ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Покрытия на тугоплавких металлах и сплавах из "Тугоплавкие покрытия Издание 2 " Покрытия этого типа являются одним из основных видов защитных покрытий для тугоплавких металлов и сплавов. Их разработке уделяется все большее внимание. Наиболее полно современные достижения в этой области рассмотрены в обзорных работах [10, 72, 73, 332, 333]. Самыми перспективными типами диффузионных комплексных покрытий для тугоплавких металлов являются покрытия на основе модифицированных алюминидов и силицидов, причем современные исследователи стремятся разрабатывать не универсальные покрытия, а предназначенные для конкретных промышленных марок сплавов и определенных условий эксплуатации. Наиболее полно разработаны и исследованы защитные покрытия для сплавов ниобия и молибдена и в меньшей степени для сплавов тантала и вольфрама. [c.292] Для насыщения тугоплавких металлов и сплавов алюминием совместно с другими элементами существуют различные технологические схемы, но чаще всего применяют насыщение из порошковых смесей, обмазок и шликеров, нанесенных на обрабатываемую поверхность, а также из жидких расплавов на основе алюминия. Используют и метод нанесения плазменной или газопламенной горелкой покрытия из сплава, содержащего алюминий, с последующим диффузионным отжигом для уплотнения покрытия и увеличения прочности его сцепления (вследствие образования переходной ди( х )узионной зоны). Довольно часто основным легирующим элементом в покрытиях на основе алюминия служит кремний, и в таких гетерофазных покрытиях наряду с алюмини-дами присутствуют и силициды элементов, входящих в основу защищаемого сплава. [c.292] В работе [334] была исследована окалиностойкость сплавов системы Мо—А —51 и, в частности, изучено влияние легирования алюминием на жаростойкость дисилицида молибдена. Окалиностойкость исследовали при температурах 1000, 1300 и 1600° С на воздухе в течение десятков часов. Лучшей окалиностойкостью при всех условиях испытаний (масса образцов почти не изменялась) обладали сплавы, содержащие, % (ат.) 33 Мо 34,7— 36,3 51 32,3—30,7 А1, т. е. представляющие собой фазу Мо (А1,51)2. Это исследование подтверждает перспективность разработки алю-мокремниевых покрытий для сплавов молибдена. [c.293] По данным работы [335], предложенное силуминовое покрытие и способ его нанесения могут быть применены для защиты тантала и его сплавов с вольфрамом. Перед насыщением силумином поверхность изделий подвергают пескоструйной обработке и промывают разбавленной соляной кислотой тогда покрытие будет отличаться хорошим сцеплением с основой, сопротивлением термоудару и не отслаиваться при горячей обработке давлением. В спокойном воздухе покрытие защищает изделия от окисления при 1090° С более 100 ч, при 1370 — более 24 ч, а в медленном воздушном потоке — более 1,5 ч при 1650° С и 0,5 ч при 1900° С при скорости потока с числом Маха, равным 4, в течение 45 сек при 1900° С. [c.293] Сравнительно широко исследовано покрытие марки ЬВ-2, основу которого составляет сплав А1-Ы0Сг+251 [10, с. 20 73, с. 361 ]. Покрытие наносят из шликеров методом погружения, напыления или накладки (обычно сверху основного слоя покрытия наносят слой алюминиевой пасты на органической связке), подсушивают на воздухе при температуре до 100° С и подвергают диффузионному отжигу в нейтральной (Аг) или защитной среде при 900—1040° С в течение 1 ч. Шликер из дисперсных порошков (желательно 0,040 мм) металлов или готового сплава обычно приготавливают на органических жидкостях, например смесях ацетон—ксилол, коллодий—бутилацетат, нитроцеллюлозных лаках. Если шликеры готовят на воде, для лучшей стойкости необходимо добавлять в небольших количествах стабилизатор, например бентонит. [c.293] Предложен способ получения легированных алюминидных покрытий в расплаве, содержащем до 20% А1 и его соединений, более 30% Са (могут быть добавлены Ва, Mg, 5г) и до 5% Си, РЬ и 2п. Температура плавления ванны — около 800° С. Насыщение ведут в интервале температур 900—1200° С до 1 ч в зависимости от состава обрабатываемого материала и требуемой толщины слоя. Присадка в ванну Т1, 2г, V, Ре, Мп, Со, N1, Мо, Сг, Се, V позволяет получать сложнолегированные алюминидные покрытия с повышенными защитными свойствами, в частности с более высокой термостойкостью по сравнению с чистыми алюминидными покрытиями. Защитной атмосферой при использовании предложенной ванны служит аргон. Способ рекомендуется для изделий, работающих при высокой температуре в условиях воздействия газовых сред, содержащих кислород и серу. [c.294] Для получения сплошных, хорошо сцепленных защитных покрытий на металлах с предварительно окисленной поверхностью необходимо соблюдать оптимальные режимы выдержки в расплаве. На рис. 113 приведена зависимость минимальной выдержки от температуры алюминиевой ванны при образовании покрытий на титане, ниобии и молибдене. [c.295] Влияние легирующих элементов на продолжительность и температуру процесса алитирования аналогично влиянию этих элементов на растворимость обрабатываемых металлов в алюминии. При прочих равных условиях увеличение выдержки в расплаве алюминия (выше оптимальной) ухудшает жаростойкость покрытий из-за избыточного обогащения наружных слоев легирующими элементами повышение же температуры расплава неоднозначно влияет на жаростойкость покрытий и зависит от степени предварительного легирования алюминиевой ванны. Общим критерием при определении оптимальной продолжительности и температуры процесса алитирования следует считать начало растворения обрабатываемых тугоплавких металлов, т. е. растворение их на глубину не более 5—10 мкм. [c.295] Толщина диффузионных покрытий, обеспечивающая относительно высокую жаростойкость при максимальных температурах испытания, составляла для обоих металлов примерно 0,2—0,3 лш. Из данных табл. 68 видно, что алитирование и алюмосилициро-вание обеспечивают сравнительно высокую жаростойкость до 1000 С при более высокой температуре перспективны только модифицированные алюминидные покрытия. Одна из наиболее характерных особенностей микроструктуры многокомпонентных покрытий — ее гетерофазиость. [c.296] Алюминидно-силицидное покрытие весьма эффективно используют для защиты от окисления ванадиевых сплавов. Для этого на поверхность детали наносят обмазку на нитроцеллюлозном лаке, содержащую, % 48—68 Ag, Си или 5п 1,5—20 51, 15— 25 А1 и 15—25 лака. После выжигания лака деталь отжигают при 980—1090° С и выдержке 1—4 ч, что обеспечивает получение защитного диффузионного покрытия, которое защищает сплавы ванадия от окисления при 1200° С в течение 10 ч и более. [c.296] В работе ПО, с. 20] приведены данные о применении двух-компоиентных расплавов на основе алюминия, например А1 + + 15% 51, А1 + (5—10) Сг, А1 + 5% Т1 и др., для защиты ниобия от высокотемпературного окисления. Наиболее распространен метод погружения в расплав при 1040° С и выдержке в нем в течение нескольких минут. В некоторых случаях образовавшееся покрытие подвергают дополнительному диффузионному отжигу при 930—1150° С в течение часа и более. Однако никаких сведений о составе покрытий, их толщине и свойствах не сообщается. [c.296] Одно из весьма распространенных защитных покрытий для тугоплавких металлов и сплавов, прежде всего на основе ниобия и тантала — покрытие, наносимое из расплавов 8п—А1, содержащих от 5 до 50% (по массе) А1. В зависимости от состава сплава и материала основы выбирают временный и температурный режим обработки. Обзор способов повыщения жаростойкости тугоплавких металлов (ЫЬ, Та, Мо н и ) и их сплавов с помощью 5п—А1 покрытий сделан в работе [336]. Основную защитную функцию выполняет алюминидное покрытие, а олово, по мнению автора работы [336], играет роль мягкого напряженного барьера между окислом, образующимся на поверхности, и интерметаллндом, облегчая доставку алюминия к местам повреждения покрытия и обеспечивая тем самым быстрое залечивание этих повреждений. Именно в способности самозалечивания и состоит одно из основных преимуществ 5п—А1 покрытий перед другими. Свойства покрытий улучщают легированием сплава такими элементами, как Т1, Сг, Мо, 51. В этом случае обычно образуются композиционные покрытия на основе силицидов и алюминидов. [c.298] Первый тип покрытий состоит из пористого силицида ниобия, легированного или нелегировапного танталом, хромом или обоими элементами, поры которого пропитаны расплавом 5п—А1. Слой силицида пропитывается во время его образования в ванне с расплавом 5п—А1, находящимся в равновесии с кремнием. Покрытия второго типа обычно состоят из слоя легированных силицидов, предварительно нанесенного пульверизацией с последующим отжигом и затем пропитанного сплавом 5п—А1. Оптимальными условиями обработки в расплаве 90 5п—10А1 в первом случае была температура 900° С и выдержка 4 ч, во втором 900° С и 1 ч. В работе [337] рассмотрены различные технологические варианты получения покрытий обоих типов и их влияние на структуру и свойства защитных слоев в процессе формирования и окисления в различных условиях испытаний. [c.299] Пропитка слоев силицида расплавов 5п—А1 (покрытия первого типа) приводит к их гомогенизации, в особенности в процессе окисления, вследствие способности расплава 8п—А1 переносить частички разрушенного силицида (рис. 114) эта способность н лежит в основе эффекта самозалечивания данного типа покрытий. Покрытия второго типа состоят из плотного внутреннего слоя легированного силицида ниобия и пористого наружного силицидного слоя, пропитанного расплавом 5п—А1. Такая структура должна быть эффективной в условиях статических и циклических испытаний на жаростойкость. [c.299] За критерий повреждения защитного слоя было принято появление окислов ниобия на его поверхности, свидетельствующее о начале окисления металла основы. Результаты испытаний приведены в табл. 70. [c.300] Опыты в статических условиях проводили в основном с образцами нелегированного ниобия, покрытыми пористым слоем МЬ812, пропитанного расплавом 5п—А1 (покрытия первого типа). Защитное действие этих слоев обеспечивает жидкая фаза, которая в изотермических условиях окисляется медленно. Возрастает срок службы покрытия. Так, при 1100° С свойства отдельных покрытий сохранялись в течение трех месяцев. Верхний предел эксплуатации таких покрытий лежит при температуре 1400° С. [c.301] Легированный титаном пористый слой N5512, пропитанный расплавом 5п—А1, не показал значительного преимущества, так как срок службы определяется в основном скоростью окисления расплава. При циклических испытаниях у легированных покрытий имелись преимущества по сравнению с нелегированными, что объясняется меньшей чувствительностью дисилицида ниобия, легированного титаном, к окислению в области температуры чумы . У покрытий второго типа свойства примерно одинаковы с покрытиями первого типа при статических испытаниях, но при циклических они значительно выще (см. приведенную в табл. 70 программу И). [c.301] По данным работы [72, с. 447], покрытия сплавами 75 5п— 25 А1, наносимые погружением или пульверизацией с последующим диффузионным отжигом при 1025° С в вакууме или аргоне, весьма перспективны для тантала и его сплавов. Так, для сплава Та—10 покрытия выдержали в условиях циклического окисления на воздухе при 1100° С более 700 ч и при 1650° С более 10 ч. Отмечено, что покрытие практически не ухудщает механических свойств защищаемого материала, а само способно выдерживать значительные нагрузки, не теряя своих защитных свойств. Кроме танталовых и ниобиевых сплавов, покрытия системы 5п—А могут быть использованы для многих других тугоплавких сплавов. Однако эти покрытия весьма чувствительны к составу материала основы и их разработка требует больших экспериментальных исследований. [c.301] Модифицирование силицидных покрытий различными элементами проводят с целью повышения их термостойкости, увеличения окалиностойкости в области чумы , улучшения способности к самозалечиванию, снижения диффузионной подвижности кремния и скорости рассасывания высших силицидов в низшие. В настоящее время отсутствуют достаточно определенные теоретические представления, позволяющие уверенно выбрать оптимальные модифицирующие элементы, и разработка комплексных силицидных покрытий носит в основном эмпирический характер. Наиболее полно исследованы свойства комплексных силицидных покрытий и их влияние на механические свойства материала основы для ниобиевых сплавов, в меньшей степени для сплавов тантала, молибдена и вольфрама. [c.301] Вернуться к основной статье