Способ получения покрытия наизделиях из ниобия и его сплавов

Способ получения покрытия наизделиях из ниобия и его сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскмк

Социалистические

Республик

<1 и823455 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву

{51)М. Кл, (22) Заявлено 18.07.79 (21) 2 799718/22-02

С 23 С 9/02 с присоединением заявки .%

Гооудеретееииый комитет

СССР (23 ) Приоритет ио делам изобретений и открытий (5З) УДК621.785. .5 1 53 9(088. 8) Опубликовано 23.04.81. Бюллетень РЙ 15

Дата опубликования описания 23.04.81.

1

М. С. Бирлин, A. В. Касаткин, Л. И. Захарова и Г. М. Анурова (72) Авторы . изобретения

Ордена Трудового Красного Знамени институт физической химии

АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ НИОБИЯ

И ЕГО СПЛАВОВ

Изобретение относится к нанесению эа щитных покрытий на тугоплавкие металлы, в частности на ниобий и его сплавы, и может быть использовано в различных областях техники для защиты указанных материалов от высокотемпературного окис5 ленин.

Известен способ нанесения на поверх» ность ниобия или его сплава слоя молибдена и его последующее силицирование.. о

Получаемые. покрытия удовлетворительно защищают металл от окисления при температурах до 1400-15000С (11.

Однако, при более высоких температурах их защитная способность сравнительно невелика.

Известен также способ, согласно которому нанесенный на поверхность ниобия слой молибдена последовательно борируют и силицируют. Покрытие нв основе Мои<2 легированное бором, получаемое по укаэанному способу, обладает более высокими защитными свойствами, по сравнению с нелегированными вплоть до 1600 С )2 .

Недостатком известного способа является относительно низкая жаростойкость получаемых покрытий при температурах выше 1600 С.

О

Бель изобретения - повышение жаростойкости получаемых покрытий.

Поставленная цель достигается тем, что на ниобий или ниобиевый сплав нано« сят молибденовый слой, который сначала боросилицируют в среде, содержащей дисилицид, по крайней мере, одного из металлов, выбранных из группы молибден, вольфрам, цирконий, гафний и борид, по крайней мере, одного из металлов 1.У-а группы, а затем дополнительно силицируют в среде, содержащей кремний.

Кроме . того, боросилицнрование проводят в среде, содержащей компоненты в следуккцем соотношении, мол.%: дисилицид 60-95 и борид 5-40.

При термообработке мопибденированного ниобня в смесях укаэанных силицидов и боридов образуется трехслойное покрытие, внутренний слой которого представоформления. шликерным способом. Затем образцы бо30 росилицируют при разряжении 10 " тор и 1400 С в порошковой смеси состава, о мол.%; дисилицид вольфрама 95 и борид титана 5.

Продолжительность боросилицирования

5 ч. Силицирование проводят в среде элементарного кремния в атмосфере аргона при 1200 С в течение 3 ч.

Пример 2. Образцы ниобиевого сплава 5ВМ11 с молибденовым покрытием толщиной 70 мкм, нанесенным плазменным напылением, боросилицируют в вакууме (10 "тор) при 1450 )С в течение

6 ч в среде состава, моп.%: дисилицид молибдена 60 и борид циркония 40 к которой добавляют 20% инертного разбавителя A<@0g.

Силицирование проводят в среде кремния +3% KF при 1150 С.З ч в атмосфер ре аргона.

SO Пример 3.. Ha образцы ниобиевого сплава ЛН-1 наносят слой молибдена шликерным методом толщиной 60 мкм и затем проводят боросилицирование по примеру 1 в среде состава, мол.%: дисиы лицид пиркония 70 и борид гафния 30.

Силицирование проводят. в среде крем« ния +3% KF при 1150 0 в течение 2 ч в атмосфере аргона.

3 823 . ляет собой борид ниобия (848 ) промежуточный слой — низкий силицид молибдена, а внешний слой - высший силид молибдена (Mo&g ), содержащий 10-20% элемента.1V-а группы в виде твердого

P BC TBOP &.

После силицирования покрытия в среде, содержащей элементарный кремний, образуется покрытие, состоящее из внутреннего (Nb Ь ) и наружного слоев (твердый раствор высших силицидов молибдена и элемента 1V-а группы), в котором на внешней границе покрытия концентрация ниобия уменьшается до значений, находящихся ниже предела чувствительности аналитических методик, а концентрация элемента 1V-а группы у этой границы, наоборот, максимальна.

Такое сочетание слоев благоприятно в отношении стабильности структуры покрытий и его жаростойких cBoHc.B. Слой борида ниобия является эффективным барьером для диффузии кремнич из покрытия в металл. Кроме того, он связывает ниобий в прочное соединение, препятствующее диффузии ниобия в вышележащие слои покрытия, и является источником бора, который, диффундируя к поверхности покрытия, придает ему способность к самозале чиванию.

Повышенная жаростойкость получаемо6 го покрытия при 1700-1800 С обеспечивается наличием элементов 1 -а группы, образующих при окислении тугоплавкие окислы (особенно это касается. циркония и гафния).

Процесс нанесения покрытия по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

На шлифованные и протравленные образцы ниобия или его сплавы наносят слой молибдена. Нанесение слоя молибдена может быть осуществлено любыми известными способами, например плазменным напылением иэ шлакера, гаэофазным осаж- дением и др.

Затем образцы помещают в тщательно перемешанную смесь силицнда и борида (крупность частиц 50-200 мкм) и проводят насыщение в среде инертного газа

-ф или в вакууме не менее 1 10 тор при

1200-1400 С. Продолжительность обра6: ботки определяется толщиной слоя молибдена.

Для снижения скорости спекания порошковой смеси (для боросилицирования) в нее целесообразно (хотя и необязательно) добавлять инертный разбавитель в количестве до 40% по массе, При малых

455 4 концентрациях инертного раэбавителя мо жет происходить сильное спекание шихты., При превышении верхнего передела концентрации разбавителя скорость процесса сии>кается, В качестве инертных раэбавителей можно испольэовать тугоплавкие окислы (например АО О,Ег 0 и НХ 0 ),нитриды (например, Х и М и H 5 N ), карбиды (например, Т С, Z p С и Н4 С ).

При повышении концентрации дисилицида в смеси выше 95 мол.% скорость боросилицировапия падает, а при ее понижении ниже 60 мол.% в наружном слое покрытия образуются включения борина молибдена (МоВ), которые при окислении образуют большие концентрации борного ангидрида, резко понижающего температуру размягчения окисной пленки.

Операцию силицирования можно проводить любым известным способом, в том числс гаэофаэным силицированием или в порошковых смесях, содержащих элементарный кремний, причем последний вариант является более предпочтительным вследствие простоты er"o аппаратурного

Пример 1. На образцы ниобия диаметром 1,5 мм и длиной 40-50 мм наносят слой молибдена толщиной 50 мкм

8234

Формула

I изобретения

1. Способ получения покрытия на из делиях иэ ниобия и его сплавов, включающий нанесение мопибденового слоя и его боросилицирование, о т и и ч а ю ш и йс я тем, что, с цепью повышения жаро» стойкости покрытия, иэделия с молибденовым слоем сначала боросилицируют в среде, содрежащей дисипицид, по крайней

Ф мере, одного иэ металлов, выбранных иэ группы молибден, вольфрам, цирконий, гафний и бориа, по крайней мере, одного из металлов 1У-а группы, а затем дополнительно силицируют в среде, содержащей кремний.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что боросипицирование проводят в среде состава, мол.%:

Дисилицид 60-95

1О-5О 8-1О, БЧ Д- 5-40

ОсноСплав

5ВМ11

Пример 1

Ниобий Пример 2 Сплав

ЛН 1

4О-5О

Пример 3

8-10 1-2

Ниобий Известный

Составитель Л. Бурпинова

Редактор Г. Кацалап Техред Л.Пекарь Корректор В. Бутяга

Заказ 2010/34 Тираж 1048 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )V-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

П р и и е р 4. Образцы ниобия с мопибаеновым слоем толщиной 70 мкм, на- несенным плазменным напылением, боросилицируют по примеру 1 в среде состава, мол.%: дисилицид гафния 90 и борид гафния 10.

Силицирование проводят по примеру 2. данные микрорентгеноспектрального анализа показывают, что концентрация элементов 1У-а группы в наружном слое по-- t0 крытий, полученных по режимам приведенУ. ным в йримерах, равна 15-20%.

Результаты испытаний на жаростойкость изделий, обработанных известным и предлагаемым способом, представлены 1s в таблице.

Как видно из :таблицы, покрытия на ниобии и его сплавах, полученные по пред55 6 лагаемому способу, позволяют повысить окаростойкость покрытий при 1700 С и о

1800 С, соответственно, в 5 и 6-10 раэ о по сравнению с известными способами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Высокотемпературные защитные покрытия. - Обзорная информация "Межотраслевые вопросы науки и техники, М., ГОСИНТИ, 1979, вып. 6.

2. Авторское свидетельство СССР

И 651598, кл. С 23 С 17/00, 1976.