RU2617069C1 - Method of increasing heat resistance of copper parts - Google Patents

Method of increasing heat resistance of copper parts Download PDF

Info

Publication number
RU2617069C1
RU2617069C1 RU2015154204A RU2015154204A RU2617069C1 RU 2617069 C1 RU2617069 C1 RU 2617069C1 RU 2015154204 A RU2015154204 A RU 2015154204A RU 2015154204 A RU2015154204 A RU 2015154204A RU 2617069 C1 RU2617069 C1 RU 2617069C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
yttrium
temperature
container
melt
Prior art date
Application number
RU2015154204A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Владимирович Толстобров
Олег Валентинович Елькин
Андрей Николаевич Бушуев
Денис Андреевич Кондратьев
Татьяна Алексеевна Блинова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет"
Priority to RU2015154204A priority Critical patent/RU2617069C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2617069C1 publication Critical patent/RU2617069C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/18Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C10/20Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being diffused
    • C23C10/24Salt bath containing the element to be diffused
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method of producing heat-resistant cuprum-yttrium coating on the surface of copper parts, comprising heating of the working molten salt to the temperature of 500-700°C in the container of beryllium or alundum oxide positioned in a sealed vessel, in inert-gas atmosphere, at the same time the copper part and a plate from metal yttrium are positioned in the molten mass in the current of inert gas, fixed at molybdenum or tungsten suspensions without contact between each other and the walls of the container, holding of the part in the molten salt for 1-4 hours with current-free diffusion alloying of copper surface with yttrium to form intermetallic compounds, extraction of the part from the mentioned molten mass and subsequent homogenizing annealing at temperature of 400-500°C for 1 hour in an inert atmosphere, cooling of the part in an inert atmosphere to room temperature and flushing of the salt remains from the part surface, wherein the working molten salt comprises, wt %: eutectic mixtures of alkali-metal chlorides 95.0-99.0, yttrium trichloride 5.0-1.0. Production of the heat-resistant coating on the surface of the copper part is ensured.
EFFECT: increased heat resistance of the parts made of copper and copper alloys.
2 ex

Description

Настоящее изобретение относится к области защиты от коррозии цветных металлов, а именно к нанесению металлических покрытий методом химико-термической обработки, и может быть использовано для повышения жаростойкости деталей, изготовленных из меди и медных сплавов, например сопла горелок для аргонодуговой сварки, держателей дуговых плавильных печей, фурмы доменных и конверторных печных плавильных агрегатов.The present invention relates to the field of corrosion protection of non-ferrous metals, namely to the deposition of metal coatings by chemical-thermal treatment, and can be used to increase the heat resistance of parts made of copper and copper alloys, for example, nozzles of torches for argon-arc welding, holders of arc melting furnaces , tuyeres of blast furnace and converter furnace melting units.

Из существующего уровня техники известен способ изготовления жаропрочных и жаростойких дисперсно-упрочненных изделий на основе меди (Патент РФ RU 2117063 С1, МПК С22С 1/04, С22С 1/10, з. №97106864/02 от 24.04.1997, опубл. 10.08.1998). Недостатком данного технического решения является необходимость применения меди в виде порошка с последующим формованием детали методом порошковой металлургии, что сказывается на прочностных характеристиках деталей.From the existing level of technology there is known a method of manufacturing heat-resistant and heat-resistant dispersion-strengthened products based on copper (RF Patent RU 2117063 C1, IPC C22C 1/04, C22C 1/10, Z. No. 97106864/02 of 04.24.1997, publ. 10.08. 1998). The disadvantage of this technical solution is the need to use copper in powder form, followed by molding the part by powder metallurgy, which affects the strength characteristics of the parts.

Также известен способ повышения жаростойкости меди путем обработки жидкой меди наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) (Патент РФ RU 2355511 C2, МПК B22D 27/20, C22F 3/02, з. №2007124218/02 от 27.06.2007, опубл. 20.05.2009 г.). Недостатком данного способа является необходимость доведения меди до жидкого состояния путем нагрева до высоких температур (порядка 1300°С), что приводит к большим затратам энергии на нагрев, а также использование сложного технологического оборудования - генератора НЭМИ.Also known is a method of increasing the heat resistance of copper by treating liquid copper with nanosecond electromagnetic pulses (NEMI) (RF Patent RU 2355511 C2, IPC B22D 27/20, C22F 3/02, Z. No. 2007124218/02 of 06.27.2007, publ. 05.20.2009 g.). The disadvantage of this method is the need to bring copper to a liquid state by heating to high temperatures (about 1300 ° C), which leads to high energy costs for heating, as well as the use of sophisticated technological equipment - a NEMI generator.

Еще одним техническим решением является способ нанесения комбинированных покрытий на электротехнические медные детали гальваническим нанесением иттрия в солевом расплаве (SU 1565060 А1, МПК С23С 10/24, з. №4382111/02 от 05.01.1988 г., опубл. 27.06.2007 г.). Недостатком данного способа является необходимость применения дорогостоящего хлорида палладия.Another technical solution is the method of applying combined coatings to electrical copper parts by galvanic deposition of yttrium in a salt melt (SU 1565060 A1, MPK S23C 10/24, part No. 4382111/02 of 05/05/1988, published on 06/27/1988, ) The disadvantage of this method is the need to use expensive palladium chloride.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ нанесения металлических покрытий (Патент РФ RU 2058422 С1, МПК С23С 10/24, з. №93046241/02 от 30.09.1993, опубл. 20.04.1996 г.). Недостатком данного технического решения являются высокие рабочие температуры 850-1000°С, что приводит к увеличению затрат энергии на поддержание таких температур.Closest to the claimed technical solution is a method of applying metal coatings (RF Patent RU 2058422 C1, IPC S23C 10/24, s.No. 93046241/02 of 09/30/1993, publ. 04/20/1996). The disadvantage of this technical solution is the high operating temperatures of 850-1000 ° C, which leads to an increase in energy costs for maintaining such temperatures.

Технический результат, получаемый вследствие использования заявленного способа, заключается в получении покрытия, обладающего высокой жаростойкостью. Жаростойкость повышается благодаря наличию на поверхности детали жаростойкого интерметаллического соединения медь-иттрий.The technical result obtained due to the use of the claimed method is to obtain a coating having high heat resistance. Heat resistance is enhanced by the presence of a heat-resistant copper-yttrium intermetallic compound on the surface of the part.

Способ повышения жаростойкости медных деталей путем получения на поверхности меди покрытия медь-иттрий заключается в следующем:A method of increasing the heat resistance of copper parts by producing a copper-yttrium coating on a copper surface is as follows:

1. Нагревают рабочий солевой расплав до температуры 500-700°С в контейнере из оксида бериллия или алунда, при этом контейнер с расплавом должен находится в атмосфере инертного газа, например аргона, в герметично закрываемой емкости;1. Heat the working salt melt to a temperature of 500-700 ° C in a container of beryllium oxide or alunda, while the container with the melt must be in an atmosphere of inert gas, such as argon, in a hermetically sealed container;

2. Одновременно в токе инертного газа помещают в рабочий солевой расплав медную деталь и пластину металлического иттрия, закрепленные на молибденовых или вольфрамовых подвесах так, чтобы исключить их контакт между собой и стенками контейнера;2. At the same time, in a stream of inert gas, a copper part and a plate of metallic yttrium are placed in a working salt melt, mounted on molybdenum or tungsten suspensions so as to exclude their contact between themselves and the walls of the container;

3. Выдерживают медную деталь и пластину металлического иттрия в рабочем солевом расплаве в течение 1-4 часов, при этом происходит бестоковое диффузионное насыщение поверхности меди иттрием с образованием интерметаллических соединений;3. The copper part and the yttrium metal plate are kept in the working salt melt for 1-4 hours, while the currentless diffusion saturation of the copper surface with yttrium occurs with the formation of intermetallic compounds;

4. Медную деталь приподнимают над расплавом, проводят гомогенизационный отжиг при температуре 400-500°С в течение 1 часа в инертной атмосфере;4. The copper part is lifted above the melt, homogenization annealing is carried out at a temperature of 400-500 ° C for 1 hour in an inert atmosphere;

5. Охлаждают медную деталь в инертной атмосфере до комнатной температуры, смывают остатки соли с поверхности детали.5. Cool the copper part in an inert atmosphere to room temperature, wash off the remaining salt from the surface of the part.

Технический результат - формирование покрытия - достигается в солевых расплавах, содержащих, масс. %: эвтектические смеси хлоридов щелочных металлов 95,0-99,0, трихлорид иттрия 5,0-1,0. Диффузионные покрытия являются беспористыми, хорошо сцепленными с материалом подложки.The technical result - the formation of a coating - is achieved in salt melts containing, mass. %: eutectic mixtures of alkali metal chlorides 95.0-99.0, yttrium trichloride 5.0-1.0. Diffusion coatings are non-porous, well adhered to the substrate material.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что рабочие температуры ниже, чем в известном способе (RU 2058422 С1 от 20.04.1996 г.), что снижает затраты энергии на процесс насыщения.The advantage of the proposed method is that the operating temperature is lower than in the known method (RU 2058422 C1 of 04/20/1996), which reduces the energy cost of the saturation process.

Примеры заявленного изобретенияExamples of the claimed invention

Пример 1. В тигле из оксида бериллия расплавляют 95 масс. % эвтектической смеси хлоридов лития и калия, 5 масс. % трихлорида иттрия. При температуре 500°С в расплав помещают медную деталь и пластину иттрия. В течение 1 часа получают покрытие медь-иттрий толщиной 50 мкм.Example 1. In a crucible of beryllium oxide melt 95 wt. % eutectic mixture of lithium and potassium chlorides, 5 wt. % yttrium trichloride. At a temperature of 500 ° C, a copper part and a yttrium plate are placed in the melt. Within 1 hour receive a coating of copper-yttrium with a thickness of 50 μm.

Пример 2. В алундовом тигле готовят расплав 96 масс. % эвтектической смеси хлоридов натрия и цезия с добавлением 4 масс. % трихлорида иттрия, при температуре 600°С за 2 ч. на поверхности медной детали получают покрытие медь-иттрий толщиной 150 мкм.Example 2. In the alundum crucible, a melt of 96 masses is prepared. % eutectic mixture of sodium chloride and cesium with the addition of 4 mass. % yttrium trichloride, at a temperature of 600 ° C for 2 hours, a copper-yttrium coating 150 μm thick is obtained on the surface of the copper part.

Пример 3. В расплаве 95 масс. % эквимольной смеси хлоридов натрия и калия и 5 масс. % трихлорида иттрия насыщают медную деталь иттрием при температуре 700°С в течение 3 часов. Получают покрытие медь-иттрий толщиной 180 мкм.Example 3. In the melt of 95 mass. % equimolar mixture of sodium and potassium chlorides and 5 wt. % yttrium trichloride saturate the copper part with yttrium at a temperature of 700 ° C for 3 hours. A copper-yttrium coating of 180 μm thickness is obtained.

Claims (2)

Способ получения жаростойкого покрытия медь-иттрий на поверхности медных деталей, включающий нагрев рабочего солевого расплава до температуры 500-700°С в контейнере из оксида бериллия или алунда, находящемся в герметично закрытой емкости, в атмосфере инертного газа, одновременно в расплав в токе инертного газа помещают медную деталь и пластину из металлического иттрия, закрепленные на молибденовых или вольфрамовых подвесах без контакта между собой и стенками контейнера, выдержку детали в солевом расплаве в течение 1-4 ч с бестоковым диффузионным насыщением поверхности меди иттрием с образованием интерметаллических соединений, извлечение детали из упомянутого расплава и проведение последующего гомогенизационного отжига при температуре 400-500°С в течение 1 ч в инертной атмосфере, охлаждение детали в инертной атмосфере до комнатной температуры и смывание остатков соли с поверхности детали, при этом рабочий солевой расплав содержит, мас.%:A method of obtaining a heat-resistant coating of copper-yttrium on the surface of copper parts, comprising heating the working salt melt to a temperature of 500-700 ° C in a container of beryllium oxide or alunda, which is in a hermetically sealed container, in an inert gas atmosphere, simultaneously in the melt in an inert gas stream place a copper part and a plate made of yttrium metal, mounted on molybdenum or tungsten suspensions without contact between themselves and the walls of the container, holding the part in salt melt for 1-4 hours with a currentless diffus ion saturation of the surface of copper with yttrium with the formation of intermetallic compounds, removing the part from the aforementioned melt and conducting subsequent homogenization annealing at a temperature of 400-500 ° C for 1 h in an inert atmosphere, cooling the part in an inert atmosphere to room temperature and washing off salt residues from the surface of the part , while the working salt melt contains, wt.%: эвтектические смеси хлоридов щелочных металловeutectic mixtures of alkali metal chlorides 95,0-99,095.0-99.0 трихлорид иттрияyttrium trichloride 5,0-1,05.0-1.0
RU2015154204A 2015-12-16 2015-12-16 Method of increasing heat resistance of copper parts RU2617069C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154204A RU2617069C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 Method of increasing heat resistance of copper parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154204A RU2617069C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 Method of increasing heat resistance of copper parts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2617069C1 true RU2617069C1 (en) 2017-04-19

Family

ID=58642944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154204A RU2617069C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 Method of increasing heat resistance of copper parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2617069C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3184330A (en) * 1963-03-28 1965-05-18 Du Pont Diffusion process
RU2058422C1 (en) * 1993-09-30 1996-04-20 Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН Method for application of metal coatings and melt for application of metal coatings
SU1565060A1 (en) * 1988-01-05 2007-06-27 Московский технологический институт пищевой промышленности The method of applying combined coatings on electrical copper parts
US8221559B2 (en) * 2006-12-20 2012-07-17 Nippon Paint Co., Ltd. Metal surface treatment liquid for cation electrodeposition coating

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3184330A (en) * 1963-03-28 1965-05-18 Du Pont Diffusion process
SU1565060A1 (en) * 1988-01-05 2007-06-27 Московский технологический институт пищевой промышленности The method of applying combined coatings on electrical copper parts
RU2058422C1 (en) * 1993-09-30 1996-04-20 Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН Method for application of metal coatings and melt for application of metal coatings
US8221559B2 (en) * 2006-12-20 2012-07-17 Nippon Paint Co., Ltd. Metal surface treatment liquid for cation electrodeposition coating

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feng et al. Reliability studies of Cu/Al joints brazed with Zn–Al–Ce filler metals
CN102717205B (en) Aluminium-alloy welding wire and preparation method thereof
US20200030921A1 (en) Alloys
CA3035696A1 (en) Method for generating a component by a powder-bed-based additive manufacturing method and powder for use in such a method
JP2020117806A (en) Copper alloy sputtering target
RU2515411C1 (en) Method of titanium-based alloys production
Huang et al. Dissolution and interfacial reactions of Fe in molten Sn-Cu and Sn-Pb solders
RU2617069C1 (en) Method of increasing heat resistance of copper parts
RU2360014C2 (en) Vacuum arc-refining skull furnace
CN106244833A (en) A kind of preparation method containing magnesium alloy
BR112014023528B1 (en) method for producing an aluminum piston for an internal combustion engine and aluminum piston for an internal combustion engine
JP6213684B2 (en) Copper alloy target
CN109252146B (en) Preparation method of alkali metal silicon borohydride
CN107916339A (en) New platinoiridita yittrium alloy contact material and preparation method thereof
CN1325679C (en) Sn-Zn-Bi-Cr alloy lead-free solder preparation method
CN107475563B (en) One Albatra metal hot dip rare earth tin-based alloy and preparation method thereof
CN107502782B (en) Copper alloy hot dip rare earth tin-based alloy and preparation method thereof
KR101802743B1 (en) Non-combustible magnesium alloy kitchen utensils and method for manufacturing threrof
Wei et al. Effects of thermal aging on microstructure and microhardness of Sn-3.7 Ag-0.9 Zn-1in solder
RU2517096C1 (en) Titanium-zirconium-based rapid-tempered alloy solder
DE10112822A1 (en) Method of high-purity niobium production
RU2770807C1 (en) Method for producing blanks from low-alloy copper-based alloys
CN110578078A (en) Preparation method and application of aluminum-based composite material welding wire
RU2464143C1 (en) Amorphous copper-based strip solder
JP2018145518A (en) Cu-Ni alloy sputtering target