Покрытие на основе никеля и бора

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОКРЫТИЕ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И БОРА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Белый Алексей Владимирович Кузей Анатолий Михайлович Таран Игорь Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(56) Получение, свойства и применение порошков алмаза и кубического нитрида бора. Минск, Беларуская навука, 2003,с. 280-290.2075530 1, 1997.2004138999 , 2006.2271913 2, 2005.2005109148 , 2006.4655893, 1987.0666341 1, 1997.(57) Покрытие на основе никеля и бора, отличающееся тем, что дополнительно содержит азот при следующем соотношении компонентов, ат.никель 64,0-98,9 бор 1-28 азот 0,1-8,0. Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к покрытиям, и может быть использовано для защиты поверхности деталей от окисления, коррозии и износа. Известно покрытие, состоящее из никеля и фосфора при следующем соотношении компонентов в сплаве (ат. ) 1 никель 80,0-99,9 фосфор 0,1-20,0. Недостатками известного покрытия является невысокая твердость и низкая жаростойкость, что приводит к повышенному износу и окислению при эксплуатации в области температур 275-875 К. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является покрытие, состоящее из никеля и бора при следующем соотношении компонентов (ат. ) 2 никель 72,0-99,0 бор 1-28. Недостатком известного технического решения является низкая жаростойкость, обусловленная нестабильной структурой покрытия. При высоких температурах (575-1075 К) 14652 1 2011.08.30 на поверхности покрытия в результате окисления образуется плотная беспористая пленка тугоплавкого боратного стекла, снижающая диффузию кислорода в покрытие и предохраняющая его от окисления. Однако в процессе эксплуатации, при длительных выдержках в области высоких температур, происходят распад твердого раствора в никеле и диффузия бора из покрытия на поверхность. Это приводит к образованию легкоплавкого стекла и изменению состава покрытия. Следствием этого является увеличение скорости окисления покрытия из-за повышения скорости диффузии кислорода через оксидную пленку и растрескивания покрытия. Задачей является повышение жаростойкости покрытия. Задача решается тем, что покрытие на основе никеля и бора дополнительно содержит азот при следующем соотношении компонентов, ат.никель 64,0-98,9 бор 1-28 азот 0,1-8,0. Сущность изобретения заключается в следующем. Введение азота в исходное покрытие никель-бор изменяет его структуру стабилизируется твердый раствор бора, подавляется образование интерметаллидов, снижаются их размеры. В результате чего покрытие на наномасштабном уровне приобретает однородные состав и структуру. Азот присутствует в форме наноразмерных частиц двойных и тройных фаз, а также в твердом растворе и продуктах его распада на поверхности фаз в виде адсорбционных оболочек. Совокупность этих факторов приводит к значительному снижению скорости диффузии бора в тройном сплаве и стабилизации его структуры при высоких температурах. При эксплуатации покрытий из сплавов никель-бор-азот в области температур 575-1225 К на поверхности сплава образуется тугоплавкое боратное стекло на основе оксида никеля, которое подавляет диффузию кислорода и окисление покрытия. Снижение содержания азота в покрытии менее 0,1 ат.не приводит к снижению скорости диффузии бора на поверхность покрытия. В результате на поверхности образуется легкоплавкое стекло, не препятствующее диффузии кислорода в материал и его окислению. Следствием этого является ускоренное окисление покрытия. Увеличение концентрации азота в покрытии свыше 8 ат.ухудшает его физико-механические характеристики,такие как пластичность, твердость. В процессе эксплуатации покрытия при повышенных температурах из материала никель-бор с содержанием азота более 8 ат.покрытие растрескивается и отслаивается от основы. Увеличение концентрации бора более 28 ат.приводит к образованию на поверхности легкоплавких стекол на основе оксида бора, не снижающих диффузию кислорода, что приводит к увеличению скорости окисления сплава. Кроме этого, увеличение концентрации бора свыше 28 ат.снижает физико-механические показатели (прочность и пластичность) и приводит к образованию трещин в покрытии с последующим его отслоением от основы при эксплуатации в области повышенных температур. Снижение концентрации бора менее 1 ат.при окислении приводит к образованию рыхлой, проницаемой пленки на основе оксида никеля, которая не подавляет диффузию кислорода. Следствием этого является повышение скорости окисления покрытия. Пример. Покрытия толщиной 15 мкм наносили комбинированным электродуговым методом на поверхность теплоотвода, представляющего собой медную пластину размером 20010015 мм. На первой стадии из электролита состава (г/л) никель сернокислый 250-300, кислота борная 10-30, додекагидроборат натрия 2-25, при 298 К наносили на медную пластину слой сплава никель-бор. Концентрация бора в сплаве задавалась концентрацией додекагидробората натрия (при повышении концентрации додекагидробората натрия в электролите от 2 до 25 г/л концентрация бора в сплаве изменялась от 1 до 30 ат.соответственно). 2 14652 1 2011.08.30 На второй стадии поверхностный слой покрытия никель-бор насыщали азотом с использованием метода низкоэнергетического ионно-лучевого азотирования. Концентрация азота в покрытии достигалась длительностью процесса насыщения (при увеличении длительности воздействия от 2 до 8 часов концентрация азота в ионно-модифицированном слое изменялась от 1 до 20 ат. ). В таблице представлены данные об увеличении массы пластины после 100 часов эксплуатации при температуре 875 К. Увеличение массы пластины после высокотемпературной эксплуатации Состав материала, ат.Увеличение массы пластины после эксплуатации, г/дм 2 никель бор азот 83,96 16 0,04 0,11 98,9 1 0,1 0,04 69 30 1 0,16 98,2 0,8 1 0,1 82 14 4 0,03 64 28 8 0,04 77 14 9 0,18 прототип 0,11 Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить жаростойкость покрытий. Источники информации 1. Грилихес С.Я., Тихонов К.И. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика. - Л. Химия, 1990. - 288 с. 2. Шепило В.Б., Звонарев Е.В., Кузей А.М. Получение, свойства и применение порошков алмаза и кубического нитрида бора. - Минск Беларуская навука, 2003. - 335 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3