Формування багатошарового покриття на ніобії і танталі для захисту їх від окислення - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИЗахищаються результати досліджень закономірностей процесу формування на ніобії і танталі твердого розчину заміщення на основі металів VIA групи. Вивчено вплив фторидів металів IA групи на інтенсифікацію процесу насичення ніобію і танталу молібденом та вольфрамом. Визначено технологічні параметри процесу формування на ніобії і танталі багатошарового жаростійкого покриття з підвищеними експлуатаційними показниками. “Forming a Multilayer Coating on Niobium and Tantalum for Their Protection against Oxidation”, manuscript. A promising trend in the protection of niobium and tantalum against oxidation in applying to their surfaces of a multilayer coating in which each layer performs a certain function and as a whole it meets the requirements set to a heatresistant coating.Дисертаційна робота присвячена проблемі захисту ніобію і танталу від високотемпературного окислення шляхом формування на їхній поверхні багатошарового покриття з високими експлуатаційними показниками, що дозволяє значно розширити область застосування тугоплавких металів. Ніобій, тантал та сплави на їхній основі використовуються в електроніці для виготовлення анодів, сіток і катодів непрямого нагріву потужніх генераторних ламп, нагрівачів і захисних екранів високотемпературних вакуумних печей; у металургійному виробництві з танталових сплавів виготовляють тиглі для очищення рідкоземельних металів, підігрівачі та змішувачі; ніобій та його сплави застосовують як конструкційний матеріал для виготовлення відбивачів гарячої плазми в термоядерних установках, турбінних дисків і неохолоджуваних турбінних лопаток ракетних двигунів, сотових конструкцій в трьохшарових панелях різних типів теплообмінників, а також оболонок ракет і капсул, які повертаються на землю. Перспективним напрямком захисту елементів конструкцій із ніобію і танталу від високотемпературного окислення є нанесення на їхню поверхню багатошарової композиції, в якій кожний шар виконує певну функцію, а в цілому композиція відповідає вимогам, висунутим до високотемпературного покриття. Простежено закономірності процесу одержання боридних, силіцидних і боросиліцидних шарів на основі твердого розчину заміщення в ніобії і танталі та їхні властивості. Розроблено склади порошкових сумішей для насичення ніобію і танталу молібденом (вольфрамом) з метою одержання чергуючих шарів твердого розчину заміщення; способи формування на ніобії і танталі боридних, силіцидних і боросиліцидних шарів на основі твердого розчину заміщення; розроблено технологію формування дифузійношлікерного покриття з високими показниками жаростійкості, яка реалізована на підприємствах ВАТ “Ватра” та “Оріон” (м.Тернопіль).На підставі проведених досліджень розроблено технологічний процес молібденування ніобію і танталу та формування багатошарового покриття.Відомо, що потрійні сполуки мають високу термостабільність, тому їх доцільно використовувати для одержання дифузійної частини покриття, яка може бути сформована за участю металів VIA групи, оскільки вони утворюють із ніобієм і танталом тверді розчини заміщення. Молібденування і вольфрамування проводили у вакуумі (р=0,001 Па) і досліджували вплив різних технологічних параметрів (концентрація дифундуючого елементу, температура та експозиція процесу) на формування в ніобії і танталі твердого розчину заміщення. Підвищення температури насичення ніобію і танталу до 1400 ОС призводить до інтенсивного зростання концентрації молібдену, особливо в поверхневому шарі металу товщиною до 25 мкм і в зонах, де структура складається із дрібних зерен. Оскільки радіус атома молібдену менший, ніж ніобію і танталу, то можна припустити, що в процесі дифузії атоми молібдену займають окта і тетрапори, які знаходяться в гратці ніобію і танталу, і це не впливає на параметри гратки тугоплавких металів і не призводить до підвищення внутрішніх напружень в металах. Порівнюючи результати досліджень молібденування, вольфрамування ніобію і танталу за участю фтористого натрію та зважаючи на вартість порошків, можна зробити висновок, що більш доцільно насичувати їх молібденом, оскільки при цьому в металах утворюється твердий розчин заміщення у вигляді чергуючих шарів на глибину до 180 мкм, що майже в 2 рази перевищує товщину твердого розчину, сформованого під час вольфрамування.Встановлено, що перспективним захистом ніобію і танталу від високотемпературного окислення є нанесення на їхню поверхню багатошарового покриття, в якому кожний шар виконує відповідну функцію. Експериментально встановлено оптимальні технологічні регламенти процесу насичення у вакуумі тугоплавких металів молібденом і вольфрамом. При молібденуванні ніобію утворюється твердий розчин заміщення у вигляді чергуючих шарів, а в танталі - смуг, що знаходяться на межі блоків зерен; насичення тугоплавких металів вольфрамом призводить до утворення в них зерен твердого розчину заміщення, який проникає в основному на глибину до 140 мкм.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ