Состав для комплексного диффузионного насыщения стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к нанесению теплозащитных покрытий на изделия, а может быть использовано в аэрокосмической, энергетической и других областях техники, Цель изобретения - повышение насыщающей способности состава и повышение эрозионной стойкости покрытия в скоростном потоке высокотемпературной кислородсодержащей плазмы Состав, включающий оксиды хрома и алюминия , порошок алюминия и хлористый аммоний , дополнительно содержит оксиды тантала, лантана, смесь оксидов редкоземельных металлов (РЗМ) порошок железа, фтористый иттрий, фтористый натрий-цирконий и борфтористый калий при следующем соотношении компонентов, мас.% оксид хрома 27,4-30,9; оксид тантала 5-7, оксид лантана 1,3-1.7, смесь оксидов РЗМ 1,4-1,8, порошок алюминия 24-26, порошок железа 15-17, фтористый иттрий 0,7-0,9, фтористый натрий-цирконий 0,5-0,9, борфтористый калий 0,2-0,4, хлористый аммоний 0,7-1,5, оксид алюминия остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 23 С 10/56

ГОСУДАРСТВЕ3+Ый КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытИЯм

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4719435/02 (22) 19.07.89 (46) 30.06.91. Бюл. t4 24 (71) Белорусское республиканское научнопроизводственное объединение порошковой металлургии (72) Г.В.Борисенок, А.А.Колесников, С.ВЛобережный, А,С.Лазарев и Е,А.Илью щенко (53) 621.785.51.06 (088.8) (56) Химико-термическая обработка металлов и сплавов. / Справочник под ред.

Л.С.Ляховича, 1981, с. 286-290, (54) СОСТАВ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ. СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к нанесению теплозащитных покрытий на изделия, а может быть использовано в аэрокосмической, энергетической и

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нанесению теплозащитных покрытий на изделия, кратковременно работающие в скоростном потоке высокотемпературной кислородсодержащей плазмы с целью повышения их сопротивления высокотемпературной газовой коррозии и обеспечения заданного ресурса работы в экстремальных условиях, и может быть использовано в аэрокосмической, энергетической и других областях техники.

Целью изобретения является повышение насыщающей стойкости способности состава и повышения эрозионной стойкости,, Ж„, 1659526 А1 других областях техники. Цель изобретения— повышение насыщающей способности состава и повышение эрозионной стойкости покрытия в скоростном потоке высокотемпературной кислородсодержащей плазмы.

Состав, включающий оксиды хрома и алюминия, порошок алюминия и хлористый аммоний, дополнительно содержит оксиды тантала, лантана. смесь оксидов редкоземельных металлов (РЗМ) порошок железа, фтористый иттрий, фтористый натрий-цирконий и борфтористый калий при следующем соотношении компонентов, мас,7,; оксид хрома 27,4-30,9; оксид тантала 5-7, оксид лантана 1,3-1,7, смесь оксидов РЗМ

1,4-1,8, порошок алюминия 24-26, порошок железа 15-17, фтористый иттрий 0,7-0 9, Ь* фтористый натрий-цирконий 0,5-0,9, борфтористый калий 0,2-0,4, хлористый аммоний

0,7-1,5, оксид алюминия остальное, 1 в скоростном потоке высокотемпературной кислородсодержащей плазмы.

Известный состав, включающий оксиды хрома и алюминия, порошок алюминия и хлористый аммоний, дополнительно содержит оксиды тантала, лантана, смесь оксидов редкоземельных металлов (РЗМ), порошок железа, иттрий фтористый, натрий-цирконий фтористый и калий борфтористый при следующем соотношении компонентов, мас,, Оксид хрома 27,4-30,9

Оксид тантала 5,0-7,0

Оксид лантана 1,3-1,7

Окись оксидов Р3М 1,4-1,8

Порошок алюминия 24-26

1659526

Порошок железа 15-17

Фтористый иттрий 0,7-0,9

Фтористый натрий-цирконий 0,5-0,9

Борфтористый калий 0,2-0,4

Хлористый аммоний 0,7-1,5

Оксид алюминия Остальное

Функциональное назначение каждого из компонентов и химические формулы следующие.

Оксид хрома (С Оэ) — поставщик активных атомов хрома для образования многокомпонентного теплозащитного покрытия.

Оксид тантала (Та Оэ) — поставщик активных атомов тантала для легирования, образующихся в процессе насыщения, алюминидов железа.

Оксид лантана (LazOg) марки ЛаОК-1 и смесь оксидов Р3М (СеО 57 ); LazOa 25 :

М0203 17 ; Рг6011 (полирит) вводятсу в состав для легирования многокомпонентного покрытия и образования на его поверхности плотной, прочносцепленной с основой оксидной пленки, активно препятствующей проникновению кислорода плазмы к покрытию.

Порошок алюминия (AI) марки ПА-4— восстановитель оксидов металлов, входящих в предлагаемый состав, и поставщик активных атомов алюминия для образования покрытия на основе алюминидов железа.

Порошок железа (Fe) марки ПЖРВ вводится в состав с целью снижения температуры протекания реакции восстановления оксидов металлов и образования в процессе их восстановления ферросплавов, что приводит к снижению спекаемости состава и благоприятно сказывается на чистоте поверхности обрабатываемого изделия.

MTTpNA фтористый (YF3) — поставщик иттрия для легирования многокомпонентного покрытия и повышения его жаростойкости.

Фтористый натрий-цирконий (Na2ZrFa)— поставщик циркония для легирования многокомпонентного покрытия и активатор процесса насыщения.

Борфтористый калий (КВ F4) — активатор процесса восстановления оксидов, Хлористый аммоний (NHpCI) — активатор процессов восстановления оксидов и насыщения.

Оксид алюмниия (А120э) вводится в состав для предотвращения его спекания в процессе насыщения.

Состав для комплексного насыщения приготавливают следующим образом. Просушенные оксиды. хрома, тантала, лантана, Р3М, порошки железа и алюминия и борфтористый калий (в некоторых случаях возможны добавки фтористого иттрия, фтористого натрий-цирконий и хлористого алюминия в количествах 5-207; от указанного содержания) развешивают, тщательно пе5 ремешивают в течение 1-2 ч и проводят процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Продукты синтеза размалывают в шаровой мельнице до фракции 100-160.мкм с добавками фтори10 стого иттрия, фтористого натрий-цирконий, хлористого аммония и оксида алюминия.

Пример. Проводят термодиффузионное насыщение сферических тел (шары из стали ШХ 15 диаметром 9,525 мм) в предла15 гаемом и известном составах. Нанесение покрытий осуществляют в контейнерах иэ нержавеющей стали, герметиэированных плавким затвором при 1050 С в течение 6 ч в печи фирмы "NABFR" ФРГ, Металлографи20 ческий анализ покрытий осуществляют на микроскопе "Polyvar", Австрия, а фазовый микрорентгеноспектральный на установке

ДРОН-З.

Оценку теплоэащитных свойств покры25 тий при высоких тепловых нагрузках проводят в однофазном потоке плазмы, создаваемом плазмотроном ПРС-75. Плазмообраэующий кислородсодержащий газ— воздух. Образец. с помощью координатного

30 устройства устанавливают по оси сопла плаэмотрона на расстоянии 2 мм от его среза. Крепление образцов осуществляют с помощью стержневых теплоизолированных держателей. Время нахождения образца в

35 плазменной струе задается с помощью реле времени и фиксируется злектросекундомером ПВ53П.

Параметры работы плазмотрона следующие:

40 Расход газа 1,55 10 кг/с

Полезная мощность 15,2-17,0 кВт

Энтальпия струи 9,8-10,9 Дж/кг

Температура на срезе сопла 4980-5400 К

45 Скорость истечения струи 130 м/с

Начальное время нахождения в плазменной струе определяют появлением на боковой поверхности образца без теплозащитного покрытия жидкой фазы и ее уносом

50 до уменьшения размера образца на 1/3-1/4 диаметра, Г1редварительное испытание показало, что зто время 3,5 с. Уменьшение диаметра образца за счет плавления материала и уноса жидкой фазы с лобовой повер55 хности 2,2-2,5 мм.

Поскольку требуемое время работы образца с покрытием в приведенных условиях испытаний, бвэ разрушения покрытия и начала оплавления материала основы, а также .при минимальной потере формы образца, 1659526

ПИ вЂ” m2 г

1,4-1,8

15,0-17,0

0,7-0,9

45 должно составлять 2 3-4 с, выбраны три временных интервала обдува: 3,5; 4,0 и

4,5-4,9 с.

Качественную оценку защитных свойств покрытия после различного времени обдува образца плазменной струей проводят визуально по степени разрушения покрытия и материала основы.

Гравиметрическим методом оценивают потерю массы образца за время испытаний, отнесенную к единице площади поверхности;

1 где m> — масса образца до испытаний; пц — масса образца после испытаний, S — площадь поверхности образца, Потеря массы является следствием образования сложных оксидов и их уноса плазменной струей в процессе обдува.

Потерю формы образца после испытаний оценивают в процентах иэ выражения.

dd1 г .100 ж

d где б1 — диаметр образца до испытаний; бг — диаметр (размер при оплавлении образца в минимальном сечении после испытаний z секунд в струе).

Зйачения удельной потери массы и изменения формы образца могут не коррелировать, так как в процессе испытаний действуют два взаимно противоположных процесса — окисление покрытия, сопровождающееся увеличением массы образца,и унос продуктов окисления и жидкой фазы в случае, если она образуется, плазменной струей.

Результаты испытаний образцов беэ покрытий, с покрытиями, полученными в известном (прототип) и предлагаемом составах, приведены в таблице, там же представлены толщины слоев покрытий, Как видно из результатов таблицы, покрытие, нанесенное в предлагаемом соста5 ве, повышает теплоизоляционные характеристики стали в 9,3-11,2 раза по сравнению с незащищенным материалом при увеличении сохранения формы образца в 11,4-23,1 раза. По сравнению с покрытием, 10 полученным в известном составе (прототип), покрытие, полученное в предлагаемом, обладает в 1,3-1,4 раза лучшими защитными свойствами, повышает сохранение формы образца в 2-3 раза и имеет в 1,8-2,1 раза

15 большую толщину слоя.

Формула изобретения

Состав для комплексного диффузионного насыщения стальных изделий, включающий оксид хрома, оксид алюминия, порошок

20 алюминия и хлористый аммоний, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности состава и повышения эроэионной стойкости в скоростном потоке высокотемпературной кислородсо25 держащей плазмы, он дополнительно содержит оксиды тантала, лантана, смесь оксидов редкоземельных металлов, порошок железа, иттрий фтористый, натрий цирконий фтористый и калий борфтористый при

30 следующем соотношении компонентов, мас. .

Оксид хрома 27,4-30,9

Оксид тантала 5,0-7,0

Оксид лантана 1,3-1,7

35 Смесь оксидов редкоземельных металлов

Порошок железа

Фтористый иттрий

Фтористый натрий40 цирконий 0509

Борфтористый калий 0,2-0,4

Хлористый аммоний 0,7-1,5

Оксид алюминия Остальное

1659526

0 аааЯ е оа аSR5

Я

Я

10 и ф

6i

1 а Ф 1

С оаа С

I, 1 1 1 с с с

1 1 !

Ф

С4

СЧ

Я И

ЕЪ И ъа Ch

0 ° 0 °

«еъ е с\ С4

СЧ о с л о

* 1 °

t4 40 Q C4 ъа .0 И с .0 И с t

0О и е» л

1

О

С l

СЧ

С 0

0 О

Ф ФЪ

0ъ И

CO CO и л

СЧ И

О И

Ф 7

Ct ttI

И О

С" Ъ ф

I» M

Itl О иЪ

СЪ С 0

О

С4 ь

С4

Ь

С Ъ

СЧ

СС е4

СЧ

Ссъ

СЧ

С Ъ

СС

0ъ е4

СЧ 0

О

t

О

« а

О и ф С Ъ

О е4

С 1 в

И

Ф

О л

Ctl

СЧ а О" к1

CI

Ф

° »

0 а Е

О Ф

ЯИ

D

И

С4

04

О

О

И е

С4

CI

0I

CI

СЪ

I»

0

0Ъ

« а о l-I

О

h и

О

О

О83О83О88

0 И r O 00 лО

ltl И О Itl МЪ О И

* ° В * Ф 0

Е С Ъ Ф С С \ Е 0

I)

II0>, С

:j0" 1

I;()h ; а В

М 0 ъа v g

О

И 0 а

0 М

СЧ СЧ

Й 00 0 3g, 3