UA56228C2

UA56228C2 - Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці (варіанти)

Info

Publication number: UA56228C2
Application number: UA99115973A
Authority: UA
Inventors: Борис Олексійович Мовчан; Борис Алексеевич Мовчан; Леоніла Михайлівна Нероденко; Юрій Ернстович Рудой
Original assignee: Міжнародний Центр Електронно-Променевих Технологій Інституту Електрозварювання Ім. Е.О.Патона Нану
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2003-05-15
Also published as: DE60044800D1; EP1096037B1; EP1096037A3; US6669989B2; US20020081447A1; EP1096037A2

Abstract

Композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці має керамічну основу, розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, і щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від складу першої вставки. Додатковий фрагмент-вставка виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей. Забезпечує одностадійний процес формування на металевих підкладках покриття заданого градієнта складу і структури по товщині покриття. Матеріалом основи композиційного зливка можуть бути вибрані різні тугоплавкі сполуки. Покриття призначені, насамперед, для теплового захисту, захисту від окислення, корозії, ерозії і зносу деталей сучасних енергетичних установок, наприклад, газових турбін або двигунів внутрішнього згоряння.

Description

оптимальними технологіями одержання покриттів такі що створюють плоскі міжфазні поверхні між металевими та керамічними шарами. Більш переважні, з точки зору працездатності керамічних шарів, плавні переходи від металу до кераміки.

На основі викладеного напрошується висновок, що подальше удосконалення методів одержання багатошарових градієнтних захисних покриттів слід здійснювати у напрямку скорочення числа різнорідних технологічних стадій з одночасним формуванням плавного переходу між шарами, насамперед, на міжфазних поверхнях метал/кераміка.

Найбільш близьке до винаходу, що пропонується, і тому взяте за прототип рішення викладено у патенті

України Ме 17473 від 19.07.1999 р. (Б. А. Мовчан і ін.) (аналог - патент США Мо 5,834,070 від 10.11.1988 р.). Тут запропонований композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу (27О5(У203)) і розміщену в її верхній частині вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування. За цим винаходом градієнтну перехідну зону покриття між поверхнею зв'язуючого шару і верхнім керамічним шаром із 2гО5(у203) одержують електронно-променевим випаровуванням указаного керамічного зливка 27О2(у203) з розташованою на його верхньому торці металокерамічною вставкою (таблеткою) із суміші металів і оксидів із різною пружністю пари при температурі випаровування вставки. Цією сумішшю може бути, наприклад, система А!- АІ2Оз- 210» або А!І- АІ2О3-РІ- 710».

Пружність пари компонентів вставки при температурі випаровування максимальна для алюмінію і мінімальна для оксиду цирконію, тобто зменшується у послідовності АІ-» АІ2О33-» 2102. Тому першим починає випаровуватись алюміній, потім підключається випаровування оксиду алюмінію і на заключній стадії випаровується оксид цирконію таблетки з безперервним переходом до випаровування оксиду цирконію зливка. В результаті, у процесі конденсації формується градієнтна перехідна зона товщиною 3-5 мкм між металевою поверхнею (зв'язуючим шаром) і керамічним покриттям 27О2(у203), що складається з окремих мікрошарів, наприклад, МІАЇ, АІ2Оз, АІ2О03- 2710». Слід відзначити, що конденсація парового потоку таблетки відбувається, як правило, на поверхні попередньо підігрітого до температур вище температури плавлення алюмінію (660"С). Тому перші порції алюмінію конденсуються на поверхні у вигляді дуже тонкого шару рідкої фази, яка взаємодіє з матеріалом поверхні підкладки, наприклад, зв'язуючого шару МСОТГАЇУ, і створює міцне з'єднання підкладки з перехідною градієнтною зоною.

Як було відзначено вище при описі прототипу, композиція "металокерамічна таблетка-керамічний зливок" дозволяє одержувати градієнтну перехідну зону товщиною З - 5мкм між металевою підкладкою (зв'язуючим шаром) і керамічним покриттям, склад і структуру якої визначає металокерамічна суміш (таблетка), яка фракційне випаровується при електронно-променевому нагріванні. Вимога фракційного випаровування металокерамічних сумішей накладає визначені обмеження на склад, структуру, а також товщину градієнтної перехідної зони. Крім того, викладений у прототипі підхід не дозволяє створювати необхідні градієнти складу і структури, як металевого зв'язуючого шару, так і верхнього керамічного шару.

В основу цього винаходу поставлена задача вдосконалити композиційний зливок, за рахунок змінювання його конструкції для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці у процесі здійснення одностадійного процесу осадження покриття.

Поставлена задача вирішена тим, що запропонований композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, у якому, за винаходом, керамічна основа зливка в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.

Таке рішення, а саме добір і відповідне розміщення у керамічній основі композиційного зливка, переважно циліндричної форми, фрагментів-вставок із металевих і неметалевих матеріалів необхідних форм і розмірів, забезпечує при безперервному випаровуванні та подальшій конденсації парової фази на підкладці формування градієнтного багатошарового покриття заданого складу й структури.

Доцільно, щоб перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, були виготовлені з матеріалів, обраних, згідно з призначенням покриття, із групи, яка включає метали, сплави, інтерметаліди, силіциди, металокераміку, кераміку або органічні речовини, що мають температуру плавлення більш низьку, а пружність пари більш високу, ніж температура плавлення й пружність пари керамічної основи зливка, щоб при нагріванні композиційного зливка матеріал першої вставки й додаткових фрагментів-вставок, розміщених у верхній частині керамічної основи, випаровувався першим для формування на підкладці перехідних зв'язуючих шарів потрібного складу і структури.

Слід підкреслити позитивний вплив присутніх у фрагментах-вставках легкоплавких металів і сплавів, температура плавлення яких нижче температури попереднього підігрівання підкладки перед осадженням покриття. Тонка рідка плівка, що створюється на поверхні підкладки у початковий момент їх конденсації, розчиняє мікронерівності поверхні і, взаємодіючи з матеріалом підкладки, сприяє формуванню щільної структури контактної зони підкладка - зв'язуючий шар. Згаданий вибір матеріалів забезпечує оптимальну структуру та склад перехідних зв'язуючих шарів на підкладці.

Доцільно, щоб додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частині керамічної основи, були виготовлені переважно з неметалевого матеріалу з тим, щоб матеріал цих фрагментів-вставок випаровувався та конденсувався одночасно з керамічною основою зливка, формуючи склад і структуру верхніх керамічних шарів градієнтного покриття.

В основу цього винаходу поставлена, зокрема, задача вдосконалити композиційний зливок за рахунок змінювання його конструкції для одержання шляхом випаровування термобар'єрного функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці для здійснення одностадійного процесу осадження покриття.

Поставлена задача вирішена тим, що запропонований композиційний зливок для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, у якому, за винаходом, керамічна основа зливка виготовлена з частково або повністю стабілізованого 2гО» і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.

Керамічна основа зливка, виконана з 710», що має низьку теплопровідність, визначає термобар'єрні властивості одержуваного градієнтного покриття, а наявність фрагментів - вставок із металевих і неметалевих матеріалів необхідних форм і розмірів, забезпечує при безперервному випаровуванні та подальшій конденсації парової фази на підкладці формування градієнтного багатошарового покриття заданого складу й структури.

Переважно, щоб, при виконанні керамічної основи зливка з 2гО2, перша вставка й додаткові фрагменти- вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, були виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає метали АЇ, 5і, Ре, Мі, Со, Ст, Мп, М, Рі, 2, Ні, сплави типу МОСг і МОСгТАЇМ (де М - Бе, Мі, Со), інтерметаліди нікелю, кобальту, платини, силіциди хрому, органічні сполуки, що містять вуглець, кераміку

АІ203, Сг203, металокерамічні суміші типу М-У- 270», М-У-РІ- 210», М-У- АІ2Оз- 21О» (де М - АЇ, Сі), керамічні суміші АІ2О3-С12Оз3- У2Оз- 210».

Таке рішення сприяє формуванню оптимальної структури контактної зони підкладка - зв'язуючий шар, що забезпечує високу адгезію термобар'єрного покриття на основі 270».

Переважно при цьому, щоб додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає оксиди А/Іг2Оз, У2Оз; І а2О3; СеО»; НО»; БО» і їх суміші.

Таке рішення дозволяє сформувати плавну перехідну зону між зв'язуючими металевими та верхніми керамічними шарами даного градієнтного покриття на основі 270».

В основу цього винаходу поставлена, зокрема, задача вдосконалити композиційний зливок за рахунок змінювання його конструкції для одержання шляхом випаровування жаростійких і ерозійностійких функціонально градієнтних покриттів із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці для здійснення одностадійного процесу осадження покриття.

Поставлена задача вирішена тим, що запропонований інший варіант композиційного зливка для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, у якому, за винаходом, керамічна основа зливка виготовлена з А/2Оз і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент- вставку, склад якого відрізняється від згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.

Таке рішення забезпечує одержання не тільки жаростійких і ерозійностійких, але й твердих і зносостійких покриттів на основі А/І2О3з.

Переважно, щоб при виконанні керамічної основи зливка з АІ2Оз, перша вставка й додаткові фрагменти- вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, були виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає метали 5п, АЇ, Си, Ееє, Мі, Со, Ст, У, сплави Мет і МОГАЇМ (де М - 5п, Си, Еє, Мі, Со), інтерметаліди залізу, нікелю та кобальту, силіциди хрому, органічні сполуки, що містять вуглець, металокерамічні суміші М-

А25Оз, М-МІі- АІ25Оз (де М - 5п, А, Ст, М, Ее, Си), Зп-Ст- АІ205.

Саме таке рішення забезпечує у даному випадку одержання оптимальної структури контактної зони підкладка - зв'язуючий шар, що забезпечує високу адгезію жаростійких і ерозійностійких функціонально градієнтних покриттів на основі АІ20О3.

Переважно при цьому, щоб додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає оксиди СтггОз, МоаО, 510»; 2710»; ХУ2Оз; Вг2Оз.

Таке рішення дозволяє сформувати плавну перехідну зону між зв'язуючими металевими та верхніми керамічними шарами даного градієнтного покриття на основі А/І2Оз.

В основу цього винаходу поставлена також задача вдосконалити композиційний зливок для одержання шляхом випаровування твердих і зносостійких функціонально градієнтних покриттів із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці за рахунок змінювання його конструкції для здійснення одностадійного процесу осадження покриття.

Поставлена задача вирішена тим, що запропоновано ще один, третій, варіант композиційного зливка для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, у якому, за винаходом, керамічна основа зливка виготовлена з карбіду титану ТІіС і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від згаданої першої вставки і який виготовлений з металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.

Переважно, щоб, при виконанні керамічної основи зливка з ТіС, перша вставка й додаткові фрагменти- вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, були виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає метали 5п, АЇ, Си, Ре, Мі, Со, Ст, сплави МОГ, МОгАї (де М - п, Си, Ее, Мі, Со), МіСо, органічні сполуки, що містять вуглець, металокерамічні суміші Со-тТісС; Мі-тТіС, Ст-Со-тТіС, Ст-Мі-ТіС, Зп-Сі-Мі (Со) -ТісС;

Зп-Сі-ТІ-ТІС.

В даному випадку саме таке рішення забезпечує одержання оптимальної структури контактної зони підкладка - зв'язуючий шар, що забезпечує високу адгезію жаростійких і ерозійностійких функціонально градієнтних покриттів на основі Тіс.

Переважно при цьому, щоб додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частині керамічної основи, були виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає 2, НІС, СізС»2; ТІВ?» і їх суміші.

Таке рішення дозволяє сформувати плавну перехідну зону між зв'язуючими металевими та верхніми керамічними шарами даного градієнтного покриття на основі ТісС.

Указана вище задача вдосконалити композиційний зливок для одержання шляхом випаровування твердих і зносостійких функціонально градієнтних покриттів із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці вирішена також тим, що запропонований ще один, четвертий, варіант композиційного зливка для одержання шляхом випаровування функціонально градієнтного покриття із зовнішнім керамічним шаром на металевій підкладці, що має керамічну основу й розміщену в її верхній частині першу вставку, виготовлену із суміші металів або сплавів і оксидів, що мають різну пружність пари при температурі випаровування, у якому, за винаходом, керамічна основа зливка виготовлена з дибориду титану ТіВа і в залежності від потрібної будови градієнтного покриття містить у її верхній і/або середній і/або нижній частині щонайменше один додатковий фрагмент-вставку, склад якого відрізняється від згаданої першої вставки і який виготовлений із металевих і/або неметалевих матеріалів або їх сумішей.

У цьому випадку переважно, щоб перша вставка й додаткові фрагменти-вставки, розміщені у верхній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає метали 5п, АЇ, бі, Си, Ее, Мі,

Со, Ст, М, сплави МСтг (де М - 5п, Си, Еє, Мі, Со), силіциди кобальту, органічні сполуки, що містять вуглець, металокерамічні суміші Ст-ТІВ2, Зп-ТІВ2; У-ТІВ2, Зп-СІ-ТІВ2; Зп-ТІ-ТІВ».

В даному випадку саме таке рішення забезпечує одержання оптимальної структури контактної зони підкладка - зв'язуючий шар, що забезпечує високу адгезію жаростійких і ерозійностійких функціонально градієнтних покриттів на основі ТіВ».

Переважно при цьому, щоб додаткові фрагменти-вставки, розміщені у середній і нижній частині керамічної основи, виготовлені з матеріалу, обраного з групи, яка включає 282; ТІіС, 27, НІС і їх суміші.

Таке рішення дозволяє сформувати плавну перехідну зону між зв'язуючими металевими та верхніми керамічними шарами даного градієнтного покриття на основі ТіВ».

Формування верхнього шару зі складної багатофазної кераміки досягається розміщенням у нижній частині зливка, яка контактує з охолоджуваною поверхнею тигля або механізмом переміщення зливка, вставки з неметалевих матеріалів у широкому діапазоні температур плавлення та пружності пари. Вставка випаровується останньою і завершує формування градієнтного покриття, зокрема, її склад і умови конденсації визначають ступінь шорсткості поверхні покриття.

Ідентичність форми, розмірів, внутрішньої будови та складу композиційних зливків для даного типу покриттів, обумовлена технологічною простотою та прецизійністю їх виготовлення традиційними металургійними методами, насамперед методами порошкової металургії при постійних оптимальних параметрах випаровування та конденсації, забезпечує високий рівень повторюваності складу структури та властивостей градієнтних покриттів.

Технічна суть і принцип винаходу пояснюються на прикладах його втілення з посиланнями на рисунки, що додаються, де

Фіг.1 представляє схему будови композиційного зливка.

Фіг.2. представляє схему будови композиційного зливка С1і4Ніо/ (Міст АИигО»2(У2О3з) (а) і розподіл основних елементів по перерізу градієнтного теплозахисного покриття, одержаного його випаровуванням, після вакуумного відпалу при 10507С протягом 2-х годин (б).

Фіг.3. представляє схему будови композиційного зливка МОГА!М/13А1І-0,2у-2 АІгОз- 84,8705/ 7гО2(У2О3) (а) і розподіл основних елементів по перерізу градієнтного теплозахисного покриття, одержаного його випаровуванням (б).

Ффіг4. представляє схему будови композиційного зливка СеО»г2/21О2(7 М2Оз) (а) і розподіл основних елементів по перерізу градієнтного теплозахисного покриття, одержаного його випаровуванням (б).

Ффіг.5. представляє схему будови композиційного зливка 4851п-52С1/ АІгОз/МдО (а) і розподіл основних елементів по перерізу захисного покриття, одержаного його випаровуванням (б).

Фігб. представляє схему будови композиційного зливка 10АІ-90Со/тіС/ТіВ2 (а) і розподіл основних елементів по перерізу твердого покриття, одержаного його випаровуванням (б).

Керамічна основа зливка 1 (Ффіг.1) переважно у вигляді циліндра, має ряд внутрішніх порожнин, у яких розташовані фрагменти-вставки 2 - 7 із металевих і неметалевих матеріалів. У верхній частині розташовані фрагменти-вставки 2, З і 4 у середній і нижній - 5, 6 і 7. Як відзначалось раніше, залежно від призначення градієнтного покриття матеріалом основи композиційного зливка можуть бути різні тугоплавкі сполуки: 2гО5;

А205; ТІС; ТіВ» та ін.

Фрагмент-вставка 2 має форму невеликого циліндричного зливка, виготовленого переважно з металевих матеріалів (металів, сплавів, інтерметалідів). Наприклад, при осадженні термобар'єрних покриттів, коли керамічна основа зливка 1 виготовлена з частково або повністю стабілізованого 77О», матеріалом фрагмента - вставки 2, залежно від хімічного складу підкладки і потрібних властивостей покриття, можуть бути АЇї, Мі, Ст, В,

МОгГАЇМ, МіА!, (Міст) Аї!, (МІРІ) Аї, РІАїЇ, Стзбі та ін. Для твердих, ерозійностійких і зносостійких покриттів керамічною основою зливка є АІ2Оз; ТіС; ТіВг або композиції на їх основі, а матеріалом фрагмента-вставки 2 можуть бути 5п, АЇ, Си, Ее, Мі, Со, Ст, М і їх сплави.

Техніка випаровування композиційного зливка за допомогою концентрованого джерела енергії, переважно електронного променя, подібна техніці випаровування звичайного керамічного зливка. Композиційний зливок розташовують у мідний водоохолоджуваний тигель. Нагрівання й випаровування починають із верхнього торця зливка та продовжують безперервно до повного випаровування зливка. Поверхню випаровування, як правило поверхню рідкої ванни, підтримують на постійному рівні, переміщуючи зливок угору за допомогою механізму переміщення. Для зливків невеликої висоти, приблизно 10 - 20мм, переміщення зливка не обов'язково.

При нагріванні поверхні композиційного зливка фрагмент-вставка 2 випаровується першим і забезпечує формування металевого зв'язуючого шару (або шарів).

Фрагменти-вставки 3, один або декілька, у формі таблеток або стовпчиків розташовуються по колу кругом фрагмента - вставки 2, якщо є необхідним додатковий вплив на склад і структуру зв'язуючого шару, одержаного випаровуванням фрагмента - вставки 2.

При рівномірному нагріванні поверхні композиційного зливка фрагмент-вставка (або фрагменти-вставки)

З, залежно від складу й розташування по відношенню до поверхні зливка (див. Фіг.1), випаровується перед початком, одночасно або у кінці випаровування фрагмента - вставки 2, що, таким чином, дозволяє розширити діапазон регулювання складу і структури зв'язуючого шару.

За допомогою фрагментів - вставок З легко здійснити введення у зв'язуючий шар добавок таких елементів як АЇ, Бі, Ее, Мі, Со, Ст, Мп, М, Рі, 7т, НЕ; кераміки АїІ25Оз і Сі2Оз, металокерамічних сумішей, а також сформувати додаткові шари. Наприклад, випарити фрагмент-вставку 2, осадити шар МСОГАЇМ, а зверху його накрити шаром алюмініду нікелю або платини за допомогою випаровування фрагмента - вставки (фрагментів - вставок) З відповідного складу. Особливо слід виділити можливість початкового випаровування фрагмента - вставки (фрагментів - вставок) 3, що складаються з органічних сполук вуглецю, і формування шарів, що містять карбідні фази. Наприклад, випаровування антрацену С1і4Ніо, температура плавлення якого, як відомо, дорівнює 216"С, а температура кипіння 35170.

Фрагмент-вставка 4 має форму таблетки, розташовується під фрагментом-вставкою 2 і випаровується після випаровування фрагментів - вставок 2 і 3. Він уводиться до складу композиційного зливка, якщо необхідно сформувати плавну перехідну зону між зв'язуючими металевими та верхніми керамічними шарами градієнтного покриття. Згідно з цим призначенням таблетка фрагмента-вставки 4, як правило, складається із сумішей металів і керамік або керамік. Наприклад, для термобар'єрних покриттів це - суміші типів метал-оксид або оксид-оксид: АІ-У-27107; АІ-Х-РІ-21О»2; АІ-Х- АІ2Оз3- 210»; АІ2Оз -Сі2Оз - МУ2Оз - 710».

Керамічні фрагменти-вставки 5, 6 і 7, які мають форму стовпчиків 5, циліндрів і конусів 6 або таблеток 7, вводять у керамічну основу зливка для змінювання складу та структури по товщині керамічного шару, який створюється у процесі випаровування та конденсації керамічної основи зливка. Насамперед із метою одержати шарові градієнтні склади та структури і, отже, відповідні фізико-механічні властивості: щільність, теплопровідність, твердість та ін.

Переваги запропонованого композиційного зливка ілюструють такі приклади.

Приклад 1.

Керамічний зливок складався з керамічної основи 202-795 У2Оз діаметром 6б9мм, висотою 37мм і вагою -500г, фрагмента 2 у вигляді таблетки інтерметаліду (МІСП)А! діаметром б4мм висотою Змм і вагою 40г, а також мав додатково фрагмент З у вигляді маленької таблетки антрацену (СтієНіо) вагою 0,5г. Зливок був розташований у мідний водоохолоджуваний тигель із механізмом переміщення зливка по мірі його випаровування.

Осадження парового потоку здійснювали безпосередньо на поверхню зразка нікелевого сплаву, що містить 26бваг.9о Ст і 15ваг.бо МУ. Зразки мали форму дисків діаметром 12мм і товщиною Змм. Вони закріплювались на поверхні тримача зразків діаметром боОмм і довжиною 100мм, приєднаного до горизонтального валу, що обертається під час осадження покриттів з швидкістю 25об/хв. Відстань від поверхні зразків до поверхні випаровування зливків дорівнювала З00мм. Осадження парового потоку здійснювали безпосередньо на поверхню зразка нікелевого сплаву, що містить 2бваг.бо Сг і 15ваг.бо МУ. Температура попереднього підігрівання зразка, здійснюваного електронним променем, становила 1000"С. Потужність електронного променя для випаровування композиційного зливка дорівнювала «-32,0кВт. Швидкість конденсації парового потоку на поверхні зразка дорівнювала 5 мкм/хв, відповідно.

Випаровування композиційного зливка при безперервному електронно-променевому нагріванні відбувалось у такій послідовності: антрацен-»мнтерметалід-»кераміка.

У процесі випаровування й конденсації на нагрітій підкладці відбувалася дисоціація антрацену зі створенням на поверхні конденсації тонкого шару вуглецю, який взаємодіє з карбідоутворюючими елементами підкладки (МУ, Ст), і зв'язуючого шару інтерметаліду, збагаченого хромом.

На фіг.2а,65 показана схема композиційного зливка варіанта 1 - 2 - З і розподіл основних елементів по перерізу градієнтного теплозахисного покриття після вакуумного відпалу зразка з покриттям при 105070 протягом 2 годин. Звертає увагу присутність трьох концентраційних піків (указані стрілками) на кривих розподілу МУ і Ст у перехідній зоні підкладка/покриття, яка містить вуглець. Як показали додаткові металографічні дослідження, піки вольфраму та хрому відповідають карбідам вольфраму та хрому, що утворилися в матриці сплаву в результаті взаємодії плівки вуглецю з підкладкою. Пік хрому праворуч відповідає карбіду хрому, що утворився у результаті взаємодії вуглецю із зоною багатого хромом зв'язуючого шару (Мі, СОАЇ. Між цим піком хрому і зовнішнім керамічним шаром розташований шар інтерметаліду МІіАЇ з 5 - бваг.оо хрому товщиною приблизно 1Омкм. Таким чином, зв'язуючий шар у цьому прикладі загальною товщиною приблизно 15мкм складається з двох шарів: шару, що містить карбіди МУ і Сг, і шару інтерметаліду з - бваг.95 Ст.

Підвищуючи масу фрагментів 2 і З і варіюючи температуру осадження покриття та подальшого відпалу можна збільшити загальну товщину подібного зв'язуючого шару у декілька разів.

Приклад 2.

Композиційний зливок складався з керамічної основи 270» - 7вес.9о У2Оз діаметром б9мм, висотою 45мм і вагою «500г; фрагмента 2 у вигляді невеликого зливка МОТГАЇ!М (20ваг.9о Со, 20ваг.бо Ст, 12ваг.95 АЇ, 0,2ваг.оо

У, решта Мі) діаметром б4мм, висотою 9мм, вагою 120г і фрагмента 4 у вигляді металокерамічної таблетки 1Зваг.ую А! - 0,2ваг.бю М - 2ваг.бо АІ2Оз - 84,8ваг.бю 27О2 діаметром 45мм, висотою З мм і вагою -«-16г.

Осадження покриття здійснювали безпосередньо на поверхню зразків сплаву Непе Ме 5.

На фіг.За,б показана схема композиційного зливка варіанта 1 - 2 - 4 і розподіл основних елементів по перерізу градієнтного покриття після осадження.

Як можна бачити з фіг.30, зв'язуючий шар складається з товстого прошарку (уЗОмкм) сплаву МегА!їМ і тонкого (72,0мкм) прошарку інтерметаліду (Мі, СО)А! с приблизно 5ваг.95 Сг, прилеглого до поверхні розділу метал/кераміка. Можна припустити, що А/2Оз із фрагмента 4 знаходиться у прошарку інтерметаліду у вигляді дисперсних часток.

Підвищуючи вміст АЇ у металокерамічній таблетці (фрагмент 4) з 1Зваг.95 до 20ваг.9о можна у 1,5 - 1,6 рази збільшити ширину прошарку інтерметаліду (МІіСО)АЇ.

Приклад 3.

Композиційний зливок складався з керамічної основи 2гО2-7ваг.9о У2Оз діаметром б9мм, висотою З7мм і вагою «-500г. Фрагменти 5 у вигляді трьох стовпчиків СеОг діаметром бмм, довжиною 40мм і вагою 5,5г кожен були розташовані у центральній і нижній частинах зливка як показано схематично на фіг.4а. Відстань від верхнього торця зливка до першого стовпчика СеОг дорівнювала -12мм.

Умови випаровування та конденсації цього керамічного зливка аналогічні раніше наведеним прикладам.

На фіг.465 представлений розподіл основних елементів по перерізу керамічного шару товщиною 150мкм.

Виразно видно три мікрошари товщиною «5,0мкм кожен, що містять 15ваг.9о СеО».

Композиційні зливки, що містять фрагменти 6, демонструють наступні приклади.

Приклад 4.

Композиційний зливок складався з керамічної основи АІ2Оз діаметром б9мм, висотою 18мм і вагою «-160Гг; фрагмента 2 у вигляді таблетки сплаву 10ваг.9о Зп -90ваг.9о А! діаметром 25мм, висотою 4мм і вагою 7г, а також фрагмента 6 у вигляді усіченого конуса з МодО з діаметром основи З5мм, висотою 12мм і вагою ЗоОг.

Підкладки з Ее, Ті і Си розміром 35 х 5 х 2мм закріплялись на плоскій поверхні стаціонарного пристрою.

Відстань від поверхні зразків до поверхні випаровування зливка дорівнювала З0Омм. Температура попереднього підігрівання зразків, здійснювана електронним променем, дорівнювала 3507"С. Випаровування композиційного зливка також здійснювалось електронним променем потужністю 20 - 25кВт. Середня швидкість конденсації парового потоку на підкладці була приблизно З ж 4мкм/хв. Послідовність випаровування компонентів зливка така:

Зп-СІ-» АІ2Оз-»МдО.

На фіг.5а,С показана схема композиційного зливка варіанта 1 - 2 - 6 і розподіл основних елементів по перерізу градієнтного захисного покриття: на основі Аі2Оз загальною товщиною -100мкм, осадженого на підкладку з Ті.

Насамперед слід відзначити хорошу адгезію покриття по всім трьом варіантам підкладок: Ее, Ті, Си. Цей результат можна пояснити, подібно прикладу 1, активною взаємодією рідкого олова з поверхнею підкладки на початковому етапі формування покриття при температурі 35070. В результаті між підкладкою та покриттям створюється градієнтна перехідна зона (зв'язуючий шар) товщиною 5 - бмкм. Наступним є шар А/Іг2гОз товщиною «40мкм (не показаний на фіг.5Б) і шар Аі2Оз ї- МдО» товщиною приблизно бомкм.

Варіюючи розмірні й вагові параметри керамічної основи зливка А/г2Оз і фрагментів 2 і 6 можна у широких межах міняти склад, структуру та властивості наведеного вище захисного покриття на основі АІ2Оз.

Приклад 5.

Композиційний зливок складався з керамічної основи ТіС діаметром бО9мм, висотою 20мм і вагою «190Гг, фрагмента 2 у вигляді таблетки сплаву 1Оваг.9о АІ- 9Оваг. 95 Со діаметром 25мм, висотою 2мм, вагою 7г, а також фрагмента 6 з ТіВг у вигляді усіченого конуса з діаметром основи Збмм, висотою 10мм і вагою 22г. Які у попередньому прикладі, осадження здійснювалось у стаціонарних умовах на поверхню зразків із заліза.

Температура попереднього підігрівання зразків - 900702. Потужність електронного променя для випаровування композиційного зливка була «25кВт. Середня швидкість конденсації становила 4 -- Змкм/хв.

На фіг.ба,6 представлена схема композиційного зливка варіанта 1 -2 - 6 і розподіл основних елементів по перерізу градієнтного твердого покриття на основі ТіС загальною товщиною «-110мкм, осадженого на підкладку із заліза при температурі 90076.

Легко бачити, що покриття містить перехідну зону (зв'язуючий шар) товщиною «1О0мкм, шар ТіС товщиною приблизно 40мкм і шар ТІС «з Тів» товщиною «6бОмкм.

Слід підкреслити, що подібний розподіл одержано також для керамічної основи зливка з ТіВг2, фрагмента 2 з аналогічного сплаву 1Оваг.9о А - 9Оваг.9о Со і фрагмента 6 з Тіс.

3 2

А я Я "ДТ ; вожея 9 че ДН

Кеаснвя ЕНН 6 7

ФІГ.

Сі4Ніо (МІСЗА)

Е зо.

ФІГ. 2а не й : | | | ю ї й | | | і

СЛ о МБ | ЛА. о

Сплав МІСТ | Зв'язуючий шов поЖтю»

ФІГ. 25

МОгГАЇУ

Е-Я 13АЇІ-0,2у-2А5О5-84,87гО»2

ФІГ. За во 40 і Ї то ! І 25

І І гл і Та 10009 І во й І зо

МІ І

І

50 І І 2555 з | і Б

Ї Со І я ч і 40 І | ! 20 р і. і ІЙ о зо І ; - ; т і ф. м 0 м у НІ

Рене ме5 Зв'язуючий шар 2гОЩУгОз) тен | тенет Р теоояол вн ло | -- Ж

ФІГ. ЗЬ 71054(75О) пи вл, нт

Сео спрею

Фіг. 4а І зо то 25

Бо - 750 во Та: 1000" ж з 5 | 15 7 . 40 х о Се а т Ге 7.5 мкм зо х і І- зо

Й лі Ах

І т, т за ! а й о

Керамічний шор !

І-- Ж - '--6 Я 6 ' 2 Ж («6 6 '«| Я Ол Я Ол

ФІГ. 465 4851п520Ог

ФІГ. ба о 100 8 т Ч ба Не

І Тах ЗБО'Є 7 во т Н Н щи 6

А з» Ст а 5 р. Зо 5 во Е г га МА о 28 е й о І б б |5 уки А ання 2 бю яю ' у /щу ме їмо / Чл 1 1 о Цї 2 збмкм й І-А щі 1 0 0 їх З Щ в

Підкладка (Ті) Покриття же « Я т 2 - ж|-жх5- 2 - - - - 2-2 - 2 5 Ху теки т ттнтнннян С ян о ЄС А З Я во

ФІГ. БЬ 10АІЗОСО

ШО

Ті Во "ФІГ. ва

100 речечу 25 : т х 8002С ' с п їСо - ті ва ! 20 (Х і з | е -5 80 Ї 1528х

Ф Л рі а та ше а ; | ча 8 40 ! 10 о ККУ - а

Підкладка Ре Покриття -е---ШВ21 БЖ» - - ' - - --- ---5 :------- и и « - жі

ФІГ бр