Состав плакированных покрытий тугоплавких металлов
При эксплуатации элементов конструкций технических систем, изготовленных из вольфрама и молибдена, необходимо учитывать, что они характеризуются высокой склонностью к окислению в контакте с кислородом или кислородсодержащими средами (воздух). Обсуждая проблему защиты этих тугоплавких металлов от окисления, следует заметить, что рассматривать эту проблему применительно к защите вольфрама от окисления, по-видимому, не следует, так как вольфрам и композиты на его основе применяются в изделиях в области сверхвысоких температур в вакуумных системах, что исключает контакт вольфрама с кислородсодержащими неконденсированными средами. Защита от окисления молибдена остается актуальной задачей, которая решается в результате нанесения на поверхность молибдена защитных покрытий, исключающих или ограничивающих прямой контакт молибдена с кислородом воздуха.
Молибден легко окисляется на воздухе. При температурах 700 °С он окисляется достаточно интенсивно с образованием на поверхности стабильного диоксида молибдена MoO2.
Для защиты молибдена от окисления на его поверхность наносят защитные покрытия. Например, для защиты при высоких температурах на поверхность молибдена методом прокатки наносят плакирующий слой сплава инконель, стеллит, хастеллой и некоторых других жаростойких материалов. Такой материал с компонентами тугоплавких металлов и плакирующим слоем, отличающимся по фазовому составу от основы при наличии фазовой границы между составляющими, согласно классификации принято считать композиционным.
Далее, при обсуждении проблемы защиты молибдена от окисления будем рассматривать плакированные материалы на основе молибдена как сверхвысокотемпературные композиционные.
В целях повышения температуры эксплуатации молибден покрывают жаростойкими покрытиями. Из числа перечисленных выше наиболее эффективны в области высоких температур никелевые покрытия. Срок службы молибдена, полученного методом порошковой металлургии и плакированного никелем, составляет менее 250 ч при температуре 1205 °С, более 500 ч при 1095 °С и свыше 1800 ч при 980 °С. Более высокой жаростойкостью харастеризуется сплав инконель, наносимый прокаткой на поверхность молибдена.
Сплавы системы никель — хром в виде тонких металлических покрытий также обеспечивают защиту молибдена от окисления при температурах до 980 °С. Так, молибден, плакированный сплавами инконель, инконель-Х и сплавом состава 80Ni—20Сг при толщине плакирующего слоя, равной 0,045 мм, обеспечивает стойкость композита против окисления на воздухе при температуре 1095 °C в течение 100 ч.
По результатам экспериментальных исследований сделан вывод, что лучшим материалом плакирующего слоя молибдена можно считать сплавы системы никель — хром, которые характеризуются способностью ограничивать во времени и при высоких температурах процесс окисления молибдена даже после частичного разрушения плакирующего слоя сверхвысокотемпературного композита на основе молибдена.
Влияние температуры на прочностные свойства плакированного молибденового листа показано на рис. 17.11. Данные относятся ко всему поперечному сечению листа. Сравнение длительной прочности (100 ч) при 1150 К молибденовой сердцевины с такой же прочностью непокрытого молибдена показало, что она почти равняется прочности молибдена в полностью ре-кристаллизованном состоянии.
