Жаростойкие сплавы молибдена и защитные покрытия

Молибден без защитного покрытия нежаростоек. Прямолинейная зависимость скорости окисления молибдена от времени при температурах ниже плавления эвтектики Мо02 — МоОэ показывает, что окисная пленка не проявляет защитных свойств. При температурах выше 777 , т. е. выше температуры плавления эвтектики, окисная пленка быстро испаряется. При этом скорость окисления резко возрастает и почти не зависит от температуры.

Оановным'направлением в исследовательских работах по молибдену в настоящее время является изыскание жаростойких сплавов или покрытий. Введение в молибден алюминия и хрома улучшает, но недостаточно, его жаростойкость, так как даже 100-кратное повышение жаростойкости молибдена не дает основания для перевода его в группу жаростойких сплавов. Кроме того, высокое содержание легирующих добавок, вызывающее заметное улучшение жаростойкости молибдена, сильно ухудшает его прочностные свойства.

Ренгсторфф указывает, что при окислении некоторых молибденовых сплавов на поверхности образуется слой молибдатов, обладающих высокой жаростойкостью. Хотя такие сплавы, как, например, Мо—Ni, ]V� — Са, не находят еще широкого применения, но вполне возможно, что их использование, если будут найдены пути для стабилизации мо-либдата с целью предупреждения полиморфных превращений, может сыграть важную роль в будущем; особое значение этот способ защиты приобретает •следствие того, что слой молибдата по 'мере его разрушения образуется вновь.

Более перспективный путь повышения жаростойкости молибдена — разработка защитных покрытий. К защитным покрытиям молибдена предъявляют весьма жесткие требования. Кроме «статической» жаростойкости, требуются высокая термостойкость и сопротивляемость покрытия отскакиванию и растрескиванию под воздействием ударной нагрузки; покрытия не должны терять сцепления с металлом при постоянной или переменной нагрузке и наряду с этим должны обладать высокой стойкостью против эрозии.

Лопатки газовых турбин — типичный пример сочетания "указанных выше требований.

В настоящее время представляют интерес два типа защитных покрытий, показывающих вполне удовлетворительные результаты при статических испытаниях; это — дисилицид молибдена и некоторые виды керамики. К сожалению, указанные покрытия недостаточно пластичны и не выдерживают быстрых изменений температуры или значительных нагрузок. Однако они могут быть использованы в качестве диффузионного «барьера» при нанесении металлических покрытий.

Металлические покрытия

можно наносить на молибден разными способами

Металлические покрытия можно наносить на молибден разными способами: плакированием, электроосаждением, распылением, осаждением из газовой фазы и погружением в расплавы; все эти способы изучены и применяются с тем или иным успехом. Наиболее перспективны способы нанесения покрытий методами электроосаждения и распыления. Защитные покрытия, полученные распылением сплава А1 —< Сг — Si , могут служить 500 час. при температуре 1000° и 200—300 час. при 1300°. Покрытия, полученные распылением сплава Ni — Сг — Si — Fe — В, также весьма перспективны и превосходят по качеству покрытия из сплава А1 — Сг — Si при ударных нагрузках. Оба вида указанных покрытий выдерживают несколько сотен циклов нагрева и охлаждения при следующем режиме: нагрев пламенем горелки до 1000° за 30 сек., выдержка при этой температуре в течение 15 сек. и охлаждение до комнатной температуры в струе воздуха за 45 сек. . Аналогичные испытания (с охлаждением в воде) также показали высокую термостойкость покрытий из сплава А1 — Сг — Si (более 200 циклов).

Менее изучены свойства покрытий, полученных электроосаждением; известно, что покрытие из сплава Сг — Ni, полученное этим способом, обладает хорошей продолжительностью срока службы при температуре 1000°, а также отличается высокой термостойкостью и сопротивлением .ударным нагрузкам.

В настоящее время можно считать установленным, что разрушение металлических покрытий происходит в результате диффузии; при температурах до 1100° указанные покрытия толщиной 0,13—0,25 мм вполне пригодны для .многих назначений; однако при увеличении температуры до 1500° диффузионное разрушение покрытий значительно ускоряется. Это вызывает необходимость наносить между молибденом и металлическим покрытием диффузионный «барьер» в виде слоя .окислов или ди- силицида молибдена. Есть основания предполагать, что проблема защиты от окисления будет успешно решена не только применительно к молибдену, но также и к другим материалам с близкими к молибдену механическими свойствами при температурах 1000—1500°.

Изыскания защитных покрытий молибдена могут иметь большое значение при его использовании в атомной технике в качестве оболочки для ядерного топлива; здесь в первую очередь требуется отсутствие взаимодействия между топливом и материалом оболочки.