Способ получения покрытия на изделиях из тугоплавких металлов и их сплавов

ОПИСАНик изОБРЕтКНйаК ПАТЕНТУ Кемитет Рессийсюй Федерации пе патентам и товарнъзм знакам 1(64) ШОСОБ ПОЩЧЕНИЯ ПОКРЬТИЯ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ(ЗУ) Область применения: защита туголлавких Металлов и их сглавов от высокотемпературной кор(е) 3 Ш. По 3993433 С 1(я) вггв 7 а са 1 г розин. Сущность изобретенюс на поверхность изделия из тугоплавких металлов или их сплавов наносят порошковую смесь, содержащую металл У 1 А группы в количестве 40 - 95 вес% и гафний или смесь силицида гафния и металла У 1 А группы следующего вида НВ Ме Б,Ме 3, спекают6 3 при температуре 1850 - 1950 ОС в течение 5 мин, наносят оксидный слой из золя кремниевой кислоты и проводят термообработку при 1600 - 1700 ОС в инертной атмосфере ипи на воздухе. 1 зпф-лы, 1 табл.Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, аболее конкретно к защите тугоплавких металлов и сплавов на их основе от окисленияпри высоких температурах.Высокотемпературную защиту тугоплавких металлов исплавов от окисленияобеспечивают покрытиями на основе дисицилида молибдена либо вольфрамаормирование таких покрытий осуществляетсядиффузионным насыщением поверхноститугоплавкого металла (сплава) кремнием, ав случае ниобия, тантала,и их сплавов наповерхность предварительно наносят слойна основе молибдена либо. вольфрама.Существующие способы нанесения жаростойких покрытий на основе дисицилидовмолибдена; вольфрама (легированные и не.- легированные), боросиликатные покрытиямногослойные комплексные покрытия типадисицилид молибдена + слой высокотемпературной стеклоэмали. (Г.В. Самсонов,А,П, Эпик. Тугоплавкие покрытия. Металлургия, 1973) надежно защищают в течениедлительного времени (десятки и сотни часов) ниобий, тантал и их сплавы при температурах до 1400 С, молибден, вольфрам и ихсплавы - при температурах до 1600 С. Приболее высоких температурах ресурс защитного действия таких покрытий резко падает,особенно в условиях циклического изменения температуры.Известен также способ защиты танталаи его сплавов от окисления Щ заключающийся в нанесении на их поверхность порошковой смеси(состав, вес. ОД: Ю 50; Мо 20;Ч 15; Т 15) иэ суспензии с использованиемудаляемого при нагреве органического связующего, последующим припекании слоясмеси к поверхности при температуре.1527 С в течение 15 ч в вакууме и сицилированиВ в порошковой смеси нанесенного покрытия с получением защитного слоябФ,Мо,Ч,Т)32 на поверхности,Недостатками этого способа являются" высокая пористость покрытия и низкая жаростойкость при температурах выше1500 ОС.Наиболее близким к предлагаемомуспособу по технической сущности и достигаемому эффекту является принятый за прототип способ получения комплексногопокрытия на тугоплавких металлах Я за. ключающийся в осаждении. слоя порошка,содержащего по меньшей мере один из металлов У 1 А группы периодической системыэлементов и один или более металлов платиновой группы, его высокотемпературныйотжиг и последующее сицилирование, 8 результате формируют покрытие на основе дисицилида молибдена, легированное палладием, обеспечивающее защиту ниобия отокисления до температур 1800 С. Недостатками этого способа являются низ.ая жа 5 ро- и термостойкость получаемого покрытияпри повышенных температурах и высокаястоимость покрытия, обусловленная наличием дефицитных драгметаллов (палладий,платина) в составе покрытия,10 Техническим эффектом .заявляемогоспособа. является повышение защитныхсвойств покрытия, снижение стоимости покрытия,Технический эффект достигается тем,15 что в известном способе нанесения комп.лексного покрытия на изделия иэ тугоплавких металлов и сплавов, включающемосаждение на их поверхность слоя смесипорошков, содержащей по крайней мере20 один из металлов У 1 А группы, высокотемпературное спекание и последующее диффузионное сицилирование, согласноизобретению, слой. смеси порошков, содержащей металл У 1 А группы и гафний, спека 25 ют при температуре 1850-1950 С в течение5 мин, причем скорость подьема температуры в интервале 1400 - 1950 С не менее 4555 С/мин, а нанесение композиционногослоя производят из золя кремниевой кисло 30 ты с финишной термообработкой при темпе, ратуре 1600 - 1700 С в инертной атмосферуелибо на воздухе. Расовое содержание Мегруппы в смеси порошков и температурновременные условия спекания слоя выбраны35 таким образом, чтобы обеспечить твердофазный механизм спекания этого слоя, прикотором достигаются достаточная адгезионная прочность, отсутствие открытой по. ристости, высокая работоспособность40 покрытия при температуре1800 С. Приэтом пластические свойства композицииметалл + покрытие сохраняются на уровнеосновного металла. Температурно-временные параметры и среда формирования ок 45 сианого слоя на основе 302 выбраныисходя из условий образования стекловид, ного оксида кремния иэ геля кремниевойкислоты 202 пН 20,Пример осуществления способаНа образцы из тугоплавкого металлаили сплава с чистотой поверхности не ниже5 после промывки в бензине, химическоготравления в растворе состава 10-20 млНР + 340 мл НИОз+ Н 20 до 1 л и обезжиривания в спирте наносят покрытие из шликерных суспенэий одного из составов, (вес.в твердой Фазе):Нанесение покрытия .осуществляется погружением образца в суспензию., Крупность порошка для приготовления суспензию составляет 1-5 мкм. В суспензию для улучшения смешения порошков в покрытии добавляют связующее. Образец с покрытием помещают в вакуумную печь. Печь вакуумируют до остаточного давления газов не более 1 10 мм рт.ст. После этого осуществляют подьем температуры до рабочей 1850 - 1950 С, причем повышение темпера" туры от 1400 С до максимальной проводят со скороСтью 45-55 Смин. Выдержка при максимальной температуре составляет 5 мин. При этом происходит диффузионное припекание покрытия к изделию, После проведения режима термообработки печь выключают и образец охлаждают вместе с печью до комнатной температуры, Последующее сицилирование проводят любым известным способом - в вакууме в порошке кремния, в инертной среде в смеси порошка кремния и галлоидного активатора (АРз, Иааф, КЕ и др.) из газовой фазы и т,д. Режим сицилироеания проводится с таким расчетом,. чтобы обеспечить перевод всего напеченного слоя на основе молибдена в дисицилидные фазы.Далее наносят оксидный слой на основе 802, для чего приготовляют 50-ный раствор золя кремниевой кислоты в ацетоне. Нанесенй. слоя покрытия осуществляют погружением образца с силицидным.покры, тием в раствор. Финишную термообработку образца с покрытием проводят либо в воздушной печи, либо в вакуумной печи в атмосфере аргона. Осуществляют подъем температуры в печи до рабочей 1600- 1700 С, выдержка при максимальной температуре 30 мин, охлаждение образца с печью до комнатной температуры.В соответствии с предлагаемым способом были изготовлены образцы из тугоплавких металлов (сплавов) .и обработаны по следующим технологическим вариантам.В а р и а н т 1, Нанесение покрытия на образцы из ниобиееого сплава 5 ВМЦ из шликерной суспензии состава, вес;: Мо 95; Н 5 и его термообработка при температуре 1950 С в течение 5.мин в вакууме, подьем температуры от 1400 до 1950 С за 10 мин, скорость подьема температуры 55 С/мин;сицилирование е смеси состава, еес.: Я 97; йаНГ 2 при температуре 1200 С е течение 8 ч в среде аргона;нанесение слоя Я 02 из золя кремниевой кислоты с последующей термообработкой при 1700 С в среде аргона в течение ЗО мин. В а р и а н т 2. Нанесение на образцыиз молибдена покрытия из шликерной суспензии состава, вес.: 759/-25 Н 1 и термообработка при температуре 1920 С е 5 течение 5 мин е вакууме, подьем температуры от 1400 до 1920 С за 10 мин (скоростьподъема температуры 52 С/мин);сицилирование в смеси состава, вес.:Я 97; КаНГ 2 3 при температуре 1200 С в .10 течение 7 ч в среде аргона;нанесение слоя 90 с иэ золя кремниевой кислоты с термообработкой при температуре 1700 С в течение ЗО мин в средеаргой.15 В а р и а н т 3. Нанесение покрытия наобразцы из ниобиевого сплава из суспенэиисостава, вес. 7 ь: Мо 50; МоЯ 2 20; Мороз 20;. Н 132 10 и термообработка его при температуре 1890 С в течение 5 мин в вакууме, подь ем температуры от 1400 до 1890 С эа 10 мин(скорость подъема температуры 49 С/мин);сицилирование в смеси состава, вес.:Я 97; йаНР 2 3 при температуре 1200 С втечение 8 ч в среде аргона;25 нанесение слоя. покрытия 302 иэ золякремниевой кислоты и термообработка.егопри температуре 1700 С в течение 30 мин в, среде аргона.В а р и а н т 4. Нанесение покрытия на ЗО образцы из ниобиевого сплава из суспензиисостава, вес.: Мо 40; Мо 82 24; Мо 533 24;НГЯ 212 и термообработка его при температуре 1850 ОС в течение 5 мин е вакууме, подьем температуры от 1400 до 1850 С за 10 мин 35 (скорость подьема температуры 45 С/мин);сицилироеание в смеси состава, весЯ 97; чаН=2 3 при температуре 1200 С втечение 6 ч в среде аргоьа;нанесение. слоя 902 из золя кремние вой кислоты с термообработкой при температуре 1600 С в течение 30 мин на воздухе.Свойства известного и предлагаемогопокрытий приведены в таблице.Использование предлагаемого способананесения комплексного покрытия на изделия из тугоплавких металлов и их сплавов по сравнению с существующим позволило: по высить жаро- и термостойкость композициитугоплавкий сплав+ покрытие при температуре 1800 С е 2-2,5 раза, ресурс работы возрос до 10-15 ч, а висло теплосмен с 40- 80 до 120-180; значительно снизить сто имость покрытия за счет исключения изсостава. покрытия дорогостоящих, острое. дефицитных материалов типа платины,палладия и замены их на гафний (ориентировочная стоимость 1 г платины 4 руб, гафния - 0,8 руб)..Кулакова едакТираж По Н ПО" Поиск" Роспатента1.13035, Москва, Ж, Раушская на каз 3296 исно 4 5(56) Е,еч МИоа, У. 1.езз Соевоп Метав,.1974, 34, М 2, 321. Формула изобретения1, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ТУГОПЛА 6 КИХ .МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ, включаащийнанесение на поверхность порошковой.сме,си, содержащей по крайней мере один из металлов ЧА группы, высокотемпературное спекание и силицирование, отличающийся тем, что порошковая смесь дополнительно содержит гафний или смесь силицидов гафния и силицидов металле ЧА группы при следующем соотношении, компонентов, мас. :Металл Ч 1 А группы 40-95 , Гафний или смесь силицидовгафния и силицидов металлаЯА группы Остальное оизводственно-издательский комби Авторское свидетельство СССРЬ 865970, кл. С 23 С 12/00, 1981. сйекание проводят при 1850 - 1950 С в течение 5 мин; после силицирования наносят , оксидный слой из золя кремниевой кислоты и проводят термообработку при 1600- 1700"С в инертной атмосфере или на возду,.хе.2. Способ по п.1, отличающийся. тем, .что смесь силицидов гафния и силицидов , металла ЧА группы имеет следующий вид НЮ 2, Меф 312 и МУЗЭ при следующем соотношении компонентов, мас. :ЮЗ 2 - 10 - 20 Ме 812 20-40 Ме 3 з 20 - 40 Металл Ч 1 А группы Остальное . т "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10