Спосіб одержання жаростійкого покриття на виробах із ніобію, танталу та їх сплавів

Спосіб одержання жаростійкого покриття на виробах із ніобію, танталу та їх сплавів шляхом силіціювання відрізняється тим, що в умовах термоциклювання в окислювальному середовищі їх попередньо молібденують, а потім насичують кремнієм у порошковій суміші, що містить мас%: кремній 40-60 марганець 5-7 фтористий натрій 3-5 оксид алюмінію решта. ________________________________________ 32804 Для насичення використовували порошок кремнію марки КПС-3 (ТУ 48-4-174-77), фтористого натрію (ГОСТ 4463-66), марганцю (ГОСТ 6008-71) і оксиду алюмінію (Al2O3) марки ГОО (ГОСТ 691274). Зернистість порошків знаходилася в межах 40-100 мкм. При початковому використанні порошкової суміші всі компоненти змішують між собою з метою одержання однорідної маси. Перед проведенням процесу силіціювання контейнер упаковують у такій послідовності. На дно контейнера засипали однорідну суміш компонентів товщиною 30±5 мм, потім вставляли зразки, віддаль між якими складала 7-10 мм, а до стінок контейнера - 15±5 мм. Встановлені зразки повністю засипали сумішшю з одночасним її ущільненням, 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 1100°С, процес триває 10 годин. Компоненти порошкової суміші виконують такі функції. Кремній є силіціюючим агентом. Фтористий натрій NaF - активатор процесу насичення. Марганець сприяє утворенню при температурі насичення евтектики. Оксид алюмінію Al2O3 інертний розріджувач, який запобігає опіканню суміші і припіканню її до поверхні металу. При нагріванні суміші до температури 1050°С в контейнері відбувається взаємодія кремнію з фтористим натрієм внаслідок чого утворюються фториди кремнію. Вони адсорбуються поверхнею металу і відбувається диопропорціювання нижчих фторидів кремнію з утворенням тетрафториду кремнію, який взаємодіє з порошком кремнію в результаті чого утворюється значна кількість дифториду кремнію, що є основним постачальником кремнію до поверхні металу. В даному випадку має місце хімічний транспорт кремнію, який відбувається завдяки різниці хімічних потенціалів кремнію в газовій фазі і в дисиліциді тугоплавкого металу, що утворюється в шарі покриття. Одночасно в процесі силіціювання утворюється евтектика розплаву марганець-кремній, плівка якого покриває поверхню насичуючого металу. Таким чином, сумісна дія двох механізмів сприяє росту шару силіцидного покриття на ніобії і танталі. По закінченню процесу силіціювання, контейнер охолоджують разом із пічкою, розпаковують і відокремлюють на ситі порошкову суміш від зразків. Силіцидне покриття добре зчеплене з основою, не має тріщин і сколов. За результатами рентгенофазового і ме талографічного методів аналізу покриття складається із дисиліциду ніобію (танталу) армованого силіцидом молібдену Мо5Si3. Постійну активність силіціюючої суміші підтримують перед кожним її повторним використанням шляхом добавки 10% кремнію, 3% NaF і 1% марганцю. Активність суміші не понижується протягом 10-12 разового її використання. Використовували такі склади силіціюючої порошкової суміші мас.%: а) кремній - 40; марганець – 5; фтористий натрій - 3; оксид алюмінію – решта; б) кремній – 50; марганець - 6; фтористий натрій - 4; оксид алюмінію – решта; в) кремній – 60; марганець - 7; фтористий натрій – 5; оксид алюмінію - решта. Прототип: Кремній - 40; мідний купорос гідрат – 30; оксид алюмінію - решта. Використання інгредієнтів нижче заявлених зменшує товщину силіцидного покриття і його жаростійкість, а підвищення їх вмісту призводить до погіршення якості покриття (появляються тріщини, сколи, відокремлення від основи) і опікання суміші. Для випробування використовували по 5 шт. зразків ніобію і танталу, які силіціювали в різних середовищах. Перед випробуванням силіційовані зразки візуально контролювали і вибраковували при наявності в покритті тріщин, сколів, раковин і відокремлення від основи. Зразки ніобію випробовували при 1400°С, а танталу - 1200°C. Тривалість циклу - 20 годин. Окислювальне середовище - повітря. Жаростійкість оцінювали по приросту ваги (мг/см2). Результати випробувань приведені в таблиці. Силіцидне покриття на ніобії і танталі рівномірне по товщині, щільне, добре зчеплене з основою, не має раковин і тріщин. Заявлений об'єкт має такі переваги у порівнянні з прототипом: забезпечує високу насичувальну здатність суміші, в 2 рази підвищує жаростійкість силіційованих виробів із ніобію і танталу і збільшує в 3 рази циклічність роботи покриття. Спосіб одержання жаростійкого покриття на виробах із ніобію, танталу та їх сплавів може знайти застосування для захисту різного типу конструкційних елементів спеціального призначання від високотемпературної газової корозії. Таблиця Основа Ніобій Тантал Товщина покриття, мкм 250 200 Склад “В” Приріст маси, мг/см2 0,8 1,9 Кількість циклів 6 8 2 Товщина покриття, мкм 240 170 прототип Приріст маси, мг/см2 1,7 3,8 Кількість циклів 2 3 32804 __________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 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