хром-кобальт-иттриевый алюминид и способ его получения

Формула изобретения

1. Хром-кобальт-иттриевый алюминид состава Cr_0,195Al_0,49Co_0,137Y_0,178 в качестве материала для плазменных жаростойких сплавов.

2. Способ получения химического соединения, включающий сплавление хрома и алюминия в вакууме, выдержку, охлаждение и гомогенизирующий отжиг в вакууме, отличающийся тем, что в соединение дополнительно вводят кобальт и иттрий, сплавляют элементы хром, алюминий, кобальт и иттрий в соотношении 0,195 : 0,49 : 0,137 : 0,178 при 1550 - 1625^oC в среде гелия при давлении 400 мм рт.ст. путем трехкратного переплава в течение 15 - 20 мин, охлаждают со скоростью 20 - 30^o/с, а отжиг проводят в вакууме при 1000 - 1050^oC в течение 22 - 24 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к новым химическим соединениям, в частности к хром-кобальт-иттриевому алюминиду состава Cr_0,0195Co_0,137V_0,178Al_0,49, который может быть использован в качестве материала для жаростойких плазменных покрытий сплавов, работающих при 800-1000^oC в длительном режиме.

Известно жаростойкое покрытие, включающее Co, Cr, Al, Y, Ni [1].

Недостатком данного покрытия является то, что каждый химический элемент воздействует на матрицу самостоятельно (раздельно), что не обеспечивает достаточной жаростойкости покрытия.

Известен хром-никелевый алюминид состава CrAl_1,19Ni_0,04, используемый в качестве упрочняющего материала при плазменно-лазерном легировании хромсодержащих сталей [2].

Недостатком данного хромникелевого алюминида является то, что окисляемость при высоких температурах в серосодержащих газах более высокая, что не обеспечивает повышенную жаростойкость покрытия.

Известен способ получения химического соединения, включающий сплавление хрома, алюминия в вакууме, выдержку, охлаждение и отжиг в вакууме [2].

Данным способом невозможно получить жаростойкий материал для покрытия.

Задача, решаемая изобретением, состоит в получении нового химического соединения - хром-кобальт-иттриевого алюминида состава Cr_0,195Al_0,49Co_0,137Y_0,178, обладающего высокой жаростойкостью, позволяющей использовать его в качестве материала для плазменного легирования жаростойких сплавов на никелевой основе, работающих при высоких температурах в длительном режиме.

В известном способе получения химического соединения, включающем сплавление хрома и алюминия в вакууме, выдержку, охлаждение и гомогенизирующий отжиг в вакууме, согласно изобретению в соединение дополнительно вводят кобальт и иттрий, сплавляют элементы хром, алюминий, кобальт и иттрий в соотношении 0,195 : 0,49 : 0,137 : 0,178 при 1550-1625^oC в атмосфере гелия при давлении 400 мм рт. ст. путем трехкратного переплава в течение 15-20 мин, охлаждают со скоростью 20-30^o/c, а отжиг проводят в вакууме при 1000-1050^oC в течение 22-24 ч.

Исходные материалы чистотой не менее 99,9-99,95% помещают в электродуговую вакуумную печь с медной подиной и сплавляют при 1550-1625^oC в атмосфере чистого гелия при давлении 400 мм рт.ст. путем трехкратного переплава в течение 15-20 мин и охлаждением со скоростью 20-30^o/с. Затем проводят гомогенизирующий вакуумный отжиг материала при 1000-1050^oC в течение 22-24 ч. В результате такой обработки получают хрупкий, плотный, блестящий материал, имеющий микротвердость, измеренную на приборе ПМТ-3, равную 62015 кгсмм^-2. Согласно результатам элементного и рентгенографического анализов, проведенных на установках "Goal" и "ДРОН-3" хром-кобальт-иттриевый алюминид состава Cr_0,195Al_0,49Co_0,137Y _0,178 имеет тетрагональную кристаллическую решетку с параметрами A = 8,9091970,000434A, B = 8,9091970,000437 A, C = 5,0972870,000364 A, рассчитанные по программе автоматического индицирования TREOR-4, с определением критерия качества Смита и Снайдера.

Полученный хром-кобальт-иттриевый алюминид измельчали с классификацией по крупности от +45 до -100 мкм для плазменного напыления на образцы монокристаллов никелевого сплава ЖС-32, имеющего состав: C - 0,15, Cr - 4,0, Co - 9,9, W - 8,4, Mo - 0,5, Al - 5,5, Nb - 1,2, Ta - 4,7, Re - 3,3, Ni - ост. Плазменное нанесение порошка хром-кобальт-иттриевого алюминида на монокристаллический образец включает следующие операции: дробеструйную обработку рабочей поверхности металла, ее обезжиривание, нагрев до 100-150^oC и нанесение покрытия толщиной 80-100 мкм за 1-2 прохода плазмотрона. Затем для уплотнения плазменного покрытия образцы подвергались бомбардировке стеклянными микросферами диаметром 50-100 мкм. Окончательные операции - вакуумный отжиг при 900^oC в течение 3-4 ч и вторичный отжиг при температуре 1050-110^oC в течение 20-24 ч в атмосфере гелия или аргона. В результате поверхность образца получалась двухслойной, состоящей из собственно покрытия и диффузионного слоя элементов покрытия в матричный металл. Это обеспечивало высокую работу адгезии покрытия к матрице и легирование элементами покрытия верхних слоев матричного металла глубиной до 500-1000 мкм. Благодаря такой технологии покрытия с двухстадийным отжигом и обработке микросферами поверхности образцов, проведенные затем длительные испытания их в воздушной среде при температуре 1000^oC на жаростойкость показали высокую коррозионную стойкость, что видно в приведенной таблице.

Как следует из приведенных в таблице данных новое химическое соединение (хром-кобальт-иттриевый алюминид Cr_0,195Al_0,49Co_0,137Y_0,178) позволяет увеличить коррозионную стойкость монокристаллических образцов сплава ЖС-32 с 400 ч до 1100 ч при температуре 1000^oC, т.е. 2,75 раза. Более того, чистый монокристаллический образец (ЖС-32 моно) после выдержки 1600 ч растрескался и стал интенсивно окисляться, а образец с покрытием, несмотря на значительную убыль веса, не потерял свою исходную геометрию и не имел никаких дефектов до конца испытаний, т.е. до 2200 ч выдержки при 1000^oC. Одновременно было показано, что наилучший коррозионной стойкостью обладают образцы, покрытые только новым алюминидом (обр. М38-100), по сравнению с образцом (М38-70), имеющим 30% Ni₃Al.