Способ удаления силицидных покрытий

Способ удаления силицидных покрытий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик. (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 310778 (21) 2652510/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 151080. Бюллетень Мо 38

Дата опубликования описания 15.1080 (51)M. Кл З

С 23 С 9/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДН 621 793. .09.3(088.8) Л.А. Сосновский, Г.С. Каплина, Е.Г. Дядько, P Ä. Пикулева и Ж.A. Астахова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт проблем материаловедения AH СССР (54 ) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ СИЛИЦИДНЫХ ПОКРЫТИЙ

Изобретение относится к области очистки поверхности металлических изделий и может найти применение в авиационной прбмьпаленности и специ- 5 альной технике.

Иэделия иэ тугоплавких металлов:

Мо, Ч, Nb| Та и их сплавов, работающие при высоких температурах в окислительных атмосферах, защищают от 10 окисления в основном различными силицидными покрытиями.

В процессе нанесения силицидных покрытий имеет место брак по качеству покрытий: локальному шелушению, 15 растрескиванию, неравномерности толщины. Для повторного нанесения покрытий необходимо произвести предварительное удаление покрытия без воздействия на металл основы. Такое же 2() удаление покрытий необходимо произво.дить для повторного нанесения покрытия на изделия, ресурс покрытия на которых исчерпался.

Механические способы: голтовка, 25 дробеструйная и пескоструйная обработки для удаления диффузионных покрытий не используются из-за высокой эрозионной стойкости покрытий и низкой — металла, приводящих к поражению металла основы из-за плохой регулируемости этих процессов. Кроме того, указанные методы обработки дают наклеп, вызывающий поводку тонкостенных конструкций.

Известны способы удаления диффузионных покрытий с поверхности изделий, включающие операцию травления покрытий.

Известен способ снятия диффузионных алюминидных покрытий с Сои Й1-сплавов без растравливания подложки. Процесс снятия покрытия включает операцию химической обработки в перемешивающемся растворе состава, вес.3s HF 0,5-5,0, НМО 3-20, смачивающий агент 0,01-0,5, H O— остальное, при 15-38 С в течение

15-60 мин и пескоструйную очистку продуктов химических реакций (1, Недостаток этого способа заключается в том, что коррозионная стойкость силицидных покрытий к данному раствору высока по сравнению со стойкостью металла основы, в результате чего металл в местах шелушений травится, а покрытие практически не травится. Указанный недостаток свойственен всем растворам, содержащим HF.

771188

Известен способ удаления алюминидных покрытий со сплавов никеля и кобальта, включающий обработку поверхности абразивом до снятия окисной пленки с покрытия, выдержку изделия в растворе состава, об.%;HN0 3 25-75;

Н9РО4 25-75, в течение 0,25-2,0 ч при 70-80 С 11), промывку в воде, обработку раствором состава, об.Ъ: йаОН 8-11, Na>C0>8-11, KNn04 4-6, промывку в воде и йовторную выдержку . в растворе (21.

Этот способ имеет тот же недостаток, что и предыдущий, и поэтому для удаления силицидных покрытий не используется.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ очистки металлических материалов от элементов внедрения путем нагрева в среде, отбирающей эти элементы. Способ вклю- 20 чает нанесение на поверхность изделия сплава, в котором коэффициент термодинамической активности элемента внедрения ниже, чем в очищаемом материале, отжиг и очистку нанесенного сплава механическим, химическим или другим путем 3(°

Данный способ практически неприменим для удаления химицидных покрытий с тугоплавких металлов,,так как ско- ЗО рость диффузии крепления в фазах

Ме Si и Мезеi (металлов W, Мо, Та, Nb(является низкой, и поэтому известный способ может быть применен путем нагрева при 1500-1800 С в течение десятков часов, что технологически и экономически нецелесообразно.

Кроме того, необходимо отметить трудность, а иногда и практическую невозможность размещения сплава - геттара, только на тех; участках сложного 40 иэделия, где находятся остатки силицидного покрытия.

Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса удаления силицидных покрытий. 45

Сущность способа заключается в том, что силицидное покрытие подвергают сквозному борированию при 6001100 С, а затем полученное боридное покрытие удаляют любым известным спо-. () собом. В результате такой обработки коррозионностойкие силицидные покрытия переводят в менее коррозионностойкие — боридные.

Способ реализуют следующим образом..

Удаление силицидного слоя осуществляют как с окисленных, так и с неокисленных изделий, имеющих любые дефекты в силицидных слоях толщиной

10-150 мкм. бО

В том случае, когда производят удаление силицидныхпокрытий с окисленного изделия, производят предва. рительное удаление с поверхности силицидного слоя окисной пленки любым известным способом: обдувкой абразивным порошком, стравливанием. Предпочтительно проведение процесса стравливания окисной пленки в плавиковой кислоте, так как в этом случае происходит стравливание преимущественно окисной пленки.

Изделие с неокисленным силицидным (или боросилицидным) покрытием подвергают борированию любым известным способом газофазного борирования.

Предпочтительно проведение процесса в порошковых борирующих средах, содержащих в качестве борирующих агентов карбид бора, нитрид бора, аморфный бор, как в отдельности, так и вместе, в качестве активаторов галогениды щелочных металлов и аммония, галогенпроизводные углеводородов и тде

Предпочтительно использование в качестве борирующего агента карбида бора крупностью 100-300 мкм, а в качестве активатора — фтористых активаторов (фторбораты или фторсиликаты щелочных металлов, алюминия и аммония, политетрафторэтилен и др.). Для снижения расхода компонентов борирующая смесь может содержать инертный разбавитель: А1 0>, N90, ЕгО - и т.д. Бориирующую порошковую среду (борирующую порошковую смесь) укладываю в металлический контейнер и в борирующую смесь укладывают иэделия. Контейнер с упакованной смесью и изделиями нагревают в беэокислительных условиях, предпочтительно с наведением плавкого затвора при 600-1100 С, предпочтительно 700-900ОС в течение 1-8 ч. В процессе нагрева происходит удаление кремния иэ силицидного слоя в окружающую изделия газовую фазу и замена кремния бором с образованием вместо силицидного слоя боридного слоя.

Процесс борирования силицидных слоев протекает с аномально высокой скоростью (большей, чем скорость борирования металла подложки), что позволяет проводйть процесс борирования при низких температурах, практически не подвергая борированию металл основы. Выбор температуры и продолжительности борирования производят, исходя из воэможности минимального борирования металла основы.

Малые серии изделий в небольших (50-150 мм) по сечению контейнерах борируют при 900-1100 С в течение 0,5-1,0 ч. Большие серии иэделий в контейнерах сечением 150-300 мм борируют при 800-900 С в течение 3-5 ч.

Иэделия с тонкими (5-50 мкм) покрытиями борируют .при 600-800 С в течение 2-8 ч. Изделия с толстыми (80150 мкм) покрытиями предпочтительно борировать при 900-1000 С в течение

2-3 ч.

Во всех случаях производят сквозное борированне силицидного слоя.

771188

В результате борирования происходит образование боридного слоя состава

NeB> на металлах IV-VA групп периодической системы элементов: Мв, Та, Ti и др. и слоЯ состава Ne B> на метал9 лах V1A группы. Толщина образующегося боридного слоя соответствует тол5 щине силицидного слоя, на месте которого он образовался.

Посколько фактический объем образующегося боридного слоя значительно ниже, чем силицидного, боридный слой содержит очень большое количество микродефектов: трещин и пор.

В силу своей дефектности образующийся боридный слой обладает низкой механической прочностью и повышенной травимостью.

Полученный боридный слой удаляют любым известным способом: шабрением (соскабливанием), обдувкой тонкодисперсным абразивом, стравливанием. 20

Последнее является предпочтительным иэ-эа высокой скорости удаления и хорошего качества получаемой металлической поверхности. После удаления боридного слоя изделие поступает на 25 повторное силицирование.

Предлагаемый способ применим для удаления силицидных и боросилицидных .слоев с изделий любого размера и конфигурации, изготовляемых иэ металлов 1V-V1 групп периодической системы элементов, а также других металлов.

Пример 1. Изделия, изготавливаемые иэ листа ниобиевого сплава

ЭЛН-1 толщиной 0,8 мм с силицидным покрытием толщиной 60 мкм, отшелушившимся на 30Ъ площади изделий, подвергали операции удаления силицидного покрытия. Для этого изделие бо. рировали в смеси состава, вес.Ъ: 40

В4С 97; A1F 3, при 900 С в течение 5 ч в койтейнере с плавким затвором.

После борирования с части изделий боридное покрытие (N88 .), полученное 45 на месте силицидного, удаляли ручным шабрением. Удаление покрытия протекало легко с разрушением его в тонкий порошок.

Остальную часть изделий подверга- О ли травлению в смеси состава, об.ч.:

НМО 2, HF 1, при 20 С. Имело место полное стравливание полученного боридного слоя за 30-45 с. Процесс стравливания, контролируемый по выделению пузырьков водорода, резко тормозит 55 ся после удаления боридного слоя. После травления получена однородная светлосерая поверхность без следов, свидетельствующих о наличии на нем ранее силицидного (боридного) слоя. gp

Пример 2. Проводили удаление силицидного слоя (NoSi<) с поверхности образцов из молибдена (МЧ-П). Толщина слоя Мо5! 80 мкм. Борирование силицированных образцов проводили в смеси состава, вес. Ъ: В С 96, A1F 3; (C Fp) 1, при 800 С в течение 6 ч, в результате чего имело место превращение всего слоя MoSi в слой Мо В

Я.

Удаление полученного боридного слоя осуществляли в смеси состава, об.ч.: H SO4 20, Н О 1, при 25 С в течение 30 мин. Койтроль стравливания осуществляли периодическим извлечением образцов иэ раствора и погружением их в раствор состава, об.ч.:

H >SO4 1; H O 9, в который добавляли

CrO до насыщения. Участки образцов, с которых боридный слой не был полностью удален после 10-15 с погружения в раствор, были темными, участки, с которых слой был удален, были светлыми.

Благодаря умеренной скорости травления и контролю процесса перетравливания металла основы не было.

Пример 3. Изделие иэ сплава тантала с частично отшелушившимся покрытием иэ NoSi толщиной 70 мкм подвергали борированню в смесм состава, вес.Ъ: В4С 98; (C

1100 С в течение 1,5 ч. Стравливание полученного боридного слоя Мо В осуществляли в концентрированйой азотной кислоте при 20-40 С в течение

4 мин.

После стравливания слоя Мо В тонкий слой ТаВ толщиной 2-3 мкм удаляли кратковременным (10 с) травлением изделия в растворе состава, об.ч.:

HNO 1, HF 1. После травления получена гладкая поверхность (не имеющая следов, обозначающих первоначальные дефекты слоя NoSig ).

Пример 4. Силицированные (толщина слоев NeSi 10 мкм) молибден и ниобий борировали в смеси состава, вес.Ъ: В+С 94, A1F 5, NH4F 1, при

600 С в течение 8 ч. В результате борирования имело место образование боридных слоев Novas u NbB толщиной

5-70 мкм с соответственным снижением толщины (оставшегося) силицидного слоя.

Описываемый способ имеет следующие преимущества: позволяет в значительной степени унифицировать операцию удалення силицидных слоев. с различных металлов и при наличии в покрытии различных дефектов; позволяет ускорить процесс удаления силицидных покрытий; позволяет удалять силицидные длов с минимальным поражением металла основы.

Формула изобретения

Способ удаления силицидных покрытий, преимущественно с поверхности иэ771188

Составитель Р..Клыкова

Техред Н. Граб Корректор,М.Демчик

Редактор Т. Корченко

ЮЮ

Заказ 6626/38 Тираж 1074 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, .Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5. филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 делии из, тугоплавких металлов, включающий диффузионное насицение и последующую очистку, о т л и ч а юшийся тай, что, с целью упроще ййя и ускорейия процесса удаления, диффузионное насыщение осуществляют сквозным борированием силицированного слоя, а очистку - удалением полученного диффузионного слоя. источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1. Патент GtlA 9 3622391, кл. В4-3, 1971.

2. Патент США 9 3833414,кл.134-3, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 329250, кл. С 23 С 9/02, 1970.