состав сплава для нанесения покрытий

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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 -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 , 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.