Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях медной пластины Российский патент 2023 года по МПК B23K20/08 B32B15/01 

Изобретение относится к технологии получения покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении деталей энергетических и химических установок, обладающих повышенной жаростойкостью.

Известен способ получения износостойкого покрытия на поверхности титановой пластины, при котором составляют пакет под сварку взрывом из слоев алюминия и титана с соотношением толщин слоев 1:(2-8) при толщине слоя алюминия 1-1,5 мм, располагают на поверхности пакета заряд ВВ и осуществляют сварку взрывом при скорости детонации 1760-2700 м/с. Высоту заряда ВВ и сварочный зазор между пластинами пакета выбирают из условия получения скорости соударения при сварке в пределах 550-650 м/с. После сварки пакет подвергают отжигу путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 90-100°С в течение 1,5-3 часов с формированием между слоями алюминия и титана сплошной интерметаллидной прослойки. Затем производят обжатие пакета стальными пуансонами до полного удаления с поверхности интерметаллидной прослойки остатков алюминиевого слоя. Полученную заготовку нагревают до температуры 730-740°С, выдерживают в течение 0,2-0,3 часов, а затем ускоренно охлаждают между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью с получением на поверхности титановой пластины высокотвердого интерметаллидного покрытия. Полученное износостойкое интерметаллидное покрытие на титановой пластине обладает значительной толщиной и высокой твердостью при высокой скорости роста его толщины. (Патент РФ №2373036, МПК B23K 20/08, С23С 26/00, опубл. 20.11.2009, бюл. №32).

К недостаткам данного способа относится повышенная склонность к хрупкому разрушению получаемого по нему покрытия при теплосменах и динамических нагрузках, что связано с его весьма высокой твёрдостью, достигающей 7-7,5 ГПа, а также малая жаростойкость получаемого покрытия: допускаемая рабочая изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 900°С, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.

Известен способ получения износостойких покрытий, при котором осуществляют сварку взрывом пластин титана и стали, а затем проводят высокотемпературную диффузионную термическую обработку сваренной заготовки для формирования на границах раздела металлов интерметаллидного слоя заданной толщины, сварку взрывом пластины из титана со стальной пластиной осуществляют на режимах, обеспечивающих амплитуду волн в зоне соединения металлов, равную 0,18-0,37 мм, при этом процесс ведут при скорости соударения свариваемых пластин, равной 440-650 м/с и регламентированной скорости детонации ВВ, затем сваренную заготовку нагревают до температуры 900-950°C и выдерживают при этой температуре в вакуумной печи 10-14 часов до образования в сформированной при сварке взрывом волнообразной зоне соединения титана и стали высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки толщиной 160-300 мкм, после этого заготовку охлаждают вместе с печью, а затем нагревают до температуры 930-950°C, выдерживают при этой температуре 3-8 минут, а затем охлаждают в воде для отделения титана от стали по диффузионной прослойке с формированием при этом на титане и стали высокотвердых износостойких покрытий с регулярной волнообразной поверхностью. Полученные по этому способу покрытия обладают высокой износостойкостью (Патент РФ №2350442, МПК B23K 20/08, опубл. 27.03.2009, бюл. №9).

Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено малой жаростойкостью получаемых по этому способу покрытий: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 700°C. Кроме того, развитая волнообразная поверхность таких покрытий способствует снижению их жаростойкости, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.

Известен способ получения жаростойкого интерметаллидного покрытия на поверхности стальной пластины при котором алюминиевую пластину размещают между пластинами из низкоуглеродистой стали. Полученный трехслойный пакет располагают между пластинами из легированной стали. Полученный пятислойный пакет сваривают взрывом при заданной скорости детонации заряда ВВ. Высоту заряда ВВ и сварочные зазоры между пластинами в пятислойном пакете выбирают из условия получения заданных скоростей соударения пластин. Проводят термическую обработку сваренной пятислойной заготовки и охлаждение с печью до заданной температуры. Последующее охлаждение на воздухе заготовки приводит к самопроизвольному отделению алюминия от стальных слоев по интерметаллидным диффузионным прослойкам с образованием двух биметаллических пластин. Каждая из полученных пластин состоит из слоя легированной и слоя низкоуглеродистой стали и имеет сплошное жаростойкое покрытие системы алюминий-железо на поверхности слоя из низкоуглеродистой стали. Способ обеспечивает одновременное получение двух биметаллических пластин, состоящих из слоёв легированной и низкоуглеродистой стали с сплошными жаростойкими покрытиями на поверхностях слоев из низкоуглеродистой стали при проведении одной операции сварки взрывом. (Патент РФ №2649922, МПК B23K 20/08, С23С 26/00, опубл. 05.04.2018, бюл. №10).

Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено невозможностью нанесения жаростойких покрытий на медные пластины, а также недостаточно высокой жаростойкостью получаемых по этому способу покрытий: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 950-1000°C, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда жаростойких деталей энергетических и химических установок.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения покрытия, при котором составляют пакет из никелевой пластины толщиной 1-1,2 мм и стальной пластины, сваривают их взрывом при скорости детонации заряда ВВ 2000-2700 м/с, высоту заряда ВВ, а также сварочный зазор между метаемой никелевой пластиной и неподвижной стальной пластиной выбирают из условия получения скорости их соударения в пределах 420-480 м/с, затем осуществляют горячую прокатку сваренного двухслойного пакета при температуре 900-950°C с обжатием до толщины никелевого слоя, составляющей 0,3-0,5 его исходной толщины, после чего составляют пакет под сварку взрывом из полученной биметаллической заготовки и алюминиевой пластины толщиной 1,5-2 мм, сваривают их взрывом при скорости детонации заряда ВВ 2000-2700 м/с, высоту заряда ВВ, а также сварочный зазор между метаемой алюминиевой пластиной и никелевым слоем неподвижной биметаллической заготовки выбирают из условия получения скорости их соударения в пределах 420-500 м/с, термообработку сваренной трехслойной заготовки для образования сплошной интерметаллидной диффузионной прослойки между алюминием и никелем проводят при температуре 600-630°C в течение 1,5-7 ч с охлаждением на воздухе, приводящим к самопроизвольному разделению алюминия и никеля по интерметаллидной диффузионной прослойке. Этим способом на поверхности стальной пластины получают двухслойное покрытие с наружным, наиболее жаростойким слоем из интерметаллидов системы алюминий-никель, толщиной 0,045-0,065 мм, с рабочей температурой в окислительных газовых средах до 1000°C. Промежуточный слой толщиной 0,3-0,6 мм - из пластичного никеля, благодаря которому полученное данным способом покрытие имеет пониженную склонность к образованию трещин при теплосменах (термоциклировании). (Патент РФ №2486999, МПК В23К 20/08, С23С 26/00, опубл. 10.07.13, бюл. №19 - прототип).

Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено невозможностью нанесения этим способом двусторонних жаростойких покрытий на медные пластины, недостаточно высокой их жаростойкостью: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 1000°C, а также склонность к хрупкому разрушению таких покрытий при воздействии на них концентрированных источников нагрева, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда жаростойких деталей энергетических и химических установок.

В связи с этим важнейшей задачей является разработка нового способа получения двухслойного жаростойкого покрытия на поверхности пластины из меди, обеспечивающего изделиям с такими покрытиями более высокую допускаемую рабочую температуру в окислительных газовых средах и способность длительно эксплуатироваться в них при повышенных температурах.

Техническим результатом заявленного способа является получение покрытия с повышенной жаростойкостью в окислительных газовых средах и повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, способного длительно сопротивляться газовой коррозии даже в случае повреждения наружного слоя покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения жаростойкого покрытия на поверхностях медной пластины, включающем составление пакета из металлических пластин, размещение над ним защитной прослойки с зарядом взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, прокатку сваренных пластин и термическую обработку, при этом составляют трёхслойный пакет из плакирующих нихромовых пластин толщиной 0,8-1 мм и плакируемой медной пластины толщиной 4-8 мм, размещают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки с одинаковыми зарядами взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом полученной сборки при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества 1900-2930 м/с, при этом материал и толщину защитных прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирают из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой медной пластиной в пределах 320-430 м/с, холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки производят с обеспечением обжатия нихромовых слоёв до толщины, равной 0,4-0,5 мм, после чего производят алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут, затем проводят термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов с образованием на поверхностях медной пластины сплошного жаростойкого покрытия.

Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях медной пластины характеризуется тем, что для изготовления плакирующих пластин используют нихром марки Х20Н80.

Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях медной пластины характеризуется тем, что для изготовления плакируемой пластины используют медь марки М1.

Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях медной пластины характеризуется тем, что для алитирования используют алюминий марки АД1.

Новый способ получения жаростойких покрытий имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по методам формирования покрытий на металлических поверхностях, их составу, строению, так и по совокупности технологических приёмов и режимов при их получении. Так предложено составлять трёхслойный пакет из чередующихся пластин из нихрома толщиной 0,8-1 мм и меди толщиной 4-8 мм, с симметричным расположением плакируемой медной пластины относительно одинаковых плакирующих пластин из нихрома, размещать на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки с одинаковыми зарядами ВВ и осуществлять сварку взрывом полученной при этом сборки при скорости детонации зарядов ВВ 1900-2930 м/с, при этом материал и толщину защитных прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирать из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой медной пластиной в пределах 320-430 м/с, что обеспечивает надёжную сварку нихромовых пластин с медной пластиной, исключает нарушение сплошности тонких нихромовых слоёв при сварке взрывом, создает благоприятные условия для получения при дальнейших технологических операциях качественных покрытий с повышенной жаростойкостью и долговечностью.

Толщина каждой нихромовой пластины менее 0,8 мм является недостаточной для обеспечения стабильных сварочных зазоров между металлическими слоями пакета из-за гибкости нихромовых слоёв, а это, может приводить к снижению качества сварных соединений между слоями пакета. Её толщина более 1 мм является избыточной, поскольку это хоть и не ухудшает качество получаемых покрытий, но приводит к чрезмерному расходу дорогостоящего нихрома в расчёте на одно изделие.

Плакируемую медную пластину предложено изготавливать толщиной 4-8 мм, что обеспечивает получение качественных трёхслойных заготовок без неконтролируемых поперечных деформаций, исключает необходимость применения дополнительной металлической оснастки при сварке взрывом, а это, в свою очередь, способствует удешевлению процесса получения покрытий.

При скорости детонации зарядов ВВ и скорости соударения плакирующих нихромовых пластин с плакируемой медной пластиной ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров в зонах соединения металлов, что снижает качество сварки слоёв пакета. При скорости детонации ВВ и скорости соударения между пластинами пакета выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации металлических слоёв с нарушениями сплошности нихромовых слоёв, что может привести к невозможности дальнейшего использования сваренной заготовки для формирования на ней качественных покрытий.

Предложено производить холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки с обеспечением обжатия нихромовых слоёв до толщины, равной 0,4-0,5 мм, что способствует получению оптимальной толщины нихромовых слоёв, которые при последующем алитировании и термообработке частично превращаются в слои из интерметаллидов и твёрдых растворов, обладающих повышенной жаростойкостью и долговечностью при повышенных температурах, а остальные его части обеспечивают повышенную стойкость покрытий к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках. Холодная прокатка приводит к увеличению длины и ширины полученной трёхслойной заготовки с одновременным уменьшением её толщины, что способствует снижению расхода дорогостоящего нихрома в расчете на одно изделие. Обжатие до получения толщины каждого нихромового слоя менее 0.4 мм является избыточным, поскольку это может привести к снижению служебных свойств получаемых покрытий. Обжатие до толщины каждого нихромового слоя более 0,5 мм приводит к лишнему расходу нихрома в расчёте на одно изделие.

Предложено после холодной прокатки производить алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки. Алитирование нихромовых слоёв в расплаве алюминия с последующей термической обработкой полученной заготовки приводит к получению на поверхностях медной пластины сплошных жаростойких покрытий с необходимыми свойствами. Без такой обработки нихромовые слои могут контактировать с окислительными газовыми средами с температурой, достигающей 1100°С, лишь непродолжительное время. После алитирования каждого нихромового слоя в расплаве алюминия на его поверхности остаётся сплошной тонкий слой алюминия, который при последующей термообработке, взаимодействуя с нихромом, трансформируется в жаростойкое покрытие с необходимой толщиной и свойствами. Предложено алитирование нихромовых слоёв в расплаве алюминия производить при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут. Температура и время алитирования ниже нижних предлагаемых пределов не приводит к образованию на поверхностях нихромовых слоёв сплошных слоёв из алюминия, что, в свою очередь, приводит к браку получаемой продукции. Температура и время алитирования выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку это приводит к лишним энергетическим затратам и, как следствие этого, к удорожанию получаемой продукции.

Предложено после алитирования нихромовых слоёв в расплаве алюминия проводить термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов, приводящей к образованию на поверхностях медной пластины сплошных жаростойких покрытий с необходимыми свойствами. Температура и время термической обработки ниже нижних предлагаемых пределов не приводит к образованию на поверхностях медной пластины покрытий требуемого качества, Температура и время термической обработки выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку это приводит к излишним энергетическим затратам и к снижению качества получаемой продукции.

Предложено для изготовления нихромовых пластины использовать нихром марки Х20Н80, поскольку этот жаростойкий сплав обладает высокой пластичностью, не склонен к образованию нежелательных хрупких фаз при сварке взрывом с медью и дальнейших технологических операциях предлагаемого способа. В случае каких-либо аварийных ситуаций, приведших к повреждению наружного слоя покрытия, нихромовые прослойки в повреждённом материале могут достаточно долго защищать медный слой (до 150 часов) от воздействия окислительных газовых сред при температуре до 1100°С.

Предложено для изготовления медной пластины использовать медь марки М1, поскольку она обладает хорошей свариваемостью с нихромом, необходимой пластичностью при прокатке, достаточно высокой температурой плавления и весьма высокой теплопроводностью, благодаря чему повышается стойкость к хрупкому разрушению наружных слоёв покрытий при воздействии на них концентрированных источников нагрева. Предложено для алитирования использовать алюминий марки АД1, как наиболее дешевый металл, пригодный для получения жаростойких покрытий требуемого качества.

Предлагаемый способ получения жаростойких покрытий, осуществляется в следующей последовательности. Составляют трехслойный пакет из предварительно очищенных от окислов и загрязнений чередующихся пластин нихрома толщиной 0,8-1 мм и меди толщиной 4-8 мм. Пластины в пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии одинаковых технологических сварочных зазоров. Располагают на поверхностях плакирующих пластин одинаковые защитные металлические прослойки, например, из стали, с одинаковыми зарядами ВВ, располагают полученную сборку вертикально на песчаном грунте и осуществляют сварку взрывом плакирующих нихромовых слоёв с плакируемым медным слоем путём одновременного взрыва зарядов ВВ с помощью электродетонатора и двух отрезков детонирующих шнуров равной длины. Скорость детонации каждого заряда ВВ должна быть равной 1900-2930 м/с, при этом высоту зарядов ВВ, а также сварочные зазоры между пластинами трехслойного пакета выбирают с помощью компьютерной технологии из условия получения скорости соударения каждой плакирующей нихромовой пластины с плакируемой медной пластиной в пределах 320-430 м/с. Холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки производят с обеспечением обжатия нихромовых слоёв до толщины, равной 0,4-0,5 мм, После прокатки, например, на фрезерном станке обрезают боковые кромки у прокатанной трёхслойной заготовки с краевыми эффектами, производят зачистку покрываемых поверхностей нихромовых слоёв, например, наждачной бумагой, обезжиривание, например, ацетоном, наносят на них специальный флюс, например, на основе полиэфирной смолы и этилацетата. Полученную при этом заготовку погружают в ёмкость, содержащую расплавленный алюминий, например, марки АД1, нагретый до температуры 720-760°С, выдерживают в течение 1,2-6 минут, после чего алитированную заготовку извлекают из расплава алюминия и, после охлаждения на воздухе, подвергают её термической обработке, например, в электропечи, при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов с последующим охлаждением на воздухе.

В результате на поверхностях медной пластины получают сплошные двухслойные жаростойкие покрытия, способные длительно сопротивляться газовой коррозии в окислительных газовых средах при температуре до 1100°С в течение времени до 6000 часов. Полученные покрытия с каждой стороны медного слоя состоят их двух слоёв. Наружные, наиболее стойкие к газовой коррозии при повышенных температурах слои толщиной 0,18-0,25 мм, сформированные в результате диффузионного взаимодействия алюминия с нихромом, состоят из пластичных интерметаллидов и твёрдых растворов: NiAl(Cr), Ni₃Al(Cr) и Ni(Cr, Al). Твёрдость их составляет 3,4-3,6 ГПа. Промежуточные, примыкающие к меди пластичные слои толщиной 0,2-0,26 мм, состоят из нихрома. Их твёрдость примерно вдвое ниже твёрдости наружных слоёв и составляет 1,7-1,9 ГПа. Благодаря такому оптимальному сочетанию твёрдости и пластичности слоёв, нанесённых на медный слой покрытий, они обладают повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках при температурах окружающей среды до 1100°С в течение времени до 6000 часов, а, в случае повреждения наружных слоёв покрытий, их нихромовые слои могут осуществлять защиту медного слоя в таких условиях до 150 часов, что повышает надёжность и долговечность материалов, изготовленных по предлагаемому способу. Благодаря высокой теплопроводности медного слоя, повысилась стойкость полученных покрытий, в сравнении с прототипом, к хрупкому разрушению при воздействии на их наружные слои концентрированных источников нагрева.

Сущность способа поясняется примерами. Основные технологические режимы и составы получаемых материалов по предлагаемым примерам 1-3 и примеру по прототипу, приведены в таблице (значения параметров в таблице указаны с округлением до сотых).

В качестве исходных материалов для сварки взрывом используют очищенные от окислов и загрязнений пластины из нихрома марки Х20Н80 и меди марки М1, из которых составляют трехслойный пакет под сварку взрывом. Размеры нихромовых пластин: длина 270 мм, ширина 220 мм, толщина 0,8-1 мм. У медной пластины длина и ширина такие же, как у нихромовых пластин, но толщина 4-8 мм. При сборке пакета предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимых сварочных зазоров между свариваемыми слоями, определяют материал и толщину защитных прослоек, устанавливаемых на поверхности нихромовых пластин. Для сварки взрывом пакета используют ВВ со скоростью детонации 1900-2930 м/с. Такие скорости обеспечивают ВВ, представляющие собой смеси из порошкообразного аммонита 6ЖВ и аммиачной селитры в соотношениях 1:1, 1:2 и 1:3. ВВ помещают в контейнеры с обеспечением высоты каждого заряда ВВ 40-50 мм, длиной 290 мм, шириной 240 мм. На наружные поверхности нихромовых пластин пакета устанавливают защитные прослойки из стали Ст3 длиной 270 мм, шириной 220 мм, толщиной 1,5-2 мм, защищающие наружные поверхности плакирующих пластин от повреждений продуктами детонации ВВ, а на них располагают одинаковые заряды ВВ. Для получения скорости соударения металлических слоёв в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах зарядов ВВ, величина сварочных зазоров была в пределах 0,8-1,5 мм, что обеспечивает скорость соударения слоёв при сварке взрывом 320-430 м/с. Располагают полученную сборку вертикально на песчаном грунте и осуществляют сварку взрывом плакирующих нихромовых слоёв с плакируемым медным слоем путём одновременного взрыва зарядов ВВ с помощью электродетонатора и двух отрезков детонирующих шнуров равной длины. После сварки взрывом, например, на фрезерном станке, обрезают у сваренной трёхслойной заготовки боковые кромки с краевыми эффектами. После обрезки длина заготовки 250 мм, ширина - 200 мм, толщина 5,6-10 мм.

Холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки производят с обеспечением обжатия нихромовых слоёв до толщины, равной 0,4-0,5 мм, После прокатки, например, на фрезерном станке обрезают боковые кромки у прокатанной трёхслойной заготовки с краевыми эффектами. После обрезки боковых кромок с краевыми эффектами у прокатанной трёхслойной заготовки длина 430 мм, ширина 200 мм, толщина 2,8-5 мм. Производят зачистку покрываемых поверхностей нихромовых слоёв, например, наждачной бумагой, обезжиривание их, например, ацетоном, наносят на них специальный флюс, например, на основе полиэфирной смолы и этилацетата. Полученную при этом заготовку погружают в ёмкость, содержащую расплавленный алюминий, например, марки АД1, нагретый до температуры 720-760 ^оС, выдерживают в течение 1,2-6 минут, после чего алитированную заготовку извлекают из расплава алюминия и, после охлаждения на воздухе, подвергают её термической обработке, например, в электропечи, при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов с последующим охлаждением на воздухе.

Таблица Параметры способа
получения материала Примеры по предлагаемому способу Пример по прототипу 1 2 3 4 Характеристика материалов пакета под сварку взрывом сварку взрывом Материал плакирующих пластин Нихром марки Х20Н80 Одна пластина из никеля марки НП1 Толщина плакирующих пластин, мм 0,8 0,9 1,0 1-1,2 Материал защитных прослоек Сталь Ст3 Резина Толщина защитных прослоек, мм 2 3 1,5 3 Материал плакируемой пластины Медь марки М1 Сталь 12Х1МФ Толщина плакируемой пластины, мм 4 6 8 10-14 Режимы сварки взрывом ВВ - смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой, в соотношении масс. частей: 1:3 1:2 1:1 1:3, 1:1, а также
аммонит 6ЖВ Высота заряда ВВ, мм 40 50 15

Продолжение таблицы

Параметры способа
получения материала Примеры по предлагаемому способу Пример по прототипу 1 2 3 4 Режимы сварки взрывом Скорость детонации ВВ, м/с 1900 2400 2930 2000-2700 Сварочные зазоры, мм 1,5 1,0 0,8 2-4 Скорость соударения пластин, м/с 320 380 430 420-480 Режимы
прокатки Температура, °С Холодная прокатка 900-950
(Горячая прокатка) Толщина плакирующих пластин после прокатки, мм 0,4 0,45 0,5 0,3-0,6 Толщина плакируемой пластины после прокатки, мм 2 3 4 3-7 Режимы
алитирования Материал для
алитирования Алюминий АД1 - Температура алитирования, °С 720 740 760 - Время выдержки, мин 6 1,8 1,2 - Режимы охлаждения На воздухе -

Продолжение таблицы

Параметры способа
получения материала Примеры по предлагаемому способу Пример по прототипу 1 2 3 4 Режимы и формирования жаростойкого
покрытия после алитирования Температура термообработки, после алитирования, ^оС 850 875 900 Сваренную взрывом пластину из алюминия АД1 с никелевым слоем биметаллической заготовки из никеля и стали 12Х1МФ термообрабатывают при температуре 600-630 ^оС в течение 1,5-7 ч с охлаждением на воздухе, приводящим к разделению алюминия и никеля по интерметаллидной диффузионной прослойке с образованием при этом на поверхности стальной пластины сплошного жаростойкого покрытия. Время выдержки, ч 20 17 15 Режимы охлаждения после термообработки На воздухе Толщина наружных
слоёв у полученных покрытий, мм 0,18-0,2 0,21-0,22 0,24-0,25 Толщина каждого промежуточного слоя
покрытия, мм 0,2-0,22 0,23-0,24 0,25-0,26 Толщина медной пластины с покрытиями, мм 2,8 3,9 5 Твёрдость жаростойких покрытий У наружных слоёв - 3,4-3,6 ГПа, у промежуточных
нихромовых слоёв - 1,7-1,9

Продолжение таблицы

Характеристика
полученных материалов с жаростойкими
покрытиями В результате на поверхностях медных пластин получают сплошные двухслойные жаростойкие покрытия, способные длительно сопротивляться газовой коррозии в окислительных газовых средах при температуре окружающей среды до 1100°С в течение времени до 6000 часов, а, в случае повреждения наружных слоёв покрытий, их нихромовые слои могут осуществлять защиту медного слоя в таких условиях до 150 часов. Каждый наружный, наиболее стойкий к газовой коррозии при повышенных температурах слой, толщиной 0,18-0,25 мм, сформированный в результате диффузионного взаимодействия алюминия с нихромом, состоит из пластичных интерметаллидов и твёрдых растворов. Твёрдость его составляет 3,4-3,6 ГПа. Каждый промежуточный, примыкающий к меди пластичный слой толщиной 0,2-0,26 мм, состоит из нихрома. Его твёрдость примерно вдвое ниже твёрдости каждого наружного слоя и составляет 1,7-1,9 ГПа. Благодаря такому оптимальному сочетанию твёрдости и пластичности слоёв нанесённых на медный слой покрытий, они обладают, в сравнении с прототипом, более высокой стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, а также стойкостью к хрупкому разрушению наружных слоёв покрытий при воздействии на них концентрированных источников нагрева, что позволяет использовать материалы с такими покрытиями при создании деталей и узлов химических и энергетических установок ответственного назначения Получают односторонние двухслойные покрытия на поверхностях стальных пластин: наружный слой из интерметаллидов системы Al-Ni, толщиной 0,045-0,065 мм. Промежуточный слой - из никеля с толщиной 0,3-0,6 мм. Допускаемая рабочая температура покрытий в окислительных газовых средах не превышает 1000°C, при этом стойкость к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, а также при воздействии на них концентрированных источников нагрева, ниже, чем у покрытий по предлагаемому способу.

Таким образом, способ получения жаростойких покрытий, при котором составляют трехслойный из чередующихся пластин из нихрома толщиной 0,8-1 мм и меди толщиной 4-8 мм, с симметричным расположением плакируемой медной пластины относительно одинаковых плакирующих пластин из нихрома, размещают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки с одинаковыми зарядами взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом полученной при этом сборки при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества 1900-2930 м/с, при этом материал и толщину защитных прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирают из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой медной пластиной в пределах 320-430 м/с, холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки производят с обеспечением обжатия нихромовых слоёв до толщины, равной 0,4-0,5 мм, после чего производят алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут, затем проводят термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов, приводящей к образованию на поверхности медной пластины сплошных жаростойких покрытий, позволяет получать на поверхностях медных пластин сплошные двухслойные жаростойкие двусторонние покрытия, с значительно большей, в сравнении с прототипом, жаростойкостью в окислительных газовых средах, способных эксплуатироваться в них при температурах, достигающих 1100°С в течение времени до 6000 часов, с обеспечением при этом повышенной стойкости полученных покрытий к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, а также к хрупкому разрушению наружных слоёв покрытий при воздействии на них концентрированных источников нагрева, способных длительно, до 150 часов, сопротивляться газовой коррозии при температурах до 1100°С даже в случае повреждения наружных слоёв покрытий, свидетельствует о достижении заявляемого технического результата.

Изобретение относится к технологии получения покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ. Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях медной пластины включает составление пакета из металлических пластин, размещение над ним защитной прослойки с зарядом взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, прокатку сваренных пластин и термическую обработку. Составляют трёхслойный пакет из плакирующих нихромовых пластин толщиной 0,8-1 мм и плакируемой медной пластины толщиной 4-8 мм, размещают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки с одинаковыми зарядами взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом полученной сборки при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества 1900-2930 м/с, при этом материал и толщину защитных прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирают из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой медной пластиной в пределах 320-430 м/с. Холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки производят с обеспечением обжатия нихромовых слоёв до толщины, равной 0,4-0,5 мм, после чего производят алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут. Затем проводят термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов с образованием на поверхностях медной пластины сплошного жаростойкого покрытия. Покрытие обладает повышенной жаростойкостью в окислительных газовых средах и повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, способного длительно сопротивляться газовой коррозии даже в случае повреждения наружного слоя покрытия. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях медной пластины, включающий составление пакета из металлических пластин, размещение над ним защитной прослойки с зарядом взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, прокатку сваренных пластин и термическую обработку, отличающийся тем, что составляют трёхслойный пакет из плакирующих нихромовых пластин толщиной 0,8-1 мм и плакируемой медной пластины толщиной 4-8 мм, размещают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки с одинаковыми зарядами взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом полученной сборки при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества 1900-2930 м/с, при этом материал и толщину защитных прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирают из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой медной пластиной в пределах 320-430 м/с, холодную прокатку полученной трёхслойной заготовки производят с обеспечением обжатия нихромовых слоёв до толщины, равной 0,4-0,5 мм, после чего производят алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут, затем проводят термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов с образованием на поверхностях медной пластины сплошного жаростойкого покрытия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для изготовления плакирующих пластин используют нихром марки Х20Н80.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для изготовления плакируемой пластины используют медь марки М1.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для алитирования используют алюминий марки АД1.