PL140411B1

OPIS PATENTOWY
POLSKA
146411
RZECZPOSPOLITA
LUDOWA
CZY i fcLNłA
Urzędu Patentowego
Patent dodatkowy
do patentu nr
Zgłoszono: 83 09 29 (P. 243947)
Int. Cl.4
C23C 9/00
Pierwszeństwo
URZĄD
PATEfJTOWr
PRL
Zgłoszenie ogłoszono: 85 04 09
Opis patentowy opublikowano: 1987 08 10
Twórcy wynalazku: Lucjan Swadźba, Bolesław Formanek
Uprawniony z patentu; Politechnika Śląska im. W. Pstrowskiego,
Gliwice (Polska)
Sposób wytwarzania warstw żaroodpornych na metalach
i stopach
2
Przedmiotem wynalazku jest sposób
nia dyfuzyjnych
Al i Si o określonej granulacji i wprowadzenie ich
do substancji wiążących zawierających zwykle:
octan amylu, aceton, lakier nitrocelulozowy, szcza¬
wytwarza¬
warstw żaroodpornych na
meta¬
lach i stopach z zawiesin.
Dyfuzyjne warstwy żaroodporne zawierające
takie pierwiastki jak: Al, Cr, Si lub ich kompo¬
zycje są szeroko stosowane w celu ochrony ele¬
mentów urządzeń i konstrukcji przed oddziaływa¬
niem agresywnych środowisk w podwyższonych
temperaturach. Warstwy te otrzymywane są meto¬
dami: kontaktowo-gazową (w proszkach), metodą
wian dwuetylowy itp. Wadą procesu rozdrabniania
siluminu o założonym składzie chemicznym jest
duża wybuchowość proszku jak również znaczna
segregacja Si wynikająca z określonej struktury
stopu poddawanego rozdrabnianiu.
10
Zastosowanie bezpośredniego mieszania proszków
Al i Si posiada zasadniczą wadę polegającą na se¬
itp.
dymentacji Al i Si, która wynika z różnego ciężaru
W metodzie kontaktowogazowej ogólnie znane jest
stosowanie aktywatorów w postaci halogenków
np. chlorek amonowy, jodek amonowy, bromek
amonowy. Aktywatory te przeprowadzają pier¬
wiastek nasycający w stan gazowy, dzięki czemu
proces zachodzi z fazy gazowej tzn. produkty roz¬
kładu aktywatorów oddziaływując z pierwiastkiem
15
właściwego proszków tych pierwiastków. Ponadto
mieszanie Al i Si musi odbywać się w specjalnych
urządzeniach w celu uniknięcia silnego zagrożenia
wybuchowego. Naniesioną na powierzchnię zawie¬
stopionych
soli,
gazową,
natrysku
cieplnego
nasycającym dają w wyniku chlorki, bromki lub
jodki tego pierwiastka po włok otwórczego.
sinę zawierającą Al i Si oraz organiczną substan¬
20
W ostatnich latach szeroko rozpowszechniła się
metoda wytwarzania warstw żaroodpornych pole¬
gająca na nanoszeniu na obrabianą powierzchnię
zawiesiny zawierającej takie pierwiastki jak: Al,
cję wiążącą poddaje się suszeniu w celu odparo¬
wania substancji wiążącej a następnie wygrzewa¬
niu dyfuzyjnemu w temperaturze od 600 do 1200°C.
Temperatura topnienia Si leży powyżej tego za¬
kresu tak więc dyfuzja tego pierwiastka zachodzi
zasadniczo z fazy stałej, a więc z bardzo niewielką
szybkością lub przez rozpuszczanie w ciekłym alu¬
lub stopem roztwory stałe lub związki międzyme¬
minium co wymaga doskonałego wymieszania Al
i Si i rozprowadzenia tych proszków w organicz¬
nym wiązaniu. Ponadto podczas wygrzewania dy¬
taliczne. Przygotowanie mieszaniny proszków Al
fuzyjnego dochodzi do częściowego utlenienia Al
i Si odbywa się przez rozdrabnianie siluminu (sto¬
pu aluminium z krzemem) o określonej koncen¬
tracji Si bądź bezpośrednie wymieszanie proszków
i Si, segregacji Si w warstwie dyfuzyjnej i jego
osypywanie z powierzchni. Skład chemiczny war¬
stwy po wygrzewaniu odbiega więc od założonego
Si, Cr, Ta, Ti itp., tworzące z nasyconym metalem
140 411
25
30
140 411
3
4
i określonego stosunkiem Al: Si. Powyższych pro¬
pistoletem malarskim. Element pokryty zawiesiną
suszy się na powietrzu, a następnie poddaje wy¬
grzewaniu w temperaturze 950°C w czasie 3 godzin
w atmosferze argonu. Otrzymana w ten sposób
blemów i niedogodności można uniknąć przez od-
|T—powiędnie
] -Mm si:!
przygotowanie
-: ;
mieszaniny
proszków
Sposób według wynalazku polega na tym, że
mieszaninę ^proszków Al i Si o stosunku wago-
5 warstwa dyfuzyjna na stopie na bazie niklu po¬
siada grubość 0,05 mm.
^wym^; 1 ;d$.,&7 : 0,3 ujednoradnia się i uaktywnia
' -^metodą dyfuzyjną przez wygrzewanie ich w at¬
mosferze reakcyjnej powstałej przez rozkład halo¬
genków amonowych lub halogenków metali alka¬
licznych lub ich mieszaniny w dowolnym stosunku
Przykład II. Proszek krzemu o granulacji
40 ^m — 10 gramów, proszek aluminium o granu¬
lacji 40 pm —90 gramów .Do mieszaniny proszków
10
w ilości od 0,05 do 5°/o wagowych w stosunku do
sumarycznej zawartości Al i Si w temperaturze
proszków wprowadza się do substancji organicz¬
400—600°C w czasie 0,1 do 48 godzin, a następnie
wytworzoną uaktywnioną mieszaninę proszków
Ai i Si wprowadza się do znanych organicznych
substancji wiążących stosując 1,2 do 1,8 ml sub¬
stancji wiążącej na każdy gram uaktywnionej
i ujednorodnionej mieszaniny proszków Al i Si,
po czym otrzymaną zawiesinę nanosi się na metal
lub stop, suszy w temperaturze do 300°C i wygrze¬
wa w znany sposób, korzystnie w temperaturze od
600 do 1200°C w czasie 0,1 do 10 godzin.
nych, o składzie:
15
sinie. W znanych metodach proszki rozdzielały się
bezpieczają ziarna Al i Si przed utlenianiem. Pier¬
wiastki te posiadają zacznę powinowactwo do
tlenu, a występujące w postaci A1203 lub Si02
stają się bezużyteczne w procesie wytwarzania
20
25
I.
Proszek
krzemu
o
granulacji
20 ftm — 10 gramów, proszek aluminium o granu¬
lacji 20 ^b — 90 gramów. Do mieszaniny proszków
AF i Si dodaje się 0,5*/© wag. NH4C1 i wygrzewa
się w czasie 8 godzin w temperaturze 500°C. Uak¬
tywnioną w w/w sposób mieszaninę proszków
wprowadza się do substancji organicznej o skła¬
wadza się 100 gramów uaktywnionej w w/w sposób mieszaniny proszków. Po dokładnym wymie¬
szaniu substancji organicznych z mieszaniną prosz¬
ków otrzymuje się zawiesinę, którą nanosi się na
obrabiany element metodą natryskiwania pistole¬
tem malarskim, a następnie poddaje wygrzewaniu
w temperaturze 1080°C w czasie 1,5 godziny. Otrzy¬
mana w ten sposób warstwa dyfuzyjna na żarowytrzymałym stopie na bazie niklu posiada gru¬
bość 0,05 mm.
poniżej 20 ^m — 3 gramy, proszek aluminium
o granulacji poniżej 20 //m — 97 gramów. Do mie¬
szaniny proszków krzemu i aluminium dodaje się
0,5°/o NH4CI i 0,5°/o NH4F i wygrzewa w tempera¬
turze 500°C w czasie 24 godzin. Uaktywnioną w
*
w/w sposób mieszaninę proszków wprowadza się
do substancji organicznych o składzie:
— nitroceluloza techniczna 5 gramów
— octan amylu 150 mililitrów
— aceton 25 mililitrów
40 Do 180 ml substancji organicznych wprowadza
się 100 gramów uaktywnionej mieszaniny prosz¬
ków. Po dokładnym wymieszaniu substancji orga¬
nicznej z mieszaniną proszków otrzymuje się za¬
wiesinę, którą nanosi się na obrabiany element
45 przez natryskiwanie pistoletem. Element pokryty
zawiesiną suszy się na powietrzu, a następnie pod¬
daje wygrzewaniu w temperaturze 950°C w czasie
2 godzin w atmosferze argonu. Grubość otrzymanej
w ten sposób warstwy dyfuzyjnej na stopie żaro-
50 wytrzymałym na bazie niklu wynosi 0,05 mm.
Zastrzeżenie
55
dzie:
— nitroceluloza techniczna 5 gramów
— octan amylu
25 mililitrów
Przykład III. Proszek krzemu o granulacji
30
warstwy
Przykład
aceton
Do 180 mililitrów substancji organicznych wpro¬
f~ i segregowały po ich zmieszaniu.
Ponadto dzięki uaktywnieniu mieszaniny war¬
stwa dyfuzyjna łatwiej zarodkuje na obrabianej
powierzchni. Dotyczy to zwłaszcza Si wydzielają¬
cego się z fazy gazowej (SiCU) co znacznie przy¬
spiesza proces. Wydzielające się podczas wygrze¬
wania halogenki Al i Sinp.:AlCl3, A1C12, A1C1, SiCl4
itp. występujące w postaci gazowej skutecznie za¬
— nitroceluloza techniczna 5 gramów
— octan amylu 150 mililitrów
—
Przygotowana w teni sposób mieszanina prosz¬
ków wpływa na wzrost jednorodności pokrycia pod
względem składu chemicznego, uniknięcie niebez¬
pieczeństwa utleniania się proszków i osypywa¬
nia Si podczas dyfuzyjnego wygrzewania zawie¬
siny, uniknięcie niebezpieczeństwa wybuchu pod¬
czas przygotowania proszków (ich mieszania).
Wprowadzenie halogenków do mieszaniny powo¬
duje uaktywnienie proszków, doskonałe wymie¬
szanie mieszaniny zarówno pod względem składu
chemicznego jak i ziarnowego, co prowadzi do
korzystnego rozprowadzenia proszków w zawie¬
krzemu i aluminium dodaje się lVo NH4F i wy¬
grzewa się w temperaturze 500°C w czasie 24 go¬
dzin. Uaktywnioną w w/w sposób mieszaninę
150 mililitrów
— dwuetyloszczawian 50 mililitrów
Do 150 mililitrów substancji organicznych wpro¬
wadza- się 100 gramów uaktywnionej mieszaniny
proszków. Po dokładnym wymieszaniu substancji
organicznych z mieszaniną proszków otrzymuje się
M
zawiesinę, którą nanosi się na obrabiany element
w
patentowe
Sposób wytwarzania dyfuzyjnych warstw żaroodpornych na metalach i stopach przez natryski¬
wanie, nakładanie pędzlem lub zanurzanie w za¬
wiesinie proszków Al i Si o granulacji poniżej
40 ^m w organicznych substancjach wiążących
i następnym wygrzewaniu korzystnie w tempera-
turze od 600 do 1200°C i czasie od 0,1 do 10 godzin,
znamienny tym, że mieszaninę proszków Al i Si
o stosunku wagowym 9:1 do 9,7 :0,3 ujednoradnia
się i uaktywnia metodą dyfuzyjną przez wygrze¬
wanie ich w atmosferze reakcyjnej powstałej przez
rozkład halogenków amonowych lub halogenków
*
5
140 411
6
metali alkalicznych lub ich mieszaniny w dowol- nicznych
substancji
wiążących
stosując
1,2
do
nym stosunku w ilości od 0,05 do 5°/o wagowych 1,8 ml substancji wiążącej na każdy gram uaktyww stosunku do sumarycznej zawartości Al i Si w nionej
i ujednorodnionej mieszaniny proszków Al
temperaturze 400 do 600°C w czasie 0,1—48 godzin, i Si, po czym otrzymaną zawiesinę nanosi się na
a następnie wytworzoną uaktywnioną mieszaninę metal lub stop, suszy w temperaturze do 300°C
proszków Al i Si wprowadza się do znanych orga- i wygrzewa w znany sposób.