SE513990C2 - Molybdensilicid-material med hög hållfasthet - Google Patents

Description

30 513 990 spänningsavlastande egenskaper. Eftersom silicider undergàr krypning och plastisk deformation ovanför omvandlingstempera- turen, skulle en ökning av hàllfastheten vid höga temperatu- rer göra dem mer konkurrenskraftiga för tillämpningar vid hög temperatur.

Olika sätt för att öka RT(rumstemperatur)-hàrdheten och HT(högtemperatur)-styrkan hos silicider har prövats. Sålunda har molybdensilicid legerats med V, Ti, Nb, Ta och A1 för att modifiera mikrostrukturen och därmed öka hällfastheten.

Vidare har MoSi2-ZrO2 kompositer studerats; ZrO2 har tre väl- definierade kristallina tillstànd, nämligen en monoklinisk (T) och en kubisk (C). M-fasen är stabil (M), en tetragonal upp till 1170 °C där den transformeras till T-fasen. T-fasen är stabil upp till 2370 °C, varefter C-fasen är stabil upp till smältpunkten 2680 °C. Till detta kompositmaterial har också stabiliserare i form av Yfih, MgO, CaO eller CeO2 an- Härigenom kunde materialet göras segare vid en tempe- vänts. ratur under 1170 °C.

Korrosions- och oxidationstester har emellertid visat att ett dylikt material har sämre egenskaper än monolitisk molybden- silicid och material som saluförs under varumärket KANTHAL SUPER.

Föreliggande uppfinning löser detta problem och ger ett mate- rial som avseende oxidation och korrosion motsvarade det som monolitisk molybdensilicid eller KANTHAL SUPER uppvisar sam- tidigt som höga värden avseende RT-HV och RT-K; erhålles. 15 20 25 30 515 990 Föreliggande material är således ett molybdensilicidmaterial med hög hållfasthet vid både rumstemperatur och höga tempera- turer, utgörande ett kompositmaterial, vilket material är tillverkat av en blandning innefattande MoSi2 och ZrO2, och utmärkes av, att blandningen dessutom innefattar 5 - 30 vol% ZrO2 och 5 ~ 15 vol% MoB och av att syrehalten i form av SiO2 på eller i korn av MoSi2 understiger 0.5 vikts%.

Låg syrehalt ger en betydligt ökad seghet men också ökad hårdhet vid rumstemperatur. Det är härvid väsentligt att syrehalten bringas att vara låg. Ännu större förbättring uppnås om syrehalten sänks till en nivå under ungefär 0.35 vikts%. Det förefaller inte vara möjligt att substantiellt öka segheten om syrehalten överstiger nämnda värde.

Det syre i form av SiO2 på och i MoSi2 kornen reagerar vid sintringen med ZrO2 och bildar ZrSiO4. ZrSiO4 bildar ett skikt runt ZrO2 partiklarna vilket sänker brottsegheten och därmed hàllfastheten hos materialet. Därför är det ett mål att mins- ka halten ZrSiO4. Vid en syrehalt av 0.36 vikts% har ingen ZrSiO4 detekterats med XRD (Röntgendiffraktion).

Enligt ett annat utförande innehåller kompositmaterialet 10 - 30 vol% ZrO@ MoB förbättrar den bildade oxidens egenskaper såtillvida att viskositeten förändras och därmed bildar ett mycket jämnare oxidskikt som effektivt skyddar materialet mot korrosion. MoB bidrager även till att materialet får en högre hårdhet.

Enligt ett föredraget utförande innehåller kompositmaterialet 8 - 12 vol% MoB. 10 15 20 25 30 513 990 Det är dessutom fördelaktigt att använda ostabiliserad ZrO@ vilket ger upphov till en volymökning när den fasomvandlas fràn nämnda T-fas till nämnda M-fas. Volymökningen är 3 -5 vol%. Denna volymökning ger i sin tur upphov till mikro- sprickor som ger en ökad seghet vid rumstemperatur.

Ett material av MoSi2, ZrO2 och MoB har dock mindre bra kryp- egenskaper vid höga temperaturer.

Enligt en mycket föredragen utföringsform innehåller därför kompositmaterialet 5 - 35 vol% SiC. Företrädesvis innehåller materialet 3 - 10 vol% SiC.

Det förefaller som att det är tillräckligt med ungefär 3 - 5 vol% SiC för att erhålla en hög kryphàllfasthet och en läg kryphastighet vid höga temperaturer.

Nämnda SiC kan tillsättas som förening, men det är fördelak- tigt att SiC bildats genom att kolpulver tillsätts komposit- materialet före sintring och att SiC bildats in-situ under sintringen.

För att erhålla nämnda SiC är det föredraget att kompositma- terialet innefattar 0 - 3 vikts% C i form av kolpulver före sintringen.

Genom att tillsätta kolpulver kommer pulvret C att reagera med MoSi2 till Mo5Si3 och SiC.

Det som ovan sagts om syrehalten är lika väsentligt när mate- rialet innehåller SiC, som när SiC inte förekommer. 15 20 25 30 513 990* Samma nivåer på hårdhet och seghet erhålles med material utan SiC. Emellertid erhålles med SiC närvarande, förutom bättre krypegenskaper vid höga temperaturer, en höjning av brott- gränsen under omkring 1100 - 1300 °C med upp till två gånger, jämfört med om SiC inte fanns närvarande.

MoSi2 utgör materialets balans. Enligt ett föredraget ut- förande förekommer MoSi2 tillsammans med ett eller flera av legeringsämnena V, Ti, Zr, Ta eller Al, där legeringsämnena totalt utgör 0 - 3 atom% av mängden MoSi, Nedan anges som exempel ett recept för ett material enligt uppfinningen. vo von Masi; (syrehal: 0.36 vikcsa- 2.0 mZ/g) 20 vo1% ZrO2 10 vol% MOB 1 vikt% C Efter sintring kommer kompositmaterialet enligt uppfinningen att innehålla MoSi2, MOB, Mo5Si3, ZrO2, SiC och eventuell zrsioq .

Detta ger vid trycklös sintring vid 1700 °C ett material med en densitet av 6.32 g/cm3. Materialet har en hårdhet vid rumstemperatur RT-HV av 9.60 +/- 0.15 Gpa och en seghet vid rumstemperatur RT-Klc av 7.69+/- 0.32 Mpamflz.

Genom att använda s.k. Hot Isostatic Pressing kan hårdheten ökas ytterligare. 10 513 990 Ovan har olika utföringsformer beskrivits. Det är emellertid uppenbart att fackmannen kan förändra materialet inom angivna gränser för de olika materialen i blandningen.

Föreliggande uppfinning skall sàledes inte anses begränsad till ovan angivna utföringsexempel utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (9)

10 15 20 25 30 513 990' EQLQHLKI QV

1. Molybdensilicidmaterial med hög hàllfasthet vid både rumstemperatur och höga temperaturer, utgörande ett komposit- material, vilket material är tillverkat av en blandning inne- fattande MoSi2 och ZrO2, k ä n n e t e c k n a t a v, att blandningen dessutom innefattar 5 - 30 vol% ZrO2 och 5 - 15 vol% MOB och av att syrehalten i form av S102 pà eller i korn av MoSi2 understiger 0.5 vikts%.

2. Molybdensilicidmaterial enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a t att blandningen innehàller 8 - 12 vol% MoB. a v,

3. Molybdensilicidmaterial enligt krav 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a t a v, att blandningen innehåller 10 - 30 vol% Zroz .

4. Molybdensilicidmaterial enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n - n e t e c k n a t a v, att ZrO2 är ostabiliserad._

5. Molybdensilicidmaterial enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t a v, att blandningen innehåller 3 - 35 vol% SiC.

6. Molybdensilicidmaterial enligt krav 5, k ä n n e t e c k- n a t av, att kompositmaterialet innehåller 3 - 10 vol% SiC.

7. Molybdensilicidmaterial enligt krav 5 eller 6, k ä n n e- t e c k n a t a v, att nämnda SiC bildats genom att kolpul- ver tillsatts blandningen före sintring och att SiC bildats in-situ under sintringen. 6 eller 7,

8. Molybdensilicidmaterial enligt krav 5, k ä n- 513 990 n e t e c k n a t a v, att blandningen innefattar 0 - 3 vikts% C i form av kolpulver.

9. Molybdensilicidmaterial enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v, att MoSi2 utgör materialets balans tillsammans med ett eller flera av legeringsämnena V, Ti, Zr, Ta eller Al, där legeringsàmnena totalt utgör O - 3 atom% av mängden Mosip