Состав сплава для нанесения покрытий

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам, используемым для нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов, например жаропрочных сплавов, наносимых на лопатки турбин газотурбинных двигателей или стационарных газовых турбин. Техническим результатом изобретения является увеличение долговечности покрытий путем повышения их сопротивляемости высокотемпературному окислению, т.е. жаростойкости и жаропрочности. Сплав содержит хром, алюминий, иттрий и никель, кремний, гафний, тантал и вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%: хром 2-30, алюминий 2-15, иттрий 0,001-5, кремний 0,1-5, гафний 0,2-6, тантал 0,2-20, вольфрам 0,5-10, никель остальное. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам, используемым для нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов, например жаропрочных сплавов, наносимых на лопатки турбин газотурбинных двигателей или стационарных газовых турбин.

Известен состав защитного покрытия содержащий, мас.%: хром 40-45, алюминий 5,5-6,5, иттрий 0,2-0,3, кремний 2,0-2,5, бор 2,0-2,5, никель остальное до 100% (патент РФ 2044103, МКИ 6: С 23 С 4/04. БИ 26 за 1995 год) - аналог.

Недостатком данного состава защитного покрытия является высокое содержание в нем хрома, что приводит к заметному снижению жаростойкости покрытия, хотя и наблюдается улучшение сопротивления сульфидной коррозии, за счет увеличения количества защитного оксида хрома в составе оксидной пленки.

Известен состав сплава для нанесения покрытия содержащий, мас.%: хром 15-45, алюминий 14-30, иттрий 0,01-0,5, никель остальное до 100% (патент США 3754903, С 22 С 19/04, 1973 год) - прототип.

Недостатком данного решения является низкая адгезия покрытия при высокотемпературном окислении, т.е. низкая жаростойкость и жаропрочность покрытия и, следовательно, его недолговечность.

Задачей изобретения является увеличение долговечности покрытий путем повышения их сопротивляемости высокотемпературному окислению, т.е. жаростойкости и жаропрочности.

Указанная задача решается тем, что в состав сплава для нанесения покрытия, включающий хром, алюминий, иттрий и никель, дополнительно вводят кремний, гафний, тантал и вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%: хром 2-30, алюминий 2-15, иттрий 0,001-5, кремний 0,1-5, гафний 0,2-6, тантал 0,2-20, вольфрам 0,5-10, никель остальное до 100%.

Кремний и гафний в покрытии обеспечивают повышенную долговечность слоя при изотермическом и циклическом окислении.

Усиление защитных свойств оксидной пленки достигается при введении кремния и гафния, соответственно не менее 0,1% кремния и не менее 0,2% гафния. Чрезмерное содержание гафния более 6% и кремния более 5% нежелательны, так как растворимость элементов в основных фазах покрытия ограничена, а образование дополнительных соединений ухудшает характеристики долговечности покрытия.

Тантал и вольфрам являются важнейшими упрочняющими элементами покрытия.

Тантал обеспечивает увеличение жаропрочности слоя покрытия за счет увеличения прочности атомных связей в структуре покрытия, является эффективным элементом торможения диффузии атомов из металлов и сплавов в покрытие. Кроме того, тантал обеспечивает повышение жаростойкости покрытия, в частности -фазы, особенно при циклическом окислении. При содержании в сплаве, который используется для нанесения покрытия, менее 0,2% тантала - жаростойкость покрытия практически не изменится, так как такое содержание тантала недостаточно для существенных изменений свойств покрытия. При использовании в указанной совокупности элементов покрытия концентрации тантала больше 20% в покрытии в большом количестве образуются хрупкие фазы, что ведет к ухудшению долговечности покрытий.

Вольфрам вводят для увеличения жаропрочности покрытия, торможения диффузии элементов, снижения температуры перехода покрытия из хрупкого в пластичное состояние при его нагревании, а также для развития дополнительного механизма деформирования - двойникования, который способствует увеличению долговечности деталей с таким покрытием при циклическом и термомеханическом деформировании. Вольфрам содержится в покрытии во вторичных твердых растворах. Положительный эффект от введения вольфрама достигается при его содержании в составе покрытия не менее 0,5%. При содержании вольфрама более 10% наблюдается образование топологически плотно упакованных фаз типа , что сопровождается резким снижением жаростойкости.

Состав для приготовления сплава на основе никеля для нанесения покрытий готовят следующим образом.

Рассчитывают потребное содержание компонентов сплава в зависимости от объема плавки, причем иттрий добавляют в составе лигатуры алюминия или никеля, а все остальные компоненты вводят в состав сплава в виде самостоятельных элементов. После этого производят вакуумную плавку с последующим охлаждением.

Ожидаемый технический результат достигается при нанесении покрытий с использованием сплава заявляемого состава как на металлы, так и на сплавы, учитывая, что обычно металлы в промышленности применяют не в виде простых веществ, а в виде сплавов (см. "Большой энциклопедический политехнический словарь", под редакцией А. Ю. Ишлинского, Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", Москва, 1998 г., с.299).

Пример.

Защитное покрытие наносили методом вакуумно-плазменного катодного напыления на детали из сплавов ЖС26 и ЖС6У.

Образцы с покрытиями на сплавах ЖС6У и ЖС26 подвергали испытаниям на сопротивляемость коррозии при температуре 850oС. В качестве солевого осадка перед окислением на поверхность образцов наносили слой солевого осадка, в состав которого входили соли сульфата натрия и хлористого натрия. Долговечность покрытий оценивали по времени исчерпания покрытиями защитных свойств.

В таблице приведены данные о составе заявляемого сплава для нанесения покрытий и его коррозионной стойкости (в виде значений долговечности) в сопоставлении с составом и стойкостью покрытия, нанесенного с использованием сплава известного состава (состав 4 - патент США 3754903, кл. С 23 С 4/04, 1973 г. - прототип).

Из таблицы следует, что состав заявляемого покрытия в заявленных пределах концентрации легирующих элементов обладает более высокой по сравнению с прототипом долговечностью.

Формула изобретения

Состав сплава для нанесения покрытий, включающий хром, алюминий, иттрий и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний, гафний, тантал и вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хром - 2-30 Алюминий - 2-15 Иттрий - 0,001-5 Кремний - 0,1-5 Гафний - 0,2-6 Тантал - 0,2-20 Вольфрам - 0,5-10 Никель - Остальное до 100%е

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении экструзионных прессов непрерывного действия, предназначенных для получения изделий с полостями из пластичных смесей
Изобретение относится к стальному листу, в частности из нержавеющей стали, пригодному для изготовления отводящего элемента

Изобретение относится к области нанесения антипригарных, антиадгезионных, антикоррозионных покрытий и может быть использовано при производстве хлебобулочных, кондитерских и других изделий перерабатывающей промышленности

Изобретение относится к способам направленной модификации поверхностных свойств различных изделий и, в частности, к износостойким покрытиям преимущественно для изделий в виде режущего и штампового инструмента, а также пар трения, которые могут быть синтезированы ионно-плазменными методами

Изобретение относится к способам получения наноструктурных материалов, позволяющих использовать их при нанесении наноструктурного покрытия в стандартных установках термического напыления

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты лопаток газовых турбин, в том числе с транспирационным охлаждением, от высокотемпературного окисления

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к порошкам для покрытий, работающих в различных атмосферных средах, морской и пресной воде, и может быть использовано для защиты от коррозии
Изобретение относится к области получения антипригарного тефлонового покрытия на стальной основе и может быть использовано в народном хозяйстве

Изобретение относится к антимикробным покрытиям и порошкам, а также способу их нанесения на медицинские устройства

Изобретение относится к пиротехническому материалу и способу его изготовления, и, в частности, к пиротехническим цепям, пригодным для использования в системах задержки с одинарными или множественными цепями для передачи зажигания и детонации

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу порошка сплава на основе никеля для пламенного напыления

Изобретение относится к технологии получения тонких пленок металлов и их окислов вакуумно-термическим испарением и может быть использовано в микроэлектронике, в частности при производстве маскированных фотошаблонных заготовок и тонкопленочных элементов интегральных схем.Цель изобретения - снижение плотности дефектов в конденсируемой пленке за счет уменьшения концентрации реактивных газов в зоне конденсации.Поставленная цель достигается тем, что в способе получения тонких пленок, включающем испа^рение и конденсацию паров испаряемого материала на подложку в вакууме, испарение проводят в дискретноступенчатом режиме нагревания источника при равномерном повышении его температуры от комнатной до 1100-1500°С с последующим охлаждением до комнатной температуры, причем нагревание в каждой ступени осущ1еств/тяют в течение 30-60 с,.аинтервал между ступенями нагревания выдерживают в течение 60-300 с.Испарение в дискретно-ступенчатом режиме нагревания источника имеет следующие преимущества по сравнению с известным способом.При периодическом нагревании и охлаждении источника скорость испарения мало изменяется во времени, в то время как при постоянном нагревании источника скорость испарения уменьшается к концу процесса напыления почти вдвое

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным никелевым жаропрочным сплавам и изделиям с монокристаллической структурой, получаемым методом точного литья, для которых основными требованиями являются высокая прочность при комнатной температуре и жаропрочность в интервале температур 1100-1250oС
Наверх