CZ2007762A3 - Zpusob prípravy silicidových ochranných vrstev natitanu, jeho slitinách a intermetalikách - Google Patents
Zpusob prípravy silicidových ochranných vrstev natitanu, jeho slitinách a intermetalikách Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2007762A3 CZ2007762A3 CZ20070762A CZ2007762A CZ2007762A3 CZ 2007762 A3 CZ2007762 A3 CZ 2007762A3 CZ 20070762 A CZ20070762 A CZ 20070762A CZ 2007762 A CZ2007762 A CZ 2007762A CZ 2007762 A3 CZ2007762 A3 CZ 2007762A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- titanium
- intermetallics
- alloys
- layers
- preparing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Pri zpusobu prípravy ochranných vrstev pro povrchovou ochranu titanu, titanových slitin a intermetalik na bázi titanu se nejprve naparováním nebo naprašováním vytvorí vrstva kremíku, nacež se materiál s kremíkovou vrstvou tepelne zpracuje pri teplote 800 až 1100 .degree.C ve vakuu nebo v inertní atmosfére.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká přípravy povrchových ochranných vrstev silicidů na titanu, jeho slitinách a intermetalikách. Vrstvy se vyznačují vysokou tvrdosti, odolností proti otěru a oxidační odolnosti za vysokých teplot. Využití lze očekávat u tryskových motorů, plynových turbín (lopatky), spalovacích a dieselových motorů (výfukové systémy, ventily, turbodmychadla atd.).
Dosavadní stav techniky
Titan a jeho slitiny se vyznačují vysokou pevností, relativně nízkou hustotou a dobrou korozní odolností v řadě agresivních kapalných médií. Nedostatkem titanu a jeho slitin ve vysokoteplotních aplikacích je jejich špatná odolnost proti reakcím s plyny při teplotách nad 600£c. Jedná se zejména o oxidaci kyslíkem při expozici na vzduchu, ale rovněž s oxidem uhličitým přítomným např. ve spalinách. Za těchto podmínek vznikají silné oxidické vrstvy a kyslík rovněž difunduje do kovu, což výrazně zhoršuje jeho houževnatost a pevnost. Vedle snížené oxidační odolností je pro řadu aplikací rovněž důležitá tvrdost a odolnost proti otěru, která je rovněž za zvýšených teplot u titanu a jeho slitin nízká. Z výše uvedených důvodů jsou titanové slitiny ve svých aplikacích omezeny horní teplotou cca 55θ|°0. Pro vyšší teploty je na titan třeba aplikovat vhodné ochranné vrstvy.
V současnosti se pro zvýšení oxidační odolnosti a zejména otěruvzdornosti využívají hlavně dva typy ochranných vrstev: nitridované (případně karbonitridované) vrstvy a vrstvy vyrobené metodami CVD nebo PVD. Nitridované a karbonitridované vrstvy jsou připravovány metodami nitridace v plynu nebo plazmové nitridace. U první metody je kov vystaven atmosféře velmi čistého dusíku při teplotách nad cca 800jO. Plazmová nitridace nebo karbonitridace probíhá při teplotách nad ZOO^C za sníženého tlaku v atmosféře dusíku, směsi dusíku a vodíku, dusíku a argonu nebo ve směsích s přídavky metanu. Mezi nitridovaným materiálem, který je zapojen jako katoda, a vhodnou anodou hoří obloukový výboj, ve kterém vznikají dusíkové kationty. Tyto kationty jsou v elektrickém poli urychlovány směrem ke katodě, kde reaguji s titanem a tvoří nitridovanou vrstvu složenou obvykle z fází TiN a Ti2N. U metod CVD dochází
- 1 •ι » · · · · · *«· • ·««·* v · · · · · a · · «··«· «««· a· «· · í ♦ ·« · · k depozici tvrdých povlaků TiN, TiC atd., které jsou produkty vysokoteplotních chemických reakcí plynných vstupních surovin (chlorid titaničitý, amoniak, metan atd.). Mezi metody PVD patří např. katodové naprašování, magnetronové naprašování atd. Tyto metody probíhají za relativné nízkých teplot a slouží k tvorbě tvrdých povlaků TiC, TiN, TiAIN, TiAISiN, TiCN atd.
Uvedené ochranné vrstvy na bázi nitridů, karbidů a karbonitridú se vyznačuji zejména vysokou tvrdostí. Oxidační odolnost je i přes vysokou termodynamickou stabilitu těchto sloučenin při teplotách nad 700|°C nedostatečná. Pro zvýšeni tvrdosti a rovněž pro dosaženi vysoké oxidační odolnosti za teplot 800^C a více jsou vhodné ochranné vrstvy na bázi silicidů. Tyto vrstvy jsou připravovány několika metodami: Jednou z nich je např. kombinace žíhání titanové součástky v křemíkovém prášku a následného povrchového tepelného zpracováni laserem (patent JP11140622). Další metoda spočívá v žíhání titanové slitiny v prostředí titanu a oxidu křemičitého (patent DE19604470). U těchto metod však vznikají vrstvy s poměrně velkou drsnosti. Silicidy titanu v různých formách lze rovněž připravit metodami CVD (např. patenty CN1872662, CN1843998), kde jsou však třeba reaktivní a drahé chemické sloučeniny.
Podstatou vynálezu je nová metoda přípravy ochranných vrstev na bázi silicidů, která nevyžaduje reaktivní a drahé chemické látky. Připravené vrstvy mají vedle vysoké tvrdosti rovněž vysokou oxidační odolnost a to i při teplotách nad 800^C. Další výhodou je nízká povrchová drsnost.
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu je způsob přípravy ochranných vrstev obsahujících zejména silicidy titanu, a to na titanu, jeho slitinách a intermetalikách. Příprava spočívá ve dvou krocích:
1. v napaření (naprášení) tenké křemíkové vrstvy, 2. v tepelném zpracováni v ochranné atmosféře nebo ve vakuu. Vzniklé vrstvy mají tloušťku desetin až několika mikrometrů, dobrou přilnavost k substrátu, tvrdost cca 1500 HV a velmi vysokou odolnost proti vysokoteplotní oxidaci.
Příklady provedení
Vynález bude v dalším textu blíže popsán s pomocí konkrétního příkladu, který je pouze ilustrativní a neomezuje nijak rozsah vynálezu.
Silicidová vrstva byla připravena ve dvou krocích:
1. Napaření vrstvy čistého křemíku o tloušťce 0,7 μηη na předem odmaštěný povrch titanu. Proces byl realizován v komerční napařovačce vybavené elektronovým dělem (tlak v napařovačce 2-104 Pa).
2. Tepelné zpracování při teplotě 900^C po dobu 2 hodin v atmosféře argonu. Získaná vrstva obsahující zejména silicid Ti5Sis je ukázána v příčném řezu na obr. 1.
Vrstva byla charakterizována z hlediska tvrdosti a vysokoteplotní oxidační odolnosti při 800-90(^0. Zjištěná tvrdost je 1500 HV0,005.
Rychlost oxidace vyjádřená jako tloušťka oxidické vrstvy v závislosti na době oxidace je graficky dokumentována na obr.2. V porovnáni s čistým titanem je rychlost oxidace pro titan chráněný silicidovou vrstvou výrazně nižší. Tloušťka oxidů je po oxidaci při 800jC/108 h u titanu s vrstvou TÍ5SÍ3 cca 10x nižší než u čistého titanu. Po oxidaci při teplotě 900^C/108 h je rozdíl ještě markantnější: oxidická vrstva na titanu se silicidovou vrstvou je dokonce 40x tenčí než na čistém titanu.
Obr. 1: Příčný řez vrstvou TÍ5SÍ3 na titanu.
lit « « » · ·
Obr.2: Rychlost oxidace vyjádřená jako závislost tloušťky oxidů na době oxidace pro čistý titan a titan s vrstvou Ti5Si3 z obr. 1.
Tloušťky oxidů po oxidaci titanu chráněného vrstvou TÍ5SÍ3 z obr.1 byly dále porovnány s tloušťkami oxidů vzniklých na špičkových vysokoteplotních intermetalikách na bázi TiAl po oxidaci za srovnatelných podmínek. Intermetalika γ-ΤίΑΙ jsou určena pro cca o 35o£c více, než činí teplotní limit klasických titanových slitin. Výsledky porovnání ukazuje Tab.1. Je patrné, že titan chráněný vrstvou TÍ5SÍ3 vykazuje zcela srovnatelnou oxidační odolnost jako vysokoteplotní intermetalikum. Silicidová vrstva je tedy schopna výrazně zvýšit teplotní limit použití titanových slitin.
aplikace do teplot až 900fC, což je
Tab.1: Tloušťky oxidických vrstev na titanu chráněném silicidovou vrstvou a na vysokoteplotním intermetaliku.
| materiál | teplota/doba oxidace | tloušťka oxidů [pm] | zdroj |
| Ti + vrstva Ti5Si31 (tloušťka 1-2 pm, obr.1) | 900’0/108 h | 19 | - |
| Ti-47at% Al-2at. %Cr-1 at. %Nb (vysokoteplotní intermetalikum γ-ΤίΑΙ) | 900’0/100 h | -25 | [1] |
| [1] Η. P. Xiong, W. Mao a další: Mat. Sci. Eng. A391 (2 | 305)10. |
Průmyslová využitelnost
Přípravu silicidových vrstev lze realizovat na běžných zařízeních pro přípravu povlaků (napařovačky, naprašovačky) a na běžných vakuových pecích. Vrstvy lze připravovat na titanu, jeho slitinách i na intermetalikách na bázi titanu.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob přípravy silicidových vrstev na titanu, jeho vyznačující se tím, že probíhá ve dvou krocích: (1) příprava vrstvy kremíkiZ(2) tepelné zpracování materiálu s křemíkovou vrstvou. / slitinách a intermetalikách
- 2.
- 3.Způsob jtepehéhe- zpracováni provádí při teplotách δΟ^/ΓίΟΟί0Způsob přípravy vrotvy křemíky podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok(1) je realizován metodami CVD, PVD, naparování i napravování.podle nároku 1. vyznačující se tím, že krok(2) se C po dobu 0,M0 hodin ve vakuu nebo v ochranné atmosféře inertního plynu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20070762A CZ299621B6 (cs) | 2007-11-01 | 2007-11-01 | Zpusob prípravy silicidových ochranných vrstev natitanu, jeho slitinách a intermetalikách |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20070762A CZ299621B6 (cs) | 2007-11-01 | 2007-11-01 | Zpusob prípravy silicidových ochranných vrstev natitanu, jeho slitinách a intermetalikách |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2007762A3 true CZ2007762A3 (cs) | 2008-09-24 |
| CZ299621B6 CZ299621B6 (cs) | 2008-09-24 |
Family
ID=39764555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20070762A CZ299621B6 (cs) | 2007-11-01 | 2007-11-01 | Zpusob prípravy silicidových ochranných vrstev natitanu, jeho slitinách a intermetalikách |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ299621B6 (cs) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3047419A (en) * | 1954-02-26 | 1962-07-31 | Fansteel Metallurgical Corp | Method of forming titanium silicide coatings |
| JPS5376936A (en) * | 1976-12-21 | 1978-07-07 | Pioneer Electronic Corp | Surface hardening method |
| US5725573A (en) * | 1994-03-29 | 1998-03-10 | Southwest Research Institute | Medical implants made of metal alloys bearing cohesive diamond like carbon coatings |
| DE19604470C1 (de) * | 1996-02-09 | 1997-04-17 | Dechema | Verfahren zur Herstellung eines siliciumreichen, hochtemperaturbeständigen und korrosionsfesten Überzugs |
| JP2990262B2 (ja) * | 1997-11-10 | 1999-12-13 | 工業技術院長 | チタン系合金の表面硬化方法 |
-
2007
- 2007-11-01 CZ CZ20070762A patent/CZ299621B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ299621B6 (cs) | 2008-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Braic et al. | Preparation and characterization of titanium oxy-nitride thin films | |
| Makuch et al. | Microstructural characterization and some mechanical properties of gas-borided Inconel 600-alloy | |
| Makuch et al. | The effects of chemical composition of Nimonic 80A-alloy on the microstructure and properties of gas-borided layer | |
| CN111074224B (zh) | 一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层、其制备方法及应用 | |
| US8961711B2 (en) | Method and apparatus for nitriding metal articles | |
| Batista et al. | Characterisation of duplex and non-duplex (Ti, Al) N and Cr–N PVD coatings | |
| EP3205742B1 (en) | Method for altering surface of an iron based metal | |
| He et al. | Cyclic oxidation resistance of Ni–Al alloy coatings deposited on steel by a cathodic arc plasma process | |
| CN101310969B (zh) | 一种用于Ti-Al合金的Al/Al2O3/MCrAlY复合涂层及制备方法 | |
| Zhang et al. | Microstructure evolution and mechanical performance of Cr-N/Al-Cr multilayer coatings produced by plasma nitriding Cr-coated Al alloy | |
| Stoiber et al. | Plasma-assisted pre-treatment for PACVD TiN coatings on tool steel | |
| Moskal et al. | The Si influence on the microstructure and oxidation resistance of Ti-Al slurry coatings on Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy | |
| CN110257756A (zh) | 一种表面碳化钛金属制品的制备方法 | |
| Tsipas et al. | Boroaluminide coatings on ferritic–martensitic steel deposited by low-temperature pack cementation | |
| CN101177774A (zh) | 一种钛及钛合金表面氧碳共渗的设备及方法 | |
| Sagalovych et al. | Vacuum-plasma protective coating for turbines blades. | |
| Mitoraj-Królikowska et al. | Oxidation resistance and micromechanical properties of a Ti–46Al–8Nb (at.%) alloy with Cr–Si magnetron-sputtered coatings | |
| Hedaiatmofidi et al. | Deposition of titanium layer on steel substrate using PECVD method: a parametric study | |
| Wang et al. | Interdiffusion behavior of Ni–Cr–Al–Y coatings deposited by arc-ion plating | |
| Wu et al. | Influence of deposition pressure on the microstructure and mechanical properties of CVD TiAlSiN coatings | |
| Yu et al. | Oxidation and H2O/NaCl-induced corrosion behavior of sputtered Ni–Si coatings on Ti6Al4V at 600–650° C | |
| Baruwa et al. | Surface coating processes: From conventional to the advanced methods; a short review | |
| CZ2007762A3 (cs) | Zpusob prípravy silicidových ochranných vrstev natitanu, jeho slitinách a intermetalikách | |
| JP4598499B2 (ja) | 複合層被覆部材の製造方法 | |
| Zhang et al. | Preparation and oxidation resistance of a crack-free Al diffusion coating on Ti22Al26Nb |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20171101 |