Способ получения силицидных покрытий на молибдене и его сплавах Советский патент 1981 года по МПК C23C9/04 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИЦИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА МОЛИБДЕНЕ- И ЕГО СПЛАВАХ Изобретение относится к диффузионным способам обработки поверхности металлических изделий, в частности к способам силицирования тугоплавких материалов, и может использоваться в атомной энергетике, ракетостроеНИИ, машиностроении, и других областях современной техники, где требуется защита конструкционных материалов от вредного воздействия окислительных сред. Большинство способов получения защитных СИЛИЦИДНЫХ покрытий сводится к получению покрытий, состояпщх в основном из высших силицидов, которые обладают повышенной жаростойкостью в окислительных средах в широком интервале температур. Покрытия из низших филицидных фаз позволяют защищать тугоплавкие материалы при более высоких. температурс1х, однакв они применяются довольно редко из-за того, что получение их представляет собой весьма длительный процесс. Известен способ получения защитных СИЛИЦИДНЫХ покрытий на нагревателях на основе молибдена, согласно которому сначала на молибдене формиру ют покрытие из MoSl2 одним из обычных диффузионных методов, например нагреватели помещают в контейнер с по;рошком кремния и отжигают в вакууме рт.ст. при. 1250°С в течение 24-30 ч. При зтом получают покрытие толщиной 80 мкм. Затем нагреватели эксплуатируют при температуре, не превышающей температуру плавления покрытия/ в течение времени, необходимого для полного превращения фазы MoSia в фазу N0521,. Например, при 1700°С покрытие из дисилицида молибдена с исходной толщиной 80 мкм лереходит в MogSin за 3 ч. После этого температуру эксплуатации нагревателей можно повысить, так как покрытие, состоящее из низшей фазы ,, является более тyJoплaвким Известен также способ получения защитных СИЛИЦИДНЫХ покрытий на молибденовом сплаве ЦМб, по которому вначале на образцах сплава формируют дисилицидный слой толщиной 60-70 мкм путем насыщения поверхности образцой кремния в атмосфере аргона в присутствии активатора NaHFrj при 1240+10°С в течение 8-10 .ч. Затем образцы подвергают отжигу при 1750 С в засыпке порошка дисилицида молибдена в среде аргона 3 ч. В процессе отжига дисилицидный слой полностью

превращается в силицид состава М053Ц 2 .

Недостатками описанных способов являются большая длительность проце са и необходимость проведения его в два этапа.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения защитных силицидных покрытий на молибдене и его сплавах. Согласно которому образцы молибдена или его сплавов подвергают диффузионному отжигу в порошке дисилицида молибдена в вакууме мм.рт. ст. при 1600°С в течение 150 ч. При этом на образцах получают покрытие из низшего силицида MogSi j толщиной мкм Цз .

Недостатком этого способа является большая длительность процессаУскорить процесс силидирования путем увеличения температуры отжизга невозможно из-за спекания порошка.

Цель изобретения - интенсификаи.ия процесса получения покрытий.

Эта цель достигается тем, что согласно способу получения защитных силицидных покрытий на молибдене и его сплавах, состоящему в диффузионном отжиге в вакууме в среде дисилицида молибдена, дисилицид молибдена используют в виде гранул диаметром 2-4 мм, а отжиг ведут при 17801880С, что позволяет значительно интенсифицировать процесс получения покрытий. Это объясняется тем, что дисилицид молибдена в виде гранул диаметром 2-4 мм практически не спекается при используе№ах температурах отжига, так как при значительно уменьшается суммарная площадь контактов между частицами засыпки .

Использование гранул большего диаметра нежелательно, ибо в этом случае велик путь диффузии атомов кремния из центральной части гранул к поверхности, вследствие чего не используется значительная часть находящаяся в центральной части гранул .

Выбор температурного интервала отжига обеспечивает получение покрытий из низших силицидных фаз оптимальной толщины.

Технология способа состоит в следующем.

Образцы молибдена или его сплаво загружаются в контейнер, например, из и засыпают гранулами диаметром 2-4 мм диcиjIици JД молибдена, Контейнер помещают в вакуумную каме и в зависимости от необходимой толщны покрытия (оптимальная толщина порытия 100-300 мкм) нагревают с помощью печи сопротивления до нужной температуры (1780-1880°С) в вакууме мм рт.ст. определенное время (4-0,5 ч).

Пример 1. Нагреватель из М подвергают диффузионному отжигу в засыпке из гранул дисилицида молибдена диаметром 2-4 мм в вакууме рт.с. при в течение 4 ч.

Средняя толщина полученно1ро сили.цидного покрытия составляет 30Q мкм При этом покрытие характеризуется отсутствием трещин на выпуклых местах изделия вплоть до радиуса кривизны 0,1 мм.

Нагреватель с полученным таким образом покрытием из N015-813 работает 40 ч на воздухе при 1950-1970Ос, , что свидетельствует о высоких защитных свойствах покрытия.

Пример- 2. Термопару из МоКВт, MoRB,y диаметром 1,5-2 мм отжигают в засыпке из гранул дисилицида молибдена диаметром 2-4 мм в вакууме -1СГ 5 мм рт.ст. 25-35 мин при 1850 С. Толщина полученного силицидного покрытия составляет 100-150 iso мкм.

Термопара диаметром 1,5 мм с нанесенным покрытием толщиной 120 мкм помещается в печь, в которой поддерживается температура 1900-19 40-С, и дает устойчивые показания в течение 14 ч.

Использование предлагаемого способа получения защитных силицидных покрытий на тугоплавких материалах имеет существенные преимущества по сравнению с известным, так как он позволяет значительно интенсифицировать процесс.

Так, если известный способ позволяет получать защитные покрытия толщиной 300 мкм за 150 ч, то по предлагаемому - покрытие толщиной 300 мкм можно получить за 2-4 ч (в зависимости от температуры отжига), т.е. в 37,5-75 раз быстрее. Это позволяет значительно снизить трудозатраты и энергетические затраты.

Кроме того, предлагаел«лй способ снижает расход используемой засыпки из дисилицида М, так как позволяет использовать ее из дисилицида молибдена неоднократно. Например, общее время использования засыпки из гранул MoSirj диаметром 2-4 мм при температуре отжига 18500с составляет 13-15 ч, т.е. одну и ту же засыпку можно использовать от 5 до 20 20 раз. Также можно получать защитные силицидные покрытия практически на любом тугоплавком материале, например на W, Та, Nb, Re и др, подорав температуру отжига таким образом, чтобы она была ниже температуры эвтектики между высшим силицидом (обычно .MeSigi и следующим за ним низшим.

Формула изобретения

Способ получения силицидных покртий на молибдене и его сплавах путем

5 , 855068 6

диффузионного отжига в вакууме в-1, Жаростойкие покрытия. Сборник

засыпке дисилицида молибдена, с т -Л., Наука, 1965. с. 92-99.

л и чающийся тем, что, с

целью интенсификации процесса, отжиг2. Известия МЛ СССР Металлы,

производят при 1780-1880°С, а засып-1979, 2, с.193-197.

ку используют в виде гранул диамет-. с

$юм 2-4 мм.3. Защитные высокотемпературные

, Источники информации,покрытия. Сборник, Л., Наука ,

принятые во внимание при экспертизе1972, с. 67-74.