Спосіб формування жаростійкого покриття на виробах із тугоплавких металів і сплавів

Спосіб формування жаростійкого покриття на виробах із тугоплавких металів і сплавів шляхом нанесення дифузійно-шлікерних шарів, який відрі 30770 бію і танталу. № 98010053 від 06.01.1998; Дзядикевич Ю.В., Кицкай Л.І. Склад суміші для вольфрамування виробів із ніобію і танталу, № 98010054 від 06.01.1998). Молібденовані (вольфрамовані) зразки тугоплавких металів насичують бором в порошковій суміші, яка містить (мас. %): карбід бору - 60; фтористий натрій - 3; марганець 5; оксид алюмінію - решта. Борування проводять у контейнерах (ящиках) із жаростійкого сплаву. Контейнер має будь-який переріз і розміри його залежать від розмірів і кількості виробів із ніобію і танталу. При початковому використанні боруючої суміші всі компоненти змішують між собою з метою одержання однорідної маси. Контейнер упаковують у такій послідовності. На дно контейнера засипали боруючу суміш товщиною 30±5 мм, а потім вставляли зразки, віддаль між якими досягала 710 мм. Віддаль від крайнього зразка до стінки контейнера не менше 15±5 мм. Зразки повністю засипали сумішшю і водночас її ущільнювали. Товщина шару суміші над зразками - 40±5 мм. Після укладання суміші контейнер герметизували шляхом наведення плавкого затвору. Запакований контейнер поміщали в термічну піч нагріту до 1050°С, процес триває 6 годин. Після закінчення процесу борування контейнер охолоджують, розпаковують і відокремлюють на ситі порошкову суміш від борованих зразків. Боридне покриття щільне, суцільне, добре зчеплене з основою, не має тріщин і сколів. На ніобії товщина шар у боридної фази NbB2 досягає 60 мкм, а на танталі шар TaB2 не перевищує 50 мкм. В боридних фазах міститься від 20 до 50% молібдену (вольфраму). Постійну активність боруючої суміші підтримують перед кожним її повторним використанням шляхом добавки 10% В4С, 3% NaF і 1% Mn. Суміш використовують 10-12 разів. Потім попередньо молібденовані (вольфрамовані) зразки силіціювали в порошковій суміші, що містила (мас. %): кремній - 60; марганець - 7; фтористий натрій – 5; оксид алюмінію - решта. Процес проводили в контейнерах із жаростійкого сплаву із наведенням плавкого затвору. Упаковували контейнер аналогічно вище описаному. Процес проводили при 1100°С, тривалість - 12 годин. Товщина силіцидного шару покриття на ніобії досягала 75 мкм, а на танталі - 60 мкм. Для нанесення на молібденоборосиліційовану (вольфрамоборосиліційовану) поверхню ніобію і танталу шар у композиції використовують порошки дисиліциду молібдену MoSi2 (МРТУ 6-09-5701-68), диоксид цирконієвоітрієвої кераміки (ЦІС-2) (ТУ-886-73), що містить (мас. %): ZrO2+HfO2 - 72-78; Y2 O3 - 28-22, натрій алюмінієвокислий – NaAlO2 (ТУ 6-09-109-75) і оксид алюмінію марки ГОО (ГОСТ 6912-74). Зернистість порошків не перевищувала 40 мкм. Компоненти у відповідних пропорціях змішуються між собою у фарфорових барабанах протягом 5 годин. Із порошкової суміші і дистильованої води готують суспензію у співвідношенні 3:1, яка шляхом занурення або пульвериза цією наносяться на молібденоборосиліційовану (вольфрамоборосиліційовану) поверхню ніобію і танталу. Товщина шару композиції знаходиться в межах 200-250 мкм. Після просушування композиції при 100°С іде піднімання температури із швидкістю нагрівання 15 град/хв до 1850°С і видержка при цій температурі протягом 15 хв. Дисиліцид молібдену виконує роль тугоплавкої жаростійкої основи, а оксиди - наповнювача, що підвищує жаростійкість покриття. В процесі відпалу на поверхні покриття утворюється щільна скловидна плівка, яка за результатами рентгенофазового аналізу складається із суміші оксидів кераміки і включень диоксиду кремнію, що забезпечує пластичність захисної плівки під час різкої зміни теплового режиму виробу і високу жаростійкість покриття. Для проведення випробування із ніобію і танталу виго товляли зразки діаметром 3 мм і довжиною 150 мм, які попередньо молібденоборосиліціювали (вольфрамоборосиліціювали), а потім наносили силіцидоксидну композицію. Покриті зразки випробовували при 1500°С шляхом пропускання через них струму. Тривалість циклу - 10 годин. Довжина високотемпературної зони 100 мм. З метою визначення оптимального складу композиції проводили випробування по 5 разів кожного складу. Використовували такі склади силіцидоксидної кераміки, мас. %: а) дисиліцид молібдену - 60; диоксид цирконіавоітрієва кераміка, ЦІС-2 - 35; натрій алюмінієвокислий - 2; оксид алюмінію - 3; б) дисиліцид молібдену - 65; диоксид цирконієвоітрієва кераміка - 27; натрій алюмінієвокислий - 4; оксид алюмінію - 4; в) дисиліцид молібдену - 70; диоксид цирконієвоітрієва кераміка - 19; натрій алюмінієвокислий - 6; оксид алюмінію – 5. Використання інградієнтів нижче запропонованих зменшує жаростійкість покриття, а підвищення їх вмісту призводить до погіршення якості покриття (появляються тріщини, сколи, відокремлення від основи), внаслідок чого ресурс роботи покриття зменшується. Жаростійкість оцінювали по питомій втраті маси (мг/см 2) і кількість циклів. З метою порівняння високотемпературних експлуатаційних характеристик покриттів на ніобії і танталі останні обробляли відповідно до прототипу (а.с. 1787327, СССР, МКИ С23С12/02, 1990). Результати випробувань приведені в таблиці. Запропонований об'єкт має такі переваги у порівнянні з прототипом: жаростійкість покриття зростає у 3 рази, а циклічність у 2-3 рази. Спосіб формування жаростійкого покриття на виробах із тугоплавких металів і сплавів може знайти застосування для захисту різного типу конструкційних елементів спеціального призначення від високотемпературної газової корозії. 2 30770 Таблиця Основа Ніобій Тантал Склад "а" питома кількість втрата циклів маси, г/см 2 195-200 3,0´10-5 180-188 3,4´10-5 Склад "б" питома кількість втрата циклів маси, г/см 2 240-250 2,5´10-5 230-235 2,8´10-5 Склад "в" питома кількість втрата циклів маси, г/см 2 283-290 1,9´10-5 267-270 2,0´10-5 Прототип питома кількість втрата циклів маси, г/см 2 85-90 6,0´10-5 90-93 6,2´10-5 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3