RU2685613C1 - METHOD OF FORMING COATING CONTAINING INTERMETALLICAL CONNECTIONS OF Ni-Al SYSTEM TO SUBSTRATE FROM ALUMINUM OR ALLOY THEREOF - Google Patents
METHOD OF FORMING COATING CONTAINING INTERMETALLICAL CONNECTIONS OF Ni-Al SYSTEM TO SUBSTRATE FROM ALUMINUM OR ALLOY THEREOF Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685613C1 RU2685613C1 RU2017146485A RU2017146485A RU2685613C1 RU 2685613 C1 RU2685613 C1 RU 2685613C1 RU 2017146485 A RU2017146485 A RU 2017146485A RU 2017146485 A RU2017146485 A RU 2017146485A RU 2685613 C1 RU2685613 C1 RU 2685613C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- coating
- aluminum
- layer
- formation
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 229910003310 Ni-Al Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000005474 detonation Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- -1 borides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
- C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
- B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
- C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
- C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области упрочнения поверхности металлов и сплавов и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для глубокого формования защитных и упрочняющих покрытий.The invention relates to the field of hardening the surface of metals and alloys and can be used in various fields of industry and science for the deep formation of protective and hardening coatings.
Известен способ получения покрытий путем нанесения порошка металлов Cr, Mo, Ni, Al на подложку (матрицу) и последующего нагрева этой смеси до расплавления [1]. Недостатком этого способа получения покрытия является практически полное отсутствие диффузионной зоны на границе раздела покрытие - подложка. Скачкообразный переход на границе раздела от материала подложки к материалу покрытия существенно снижает адгезионную прочность покрытия.A method of obtaining coatings by applying a powder of metals Cr, Mo, Ni, Al on a substrate (matrix) and the subsequent heating of this mixture until melted [1]. The disadvantage of this method of obtaining the coating is the almost complete absence of the diffusion zone at the interface of the coating - substrate. A discontinuous transition at the interface from the substrate material to the coating material significantly reduces the adhesive strength of the coating.
Известен способ поверхностного упрочнения, включающий нанесение на подложку многокомпонентной смеси, содержащей Mo, Ni, Ti, V, Со, Cr, С, насыщении легирующими элементами поверхностного слоя путем лазерного нагрева до температуры плавления компонент, последующего вторичного лазерного нагрева и дополнительных гомогенизирующих отжигов [2]. При облучении лазером происходит оплавление порошковой смеси и насыщении поверхности подложки легирующими элементами за счет перемешивании расплава. Для повышения качества покрытия, а также для снятия внутренних напряжений на границе раздела и уменьшения пористости покрытия проводят повторный лазерный нагрев. Последующие гомогенизирующие отжиги при 600-700°С улучшают структуру покрытия: выравнивают химический и фазовый состав покрытия за счет перераспределения легирующих элементов, происходит дисперсионное твердение.There is a method of surface hardening, comprising applying to the substrate a multicomponent mixture containing Mo, Ni, Ti, V, Co, Cr, C, saturating the surface layer with the alloying elements by laser heating to the melting temperature of the components, subsequent secondary laser heating and additional homogenizing annealing [2 ]. When irradiated with a laser, the powder mixture is melted and the substrate surface is saturated with alloying elements due to melt mixing. To improve the quality of the coating, as well as to relieve internal stresses at the interface and reduce the porosity of the coating, repeated laser heating is carried out. Subsequent homogenizing annealing at 600-700 ° C improves the coating structure: leveling the chemical and phase composition of the coating due to the redistribution of alloying elements, dispersion hardening occurs.
Недостатком этого способа получения покрытий [2] является сложный технологический процесс, включающий первый нагрев лазером до плавления многокомпонентной смеси, второй нагрев лазерным излучением для снятия напряжений, гомогенизирующий отжиг в печи. Кроме того, на границе раздела между проплавленным слоем легирующих компонент и подложкой наблюдается резкий (скачкообразный) переход свойств, снижающий адгезионную прочность покрытия в связи с накоплением напряжений первого рода.The disadvantage of this method of producing coatings [2] is a complicated technological process, including the first heating by a laser before melting a multicomponent mixture, the second heating by laser radiation for stress relief, and homogenizing annealing in a furnace. In addition, a sharp (abrupt) transition of properties is observed at the interface between the melted layer of the alloying components and the substrate, reducing the adhesive strength of the coating due to the accumulation of stresses of the first kind.
На границе расплав - матрица толщина диффузионной зоны не превышает 10-3 мм при коэффициенте диффузии D=10-5 см2/с и времени лазерного воздействия 10-2 - 10-7 с [3]. Последующие отжиги лишь изменяют структуру покрытия, но не приводят к существенному изменению границы раздела - формированию диффузионной зоны., так как материал подложки является пассивной составляющей процесса. Кроме того, использование многокомпонентной смеси сопровождается неконтролируемым (случайным) образованием фаз при химическом взаимодействии наносимых элементов как при лазерном оплавлении, так и в результате гомогенизирующих отжигов.At the melt-matrix interface, the thickness of the diffusion zone does not exceed 10 -3 mm with a diffusion coefficient D = 10 -5 cm 2 / s and a laser exposure time of 10 -2 - 10 -7 s [3]. Subsequent annealing only changes the structure of the coating, but does not lead to a significant change in the interface - the formation of a diffusion zone, since the substrate material is a passive component of the process. In addition, the use of a multicomponent mixture is accompanied by the uncontrolled (random) formation of phases during the chemical interaction of the applied elements both during laser flashing and as a result of homogenizing annealing.
Шесть операций реализации данного технического решения, включающие предварительную закалку, предварительный отпуск при 280-540°С, нанесение многокомпонентной пасты, лазерное оплавление нанесенного слоя, повторный лазерный нагрев, двух-трехкратный гомогенизирующий отжиг, существенно усложняют и удорожают этот способ получения покрытий.Six operations of the implementation of this technical solution, including pre-hardening, pre-tempering at 280-540 ° C, applying a multicomponent paste, laser melting of the applied layer, repeated laser heating, two or three times homogenizing annealing, significantly complicate and increase the cost of the method for producing coatings.
Известен способ электронно-лучевой наплавки высокопрочных материалов на подложку [4], в котором порошковый материал подается в зону оплавления металлической подложки. Затвердевание жидкой ванны сопровождается захватом (очевидно, смачиванием частиц порошка расплавом), его переплавом и последующей кристаллизацией расплавленной подложки и оплавленного порошкового материала.The known method of electron-beam surfacing of high-strength materials on the substrate [4], in which the powder material is fed into the melting zone of the metal substrate. The solidification of the liquid bath is accompanied by the capture (obviously, by wetting the powder particles with the melt), its remelting and subsequent crystallization of the molten substrate and the melted powder material.
В связи с тем, что порошковый материал является высокопрочным соединения (например, карбиды, бориды, нитриды, высокопрочный чугун и др.), возникновение диффузионной зоны исключено, а сцепление порошка и подложки осуществляется, в лучшем случае, за счет смачивания порошкового материала расплавом подложки. В этой связи на границе раздела порошок - подложка неминуемо возникновение механических напряжений, величина которых тем больше, чем сильнее свойства порошка отличаются от свойств материала подложки.Due to the fact that the powder material is high-strength compounds (for example, carbides, borides, nitrides, high-strength cast iron, etc.), the occurrence of the diffusion zone is excluded, and the adhesion of the powder and the substrate is carried out, at best, by wetting the powder material with the substrate melt . In this regard, at the powder – substrate interface, the occurrence of mechanical stresses is inevitable, the magnitude of which is greater, the more the powder properties differ from the properties of the substrate material.
Таким образом, проведенный анализ показывает, что низкая адгезионная прочность покрытий, полученных известными способами, в первую очередь обусловлена скачком свойств на границе раздела из-за отсутствия или слабо выраженной диффузионной зоны. Граница раздела, по существу, является макроскопическим дефектом - источником напряжений первого рода.Thus, the analysis performed shows that the low adhesive strength of coatings obtained by known methods is primarily due to a jump in the properties at the interface due to the absence or a weakly pronounced diffusion zone. The interface is essentially a macroscopic defect — a source of stresses of the first kind.
Известен способ получения покрытий, взятый за прототип [5]. Согласно способу, на подложку из алюминия или его сплавов детонационным путем наносится тонкий слой никеля, а последующая обработка электронным пучком в вакууме запускает и поддерживает реакцию синтеза интерметаллических соединений системы никель-алюминий и формирует обширную диффузионную зону вместо границы раздела. Недостатком способа является низкая производительность из-за необходимости сканирования электронного пучка по упрочняемой поверхности, снижение качества покрытия в связи с невозможностью контролировать процесс синтеза, который может осуществляться двояким образом: в первом варианте электронный пучок сканируется так, что зона реакции следует за пучком; во втором варианте электронный пучок следует за зоной реакции и фактически переплавляет продукты реакции.A method of obtaining coatings, taken as a prototype [5]. According to the method, a thin layer of nickel is applied to a substrate of aluminum or its alloys by detonation, and the subsequent electron beam treatment in vacuum triggers and maintains the synthesis reaction of nickel-aluminum intermetallic compounds and forms an extensive diffusion zone instead of an interface. The disadvantage of this method is low productivity due to the need to scan the electron beam on the hardened surface, reducing the quality of the coating due to the inability to control the synthesis process, which can be done in two ways: in the first embodiment, the electron beam is scanned so that the reaction zone follows the beam; in the second variant, the electron beam follows the reaction zone and actually melts down the reaction products.
Целью изобретения является повышение качества покрытий путем формирования обширной диффузионной зоны на границе раздела покрытие-подложка и повышение производительности процесса формирования покрытия.The aim of the invention is to improve the quality of coatings by forming an extensive diffusion zone at the interface of the coating-substrate and improving the performance of the coating formation process.
Сущность изобретения.The essence of the invention.
Поставленная цель достигается тем, что, на поверхность подложки из алюминия или его сплава наносят слой порошкового никеля, вступающий с материалом подложки в экзотермическую химическую реакцию с образованием двухслойного композита, последующую обработку упомянутого двухслойного композита проводят индукционными токами высокой интенсивности до подплавления приповерхностного слоя подложки с формированием диффузионной зоны между упомянутой подложкой и формируемым покрытием, содержащим интерметаллические соединения системы Ni-Al.This goal is achieved by applying a layer of powdered nickel onto the surface of an aluminum or its alloy, which enters an exothermic chemical reaction with the substrate material to form a two-layer composite, the subsequent processing of the above-mentioned two-layer composite is carried out by high-intensity induction currents before melting the surface layer of the substrate to form diffusion zone between the said substrate and the formed coating containing intermetallic compounds of the Ni-Al system.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Формирование покрытия и диффузионной зоны включает следующие этапы:The formation of the coating and the diffusion zone includes the following steps:
1 - выбор реагентов, вступающих в реакцию с материалом подложки;1 - the choice of reagents that react with the substrate material;
2 - нанесение реагентов на подложку либо до энергетического (теплового) воздействия, либо в ходе такого воздействия;2 - deposition of reagents on the substrate either prior to the energy (heat) effect, or during such action;
3 - инициирование и поддержание высокотемпературного синтеза и формирование диффузионной зоны в ходе обработки упрочняемой поверхности индукционным воздействием.3 - initiation and maintenance of high-temperature synthesis and the formation of a diffusion zone during the processing of the hardened surface by induction.
Примеры конкретного выполненияExamples of specific performance
Пример 1.Example 1
Химический элемент (или элементы), который предполагается использовать для получения покрытия с хорошо развитой диффузионной зоной, на заданном материале подложки должен, во-первых, вступать в экзотермическую реакцию с материалом подложки, во-вторых, продукты реакции должны по своим механическим, физическим и др. свойствам удовлетворять требуемым качествам покрытия. Такой выбор осуществляется путем анализа диаграмм состояния.The chemical element (or elements) to be used to obtain a coating with a well-developed diffusion zone on a given substrate material must, firstly, enter into an exothermic reaction with the substrate material, and secondly, the reaction products must by their mechanical, physical and other properties to satisfy the required qualities of the coating. Such a choice is made by analyzing state diagrams.
Если химические элементы вступают с материалом подложки в реакцию с образованием интерметаллических фаз, то на диаграмме состояния это выражается в наличие областей гомогенности этих фаз.If chemical elements react with the substrate material with the formation of intermetallic phases, then on the state diagram this is expressed in the presence of areas of homogeneity of these phases.
При использовании в качестве подложки алюминия или сплавов на его основе можно получить покрытие с обширной диффузионной зоной, если другой компонентой будет, например, никель, титан и т.д.When using aluminum or alloys based on it as a substrate, a coating with a wide diffusion zone can be obtained if the other component is, for example, nickel, titanium, etc.
На диаграммах состояния (фиг. 1) видно, что при взаимодействии алюминия с никелем могут синтезироваться интерметаллические фазы NiAl3, Ni2Al3, NiAl, Ni3Al. Кроме того будут образовываться твердые растворы переменного состава.In the state diagrams (Fig. 1), it can be seen that the interaction of aluminum with nickel can be used to synthesize intermetallic phases NiAl 3 , Ni 2 Al 3 , NiAl, Ni 3 Al. In addition, solid solutions of variable composition will be formed.
Пример 2.Example 2
Детонационным способом наносили на подложку из алюминиевого сплава АК-21 (Al-21%Si) порошковый никель. Как показано на фиг. 2 полученное покрытие и подложка имеют четкую границу раздела и характеризуется микротвердостью со стороны никеля около 350 кг/мм2, а со стороны алюминиевой подложки около 20 кг/мм2. Скачкообразное изменение свойств на границе раздела свидетельствует об отсутствии диффузионной зоны. Такое покрытие можно характеризовать как избыточно дефектное с низкой адгезионной прочностью, обусловленной только механическим сцеплением подложки с никелевым порошком.In a detonation method, powdered nickel was deposited on a substrate made of AK-21 aluminum alloy (Al-21% Si). As shown in FIG. 2, the resulting coating and the substrate have a clear interface and are characterized by microhardness on the side of nickel about 350 kg / mm 2 , and on the side of the aluminum substrate about 20 kg / mm 2 . The abrupt change in properties at the interface indicates the absence of a diffusion zone. Such a coating can be characterized as excessively defective with low adhesive strength, due only to the mechanical adhesion of the substrate with nickel powder.
Пример 3.Example 3
На алюминиевую подложку детонационным путем (установка по детонационному нанесению покрытий) как в примере 2 нанесли порошковый никель толщиной около 0,4 мм. Затем полученный двухслойный материал был подвергнут термообработке в электропечи при температуре около 600°С в течении 1,0 часа. В реакции с алюминием никель может образовать фазы NiAl3, Ni2Al3, NiAl, Ni3Al и твердый раствор никеля в алюминии. На фиг. 3 представлена структура и распределение микротвердости (прочности) по сечению покрытие подложка.Detonation by an aluminum substrate (detonation coating installation) as in Example 2 was applied nickel powder with a thickness of about 0.4 mm. Then, the resulting two-layer material was subjected to heat treatment in an electric furnace at a temperature of about 600 ° C for 1.0 hour. In the reaction with aluminum, nickel can form phases NiAl 3 , Ni 2 Al 3 , NiAl, Ni 3 Al and a solid solution of nickel in aluminum. FIG. 3 shows the structure and distribution of microhardness (strength) over the cross section of the coating substrate.
Микроструктура и измерения микротвердости, приведенные на фиг. 3, свидетельствуют, что между сформированным покрытием, представляющей собой смесь фаз системы Ni-Al и твердого раствора никеля в алюминии, имеющих микротвердость 200-240 кг/мм2, и матрицей с микротвердостью около 30 кг/мм2, сформирована обширная диффузионная зона шириной около 1 мм, в которой микротвердость монотонно снижается от максимального значения до минимального. Эксплуатация такого покрытия в условиях термомеханического воздействия уже не приведет к отслаиванию покрытия от подложки, так как граница раздела размыта в диффузионную зону.The microstructure and microhardness measurements shown in FIG. 3 show that between the formed coating, which is a mixture of the phases of the Ni-Al system and the nickel solid solution in aluminum, having a microhardness of 200-240 kg / mm 2 , and a matrix with a microhardness of about 30 kg / mm 2 , a wide diffusion zone is formed about 1 mm, in which the microhardness monotonously decreases from the maximum value to the minimum. The operation of such a coating under the conditions of thermomechanical action will not lead to the peeling of the coating from the substrate, since the interface is blurred into the diffusion zone.
Однако большое время теплового воздействия и нагрев не только нанесенного слоя никеля, но и всей подложки может оказаться неприемлемым во многих случаях, так как в результате такой термообработки меняются свойства подложки.However, a large time of heat exposure and heating of not only the deposited nickel layer, but also the entire substrate can be unacceptable in many cases, since as a result of this heat treatment, the properties of the substrate change.
Пример 4.Example 4
На поверхность алюминиевого сплава АК-21 (Al-21%Si) с помощью детонационной пушки наносился слой никеля толщиной 0,45 мм. Затем поверхность образцов была обработана электронным пучком путем сканирования пучка по поверхности с подплавлением приповерхностного слоя. После электронно-лучевой обработки проводили измерение толщины покрытия, ширины диффузионной зоны, фазового состава и микротвердости. Результаты измерения для ускоряющего напряжения 30 кВ электронного пучка приведены на фиг. 4. Как следует из приведенных на рисунке данных покрытие характеризуется хорошо развитой диффузионной зоной, а фазовый состав, определяющий механические свойства покрытия, представляет смесь фаз NiAl3, Ni2Al3, NiAl, Ni3Al системы Ni-Al с преимущественной фазой NiAl. Отметим, что фазовый состав покрытия существенно зависит от энергии электронного пучка.On the surface of the aluminum alloy AK-21 (Al-21% Si) with a detonation gun was applied a layer of nickel 0.45 mm thick. Then the surface of the samples was processed by an electron beam by scanning the beam over the surface with the fusing of the surface layer. After electron beam treatment, the coating thickness, diffusion zone width, phase composition, and microhardness were measured. The measurement results for an accelerating voltage of 30 kV electron beam are shown in FIG. 4. As follows from the data shown in the figure, the coating is characterized by a well-developed diffusion zone, and the phase composition that determines the mechanical properties of the coating is a mixture of NiAl 3 , Ni 2 Al 3 , NiAl, Ni 3 Al Ni-Al phases with a predominant NiAl phase. Note that the phase composition of the coating substantially depends on the energy of the electron beam.
Однако сканирование по поверхности особенно большой площади электронного пучка требует больших затрат времени, что снижает возможности способа.However, scanning a particularly large area of the electron beam over the surface is time consuming, which reduces the possibilities of the method.
Пример 5.Example 5
Как и в предыдущих примерах на алюминиевую подложку детонационным путем нанесли слой порошкового никеля толщиной около 0,4 мм. Затем полученный двухслойный агрегат обработали со стороны никеля поверхностными вихревыми токами высокой интенсивности, возбуждаемыми в поверхностном слое индуктором индукционной установки, до подплавления приповерхностного слоя алюминиевой подложки. На фиг. 5 приведены структура и распределение микротвердости по сечению покрытие - диффузионная зона - подложка.As in the previous examples, an aluminum substrate was detonated by applying a layer of powdered nickel with a thickness of about 0.4 mm. Then, the resulting two-layer aggregate was treated from the side of nickel by surface eddy currents of high intensity, excited in the surface layer by an inductor of the induction installation, before the subsurface layer of the aluminum substrate was melted. FIG. 5 shows the structure and distribution of microhardness over the cross section of the coating - diffusion zone - substrate.
Как следует из приведенных данных сформирована обширная диффузионная зона, представляющая собой переход от высокопрочной интерметаллической фазы NiAl к материалу подложки - алюминию. Такое покрытие характеризуется максимально возможной адгезионной прочностью, определяемой соотношением между содержанием интерметаллической фазы и твердого раствора никеля в алюминии.As follows from the above data, an extensive diffusion zone is formed, which is a transition from the high-strength intermetallic phase of NiAl to the substrate material - aluminum. This coating is characterized by the highest possible adhesion strength, determined by the ratio between the content of the intermetallic phase and the solid solution of nickel in aluminum.
Индукционным способом инициирование и поддержание реакции осуществляется на большой площади упрочняемой поверхности алюминия или его сплавов, определяемой формой индуктора индукционной установки. Производительность способа высокая, так как время индукционного возбуждения вихревых токов в поверхностном слое составляет несколько секунд.By the induction method, the initiation and maintenance of the reaction is carried out on a large area of the hardened surface of aluminum or its alloys, determined by the shape of the inductor of the induction installation. The performance of the method is high, since the time of induction excitation of eddy currents in the surface layer is a few seconds.
Цитируемая литература.Cited literature.
1. Авторское свидетельство СССР. №1574984, С23С 17/00.1. USSR author's certificate. No. 1574984,
2. Авторское свидетельство СССР. №1026487, С23С 9/00, С23 17/00.2. USSR author's certificate. No. 1026487,
3. Кан Р.В. Физическое металловедение. М.: Мир, 1968, т. 2.3. Kan R.V. Physical metallurgy. M .: Mir, 1968, v. 2.
4. Способ электронно-лучевой наплавки. Описание изобретения к патенту Российской Федерации. №02118243 (CI 6 В23К 15/00)4. Method of electron beam surfacing. Description of the invention to the patent of the Russian Federation. No. 02118243 (
5. Способ получения покрытий. Патент РФ №2002854 от 15.11.1993 г. 5. The method of producing coatings. RF patent №2002854 from 11.11.1993
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146485A RU2685613C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | METHOD OF FORMING COATING CONTAINING INTERMETALLICAL CONNECTIONS OF Ni-Al SYSTEM TO SUBSTRATE FROM ALUMINUM OR ALLOY THEREOF |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146485A RU2685613C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | METHOD OF FORMING COATING CONTAINING INTERMETALLICAL CONNECTIONS OF Ni-Al SYSTEM TO SUBSTRATE FROM ALUMINUM OR ALLOY THEREOF |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685613C1 true RU2685613C1 (en) | 2019-04-22 |
Family
ID=66314379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017146485A RU2685613C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | METHOD OF FORMING COATING CONTAINING INTERMETALLICAL CONNECTIONS OF Ni-Al SYSTEM TO SUBSTRATE FROM ALUMINUM OR ALLOY THEREOF |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2685613C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744805C1 (en) * | 2020-04-03 | 2021-03-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | A METHOD OF APPLYING A REACTIVE COMPOSITE COATING BASED ON Ni-AL |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU392169A1 (en) * | 1966-04-07 | 1973-07-27 | METHOD OF OBTAINING HEAT-RESISTANT COATINGS ON HEAT-RESISTANT ALLOYS | |
| JPS5518573A (en) * | 1978-07-28 | 1980-02-08 | Hitachi Ltd | Diffusion-covering method for al on heat resistant alloy surface |
| SU1521542A1 (en) * | 1987-06-18 | 1989-11-15 | Всесоюзное Научно-Производственное Объединение Восстановления Деталей "Ремдеталь" | Method of spark-erosion alloying |
| RU2002854C1 (en) * | 1991-04-02 | 1993-11-15 | Владимир Александрович Плотников | Process of build-up of hand facing |
| US6482470B1 (en) * | 2000-07-18 | 2002-11-19 | General Electric Company | Diffusion aluminide coated metallic substrate including a thin diffusion portion of controlled thickness |
-
2017
- 2017-12-27 RU RU2017146485A patent/RU2685613C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU392169A1 (en) * | 1966-04-07 | 1973-07-27 | METHOD OF OBTAINING HEAT-RESISTANT COATINGS ON HEAT-RESISTANT ALLOYS | |
| JPS5518573A (en) * | 1978-07-28 | 1980-02-08 | Hitachi Ltd | Diffusion-covering method for al on heat resistant alloy surface |
| SU1521542A1 (en) * | 1987-06-18 | 1989-11-15 | Всесоюзное Научно-Производственное Объединение Восстановления Деталей "Ремдеталь" | Method of spark-erosion alloying |
| RU2002854C1 (en) * | 1991-04-02 | 1993-11-15 | Владимир Александрович Плотников | Process of build-up of hand facing |
| US6482470B1 (en) * | 2000-07-18 | 2002-11-19 | General Electric Company | Diffusion aluminide coated metallic substrate including a thin diffusion portion of controlled thickness |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744805C1 (en) * | 2020-04-03 | 2021-03-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | A METHOD OF APPLYING A REACTIVE COMPOSITE COATING BASED ON Ni-AL |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chmielewski et al. | New method of in-situ fabrication of protective coatings based on Fe–Al intermetallic compounds | |
| Tavoosi et al. | In situ formation of Al/Al3Ti composite coating on pure Ti surface by TIG surfacing process | |
| Zhao et al. | Effect of rolling temperature on microstructure and mechanical properties of Ti/steel clad plates fabricated by cold spraying and hot-rolling | |
| Cui et al. | Cavitation erosion–corrosion characteristics of laser surface modified NiTi shape memory alloy | |
| IL46078A (en) | Method of case-alloying metals such as steel or cast iron | |
| RU2685613C1 (en) | METHOD OF FORMING COATING CONTAINING INTERMETALLICAL CONNECTIONS OF Ni-Al SYSTEM TO SUBSTRATE FROM ALUMINUM OR ALLOY THEREOF | |
| Ardeshiri et al. | Surface alloying of A2618 aluminum with silicon and iron by TIG process | |
| Adebiyi et al. | Microstructural evolution at the overlap zones of 12Cr martensitic stainless steel laser alloyed with TiC | |
| Wang et al. | Microstructure and fatigue performance of hard Al alloy repaired by supersonic laser deposition with laser shock peening treatment | |
| RU2735688C1 (en) | Method of forming coating on metal with electron-beam surfacing of ceramic powder | |
| Emami et al. | A combined hot dip aluminizing/laser alloying treatment to produce iron-rich aluminides on alloy steel | |
| Jeshvaghani et al. | Study on formation and characterization of iron aluminide coatings on 9Cr–1Mo steel substrate | |
| Mei et al. | Surface alloying of Al films/Ti substrate based on high-current pulsed electron beams irradiation | |
| Euh et al. | Microstructure of TiB 2/carbon steel surface-alloyed materials fabricated by high-energy electron beam irradiation | |
| Zhu et al. | Characterization of microstructural and precipitates evolution in cold sprayed AA7050 after in situ laser heat treatment | |
| Sytschev et al. | SHS joining of intermetallics with metallic substrates | |
| Buytoz et al. | Microstructure of NiCrBSi/WC composite coating deposited on AISI316 stainless steel by TIG coating process | |
| Utu et al. | Improvement of the wear resistance of titanium alloyed with boron nitride by electron beam irradiation | |
| Mendagaliev et al. | Direct energy deposition of functionally graded layers for the Ti–Fe compound | |
| RU2215821C2 (en) | Metal coating formation method | |
| RU2801661C1 (en) | Method of electrophysical influence on the metal melt in the process of crystallization | |
| Alam et al. | Recent trends in surface cladding on AISI 1045 steel substrate: a review | |
| RU2164265C1 (en) | Method for producing titanium alloy base protective coatings | |
| Tlotleng et al. | Evaluation of the microstructure and microhardness of laser-fabricated titanium aluminate coatings | |
| RU2568036C2 (en) | Method of induction build-up of high alloyed chromous cast irons |