Способ повышения жаростойкости медных деталей
METHOD OF INCREASING HEAT RESISTANCE OF COPPER PARTS

Настоящее изобретение относится к области защиты от коррозии цветных металлов, а именно к нанесению металлических покрытий методом химико-термической обработки, и может быть использовано для повышения жаростойкости деталей, изготовленных из меди и медных сплавов, например сопла горелок для аргонодуговой сварки, держателей дуговых плавильных печей, фурмы доменных и конверторных печных плавильных агрегатов.
Из существующего уровня техники известен способ изготовления жаропрочных и жаростойких дисперсно-упрочненных изделий на основе меди (Патент РФ RU 2117063 С1, МПК С22С 1/04, С22С 1/10, з. №97106864/02 от 24.04.1997, опубл. 10.08.1998). Недостатком данного технического решения является необходимость применения меди в виде порошка с последующим формованием детали методом порошковой металлургии, что сказывается на прочностных характеристиках деталей.
Также известен способ повышения жаростойкости меди путем обработки жидкой меди наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) (Патент РФ RU 2355511 C2, МПК B22D 27/20, C22F 3/02, з. №2007124218/02 от 27.06.2007, опубл. 20.05.2009 г.). Недостатком данного способа является необходимость доведения меди до жидкого состояния путем нагрева до высоких температур (порядка 1300°С), что приводит к большим затратам энергии на нагрев, а также использование сложного технологического оборудования - генератора НЭМИ.
Еще одним техническим решением является способ нанесения комбинированных покрытий на электротехнические медные детали гальваническим нанесением иттрия в солевом расплаве (SU 1565060 А1, МПК С23С 10/24, з. №4382111/02 от 05.01.1988 г., опубл. 27.06.2007 г.). Недостатком данного способа является необходимость применения дорогостоящего хлорида палладия.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ нанесения металлических покрытий (Патент РФ RU 2058422 С1, МПК С23С 10/24, з. №93046241/02 от 30.09.1993, опубл. 20.04.1996 г.). Недостатком данного технического решения являются высокие рабочие температуры 850-1000°С, что приводит к увеличению затрат энергии на поддержание таких температур.
Технический результат, получаемый вследствие использования заявленного способа, заключается в получении покрытия, обладающего высокой жаростойкостью. Жаростойкость повышается благодаря наличию на поверхности детали жаростойкого интерметаллического соединения медь-иттрий.
Способ повышения жаростойкости медных деталей путем получения на поверхности меди покрытия медь-иттрий заключается в следующем:
1. Нагревают рабочий солевой расплав до температуры 500-700°С в контейнере из оксида бериллия или алунда, при этом контейнер с расплавом должен находится в атмосфере инертного газа, например аргона, в герметично закрываемой емкости;
2. Одновременно в токе инертного газа помещают в рабочий солевой расплав медную деталь и пластину металлического иттрия, закрепленные на молибденовых или вольфрамовых подвесах так, чтобы исключить их контакт между собой и стенками контейнера;
3. Выдерживают медную деталь и пластину металлического иттрия в рабочем солевом расплаве в течение 1-4 часов, при этом происходит бестоковое диффузионное насыщение поверхности меди иттрием с образованием интерметаллических соединений;
4. Медную деталь приподнимают над расплавом, проводят гомогенизационный отжиг при температуре 400-500°С в течение 1 часа в инертной атмосфере;
5. Охлаждают медную деталь в инертной атмосфере до комнатной температуры, смывают остатки соли с поверхности детали.
Технический результат - формирование покрытия - достигается в солевых расплавах, содержащих, масс. %: эвтектические смеси хлоридов щелочных металлов 95,0-99,0, трихлорид иттрия 5,0-1,0. Диффузионные покрытия являются беспористыми, хорошо сцепленными с материалом подложки.
Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что рабочие температуры ниже, чем в известном способе (RU 2058422 С1 от 20.04.1996 г.), что снижает затраты энергии на процесс насыщения.
Примеры заявленного изобретения
Пример 1. В тигле из оксида бериллия расплавляют 95 масс. % эвтектической смеси хлоридов лития и калия, 5 масс. % трихлорида иттрия. При температуре 500°С в расплав помещают медную деталь и пластину иттрия. В течение 1 часа получают покрытие медь-иттрий толщиной 50 мкм.
Пример 2. В алундовом тигле готовят расплав 96 масс. % эвтектической смеси хлоридов натрия и цезия с добавлением 4 масс. % трихлорида иттрия, при температуре 600°С за 2 ч. на поверхности медной детали получают покрытие медь-иттрий толщиной 150 мкм.
Пример 3. В расплаве 95 масс. % эквимольной смеси хлоридов натрия и калия и 5 масс. % трихлорида иттрия насыщают медную деталь иттрием при температуре 700°С в течение 3 часов. Получают покрытие медь-иттрий толщиной 180 мкм.