Способ защиты изделий из вольфрама от высокотемпературного окисления

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке , а именно к процессам диффузионного насыщения в порошковых средах, и может быть использовано в машиностроении для защиты от окисления изделий из вольфрама , работающих в неизотермических условиях . Цель - повышение жаростойкости изделий, работающих в неизотермических условиях, при наличии участков с температурой 600 - 1500°С, Способ включает предварительное еилицирование в дисилициде вольфрама при 1700 - 1800°С в течение 8 - 15 ч, последующее силицирование в кремнии при 1300 - 1400°С в течение 20 - 30 ч, затем участки изделий, эксплуатирующихся при 600 - 1500°С, изолируют втулками из молибдена, при этом зазор между втулкой и изделием составляет 0,5 - 1 мм, а толщина стенок втулки - не менее 0,4 меньшего линейного размера отверстия, после чего оба процесса повторяют, при этом диффузионное силицирование в дисилициде вольфрама проводят при 1600 - 1800°С в течение 8 - 12 ч. Способ позволяет существенно повысить жаростойкость изделий, через 50 ч работы изменений не происходит. 3 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я>л С 23 С 12/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4707875/02 (22) 20.06.89 (46) 23.09.91. Бюл. N. 35 (71) Харьковский государственный университет им. А.M,Ãîðüêîãî и Научно-производственное объединение "Стеклопластик" (72) Е.П.Нечипоренко, Ю,Б.Павленко, В.А.4ишкала, С.В.Литовченко, Р,С.Шевелевич, Ю.А.Ключков и А.Н,Изотов (53) 621.793.669.586.5 (088.8) (56) Вакуумное силицирование в элементарном кремнии. В сб.: Жаростойкие покрытия, Труды семинара по жаростойким покрытиям. — M. — Л.: Наука, 1965, с. 55-56. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

ВОЛЬФРАМА ОТ,ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессам диффузионного насыщения в порошковых средах, и может быть использовано в машиностроении для

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессам диффузионного насыщения в порошковых средах, и может быть использовано s машиностроении для защиты от окисления. изделий из вольфрама, работающих в неизотермических условиях.

Цель изобретения — повышение жаростойкости изделий, работающих в неизотермических условиях при наличии участков с температурой 600 — 1500 C.

„„Я „„1678898 А1 защиты от окисления изделий из вольфрама, работающих в неизотермических условиях. Цель — повышение жаростойкости изделий, работающих в неизотермических условиях, при наличии участков с температурой 600 — 1500 С. Способ включает предварительное силицирование в дисилициде вольфрама при 1700 — 1800 С в течение 8—

15 ч, последующее силицирование в кремнии при l300 =- 1400 С в течение 20 — 30 ч, затем участки изделий, эксплуатирующихся при 600 — 1500 С, изолируют втулками из молибдена. при этом зазор между втулкой и изделием составляет 0,5 — 1 мм, а толщина стенок втулки — не менее 0,4 меньшего линейного размера отверстия, после чего оба процесса повторяют, при этом диффузионное силицирование в дисилициде вольфрама проводят при 1600 — 1800 С в течение

8 — 12 ч. Способ позволяет существенно повысить жаростойкость изделий, через 50 ч работы изменений не происходит. 3 табл.

Способ защиты изделий из вольфрама включает предварительное вакуумное силицирование в дисилициде вольфрама при

1700 — 1800oC в течение 8 — 15 ч, последующее силицирование в кремнии при 1300—

1400 С в течение 20 — 30 ч, затем участки изделий, зксплуатирующихся при 600—

1500 С, изолируют втулками из молибдена, при этом зазор между втулкой и изделием составляет 0,5 — 1 мм, а толщина стенок втулки составляет не менее 0,4 меньшего линейного размера отверстия, после чего

1678898 оба процесса силицирования повторяют, при этом силицирование дисилицида вольфрама проводят при 1600 — 1800 С в течение 8 — 12 ч. Силицирование сначала в дисилициде вольфрама при 1700 — 1800 С в течение 8 — 15 ч, а затем в кремнии при

1300 — 1400 С в течение 20 — 30 ч приводит к формированию первоначального слоя дисилицида вольфрама толщиной 200—

270 мкм.

Двухстадийное формирование первоначального слоя дисилицида вольфрама позволяет повысить его качество, избежав значительного растрескивания, наблюдаемого при одностадийной обработке. При толщине слоя дисилицида вольфрама менее

200 мкм не удается обеспечить надежную защиту изделия от окисления, а при толщине более 270 мкм увеличивается его дефектность, что также повышает вероятность окисления изделия, Последующий отжиг изделия с втулками в порошке дисилицида вольфрама приводит к диффузионному сцеплению молибдена с вольфрамом через многослойную силицидную систему МО Я з — МОЯ!2—

WSig — WqSig, При этом на участках изделия, свободных от втулок, покрытие из дисилицида вольфрама за счет диффузии кремния в подложку переходит в низший силицид

WsSiz. который до температуры 1600 С не является жаростойким. В ходе этого отжига на поверхности втулок формируется комплексное покрытие, состоящее из внутреннего МОьЯ!з и наружного дисилицидного слоев.

При температуре отжига менее 1700 С, длительности отжига менее 8 ч, зазоре более. 1 мм не удается обеспечить надежное сцепление втулок с изделием, При длительности отжига более 15 ч повышается дефектность силицидных слоев, кроме того, большая толщина силицида приводит к росту внутренних напряжений во втулках. При зазоре менее 0,5 мм силицидные слои, формирующиеся между втулками и изделием, вызывает рост механических напряжений во втулках и могут привести к их разрушению. Прй толщине стенок втулок менее 0,4 линейного размера отверстия возможно разрушение втулок при силицировании изза недостаточной прочности. Верхняя предельная температура отжига (1800 С) выбрана так, чтобы исключить рост дефектности силицидоз из-за высокой скорости диффузии, Заключительный отжиг изделий в кремнии приводит к досилицированию WQSI3, образовавшегося в результате предыдущего отжига слоя дисилицида вольфрама в по10

55 рошке дисилицида вольфрама, и его переходу вновь в слой WSiz, а также к увеличению толщины слоя дисилицида молибдена на втулках, При температуре отжига менее

1300 С и длительности менее 20 ч слой дисилицида вольфрама имеет малую толщину и не обеспечивает надежную защиту от окисления. При длительности отжига более 30 ч возрастает дефектность покрытия. При температуре отжига более 1400 С возможно сплавление кремния с изделием.

Таким образом, за счет использования связанных с изделией молибденовых втулок повышается качество защиты вольфрама на участках с температурой 600 — 1500 С.

Пример. Используют изделие из вольфрама марки МЧ вЂ” шток диаметром 5 и длиной

500 мм. При эксплуатации участки с температурой менее 1500"С расположены на концах (длина участков 70 мм) и в центре (длина участка 100 мм). Сначала весь шток отжигают в вакууме 10 мм рт.ст. в порошке дисилицида вольфрама при 1750"С в течение

15 ч, а затем в кремнии при 1350 С в течение

20 ч. В результате на поверхности штока получают слой дисилицида вольфрама толщиной 220 мкм. Затем на концевые участки и на центральный участок надевают втулки из молибдена соответствующей длины. Диаметр втулок 13 мм, диаметр отверстия

6,5 мм, что обеспечивает толщину стенки около 0,5 линейного размера отверстия (т.е. диаметра), а зазор около 0,7 мм. Изделие с надетыми втулками засыпают порошком дисилицида вольфрама и отжигают в вакууме при 1750 С в течение 9 ч. В результате втулки диффузионным способом надежно связываются с изделием,а на их поверхности формируется покрытие из Мо SI2 и M05SI3 толщиной около 400 мкм. На участках штока, свободных от втулок, слой дисилицида вольфрама переходит в слой силицида WgSlg.

Последующее силицирование проводят в кремний при 1350 С в течение 24 ч. На вольфраме образовывается слой дисилицида вольфрама толщиной около 400 мкм, а на поверхности втулок возрастает слой дисилицида молибдена и общая толщина покрытия (до,520 мкм).

В табл. 1 -3 приведены результаты формирования покрытия в зависимости от,режимов силицирования.

Испытания проводят следующим образом.

Образцы 1 и 2 помещают в BblcoKoTGM пературную печь с неизотермическим тепловым полем. При работе печи в ней создаются три температурные зоны: 1500—

1678898

Таблица 1 аблйц

Максимальная толщина стенок ограничена только удобств щиной.стенок более размера отверстия нецелесообразно.

Таблица 3

Примечание. Образцы изделий с покрытиями, полученными известным и предлагаемйм способами, NcllblTblBBloT на стойкость высокотемпературному окислению.

Составитель Н.Сункина

Техред М.Морге нтал Корректор Т,Малец

Редактор Н,Гунько

Заказ 3186 Тираж 537 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

1900 (высокотемпературная), 600 — 1500 (среднетемпературная), ниже 600 С (низкотемпературная). Образцы располагают так, что каждый участок располагается к конк-ретной температурной зоне. Образец со 5 втулками располагают так, что участки со втулками находятся в зоне 600 — 1500 С.

Состояние образцов контролируют визуально. Температуру контролируют пирометрически. 10

Испытания показывают, что через несколько минут на образце 1 в зоне 600—

1500 С начинается интенсивное дымление, приводящее через 5 — 10 ч к полному 15 разрушению образцов s этой зоне. Образец 2 через 50 ч остается работоспособен.

Изменений на поверхности не обнаружено.

Таким образом, при обработке изделий 20 иэ вольфрама по предлагаемому способу жаростойкость существенно повышается, через 50 ч работы изменений на поверхности не происходит.

Формула изобретения

Способ защиты изделий из вольфрама от высокотемпературного окисления, преимущественно работающих в неизотермических условиях, при наличии участков с температурой 600 — 1500 С, включающий вакуумное силицирование в кремнии, о тличающийся тем,что,сцельюповышения жаростойкости, предварительно проводят силицирование в дисилициде вольфрама при 1700 — 1800 С в течение 8—

15 ч, а последующее силицирование в кремнии ведут при 1300 — 1400 С в течение 20—

30 ч,-затем участки изделий, эксплуатирующихся при температуре 600 — 1500 С, .изолируют втулками из молибдена, при этом зазор между втулками и изделием составляет 0,5 — 1,0 мм, а толщина стенок втулок составляет не менее 0,4 меньшего линейного размера отверстия, после чего оба процесса силицирования повторяют, при этом силицирование в. дисилициде вольфрама проводят при 1600 — 1800 С в течение 8—

12 ч.