ 1,4-1,8, порошок алюминия 24-26, порошок железа 15-17, фтористый иттрий 0,7-0 Я, фтористый натрий-цирконий 0,5-0,9, борфтористый калий 0,2-0,4, хлористый аммоний 0,7-1,5, оксид алюминия остальное,в скоростном потоке высокотемпературнойкислородсодержащей плазмы.Известный состав, включающий оксидхрома и алюминия, порошок алюминияхлористый аммоний, дополнительно содержит оксиды тантала, лантана, смесь оксидаредкоземельных металлов (РЗМ), порошожелеза, иттрий фтористый, натрий-циркний фтористый и калий борфтористый приследующем соотношении компонентомасф 4:Оксид хрома 27,4-30,9Оксид тантала 5,0-7,0Оксид лантана 1,3-1,7Окись оксидов РЗМ 1,4-1,8Порошок алюминия 24-26Порошок железа 15-17 Фтористый иттрий 0,7-0,9 Фтористый натрий-цирконий 0,5-0,9 Борфтористцй калий 0,2-0,4 Хлористый аммоний 0,7-1,5 Оксид алюминия Остальное Функциональное назначение каждого из компонентов и химические формулы следующие.Оксид хрома (СюОз) - поставщик активных атомов хрома для образования многокомпонентного теплозащитного покрытия.Оксид тантала (Та 20 э) - поставщик активных атомов тантала для легирования, образующихся в процессе насыщения, алюминидов железа,Оксид лантана (1 а 20 э) марки ЛаОКи смесь оксидов РЗМ (СеО 57); 1 а 20 з 25 о ; Мб 20 з 17; Рг 6011 (полирит) вводятся в состав для легирования многокомпонентного покрытия и образования на его поверхности плотной, прочносцепленной с основой оксидной пленки, активно препятствующей проникновению кислорода плазмы к покрытию.Порошок алюминия (А 1) марки ПА- восстановитель оксидов металлов, входящих в предлагаемый состав, и поставщик активных атомов алюминия для образования покрытия на основе алюминидов железа.Порошок железа (Ее) марки ПЖРВ вводится в состав с целью снижения температуры протекания реакции восстановления оксидов металлов и образования в процессе их восстановления ферросплавов, что приводит к снижению спекаемости состава и благоприятно сказывается на чистоте поверхности обрабатываемого изделия.Иттрий фтористый (тЕз) - поставщик иттрия для легирования многокомпонентного покрытия и повышения его жаростойкости.Фтористый натрий-цирконий (Ка 22 гЕ 6) - поставщик циркония для легирования многокомпонентного покрытия и активатор процесса насыщения.Борфтористый калий (КВ Еа) - активатор процесса восстановления оксидов,Хлористый аммоний (ИН 4 С 1) - активатор процессов восстановления оксидов и насыщения,Оксид алюмниия (А 120 з) вводится в состав для предотвращения его спекания в процессе насыщения.Состав для комплексного насыщения приготавливают следующим образом. Просушенные оксиды хрома, тантала, лантана, РЗМ, порошки железа и алюминия и борфтористый калий (в некоторых случаях возможны добавки фтористого иттрия, фтористого натрий-цирконий и хлористого алюминия в количествах 5-20 от указанного содержания) развешивают, тщательно пе ремешивают в течение 1-2 ч и проводятпроцесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Продукты синтеза размалывают в шаровой мельнице до фракции 100-160.мкм с добавками фтори стого иттрия, фтористого натрий-цирконий,хлористого аммония и оксида алюминия.П р и м е р. Проводят термодиффузионное насыщение сферических тел (шары из стали ШХ 15 диаметром 9,525 мм) в предла гаемом и известном составах. Нанесениепокрытий осуществляют в контейнерах иэ нержавеющей стали, герметиэированных плавким затвором при 1050 С в течение 6 ч в печи фирмы "ЙАВЕВ" ФРГ, Металлографи ческий анализ покрытий осуществляют намикроскопе "Роучаг", Австрия, а фазовый микрорентгеноспектральный на установке ДРОН-З.Оценку теплоэащитных свойств покры тий при высоких тепловых нагрузках проводят в однофазном потоке плазмы, создаваемом плазмотроном ПРС. Плазмообраэующий кислородсодержащий газ - воздух. Образец. с помощью координатного 30 устройства устанавливают по оси соплаплаэмотрона на расстоянии 2 мм от его среза. Крепление образцов осуществляют с помощью стержневых теплоизолированных держателей. Время нахождения образца в 35 плазменной струе задается с помощью релевремени и фиксируется злектросекундомером ПВ 53 П.Параметры работы плазмотрона следующие:40 Расход газа 1,55 10 кг/сПолезная мощность 15,2-17,0 кВт Энтальпия струи 9,8-10,9 Дж/кг Температура на срезесопла 4980-5400 К 45 Скорость истечения струи 130 м/сНачальное время нахождения в плазменной струе определяют появлением на боковой поверхности образца без теплозащитного покрытия жидкой фазы и ее уносом 50 до уменьшения размера образца на 1/3-1/4диаметра, Предварительное испытание показало, что зто время 3,5 с, Уменьшение диаметра образца за счет плавления материала и уноса жидкой фазы с лобовой повер хности 2,2-2,5 мм.Поскольку требуемое время работы образца с покрытием в приведенных условиях испытаний, бвэ разрушения покрытия и начала оплавления материала основы, а также .при минимальной потере формы образца,1659526 пИ вг,г 3 1,4-1,81 5,0-1 7,00,7-0,9 45 должно составлять 2 й 3-4 с, выбраны три временных интервала обдува, 3,5; 4,0 и 4,5-4,9 с.Качественную оценку защитных свойств покрытия после различного времени обдува образца плазменной струей проводят визуально по степени разрушения покрытия и материала основы,Гравиметрическим методом оценивают потерю массы образца за время испытаний, отнесенную к единице площади поверхности; где гп 1 - масса образца до испытаний;вг - масса образца после испытаний, 8 - площадь поверхности образца, Потеря массы является следствием образования сложных оксидов и их уноса плазменной струей в процессе обдува.Потерю формы образца после испытаний оценивают в процентах иэ выражения,бгде б 1 - диаметр образца до испытаний;бг - диаметр (размер при оплавлении образца в минимальном сечении после испытаний т секунд в струе). Зйачения удельной потери массы и изменения формы образца могут не коррелировать, так как в процессе испытаний действуют два взаимно противоположных процесса - окисление покрытия, сопровождающееся увеличением массы образца,и унос продуктов окисления и жидкой фазы в случае, если она образуется, плазменной струей,Результаты испытаний образцов беэ покрытий, с покрытиями, полученными в известном (прототип) и предлагаемом составах,приведены в таблице, там же представленытолщины слоев покрытий,Как видно изрезультатов таблицы, покрытие, нанесенное в предлагаемом соста 5 ве, повышает теплоизоляционныехарактеристики стали в 9,3-11,2 раза посравнению с незащищенным материаломпри увеличении сохранения формы образцав 11,4-23,1 раза, По сравнению с покрытием,10 полученным в известном составе прототип), покрытие, полученное в предлагаемом,обладает в 1,3-1,4 раза лучшими защитнымисвойствами, повышает сохранение формыобразца в 2-3 раза и имеет в 1,8-2,1 раза15 большую толщину слоя.Формула изобретенияСостав для комплексного диффузионного насыщения стальных изделий, включающий оксид хрома, оксид алюминия, порошок20 алюминия и хлористый аммоний, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышениянасыщающей способности состава и повышения эроэионной стойкости в скоростномпотоке высокотемпературной кислородсо 25 держащей плазмы, он дополнительно содержит оксиды тантала, лантана, смесьоксидов редкоземельных металлов, порошок железа, иттрий фтористый, натрий цирконий фтористый и калий борфтористый при30 следующем соотношении компонентов,мас,.Оксид хрома 27,4-30,9Оксид тантала 5,0-7,0Оксид лантана 1,3-1,735 Смесь оксидов редкоземельных металловПорошок железаФтористый иттрийФтористый натрий 40 цирконий 0509Борфтористый калий 0,2-0,4Хлористый аммоний 0,7-1,5Оксид алюминия ОстальноеаЮ 1 л4 ф 1 Ь о ооо Й ЪЪлт ъчсч лъ а л о о ъ1 Ч ф ЪЪ ла т о о л