Состав для многокомпонентного насыщения тугоплавких металлов Советский патент 1989 года по МПК C23C10/52 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов, в частности к термодиффузионному насыщению кремнием поверхностей изделий из тугоплавких мет.юлов, и может быть использовано в авиационной, космической и других отраслях промьпдленности с целью повышения их эксплуатационной стойкости.

Целью изобретения является повышение стойкости обрабатьшаемых изделий к термоциклическим ударам и улучшение технологичности состава.

Состав для многокомпонентного насыщения тугоплавких металлов, включающий порошок кремния, вещество, содержащее переходный металл IV или VI группы, фтористый алюминий, дополнительно содержит дисилицид титана, а в качестве вещества, содержащего переходный металл IV или VI группы, ди22-261-3

силицид этого металла при следующем соотношении компонентов, мас.%: Дисилицид титана 21-25 Дисилицид металла IV или VI группы

Фтористый алюминий где дисилицид металла - CrSi или ZrSia, или MoSia..

Насыщение в предлагаемой порошковой среде осзоцествляют в контейнерах из нержавеющей стали , герметизированных плавким затвором при

Q

1000 с в течение 6 ч.

Функциональное назначение каждого из вводимых компонентов, их ГОСТы поставки и химические формулы следующие.

Порошок кремния марки Кр 1 Si - выполняет функцию поставщика активных атомов кремния,для образования

H. t iionepxi ocти обрабатываемых И яде- лий жаростойкого С1шицидиогс1 слоя,

Яиси- тишш хрома марки СВС/ДТ-ЮО CrSi-j - ныгюлняет функщ1Ю поставп5ика актииных атомои кремния и хрома, Си- лициднь слой, легированный хромом, янляется жаростойким и отличается большей вязкостью и твердостью.

Дисилицид циркония марки СВС/ДТ-I 0 ZrSij - выполняет функцию поставщи ка атомов кремния и циркония, Сили- Т1ИДНЫЙ слой, легированный цирконием, является более жаростойким,

Дисилицлд молибдена марки СВС/ДТ-100 - MoSi - выполняет функцию поставщика атомов кремния и молибдена, Силицидный слой, легированный молибденом, является более жаростойким,

Дисилицид титана марки СВС/ДТ-ЮО - TiPig - выполняет функцию поставщика атомов кремния и титана,.Наличие титана в снлицидном слое позволяет увеличить жаростойкость и поверхност ную твердость металлов,

Дисилициды циркония, хрома, молибдена и титана имеют дополнительную функцию - улучшение технологичности насыщающей смеси, так как ввод ЧИС1ЫХ элементов приводит к спеканию смеси,

Фтористый алюминий является активтором процесса насыщения. При температуре насыщения фтористый алюминий взаимодействует с атомами кремния, хрома, циркония, молибдена, титана, образуя при этом газообразные соеди- фториды и субфториды кремния хрома, циркония, молибдена, титана, Субфториды этих элементов -диспропор ционируют на поверхности изделия с образованием атомарных слоев кремния хрома, циркония, молибдена, титана, которые адсорбируются и диффундируют в основу, формируя на поверхности изделия ди4 фузионньй слой силицидов, л легированных титаном, цирконием (хромом) молибденом.

Порошковые среды, содержание KOMH

нентов в которых выходит за предел, ограниченный формулой изобретения, не уиовлетворяю 1 постанленноГ цели по следующим 1 ричинам (но компо- ;-1ентам) ;

при уменьшении количества порошка кремния снижается ин Г онсивнос гь об- pa iiTpaH .iH циф(1)учи(1нного слоя, а при уве.г,;чении - ухудшается качество по20

25

-

Ю

15

3540 , 45 е-30

луч11ем( 1 о ли1Ьфучноии(и о слоя (снижается его г С11М(1стойкость) ;

при изменении количества дисилипн- да циркония (хрома, молибдена) интенсивность обрачопания диф(|1узионного слоя и ухуди1аются егс5 характеристики (жаросто 1кость, вязкость, твердость);

при изменении количества дисшшци- да титана в смеси снижается интенсивность образования J ффyзиoннoгo слоя и ухудшается его жаростойкость;

при уменьшении количества фтористого алюминия )( смеси снижается интенсивность насыщении изделия, а при увеличении - ухудшается технологичность Состава за счет интенсивного газовыделения продуктов разложения фтористого алюминия в процессе нагрева под насыщение.

Пример, Проводят диффузионное насыщение титана марки ОТ4 и ниобия марки НЦУ в предлагаемых и известной порошковых средах. Температура насыщения 1000 С, продолжительность 6 ч.

Процесс осуществляют н контейнерах с плавким затвором без применения вакуума и защитных атмосфер.

Жаростойкость определяют по увеличению массы образца по отношению к единице площади поверхности образца (удельный прирост массы, г/м) после выдержки образца при 1000 С в течение 50 ч в воздушной атмосфере.

Стойкость обработанных образцов к термоциклическим ударам определяют по увеличению массы образца по отношению к единице площади поверхности образца после 200 циклов испытаний (удельный прирост массы - г/м ) . Один цикл испытаний состоит из нагрева образцов до 1000 С в течение 5 мин и охлаждения при комнатной температуре (20 С) в течение 5 мин. Испытания проводят в воздушной атмосфере,

В результате силицирования в известном составе насыщающая смесь спекается, поверхность образцов после насыщения дефектная (имеются налины

смеси)

Частичное осаждение меди на поверхности образцов приводит к разъеданию силицидного слоя при темнерг)- турах близких к ЮОО С,

(;равнит€шьные данные по технологичности известного и предлагаемоI o сос-.тавов насыщашш.их сред, жаро- и термостойкости обработанных образцов приведены в таблице.

AlFj 3, 4oOj :o

l-i

.9

60

. ш fir. i;, 2 в I i tvioil.ix формулы ик Про т- Мия Si, AlF, 13,75,96

i, 24, TiSi, i 26, TiSi Предла гаемыГ;

га емып i, 18, TiSit i, 30, liSi,

23, Si 51, AlF, 23,75,36

25, Si .6. A IF, 33, 14,65

состав no П, 2, рыходящий за прелелы ф(фмулы нзобретеикя

9 Сме нос чис

8 То

7 То

1C, Si64,5 А1Р, 0,56, 17,313

2., Si49, А IK, 4(,,89,2II

лла лемый C iCTayпч п. 3 р пределах формулы н: пГ |11-тення:

21, Si56, AlFj I6,33,910

ij 30, liSi, Прелл

I I lA

Сме Тп

6 Сме иос чис

5 То че

5 То не

C -Si, 24, TiSit 23, Pi51. AlF, 2 5,1 3,3 8

crsi, 26, T;;;i, 25, si46, AIF, 3, 4,4 з,з 7

ПреялагвемыЛ составпо п. 3, щ.гходятий эв пределы формулы нэовретенмя:

CrSi, la. TiSit 19, si64,5, AIF, О,5 9,5 7,8 15 12 Смесь частично спекается.

CrSi, 30, TiSij 27, Si39, Alf, 4 7,6 6,5 12 10 To же

ГТредпагапмый составпо п. 4 F прелелах формулы изобретения:

McSii 22, TiSi 21, Si56, AIF, 1 6,1 3,9 10 6 Смесь не спекается. ПоверхHnSij 24, TiSii 23, Si51, AlK, 2 4,9 3,25 8 5 несть обработанных образцов

чистая.

MoSi, 26, TiSi, 25. Si46, AlFj 3 4,3 3,25 7 5 To же

Предла rafmjii составпо п. 4, выходящлП за пределы формулы изобретения

MoSi, 18, TiSit 19, Si64,5, A1F3 0,5 7,4 7,8 12 12 Смесь частично спекается.

MoSi, 30, TiSit 27, Si39, AlF, 4 7,9 6,5 13 10 To же

.9

60

77

Смось спекается, Miv оРрдэиов дефектная.

Смесь не спекаетгя, Монерх ность обработанных (f prtJn(B чистая,

То же

То же

I I lA

Смесь частично ти-каелч я Тп же

Смесь не спекается. Топсрх- иость оСработанных оПрачпов чистая.

То че

То не

Изобретение относится к металлургии. Цель изобретения - повышение стойкости получаемых слоев к термоциклическим ударам и повышение технологичности среды. Состав для многокомпонентного насыщения тугоплавких металлов, включает порошок кремния, вещество, содержащее переходный металл 1у, у1 групп, фтористый алюминий и дисилицид титана. В качестве вещества, содержащего переходный металл 1у или у1 группы, он содержит дисилицид этого металла. Соотношение компонентов следующее, мас.%: дисилицид титана 21-25, дисилицид металла 22-26, фтористый алюминий 1-3, порошок кремния - остальное. Дисилицид металла - ZRSI₂, или CRSI₂, или MOSI. 1 табл.

Как следует из результатов испытаний, жаро- и термостойкость образцов, обработанных в предлагаемом составе по п..2, для многокомпонентного насьпцения тугоплавких металлов в 10-12 раз для сплава ОТ4 и в 8-11 раз для сплава НЦУ, вьпие чем обработанных в известном составе: жаро- и термостойкость образцов, обработанных в предлагаемом составе по п, 3, в 6-8,5 раз для сплава ОТ4 и в 12,5-15 раз для сплава НЦУ выше, чем обработанных в известном составе жаро- и термостойкость образцов, обработанных в предпагаемой среде по п, , в 6-8,5 раз для сплава ОТ4 и 12-15 раз для сплава НЦУ.выше, чем обработанных в известном составе.

Предлагаемые насыщающие среды обладают хорошей технологичностью (не спекается, насыщенные образцы имеют чистую поверхность).

Формула изобретения

. Состав для многокомпонентного насыщения тугоплавких металлов, включающий порошок крем)1ия и фтористый алюминий, отличающийся тем, что, с целью повыц( стойкости получаемых диффузионных слоев к

термоциклическим ударам и повышения технологичности среды, он дополнительно содержит дисилицид титана, и вещество, выбранное из группы, содержащей дисилицид металла IV или VI группы, при следующем соотношении компонентов, мас,%: Дисилицид

титана21-25

Дисилицид металла IV или VI группы22-26

Фтористый

5

O

5

алюминий Порощок кремния

1-3

Остальное

о т ли ч а ю- качестве вещества, содержащего переходный металл IV группы, он содержит дисилицид циркония .

3, Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вещества, содержащего переходный металл VI группы, он содержит дисилицид хрома.

Д. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вещест ва, содержащего переходный М1;тапл VI группы, он содержит дисилицид молибдена.