СОСТАВ СПЛАВА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2003 года по МПК C23C30/00 C23C14/14 C22C19/05 

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 γ′-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 μ, 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 850^oС. 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.

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.

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