Способ нанесения покрытия на изделия из углерод-углеродного композиционного материала

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4912609/33 (22) 18.02.91 (46) 15.11.93 Бюл. Na 41-42 (71) Научно-производственное объединение "Композит (72) Богачев ЕА„Тимофеев А.Н.; Постникова M.Â.;

Зотов Ю.П. (73) Научно-производственное объединение "Композит" (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ИЗ—

ДЕЛИЯ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА (57) Использование: изобретение относится к машиностроению, в частности к получению жаростойких композиционных материалов путем нанесения (в) RU (и) 2®2722 С 3 (51) 5 С 04 В41/80 С 04 Н 41/Я9„ покрытий на углерод — углеродные композиты дпя обеспечения их работоспособности в окислитепьной среде. Сущность изобретения: способ включает формирование внутреннего карбидного барьерного слоя и внешнего керамического слоя. Барьерный слой формируют из карбида тантала путем его газофазного осаждения на поверхность У".КМ, а внешний керамический слой наносят поверх внутреннего из суспензии, содержащей смесь порошков силицидов тугоплавких металлов Vl В и 1Ч В групп Периодической системы эвтектического состава, с последующим оплавпением защитного слоя и его диффузионным силицированием, причем силицировэн е ведут до образования промежуточного слоя силицида тантала.

2002722

Изобретение относится к машиностроению, в частности к получению жаростойких композиционных материалов путем нанесения покрытий на углерод-углеродные композиты для обеспечения их работоспособности в окислительной среде.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по уровню жаростойкости получаемых их УУКМ покрытий является способ, заключающийся в обеспечении защиты от окисления при 650 — 2200 С путем нанесения слоя SIC методом диффузионного насыщения и слоя стабилизированного ЕгОр, формируемого методом катодного распыления.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает термостойкости и длительного ресурса работоспособности УУКМ s режиме термоциклирования. Зто обьясняется тем, что между внешним и карбидным слоями отсутствует диффузионная связь: адгезия Zr02 к

SiC обеспечивается за счет сил физического взаимодействия. В связи с этим при термоциклировании покрытия за счет оазницы в

КЛТP (гк7го> = 11 10 град а stс = 10 град ) происходит растрески-б -1 вание и отслаивание слоя на основе оксида циркония, что приводит к потере работоспособности покрытия на УУКМ, особенно при повышенных температурах (1500 — 2200 С).

Цель изобретения состоит в повышении термостойкости и увеличении ресурса работоспособности при температурах 650—

19000 С.

Поставленная цель достигается тем, что в способе нанесения покрытия на изделия из УУКМ, включающем формирование внутренного карбидного барьерного слоя и внешнего керамического слоя, барьерный слой формируют из карбида тантала путем

его газофазного осаждения на поверхность

УУКМ, а внешний керамический слой наносят поверх внутреннего из суспензии, содержащей смесь порошков силицидов тугоплавких металлов И В и IV В групп

Периодической системы эвтектического состава, с последующим оплавлением защитного слоя и его диффузионным силицированием, причем силицирование ведут до образования промежуточного слоя сипицида тантала.

Применение карбида тантала 8 качестве барьерного слоя и сипицида тантала в качестве промежуточного между барьеоным и защитным слоями необходимо иэ-эа высокой тугоппавкости и термостабильности как карбида, так и всех без исключения силицидов тантала (минимальная температура плавления у силицида тантала 2200 С), Силицидные соединения других тугоплавких металлов, карбиды которых также могут ис5 пользоваться в качестве барьерных (титана, циркония и гафния), имеют значительно более низкую температуру плавления высших силицидов (1500 — 1900 С), ТаС осаждается на поверхность отдельных структурных элементов УУКМ в результате реакции ТаС!б+ СНб ТаС+ HCI. По сравнению с различными вариантами термодиффузионного способа, которые приводят к растрескиванию углерода подложки, что

"5 ухудшает сцепление карбидного слоя с

УУКМ, газофазный способ позволяет получать плотные, бездефектные, хорошо сцепленные с подложкой покрытия без неизбежной для реактивных методов диф20 фуэионной пористости на границе раздела фаэ. Оплавление смеси силицидных порошков перед диффузионным силицированием приводит к высокой адгеэии защитного слоя уже на проме>куточной стадии нанесения покрытия. Силицирование обеспечивает как необходимый фазовый состав покрытия, так и формирование промежуточного диффузионного слоя силицида тантала.

Пример 1, На экспериментральный образец и образец-свидетель из УУКМ методом химического осаждения из паро-газовой смеси TaCI;, СН4 был нанесен слой карбида тантала ТаС толщиной 5 — 10 мкм.

Затем из шликерной суспензии, содержа35 щей смесь порошков MoSI2, МобРэ, HfSI эвтектического состава методом окунания нанесли покрытие толщиной 50 — 70 мкм. После высокотемпературного оплавления осажденного слоя в вакуумной печи типа

СНВ при 1850 С образец с покрытием подвергали активированному силицированию в вакуумной печи типа СШВ в засыпке порошка кремния при 1200 С в течение 6 ч, Образование промежуточного слоя сипицида тантала контролировали по появлению на дифрактограмме образца-свидетеля пиков, характерных для силицида тантала, Образец с покрытием подвергали испытанию в окиспительном потоке газа при

1750 С в течение 1.5 ч. Через каждые 5 мин испытаний проводили охлаждение и затем снова нагрев до температуры испытаний, Покрытие выдержало беэ разрушения 30 термоциклов, унос массы практически от55 сутствовап.

Испытанный по аналогичному ре>ки лу образец. прототипа выдержал 3 тер лоцикла, затем керамическое покрытие на основе

ZrOZ ОтСлоилОСь.

2002722 (56) Патент США N- 4500602, кл, В32 В 9/00,,опубл. 1985 г.

Формула изобретения

Составитель Е,Юдина

Редактор Н. Семенова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Е.Папп

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3212

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Пример 2. На экспериментальный образец и образец-свидетель из УУКМ методом газофазного осаждения был нанесен слой карбида тантала толщиной 10 — 12 мкм.

Затем из шликерной суспензии, содержащей смесь порошков WSiz, WsSig, HfSiz звтектического состава. нанесли покрытие толщиной 70 — 100 мкм. После высокотемпературного оплавления покрытия в печи типа

СНВ при 1950 С (Рост. = 10 мм рт,ст.) образец вместе с образцом-свидетелем подвергали активированному силицированию в вакуумной печи типа CLLI 8 в засыпке порошка кремния при 1200 С в течение 8 ч. Контрольный рентгенофазный анализ покрытия на образце-свидетеле показал присутствие в многослойном покрытии промежуточной фазы силицидов тантала.

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА

ИЗДЕЛИЯ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОГО

КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА,вклю чающий последовательное формирование внутреннего карбидного барьерного слоя и внешнего керамического слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости и увеличения ресурса

Образец с покрытием подвергали испытанию в окислительном потоке газа Bpl1

1900 С в течение 1,5 ч. После каждой десятиминутной выдержки при 1900 С изделие

5 охлаждали до 100 С и вновь нагревали до

1900 С. Спустя 15 термоциклов покрытие осталось без изменений, потеря массы практически отсутствовала, Использование предлагаемого способа

10 нанесения покрытия на изделия из УУКМ позволяет по сравнению с техническим решением, описанным в прототипе, резко поднять работоспособность изделий из УУКМ в окислительной среде при температурах до

15 1900 С в условиях термоциклирования. работоспособности при 650 - 1900 С, внутренний слой формируют из карбида тантала путем газофазного осаждения, а внешний слой наносят из суспензии, содержащей эвтектическую смесь порошков силицидов тугоплавких металлов К в и Vl B групп с последующим оплавлением покрытия и дополнительным нагревом в засыпке кремния до образования промежуточного слоя силицида тантала.