Способ получения диффузионного бестокового покрытия на основе редкоземельного металла на детали из никеля или никелевого сплава


 


Владельцы патента RU 2547585:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вятский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВятГУ") (RU)

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей из никеля и никелевых сплавов. Способ получения диффузионных бестоковых покрытий на основе редкоземельного металла на детали из никеля или никелевых сплавов включает насыщение свинца, находящегося в эквимольном расплаве хлоридов калия и натрия, указанными щелочными металлами путем электролиза, при этом количество пропущенного электричества составляет 9,7 Кл/см3, затем помещают в упомянутый расплав соль редкоземельного металла и упомянутую деталь, которую электрически замыкают с насыщенным упомянутыми щелочными металлами свинцом для осуществления бестокового переноса редкоземельного металла через упомянутый расплав на упомянутую деталь, при этом указанные операции проводят в инертной атмосфере при температуре 1073-1173 К. Обеспечивается повышение жаростойкости, жаропрочности и коррозионной стойкости покрытия. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Способ получения диффузионного бестокового покрытия на основе редкоземельного металла на детали из никеля или никелевого сплава

Область техники: металлургия, машиностроение, радиоэлектроника, химическая промышленность.

Изобретение относится к химико-термической обработке изделий из никеля с получением диффузионных покрытий на основе редкоземельных металлов (празеодим, неодим, гольмий, тербий) из эквимольного расплава хлоридов калия и натрия.

Соединения редкоземельных металлов (РЗМ) обладают рядом уникальных физических и химических свойств - электрическими, оптическими, магнитными, каталитическими, обладают жаропрочностью, жаростойкостью, износостойкостью.

Известны следующие способы получения покрытий.

Метод химического осаждения покрытий основан на гетерогенных химических реакциях в парогазовой среде, окружающей инструмент, в результате которых образуются покрытия. Исходными продуктами служат газообразные галогениды, при взаимодействии которых с другими составляющими смесей (водородом, аммиаком, окисью углерода и т.д.) образуется покрытие (Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиям [Текст] А.С. Верещака. - М.: Машиностроение, 1993, 28 с.).

Хорошо известны способы нанесения на жаропрочные сплавы алюминидных покрытий и покрытий системы Me-Cr-Al-Y: патенты США №№3542530; 3544348; 3918139; 3961098; 3928026; 3993454; 4000507; 4132816; 4034142, алюминидные покрытия, легированные благородными металлами Pt, Ro, Pd (патент США 3819338), способ защиты лопаток газовых турбин от высокотемпературной коррозии (патент РФ №2033474), включающий вакуумное осаждение двух слоев - сплава системы Ме-Cr-Al-Y и сплава на основе алюминия с последующим вакуумным отжигом. Способы диффузионных порошковых и через газовую фазу покрытий на основе интерметаллидов алюминия при достаточно высокой жаростойкости имеют пониженную стойкость к термическим напряжениям и коррозионную стойкость в агрессивных продуктах сгорания. Легированные благородными металлами покрытия дороги и экономически не всегда оправданы. Алюминидные покрытия также имеют высокую теплопроводность и недостаточно благоприятное соотношение коэффициентов линейного термического расширения с оксидными керамическими слоями.

Известен способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов, в котором одновременное насыщение хромом, алюминием и кремнием осуществляется из шликера (патент US №6126758, МПК C23C 22/33, 03.10.2000).

Недостаток способа заключается в том, что значительное отличие в плотности компонентов сопровождается высокой неоднородностью их распределения в покрытии и, соответственно, неоднородностью защитных свойств покрытия.

Способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов, заключающийся в насыщении деталей кобальтом и хромом в циркулирующей галогенидной среде с соотношением кобальта и хрома 20-85% масс. и 15-80% масс. соответственно при температуре более 900°C.

Общим недостатком данных способов является сложное технологическое оборудование, трудность контроля толщины покрытия и невозможность получения диффузионных покрытий.

Известен способ получения диффузионных покрытий электролизом расплавленных солей.

Электролизом солевых расплавов получены покрытия из вольфрама, молибдена, платиновых и драгоценных металлов (Илющенко Н.Г., Анфиногенов А.И., Шуров Н.И. Взаимодействие металлов в ионных расплавах [Текст] / Н.Г Илющенко, А.И. Анфиногенов, Н.И. Шуров. - М.: Наука, 1991, 176 с.).

Недостатком данного способа является трудность контроля толщины покрытия, т.к. часть осажденного металла может находиться в гальваническом слое, а не в диффузионном, а также использование металлических анодов, стоимость которых довольно значительна (Ляхович М.Г., Косачевский Л.М., Долманов Ф.В., Крукович М.Г. Химико-термическая обработка металлов и сплавов [Текст] / М.Г. Ляхович, Л.М. Косачевский, Ф.В. Долманов, М.Г. Крукович. - Минск: Изд. БГГИ, 1971, 164 с.).

Наиболее близким к заявленному является способ жидкостного насыщения поверхностей из никеля хромом, алюминием и кремнием. Способ позволяет дать практические рекомендации по выбору процессов насыщения вышеуказанных поверхностей в ионных расплавах и рассчитать интенсивность протекания этих процессов. Согласно этому механизму образуются гальванические пары, в которых катодный процесс образования активных атомов протекает на поверхности подложки (никель), а анодный на поверхности восстановителя, т.е. металла с более электроотрицательным потенциалом (редкоземельным). В литературе такой процесс принято называть бестоковым переносом (Илющенко Н.Г., Анфиногенов А.И., Шуров Н.И. Взаимодействие металлов в ионных расплавах [Текст] Н.Г. Илющенко, А.И. Анфиногенов, Н.И. Шуров. - М.: Наука, 1991, 176 с.).

Недостатком данного способа является использование чистого металла, стоимость которого примерно в 15-20 раз выше, чем стоимость соответствующих хлоридных солей.

Целью настоящего изобретения является создание диффузионных жаростойких и коррозионно-стойких покрытий с использованием солей редкоземельных металлов посредством химико-термической обработки деталей из никеля или никелевых сплавов из эквимольного расплава хлоридов калия и натрия.

Технический результат изобретения заключается в повышении стойкости бестоковых покрытий на основе солей редкоземельных металлов деталей из никеля или никелевых сплавов к высокотемпературному окислению и горячей солевой коррозии при сохранении высокой жаростойкости и, как следствие - в повышении долговечности этих покрытий.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом способе химико-термической обработки деталей из никеля или никелевых сплавов выполняется насыщение деталей празеодимом, или неодимом, или гольмием, или тербием в эквимольном расплаве хлоридов калия и натрия с содержанием хлоридов празеодима, неодима, гольмия или тербия концентрацией 3-10% масс, при температуре не выше температуры закалки.

Описание заявляемого способа получения диффузионного бестокового покрытия на основе редкоземельного металла на детали из никеля или никелевого сплава

Процесс получения диффузионных бестоковых покрытий на основе неодима, празеодима, тербия и гольмия из эквимольного расплава хлоридов калия и натрия осуществляют в две стадии.

Весь процесс проводят в инертной атмосфере (аргон) при температуре 1073-1173 К.

В начале свинец, находящийся в эквимольном расплаве хлоридов калия и натрия, насыщают щелочными металлами путем электролиза (количество пропущенного электричества составляет 9,7 Кл/см3).

Затем в расплав помещают соль редкоземельного металла и деталь, которую электрически замыкают со свинцом, содержащим щелочной металл. Образовавшийся короткозамкнутый гальванический элемент позволяет получить диффузионное покрытие в результате бестокового переноса соответствующих РЗМ через данный расплав на упомянутую деталь.

На фигуре приведена конструкция оборудования для получения покрытия по заявляемому способу химико-термической обработки деталей из никеля или никелевых сплавов, где:

1 - молибденовые токоподводы

2 - алундовый чехол

3 - никель

4 - эквимольный расплав NaCl-KCl

5 - молибденовая проволока

6 - алундовый тигель

7 - Na-Pb расплав

8 - стеклографитовый тигель

Образование диффузионного покрытия происходит следующим образом: в стеклографитовый тигель с алундовым чехлом помещают в герметичную кварцевую ячейку, заполненную аргоном при температуре 1073-1173 К.

В тигель помещают свинец, насыщают его щелочными металлами (Na, К) путем электролиза. Затем в расплав вводят соответствующую соль хлоридов неодима, празеодима, тербия или гольмия (3-10% масс.), опускают никелевую деталь в эквимольный расплав хлоридов калия и натрия и электрически соединяют данный расплав с этой никелевой деталью. Затем в расплав помещают соль редкоземельного металла и деталь, которую электрически замыкают со свинцом, содержащим щелочной металл. Образовавшийся короткозамкнутый гальванический элемент позволяет получить на катоде (никель или никелевый сплав) диффузионное покрытие в результате бестокового переноса соответствующих РЗМ через данный расплав на упомянутую деталь.

Механизм образования можно представить следующей схемой: Ln3++3Na0(Pb)+yNi=LnNiy+3Na+(Pb)

Проведенный рентгеноструктурный анализ подтвердил наличие фазы Ni-Ln в диффузионном слое, где Ln - Pr, Nd, Но или Тb.

1. Способ получения диффузионных бестоковых покрытий на основе редкоземельного металла на детали из никеля или никелевых сплавов, отличающийся тем, что сначала осуществляют насыщение свинца, находящегося в эквимольном расплаве хлоридов калия и натрия, указанными щелочными металлами путем электролиза, при этом количество пропущенного электричества составляет 9,7 Кл/см3, затем помещают в упомянутый расплав соль редкоземельного металла и упомянутую деталь, которую электрически замыкают с насыщенным упомянутыми щелочными металлами свинцом для осуществления бестокового переноса редкоземельного металла через упомянутый расплав на упомянутую деталь, при этом указанные операции проводят в инертной атмосфере при температуре 1073-1173 К.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инертной атмосферы используют атмосферу аргона.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли редкоземельного металла используют соль празеодима.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли редкоземельного металла используют соль неодима.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли редкоземельного металла используют соль тербия.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли редкоземельного металла используют соль гольмия.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют соль редкоземельного металла в количестве 3-10 мас. %.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим износостойкость изделий за счет изменения состава и структуры поверхностных слоев этих изделий, и может быть использовано для обработки чугунных изделий, работающих в условиях абразивного, гидроабразивного, коррозионно-механического износа, сухого трения.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке. .

Изобретение относится к устройствам для формирования нанопокрытий на полых деталях с последующим исследованием их механических свойств и может быть использовано в машиностроении для создания защитных, упрочняющих и износостойких покрытий.
Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости поверхностей изделий, и может быть использовано при производстве изделий, работающих в условиях абразивного и гидроабразивного износа, сухого трения при высоких контактных напряжениях.

Изобретение относится к установкам, предназначенным для диффузионной металлизации изделий с целью придания поверхностным слоям этих изделий особых физико-химических свойств, и может использоваться в машиностроении, в инструментальной промышленности и других областях.

Изобретение относится к области общего машиностроения, в частности к способам формирования фасонных изделий из листовой стали. .

Изобретение относится к химико-термической обработке. .

Изобретение относится к порошковой металлургии и химико-термической обработке металлов, в частности к получению диффузионных покрытий на изделиях из металлических порошков.

Изобретение относится к способам повышения стойкости стали к коррозии и может быть использовано в подземном трубопроводном транспорте. Способ алитирования стальной трубы включает циклический нагрев поверхности стальной трубы пачками импульсов электромагнитного излучения в расплаве алюминия выше точки Ас3 с последующим охлаждением ниже точки Ar1 при скорости нагрева и охлаждения не менее 1 К/с, при этом нагрев проводят до температуры не выше 1220±10 К и охлаждение до температуры не ниже 820±10 К, а продолжительность выдержки при нагреве и охлаждении при экстремальных температурах определяется необходимой глубиной проникания алюминия и равномерностью распределения его в стали. Разогрев поверхности стальной трубы осуществляют в защитной атмосфере на глубину проникания алюминия в сталь, а упомянутый циклический нагрев в расплаве алюминия с последующим охлаждением проводят не более трех раз. Для предотвращения окисления расплав алюминия находится под слоем расплава криолита. В процессе алитирования в трубе поддерживаются давление 0,5-0,75 от рабочего давления, создаваемого в процессе ее эксплуатации. Обеспечивается высокая производительность процесса и стойкость стали к высокотемпературной коррозии. 3 ил.
Наверх