EA035488B1 - Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля - Google Patents

Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля Download PDF

Info

Publication number
EA035488B1
EA035488B1 EA201800040A EA201800040A EA035488B1 EA 035488 B1 EA035488 B1 EA 035488B1 EA 201800040 A EA201800040 A EA 201800040A EA 201800040 A EA201800040 A EA 201800040A EA 035488 B1 EA035488 B1 EA 035488B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
stage
aluminum
alloy
mixture
melt
Prior art date
Application number
EA201800040A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201800040A1 (ru
Inventor
Евгений Александрович Левашов
Юрий Сергеевич Погожев
Жанна Александровна Сентюрина
Александр Анатольевич ЗАЙЦЕВ
Владимир Николаевич Санин
Владимир Исаакович Юхвид
Дмитрий Евгеньевич Андреев
Денис Михайлович Икорников
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Publication of EA201800040A1 publication Critical patent/EA201800040A1/ru
Publication of EA035488B1 publication Critical patent/EA035488B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/23—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/025—Casting heavy metals with high melting point, i.e. 1000 - 1600 degrees C, e.g. Co 1490 degrees C, Ni 1450 degrees C, Mn 1240 degrees C, Cu 1083 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
    • C22C1/0441—Alloys based on intermetallic compounds of the type rare earth - Co, Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/047—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy comprising intermetallic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/007—Alloys based on nickel or cobalt with a light metal (alkali metal Li, Na, K, Rb, Cs; earth alkali metal Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al Ga, Ge, Ti) or B, Si, Zr, Hf, Sc, Y, lanthanides, actinides, as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению литых электродов из высоколегированных сплавов на основе алюминидов никеля и может быть использовано в аддитивных 3D-технологиях для получения сложнопрофильных изделий. Способ включает получение полуфабриката методом центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси, содержащей, вес.%: оксид никеля - 47,0-49,1, алюминий - 28,6-32,4, легирующая добавка - 13,1-17,9, функциональная добавка - 6,5-7,0; двухстадийный переплав полуфабриката с получением рафинированого дегазированного слитка на первой стадии и электрода из наномодифицированного сплава на второй стадии, при этом на второй стадии в расплав вводят лигатуру, состоящую из прессованной смеси алюминия с нанопорошком с удельной поверхностью 530 м/г и кускового алюминия, до разливки расплава в кристаллизатор в количестве, обеспечивающем содержание 0,5-7 об.% нанопорошка в расплаве; с последующим охлаждением до комнатной температуры и извлечением из кристаллизатора. Изобретение направлено на разработку интегрированной технологии получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля.

Description

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению литых электродов из высоколегированных сплавов на основе алюминидов никеля, и может быть использовано для центробежной атомизации материала электродов, которые могут применяться при получении гранул, использующихся в аддитивных 3D-технологиях, направленных для получения сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов.
Известен способ (RU 2032496, опубл. 10.04.1995) получения алюминидов переходных металлов, преимущественно никеля, тантала, титана, ниобия, железа, включающий приготовление экзотермической смеси порошков переходного металла и алюминия, брикетирование смеси, разогрев брикетов до инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и последующее горячее деформирование продуктов синтеза.
Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты, высокая стоимость исходных порошков металлов-реагентов, повышенные требования к чистоте исходных порошков по примесям: кислороду, азоту, углероду и др., что зачастую трудно реализовать на практике.
Известен способ (RU 2523049, опубл. 20.07.2014) получения литого сплава на основе гамма алюминида титана, предназначенного для получения фасонных отливок, включающий получение смеси из порошков чистых металлов, содержащих титан, алюминий и ниобий, получение брикета с относительной плотностью 50-85%, проведение термовакуумной обработки брикета при температуре 550-650°С в течение 10-40 мин, скорости нагрева 5-40°С/мин и давлении 10-1-10-3 Па, а СВС проводят при начальной температуре 560-650°С.
Известен способ получения жаропрочных сплавов (RU 2534325, опубл. 27.11.2014), который включает приготовление реакционной смеси порошков исходных компонентов, содержащей оксиды никеля, кобальта, хрома III, молибдена, титана, чистый алюминий, а также углерод, бор, цирконий, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы на центрифуге воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 200-300 g с последующим отделением литого сплава на основе алюминидов никеля, при этом готовят смесь при следующем соотношение компонентов (вес.%): оксид никеля (40,0-43,7), оксид кобальта (12,0-13,2), оксид хрома (2,9-4,3), оксид молибдена (3,1-3,9), оксид титана (1,3-2,4), углерод, бор и цирконий.
Недостатком способа является то, что он не позволяет получать длиномерные электроды заданной геометрией из наномодифицированного сплава.
Наиболее близким аналогом к заявленному является способ (CN 100497700 С, опубл. 10.06.2009) получения электродов из сплавов на основе алюминидов никеля, включающий многостадийный переплав склонных к ликвации компонентов сплава (Ni, Al, Cr, Мо, Та.) с получением на первой стадии рафинирования дегазированного слитка, а на последующих стадиях - однородного по химическому составу электрода. При этом переплав осуществляется в защитной инертной атмосфере или в вакууме.
Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты, связанные с многостадийностью переплава: число переплавов варьируется от 3 до 6 раз, повышенные требования к химической чистоте исходных компонентов, требуемая чистота исходных металлов находится на уровне 99,999% по примесям, что заметно удорожает процесс и продукт, а также отсутствие возможности получения электродов с наномодифицированной структурой.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение энергозатрат и стоимости за счет уменьшения числа переплавов до двух и использования менее дорогостоящего оксидного сырья при одновременном обеспечении химической чистоты получаемого электрода по содержанию примесей, а именно: кислорода менее 0,2%, азота менее 0,01%, углерода менее 0,1%. Кроме того, техническим результатом является повышение термостойкости полученного электрода за счет уменьшения размера зерна основной фазы NiAl материала электрода путем наномодифицирования данного материала.
Технический результат заявленного изобретения достигается следующем образом.
Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля включает получение полуфабриката методом центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Оксид никеля 47,0 - 49,1
Алюминий 28,6 - 32,4
Легирующая добавка 13,1-17,9
Функциональная добавка 6,5-7,0.
Затем проводят двухстадийный переплав полуфабриката с получением на первой стадии рафинированного дегазированного слитка. На второй стадии получают электрод из наномодифицированного сплава. При этом на второй стадии в расплав вводят лигатуру, состоящую из прессованной смеси алюминия с нанопорошком с удельной поверхностью 5+30 м2 г и кускового алюминия, за 2-3 мин до его разливки в кристаллизатор в количестве, обеспечивающем содержание 0,5-7 об.% нанопорошка в расплаве. После чего расплав охлаждают до комнатной температуры и извлекают из кристаллизатора.
Центробежное СВС-литье осуществляется путем размещения реакционной смеси в тугоплавкой
- 1 035488 форме, покрытой с внутренней поверхности функциональным защитным слоем из тугоплавкого неорганического соединения, размещения формы на центрифуге, воспламенения смеси, проведения процесса
СВС при центробежном ускорении 60 (±10) g и отделения синтезированного интерметаллидного литого сплава от шлака.
В качестве легирующей добавки используют смесь компонентов Cr2O3 и Hf и B и Co3O4.
В легирующею добавку дополнительно вводят компонент MoO3.
В качестве функциональной добавки использую смесь компонентов Al2O3 и Na3AlF6.
Двухстадийный переплав полуфабриката осуществляется в защитной инертной атмосфере или в вакууме.
В качестве нанопорошка используется порошок WC, или TaC, или NbC, или ZrO2, или Y2O3, или Al2O3.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Стадию синтеза литого полуфабриката методами центробежного СВС-литья проводят путем приготовления реакционной смеси из алюминия, оксида никеля, легирующей и функциональной добавок. Загружают смесь в тугоплавкую форму, покрытую с внутренней поверхности функциональным защитным слоем из тугоплавкого неорганического соединения, размещают форму на роторе центрифуги, воспламененяют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении 60(±10) g. При этом реакционную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, вес.%: оксид никеля - 47,0-49,1; алюминий - 28,6-32,4; легирующая добавка - 13,1-17,9; функциональная добавка - 6,5-7,0. В качестве легирующей добавки используют смесь компонентов Cr2O3 и Hf и B и СО3О4. В легирующею добавку дополнительно вводят компонент MoO3.
Кроме того, в состав исходной экзотерической смеси вводят функциональные добавки Al2O3 и Na3AlF6 с суммарным содержанием не более 7,0% вес.
Последующий этап переработки полуфабриката включает двухстадийный индукционный переплав в защитной инертной атмосфере или в вакууме. На первой стадии проводится рафинирование и дегазированние слитка. На второй стадии осуществляется наномодифицирование сплава путем введения в расплав лигатуры, состоящей из прессованный смеси алюминия с нанопорошком с удельной поверхностью 5-30 м2/г и кускового алюминия, в количестве, обеспечивающем содержание 0,5-7 об.% нанопорошка в расплаве, за 2-3 мин до разливки и его последующей отливки в кристаллизатор заданной геометрии. После чего расплав охлаждают до комнатной температуры и извлекают из кристаллизатора.
Снижение стоимости, уменьшение числа переплавов до двух и использования менее дорогостоящего оксидного сырья при одновременном обеспечении химической чистоты получаемого электрода по содержанию примесей, а именно кислорода менее 0,2%, азота менее 0,01%, углерода менее 0,1% достигается за счет применения энергосберегающей технологии СВС-литья, позволяющей синтезировать в режиме горения высокочистый по примесям полуфабрикат с безликвационной структурой, из которого в дальнейшем возможно получить за один переплав электрод с требуемой структурой и чистотой.
Повышение термостойкости полученного электрода достигается путем введения оптимального количества наночастиц WC, ZrO2, Y2O3, значительно (в 2-3 раза) измельчающих зерно основной фазы NiAl.
Выбор исходной смеси, включающей высокое содержание Al, оксида никеля и легирующих добавок, таких как Cr2O3, Hf, B, Co3O4, MoO3, введение в смесь функциональных добавок Al2O3 и Na3AlF6 для регулирования вязкости шлаковой фазы, установление центробежного ускорения 60(±10) g, что позволяет получать высоколегированные жаропрочные сплавы на основе алюминидов никеля с безликвационной структурой.
Последующий двухстадийный переплав позволяет снизить содержание газовых примесей до значений менее 0,4%, провести наномодифицирование сплава путем введения в расплав лигатуры с наноразмерными частицами и сформировать длиномерные электроды путем разливки сплава в кристаллизатор заданной геометрии.
Введение легирующей добавки позволяет обеспечить
1) твердорастворное (Co, Mo) упрочнение материала матрицы (на основе NiAl);
2) композиционное упрочнение матрицы выделениями на основе комплексного боридного соединения Ni20Al3B6 и CrB с частичным замещением Ni и Cr на Mo;
3) компоненты Hf и B являются структурными модификаторами и оказывают положительное влияние на формирование мелкозернистой, безликвационной структуры разрабатываемых составов.
При содержании компонентов смеси в заявленном интервале и значении перегрузки 60(±10) g формируются беспористые слитки с равномерно распределенными по объему структурными компонентами.
Выбор центробежного ускорения 60(±10) g обусловлен оптимизацией процесса синтеза, направленного на максимально возможное увеличение массы синтезируемого слитка. Интервал значений перегрузки обусловлен суммарным эффектом, направленным на получение максимально возможного объема сжигания с учетом характеристик центробежной установки и максимального выхода (глубины фазоразделения) целевой фазы (металлической) в слиток.
В случае отклонения от заданных интервалов содержания компонентов NiO - 47,0-49,1, Al - 28,6- 2 035488
32,4, легирующей добавки - 13,1-17,9, функциональной добавки - 6,5-7,0, а также воздействия перегрузки ниже (50 g), в синтезированных слитках формируется несплошность, наблюдаемая как на макро, так и на микроуровне. Примеры по обоснованию режимов СВС-центробежного литья и переплава сведены в табл. 1-9.
При суммарном содержании легирующей добавки более 17,9% (пример 7, табл. 2) в структуре сплава образуются многочисленные пластинчатые выделения комплексных моноборидов Mo(V,Cr)B, и керамические включения на основе корунда, что снижает пластичность и жаростойкость полученных материалов. В случае содержания легирующей добавки ниже 13,1% (пример 6, табл. 2) формируется сплав с повышенной хрупкостью, который не может быть использован в двухстадийном переплаве электродов для центробежного распыления гранул.
Комплексное воздействие легирующих и функциональных добавок, а также оптимальный выбор интервала значений центробежного воздействия 60(±10) g на процесс синтеза обеспечивает максимальный выход целевого продукта (сплава) в слиток и формирование безликвационной структуры. При неоптимальном выборе состава и воздействии перегрузки (пример 6,7, табл. 3) наблюдается резкое снижение глубины фазоразделения (до 86-82%), что существенно снижает эффективность заявленного метода получения полуфабриката.
При введении лигатуры, состоящей из прессованной смеси алюминия с нанопорошком, за время менее 2 мин до разливки расплава в кристаллизатор наночастицы не успевают равномерно распределиться по объему расплава, что приводит к структурной неоднородности слитка и большому разбросу зерен по размерам. При увеличении времени нахождения наночастиц в расплаве до более 3 мин до разливки в кристаллизатор происходит их растворение в случае карбидов WC, TaC, NbC или агломерирование в случае оксидов ZrO2, Y2O3, Al2O3, что также не дает требуемого эффекта модифицирования структуры сплава.
При концентрации нанопорошка в расплаве менее 0,5 об.% не происходит заметного модифицирования структуры слитка, а увеличение концентрации нанопорошка более 7 об.% не целесообразно, т.к. возрастает вязкость расплава, ухудшается его текучесть, а дальнейшего измельчения зерен структурных составляющих не происходит.
Экспериментально обоснован также интервал значений удельной поверхности нанопорошка 5-30 м2/г. При удельной поверхности менее 5 м2/г порошки субмикронного размера не оказывают заметного модифицирующего влияния на структуру слитка. Выбор нанодисперсного порошка с удельной поверхностью более 30 м2/г приводит к отрицательному результату по ряду причин: агломерирование наночастиц в случае оксидных соединений либо растворение наночастиц в расплаве в случае карбидных соединений.
Двухстадийный переплав полуфабриката осуществляется в защитной инертной атмосфере или в вакууме для недопущения окисления расплава и увеличения срока службы узлов печи.
Пример 1 (табл. 2 пример 1).
Для получения литого полуфабриката берутся порошки, оксид никеля, оксид молибдена, оксид хрома, оксид кобальта, оксид алюминия, алюминий, гафний и бор. Основные характеристики реагентов приведены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристика исходных веществ и функциональных добавок
№ Вещество Марка ГОСТ/ТУ Размер частиц, мкм Химический состав, %
Основные исходные компоненты
1 NiO осч ТУ 6-0902439-87 <40 99,0
2 Al ПА-4 ГОСТ 60-58- 73 <140 98,0
Легирующая добавка
3 МоОз чда ТУ 6-09-4471- 77 <40 99,0
4 Сг20з ч ТУ 6-09-4272- 84 <20 99,0
5 СО3О4 КО-1 ГОСТ 18671- 73 <60 Со > 72,5
7 Hf ΓΦΜ-Ι ту 48-4-17685 - -
8 В Термобор СВС-М ТУ 88-1.134- 89 - В>82,2
Функциональная добавка
9 Электрокорунд (А12О3) - Белый 25А, F 320 ГОСТ 28818- 90 16-49 98-99
- 3 035488
10 Na3AlF6 КП ГОСТ 10561- 80 - -
Реакционная смесь готовится при следующем соотношении компонентов, вес.%: оксид никеля 47,5; алюминий - 32,4; легирующая добавка - 13,1; функциональная добавка - 7,0. В качестве легирующей добавки используются порошки, вес.%: MoO3 - 0,6, Cr2O3 - 5,4, СО3О4 - 5,7, Hf - 1,3, B - 0,1. В качестве функциональной добавки используются порошки, вес.%: Al2O3 - 6,4 и Na3AlF6 - 0,6.
Готовая смесь помещается в графитовую форму, покрытую с внутренней поверхности защитным огнеупорным слоем из тугоплавкого неорганического соединения на основе корунда. Форма размещается на роторе центрифуги, смесь локально воспламеняется с помощью вольфрамовой спирали и осуществляется синтез в режиме горения при центробежном ускорении 70 g.
После завершения процесса СВС продукт охлаждается и извлекается из формы. Продукт представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор (шлак) на основе корунда, нижний слой - целевой продукт (представляет собой жаропрочный сплав на основе алюминидов никеля). Выход целевого продукта (сплава на основе алюминидов никеля) составляет 98% от расчетного значения. Размер зерна основной фазы NiAl составляет 10-20 мкм. Синтезированный сплав содержит в своем составе, вес.%: никель - 58,8; алюминий - 27,0; молибден - 0,7; хром - 5,8; кобальт - 6,6; бор - 0,1; гафний - 1,0. Содержание газовых примесей составляет вес.%: кислород - 0,110, азот- 0,0012, углерод - 0,078. Размер зерна основной фазы NiAl составляет 10-20 мкм.
Для переработки полуфабриката проводится двухстадийный переплав в защитной инертной атмосфере. На первой стадии переплава осуществляется рафинирующий переплав полуфабриката в индукционной печи путем плавки в периклазовом тигле при температуре 1680-1700°С в атмосфере аргона марки ВЧ (99,995% Ar), которым заполняется камера индукционной печи после откачки до диффузионного вакуума (10-5 Па), при давлении 0,95x105 Па. Скорость индукционного нагрева составляет 150±30°С/мин. Для удаления газообразных примесей полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 мин. Разливка полученного расплава производится при включенном индукторе в графитовый тигель диметром 50-100 мм, предварительно установленный в камере печи, в котором происходит кристаллизация слитка. По окончании процесса разливки индуктор отключается. Охлаждение полученного слитка из жаропрочного сплава на основе NiAl осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч.
На второй стадии переплава проводится гомогенизирующий индукционный переплав полученного слитка с дополнительным легированием кусковым алюминием марки А99 (для компенсации алюминия, испарившегося при рафинирующем переплаве) и порошковыми лигатурами на основе алюминия с наноразмерными частицами WC. Лигатуры добавляются в расплав через вакуумный затвор в камере печи в количестве, обеспечивающем 1 об.% нанопорошка и 26,3±0,5% алюминия в составе сплава. Получение смесей для изготовления лигатуры осуществляется в планетарной шаровой мельнице с гравитационным фактором не менее 90 g путем смешивания алюминиевого порошка марки ПА-4 с наноразмерными частицами в соотношении 3:1 по массе, диаметр размольных тел 3-5 мм, соотношение масс шары:материал=10:1, время обработки 5 мин. Компактная порошковая лигатура получается холодным прессованием в стальной пресс-форме диаметром 20-50 мм при нагрузке 3-5 т/см2, что обеспечивает относительную плотность на уровне 0,7-0,9.
Переплав осуществляется при следующих условиях: давление Ar - 0,95x105 Па, температура - 16801700°С, скорость нагрева - 150±30°С/мин. С целью гомогенизации полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 2 мин, что обеспечивает равномерное распределение наномодификатора по объему сплава. Разливка полученного расплава проводится при включенном индукторе в графитовый тигель диаметром 50-100 мм с теплоизолированной прибыльной частью высотой 15-25% от высоты электрода. Охлаждение полученного электрода осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч. После охлаждения электрод извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы, а прибыльная часть отрезается.
Полученный электрод содержит в своем составе, вес.% (табл. 4): никель - 57,0; алюминий - 26,5; молибден - 0,7; хром - 5,6; кобальт - 6,4; бор - 0,1; гафний - 1, нанофаза WC - 2,66.
Полученный электрод испытывается на термостойкость по следующей методике. Электрод размещается в предварительно нагретую до температуры 1000°С муфельную печь, выдерживается в ней в течение 20 мин, после чего он извлекается из печи на футерованную шамотом поверхность, на которой охлаждается на воздухе до комнатной температуры. После этого электрод повторно выдерживается в течение 20 мин в печи при 1000°С, далее он извлекается из печи и охлаждается на воздухе до комнатной температуры. Испытания на термическую стойкость по циклу нагрев-охлаждение проводятся до момента обнаружения расслойных трещин. Удовлетворительным считается количество циклов более 10, что позволяет прогнозировать достаточную стойкость к термическому удару при плазменном центробежном распылении.
Содержание примесей: кислород - 0,132%, азот - 0,006%, углерод - 0,082%. Размер зерна основной фазы NiAl = 40-50 мкм, остаточная пористость = 0,5%, термостойкость составила 22 циклов, раковины и
- 4 035488 расслои не обнаружены.
Пример 2 (табл. 2, пример 3).
Для синтеза литого полуфабриката по аналогии с примером 1 готовят реакционную смесь при следующем соотношении компонентов, вес.%: оксид никеля - 49,1; алюминий - 30,5; легирующая добавка 13,6; функциональная добавка - 6,8. В качестве легирующей добавки используются порошки, вес.%: MoO3 - 5,8, Cr2O3 - 3,6, Co3O4 - 2,7, Hf - 1,2, B -0,3. В качестве функциональной добавки используются порошки, вес.%: Al2O3 - 5,0 и Na3AlF6 - 1,8.
Готовая смесь помещается в графитовой форме, покрытой с внутренней поверхности функциональным защитным слоем из тугоплавкого неорганического соединения на основе корунда. Форма размещается на роторе центрифуги, смесь локально воспламеняется с помощью вольфрамовой спирали, и проводится синтез в режиме горения при центробежном ускорении 60 g.
После завершения процесса горения продукт синтеза охлаждается и извлекается из формы. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор (шлак) на основе корунда, нижней слой - целевой продукт представляет собой жаропрочный сплав на основе алюминидов никеля. Выход целевого продукта сплава на основе алюминидов никеля составляет 95% от расчетного значения. Синтезированный сплав содержит в своем составе, вес.%: никель - 62,0; алюминий - 23,3; молибден - 6,2; хром - 3,9; кобальт - 3,2; бор - 0,4; гафний - 1,0. Содержание газовых примесей составляет, вес.%: кислород - 0,130, азот - 0,0013, углерод - 0,085. Размер зерна основной фазы NiAl составляет 30-40 мкм.
Для переработки полуфабриката по аналогии с примером 1 проводится двухстадийный переплав в защитной инертной атмосфере. На первой стадии осуществляется рафинирующий переплав полуфабриката в индукционной печи путем плавки в периклазовом тигле при температуре 1680-1700°С в атмосфере аргона марки ВЧ (99,995% Ar), которым заполняется камера индукционной печи после откачки до диффузионного вакуума (10-5 Па), при давлении 0,95x105 Па. Скорость индукционного нагрева составляет 150±30°С/мин. Для удаления газообразных примесей полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 мин. Разливка полученного расплава производится при включенном индукторе в графитовый тигель диметром 50-100 мм, предварительно установленный в камере печи, в котором происходит кристаллизация слитка. По окончании процесса разливки индуктор отключается. Охлаждение полученного слитка из жаропрочного сплава на основе NiAl осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч.
На второй стадии осуществляется гомогенизирующий индукционный переплав полученного слитка с дополнительным легированием кусковым алюминием марки А99 для компенсации испарившегося при рафинирующем переплаве алюминия и порошковыми лигатурами на основе алюминия с наноразмерными частицами ZrO2. Лигатуры добавляются в расплав через вакуумный затвор в камере печи в количестве, обеспечивающем 3 об.% нанопорошка и 26,1±0,5% алюминия в составе сплава. Получение смесей для изготовления лигатуры осуществляется в планетарной шаровой мельнице с гравитационным фактором не менее 90 g путем смешивания алюминиевого порошка марки ПА-4 с наноразмерными частицами в соотношении 3:1 по массе, диаметр размольных тел 3-5 мм, соотношение масс шары:материал=10:1, время обработки 5 мин. Компактная порошковая лигатура получается холодным прессованием в стальной пресс-форме диаметром 20-50 мм при нагрузке 3-5 т/см2, что обеспечивает относительную плотность на уровне 0,7-0,9. Переплав осуществляется при следующих условиях: давление Аг - 0,95x105 Па, температура - 1680-1700°С, скорость нагрева - 150±30°С/мин.
С целью гомогенизации полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 мин, что обеспечивает равномерное распределение наномодификатора по объему сплава. Разливка полученного расплава проводится при включенном индукторе в графитовый тигель диаметром 50-100 мм с теплоизолированной прибыльной частью высотой 15-25% от высоты электрода. Охлаждение полученного электрода осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч. После охлаждения электрод извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы, а прибыльная часть отрезается.
Полученный электрод содержит в своем составе, вес.%: никель- 56,9; алюминий - 25,7; молибден 6,1; хром - 3,8; кобальт - 3,1; бор - 0,4; гафний - 1; нанофаза - 2,9.
Содержание примесей: кислород - 0,987%, азот - 0,09%, углерод - 0,121%. Размер зерна основной фазы NiAl=10-20 мкм, остаточная пористость=0,5%, термостойкость=18 циклов, раковины и расслои не обнаружены.
Пример 3 (табл. 2, пример 5).
Для синтеза литого полуфабриката (по аналогии с примером 1) готовят реакционную смесь при следующем соотношении компонентов, вес.%: оксид никеля - 47,0; алюминий - 28,6; легирующая добавка - 17,9; функциональная добавка - 6,5. В качестве легирующей добавки используются порошки, вес.%: MoO3 - 12,4, Cr2O3 - 2,9, Co3O4 - 0,3, Hf - 1,1, B - 1,2. В качестве функциональной добавки используются порошки, вес.%: Al2O3 - 3,5 и Na3AlF6 - 3,0.
Готовая смесь помещается в графитовой форме, покрытой с внутренней поверхности функциональным защитным слоем из тугоплавкого неорганического соединения на основе корунда. Форма размеща- 5 035488 ется на роторе центрифуги, смесь локально воспламеняется с помощью вольфрамовой спирали, и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении 50 g.
После завершения процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают из формы. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор (шлак) на основе корунда, нижней слой - целевой продукт (представляет собой жаропрочный сплав на основе алюминидов никеля). Выход целевого продукта (сплава на основе алюминидов никеля) составляет 94,0% от расчетного значения. Синтезированный сплав содержит в своем составе (табл. 3) вес.%: никель - 61,4; алюминий 16,6; молибден - 15,8; хром - 3,2; кобальт - 0,3; бор - 1,7; гафний - 1,0. Содержание газовых примесей составляет, вес.%: кислород - 0,17, азот - 0,0017, углерод - 0,098. Размер зерна основной фазы NiAl составляет 40-50 мкм.
Для переработки полуфабриката (по аналогии с примером 1) проводится двухстадийный переплав в защитной инертной атмосфере. На первой стадии осуществляется рафинирующий переплав полуфабриката в индукционной печи путем плавки в периклазовом тигле при температуре 1680-1700°С в атмосфере аргона марки ВЧ (99,995% Ar), которым заполняется камера индукционной печи после откачки до диффузионного вакуума (10-5 Па), при давлении 0,95x105 Па. Скорость индукционного нагрева составляет 150±30°С/мин. Для удаления газообразных примесей полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 мин. Разливка полученного расплава производится при включенном индукторе в графитовый тигель диаметром 50-100 мм, предварительно установленный в камере печи, в котором происходит кристаллизация слитка. По окончании процесса разливки индуктор отключается. Охлаждение полученного слитка из жаропрочного сплава на основе NiAl осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч.
На второй стадии осуществляется гомогенизирующий индукционный переплав полученного слитка с дополнительным легированием кусковым алюминием марки А99 (для компенсации испарившегося при рафинирующем переплаве алюминия) и порошковыми лигатурами на основе алюминия с наноразмерными частицами Y2O3. Лигатуры добавляются в расплав через вакуумный затвор в камере печи в количестве, обеспечивающем 5 об.% нанопорошка и 25,4±0,5% алюминия в составе сплава. Получение смесей для изготовления лигатуры осуществляется в планетарной шаровой мельнице с гравитационным фактором не менее 90 g путем смешивания алюминиевого порошка марки ПА-4 с наноразмерными частицами в соотношении 3:1 по массе, диаметр размольных тел 3-5 мм, соотношение масс шары:материал=10:1, время обработки 5 мин. Компактная порошковая лигатура получается холодным прессованием в стальной пресс-форме диаметром 20-50 мм при нагрузке 3-5 т/см2, что обеспечивает относительную плотность на уровне 0,7-0,9. Переплав осуществляется при следующих условиях: давление Аг - 0,95x105 Па, температура - 1680-1700°С, скорость нагрева - 150±30°С/мин.
С целью гомогенизации полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 2,5 мин, что обеспечивает равномерное распределение наномодификатора по объему сплава. Разливка полученного расплава проводится при включенном индукторе в графитовый тигель диаметром 50-100 мм с теплоизолированной прибыльной частью высотой 15-25% от высоты электрода. Охлаждение полученного электрода осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч. После охлаждения электрод извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы, а прибыльная часть отрезается.
Полученный электрод содержит в своем составе, вес.%: никель - 49,4; алюминий - 25,7; молибден 14,6; хром - 3,1; кобальт - 0,3; бор- 1,6; гафний - 1, нанофаза (Y2O3) - 4,3.
Содержание примесей, вес.%: кислород - 0,974, азот - 0,022, углерод - 0,096%. Размер зерна основной фазы NiAl=10-20 мкм, остаточная пористость=1,2%, термостойкость=14 циклов, раковины и расслои не обнаружены.
- 6 035488
Таблица 2
Примеры в рамках заявленных концентраций исходных реагентов
№ При мер а Состав реакционной смеси компонентов, вес.% Велич ина перегр узки, g
Основные компоненты Легирующая добавка (ЛД) Функциональ ная добавка (ФД)
Оксид Ni Al Оке ид Мо Оке ид Сг Оке ид Со Гафн ИЙ в Оксид А1 Криол ИТ (Na3[ АВД)
1 47,5 32,4 Общая доля ЛЛ из них: Ь13,1, Общая доля ФД - 7,0 из них: 70
0,6 | 5,4 5,7 1,3 0,1 6,4 0,6
2 47,6 31,9 Общая доля ЛД - 13,6 , из них: Общая доля ФД - 6,9 из них: 65
3,0 4,3 5,0 1,2 0,1 5,7 1,2
3 49,1 30,5 Общая доля ЛД - 13,6 , из них: Общая доля ФД - 6,8 из них: 60
5,8 | 3,6 2,7 1,2 0,3 5,0 1,8
4 48,6 29,5 Общая доля ЛД - 15,2 , из них: Общая доля ФД - 6,7 из них: 55
9,4 | 3,5 0,5 1,1 0,7 4,3 2,4
5 47,0 28,6 Общая доля ЛД - 17,9 , из них: Общая доля ФД - 6,5 из них: 50
12,4 | 2,9 0,3 1,1 1,2 3,5 3,0
Примеры за рамками заявленных концентраций исходных реагентов.
6 49,3 34,5 Общая доля ЛД - 11,7 , из них: Общая доля ФД - 4,5, из них: 45
- 1 ±7 6,0 - - 3,9 0,6
7 46,2 26,2 Общая доля ЛД - 18,9 , из них: Общая доля ФД - 8,7, из них: 75
14,0 | 1,8 0,3 1,1 1,7 7,6 1,1
- 7 035488
Состав и свойства синтезированных сплавов по примерам, представленным в табл. 2.
Таблица 3
Примеры в рамках заявленных концентраций исходных реагентов.
№ Пр им ер а Состав полуфабриката, мас.% Выход в СЛИТОК ОТ расчетно го значения, .% Размер зерна ОСНОВНО й фазы NiAl, мкм Содержани е основных примесей, мас.%
Ni А1 Сг Мо Со Hf В
1 58,8 27 5,8 0,7 6,6 1 0,1 98 10-20 О2-0,110 N2-0,0012 С- 0,078
2 59,6 25,6 4,6 3,2 5,8 1 0,2 96 20-30 О2-0,123 N2-0,0013 С-0,083
3 62 23,3 3,9 6,2 3,2 1 0,4 95 30-40 О2-0,130 N2-0,0013 С-0,085
4 62,4 20,9 3,9 10,2 0,6 1 1 94,4 40-45 О2-0,165 N2-0,0013 С- 0,092
5 61,4 16,6 3,2 15,8 0,3 1 1,7 94 40-50 О2-0,170 N2-0,0017 С- 0,098
Примеры за рамками заявленных концентраций исходных реагентов.
6 59 28,3 6 0 6,7 0 0 82 20-30 О2-0,210 N2-0,031 С-0,119
7 62,4 15,8 2,2 16 0,3 0,9 2,4 86 Фаза отсутству ет О2-0,360 N2-0,032 С-0,145
В табл. 4 приведены составы и свойства электродов, полученных путем двухстадийного переплава СВС-полуфабриката по примеру 1 табл. 3, при использовании нанопорошка WC с удельной поверхностью 16 м2/г, времени до разливки 2,5 мин.
- 8 035488
Таблица 4
Примеры в рамках заявленных концентраций наномодификатора WC
№ Пр им ер а Состав модифицированного электрода.% Размер зерна основн ой фазы NiAl, мкм Термост ойкость, количес тво циклов Содержа ние основных примесей мас.%
Ni Al Cr Mo Co Hf В w c, % об.
1 57,6 26,8 5,7 0,8 6,7 1,0 0,1 0,5 50-60 17 О2-0,121 N2-0,004 С- 0,079
2 57,0 26,5 5,6 0,7 6,4 1,0 0,1 1,0 40-50 22 О2-0,132 N2-0,006 С-0,082
3 55,7 25,6 5,5 0,7 6,3 0,9 0,1 2,0 30-40 28 О2-0,146 N2-0,007 С- 0,087
4 54,5 24,8 5,4 0,6 6,1 0,8 0,1 3,0 20-30 35 О2-0,152 N2-0,012 С- 0,090
5 51,3 23,9 5,2 0,5 5,8 0,8 0,1 5,0 20-30 46 О2-0,164 N2-0,019 С-0,092
6 48,7 22,4 4,9 0,6 5,7 0,8 0,1 7,0 20-30 59 О2-0,178 N2-0,021 С- 0,096
Примеры за рамками заявленных концентраций наномодификато] paWC.
7 58,3 27,0 5,9 0,7 6,5 1,0 0,1 0,2 120- 150 3 О2- 0,252 N2-0,004 С- 0,080
8 46,1 21,4 4,7 0,6 5,3 0,8 0,1 9,0 20-30 10 О2-0,610 N2-0,051 С-0,131
В табл. 5 приведены составы и свойства электродов, полученных путем двухстадийного переплава СВС-полуфабриката по примеру 1 табл. 3, удельная поверхность нанопорошка ZrO2 18 м2/г, время до разливки 2,5 мин.
- 9 035488
Таблица 5
Примеры в рамках заявленных концентраций наномодификатора ZrO2
№ Пр им ер а Состав модифицированного электрода .% Размер зерна основн ой фазы NiAl, мкм Термосто йкость, количест во циклов Содержа ние основны X примесе й, мас.%
Ni А1 Сг Мо Со Hf В Zr О2, % об.
1 58, 2 27, 1 5,8 0,7 6,7 1,0 0,1 0,5 20-30 35 о20,144 n20,004 С- 0,078
2 58, 4 26, 6 5,8 0,7 6,5 1,0 0,1 0,75 20-30 39 Ο,Ο,193 n20,007 С- 0,079
3 58, 1 26, 9 5,9 0,7 6,7 1,0 0,1 1,0 10-20 43 о20,252 n20,007 С- 0,082
4 57, 3 26, 1 5,5 0,7 6,5 1,0 0,1 3,0 10-20 47 о20,787 n20,008 С- 0,089
5 55, 5 25, 9 5,6 0,7 6,5 1,0 0,1 5,0 10-20 49 021,293 n20,009 С-0,094
6 54, 9 25, 3 5,4 0,6 6,2 0,8 0,1 7,0 10-20 52 о21,790 n20,011 С-0,096
П римеры за рамками заявленных концентраций наномодификато) за ZrO2.
7 58, 4 27, 2 5,8 0,7 6,7 1,0 0,1 0,2 НОВО 2 θ2 0,286
Ν2— 0,004 С- 0,080
8 53, 5 24, 7 5,4 0,6 6,0 0,9 0,1 9,0 10-20 11 о22,295 ν20,058 С-0,129
В табл. 6 приведены составы и свойства электродов, полученных путем двухстадийного переплава СВС-полуфабриката по примеру 1 табл. 3, удельная поверхность нанопорошка Y2O3 21 м2/г, время до разливки 2,5 мин.
- 10 035488
Таблица 6
Примеры в рамках заявленных концентраций наномодификатора Y2O3
№ Пр им ер а Состав модифицированного электрода .% Размер зерна основы ой фазы NiAl, мкм Термост ойкость, количес тво циклов Содержа ние основных примесей мас.%
Ni Al Сг Мо Со Hf В Y2 Оз, % об.
1 58, 7 27, 0 5,6 0,7 6,6 1,0 0,1 0,5 25-35 34 О2-0,131 N2-0,004 С-0,081
2 58, 4 26, 8 5,7 0,7 6,7 1,0 0,1 0,75 20-30 38 О2-0,163 N2-0,005 С-0,081
3 58, 2 26, 9 5,8 0,7 6,5 1,0 0,1 1,0 10-20 43 О2-0,195 N2-0,007 С-0,084
4 56, 9 26, 5 5,8 0,7 6,5 1,0 0,1 3,0 10-20 48 О2-0,572 N2-0,009 С-0,087
5 56, 7 25, 4 5,7 0,7 6,2 1,0 0,1 5,0 10-20 49 О2-0,944 N2-0,012 С-0,091
6 55, 0 25, 6 5,4 0,7 6,3 0,9 0,1 7,0 10-20 45 О2-1,315 N2-0,014 С-0,093
Приме] эы за рамками заявленных концентраций наномодификатора Y2O3
6 58, 6 27, 1 5,8 0,7 6,6 1,0 0,1 0,2 120- 140 3 О2-0,252 N2-0,006 С-0,081
7 54, 6 24, 7 5,2 0,6 6,1 0,9 0,1 9,0 10-20 8 О2- 1,992 N2-0,062 С-0,126
В табл. 7-8 приведены составы и свойства электродов, полученных путем двухстадийного переплава СВС-полуфабриката по примеру 1 табл. 3, при удельной поверхности нанодобавки WC 16 м2/г (табл. 7), нанодобавки ZrO2 18 м2/г (табл. 8).
- 11 035488
Таблица 7
Примеры в рамках заявленного времен! кристаллизатор, в случае лигату i до разливки расплава в ры (Al+WCHano)
№ Пр им ер а Состав модифицированного электрода, % Время ДО разли вки, мин Термост ойкость, количес тво циклов Разброс зерен основной фазы NiAl по слитку, мкм
Ni Al Cr Mo Co Hf В w c, % об.
1 55, 7 25, 6 5,5 0,7 6,3 0,9 0,1 2,0 2,0 21 30-50
2 55, 8 25, 5 5,5 0,7 6,3 0,9 0,1 2,0 2,5 25 30-40
3 55, 9 25, 4 5,5 0,7 6,3 0,9 0,1 2,0 3,0 19 30-50
Примеры за рамками заявленного времени до разливки расплава в кристаллизатор, в случае лигатуры (Al+WCnaHo)
7 55, 7 25, 6 5,5 0,7 6,3 0,9 0,1 2,0 1,0 5 30-150
8 56, 0 25, 3 5,5 0,7 6,3 0,9 0,1 2,0 5,0 2 120-150
Таблица 8
Примеры в рамках заявленного времени до разливки расплава в кристаллизатор, в случае лигатуры (Α1+ΖγΟ2ηβηο)
№ Пр им ер а Состав модифицированного электрода,% Время ДО разли вки, мин Термост ойкость, количес тво циклов Разброс зерен основной фазы NiAl по слитку, мкм
Ni Al Cr Mo Co H f ZrO2 в ,% об.
1 58, 1 26, 9 5,9 0,7 6,7 1, 0 0,1 1 2,0 35 10-30
2 58, 2 26, 7 5,9 0,7 6,7 1, 0 0,1 1 2,5 41 10-20
3 58, 4 26, 6 5,9 0,7 6,7 I, 0 0,1 1 3,0 37 10-30
Примеры за рамками заявленного времени до разливки расплава в кристаллизатор,
г» vjij лш aij pm ι z-/i ν2παπυ j
7 58, 1 26, 9 5,9 0,7 6,7 1,0 ο,ι 1 1,0 5 20-150
8 58, 7 26, 3 5,9 0,7 6,7 1,0 o,l 1 6,0 2 120-150
В табл. 9-10 приведены составы и свойства электродов, полученных путем двухстадийного переплава СВС-полуфабриката по примеру 1 табл. 3, при времени до разливки расплава в кристаллизатор 2,5 мин.
Таблица 9
Примеры в рамках заявленных интервалов значений удельной поверхности нанопорошка WC
№ Пр им ер а Состав модифицированного электрода.% Удель ная повер хност ь WC, м2/г Термос тойкос ть, количе ство циклов Размер зерна основной фазы NiAl, мкм
Ni Al Cr Mo Co Hf В WC, % об.
- 12 035488
1 51, 3 23, 9 5,2 0,5 5,8 0,8 0,1 5 5 34 10-30
2 51, 4 23, 8 5,2 0,5 5,8 0,8 0,1 5 16 46 10-20
3 51, 7 23, 5 5,2 0,5 5,8 0,8 0,1 5 30 37 20-30
Примеры за рамками заявленных интервалов значений удельной поверхности нанопорошка WC
7 51, 4 23, 8 5,2 0,5 5,8 0,8 0,1 5 2 4 80-100
8 51, 5 23, 7 5,2 0,5 5,8 0,8 0,1 5 58 3 90-120
Таблица 10
Примеры в рамках заявленных интервалов значений удельной поверхности нанопорошка Y2O3
№ Пр им ер а Состав модифицированного электрода.% Удел ьная пове рхно сть Y2O3 , м2/г Термос тойкос ть, количе ство циклов Размер зерна основной фазы NiAl, МКМ
Ni Al Cr Mo Co Hf в Y2O3, % 06.
1 56, 9 26, 5 5,8 0,7 6,5 1,0 0,1 3 5 38 20-30
2 57, 1 26, 3 5,8 0,7 6,5 1,0 0,1 3 21 49 10-20
3 57, 2 26, 2 5,8 0,7 6,5 1,0 0,1 3 30 32 20-30
Примеры за рамками заявленных интервалов значений удельной поверхности нанопорошка Y2O3
7 57, 1 26, 3 5,8 0,7 6,5 1,0 0,1 3 3 4 70-90
8 57, 0 26, 4 5,8 0,7 6,5 1,0 0,1 3 46 2 80-110
Таким образом, заявляемая в формуле совокупность признаков позволяет получать литые электроды из высоколегированных наномодифицированных сплавов на основе алюминидов никеля, которые могут быть использованы для плазменного центробежного распыления гранул и последующего применения их в аддитивных 3D-технологиях сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов.
Пример получения электрода известным способом по прототипу (CN 100497700).
Готовится шихта из высокочистых компонентов в виде плавленых прутков и слитков с содержанием основного компонента не ниже 99,999% в количестве, вес.%: никель - 58,8; алюминий - 27,0; молибден - 0,7; хром - 5,8; кобальт - 6,6; бор - 0,1; гафний - 1,0.
Для переработки проводится трехстадийный переплав в защитной инертной атмосфере. На первой стадии осуществляется рафинирующий переплав шихты в индукционной печи путем плавки в периклазовом тигле при температуре 1680-1700°С в атмосфере аргона марки ВЧ (99,995% Ar), которым заполняется камера индукционной печи после откачки до диффузионного вакуума (10-5 Па), при давлении 0,95x105 Па. Скорость индукционного нагрева составляет 150±30°С/мин. Для удаления газообразных примесей полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 мин. Разливка полученного расплава производится при включенном индукторе в графитовый тигель диметром 50-100 мм, предварительно установленный в камере печи, в котором происходит кристаллизация слитка. По окончании процесса разливки индуктор отключается. Охлаждение полученного слитка осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч.
На второй стадии проводится первый гомогенизирующий индукционный переплав полученного слитка с дополнительным легированием кусковым алюминием марки А99 (для компенсации алюминия, испарившегося при рафинирующем переплаве). Переплав осуществляется при давлении Ar 0,95x105 Па, температуре 1680-1700°С, скорости нагрева 150±30°С/мин. С целью гомогенизации полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 2 мин. Разливка полученного расплава проводится при включенном индукторе в графитовый тигель диаметром 50-100 мм. Охлаждение полученного слитка осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч. После охлаждения слиток извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы.
- 13 035488
На третьей стадии проводится второй гомогенизирующий индукционный переплав полученного слитка при давлении Ar 0,95x105 Па, температуре 1680-1700°С, скорости нагрева 150±30°С/мин. Расплав выдерживается при достигнутой температуре в течение 2 мин. Разливка полученного расплава проводится при включенном индукторе в графитовый тигель диаметром 50-100 мм с теплоизолированной прибыльной частью высотой 15-25% от высоты электрода. Охлаждение полученного слитка электрода осуществляется в камере индукционной печи в атмосфере аргона в течение 3-5 ч. После охлаждения электрод извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы, а прибыльная часть отрезается. Внешний вид электрода аналогичен фиг. 10. Полученный сплавленный электрод содержит в своем составе заданное количество легирующих компонентов, вес.%: никель - 58,8; алюминий 27,0; молибден - 0,7; хром - 5,8; кобальт - 6,6; бор - 0,1; гафний - 1,0. Содержание примесей, вес.%: кислород - 0,105, азот - 0,008, углерод - 0,063, остаточная пористость=0,4%, термостойкость=5 циклов, раковины и расслои не обнаружены. Способ-прототип обеспечивает высокую химическую чистоту и однородность электрода, хотя размер зерна основной фазы NiAl достигает 250-280 мкм.
В сравнении с предложенным способом наличие трех стадий переплава повышает в 1,4 раза энергозатраты, а использование для зашихтовки высокочистых компонентов увеличивает себестоимость электрода в целом более чем в 1,5 раза. При этом электрод из крупнозернистого сплава обладает меньшей термостойкостью и в процессе центробежного распыления имеется высокая вероятность его разрушения.
Таким образом, заявляемая в формуле совокупность признаков позволяет получать литые электроды из высоколегированных наномодифицированных сплавов на основе алюминидов никеля, которые могут быть использованы для центробежного распыления и последующего применения в аддитивных 3D-технологиях сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов.

Claims (7)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ получения электродов из сплава на основе алюминида никеля, включающий получение полуфабриката методом центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси при следующем соотношении компонентов, вес.%:
    оксид никеля - 47,0-49,1;
    алюминий - 28,6-32,4;
    легирующая добавка - 13,1-17,9;
    функциональная добавка, вводимая для регулирования вязкости шлаковой фазы - 6,5-7,0, и последующий двухстадийный переплав полуфабриката с получением на первой стадии рафинированого дегазированного слитка, а на второй стадии - электрода из наномодифицированного сплава, при этом на второй стадии в расплав вводят лигатуру, состоящую из прессованной смеси алюминия с нанопорошком с удельной поверхностью 5т30 м2/г и кускового алюминия, за 2-3 мин до его разливки в кристаллизатор в количестве, обеспечивающем содержание 0,5-7 об.% нанопорошка в расплаве, с последующим охлаждением до комнатной температуры и извлечением из кристаллизатора.
  2. 2. Способ по п.1, в котором центробежное СВС-литье осуществляется путем размещения реакционной смеси в тугоплавкой форме, покрытой с внутренней поверхности функциональным защитным слоем из тугоплавкого неорганического соединения, установки формы на центрифуге, воспламенения смеси, проведения процесса СВС при центробежном ускорении 60(±10) g и отделения синтезированного интерметаллидного литого сплава от шлака.
  3. 3. Способ по п.1, в котором в качестве легирующей добавки используют смесь компонентов Cr2O3 и Hf и В и Co3O4.
  4. 4. Способ по п.3, в котором в легирующую добавку дополнительно вводят компонент MoO3.
  5. 5. Способ по п.1, в котором в качестве функциональной добавки используют смесь компонентов A2O3 и \a3AlF...
  6. 6. Способ по п.1, в котором двухстадийный переплав полуфабриката осуществляется в защитной инертной атмосфере или в вакууме.
  7. 7. Способ по п.1, в котором в качестве нанопорошка используется порошок WC, или TaC, или NbC, или ZrO2, или Y2O3, или Al2O3.
EA201800040A 2015-07-23 2016-07-19 Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля EA035488B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130329A RU2607857C1 (ru) 2015-07-23 2015-07-23 Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля
PCT/RU2016/000450 WO2017014675A1 (en) 2015-07-23 2016-07-19 A method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201800040A1 EA201800040A1 (ru) 2018-10-31
EA035488B1 true EA035488B1 (ru) 2020-06-24

Family

ID=57834330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201800040A EA035488B1 (ru) 2015-07-23 2016-07-19 Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN107848034B (ru)
EA (1) EA035488B1 (ru)
RU (1) RU2607857C1 (ru)
WO (1) WO2017014675A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756045C1 (ru) * 2020-10-13 2021-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644702C1 (ru) * 2017-04-25 2018-02-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля
SK288792B6 (sk) * 2018-07-12 2020-11-03 Ustav Materialov A Mech Strojov Sav Spôsob kontrolovaného legovania intermetalických zliatin γ-TiAl uhlíkom v priebehu vákuového indukčného tavenia v grafitových téglikoch
US11424442B2 (en) 2019-12-06 2022-08-23 GM Global Technology Operations LLC Methods of forming prelithiated silicon alloy electroactive materials
US11753305B2 (en) 2021-09-13 2023-09-12 GM Global Technology Operations LLC Methods of producing pre-lithiated silicon oxide electroactive materials comprising silicides and silicates

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004028726A1 (en) * 2002-09-25 2004-04-08 University Of Rochester Method and apparatus for the manufacture of high temperature materials by combustion synthesis and semi-solid forming
RU2354501C1 (ru) * 2007-09-21 2009-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана
CN100497700C (zh) * 2007-10-19 2009-06-10 北京航空航天大学 一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物
RU2534325C1 (ru) * 2013-07-29 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук Способ получения жаропрочных сплавов

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2032496C1 (ru) * 1993-02-19 1995-04-10 Московский институт стали и сплавов Способ получения алюминидов переходных металлов
CN101402100A (zh) * 2008-11-04 2009-04-08 安徽省鑫源达有色金属材料有限公司 一种镍铝复合带的制备方法
CN101576178B (zh) * 2009-06-17 2011-01-05 重庆理工大学 金属陶瓷复合管的制作方法
CN102357653A (zh) * 2011-11-14 2012-02-22 江苏银宇模具材料有限公司 纳米颗粒增强模具钢制备工艺
CN102864323B (zh) * 2012-09-25 2014-07-02 中国科学院金属研究所 一种结构可控的Ni-Al合金多孔材料制备方法
CN104319398B (zh) * 2014-10-23 2016-10-19 中国计量学院 一种聚合物包覆镍铝合金/硫复合电极材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004028726A1 (en) * 2002-09-25 2004-04-08 University Of Rochester Method and apparatus for the manufacture of high temperature materials by combustion synthesis and semi-solid forming
RU2354501C1 (ru) * 2007-09-21 2009-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана
CN100497700C (zh) * 2007-10-19 2009-06-10 北京航空航天大学 一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物
RU2534325C1 (ru) * 2013-07-29 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук Способ получения жаропрочных сплавов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756045C1 (ru) * 2020-10-13 2021-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама

Also Published As

Publication number Publication date
EA201800040A1 (ru) 2018-10-31
CN107848034A (zh) 2018-03-27
RU2607857C1 (ru) 2017-01-20
CN107848034B (zh) 2019-11-15
WO2017014675A1 (en) 2017-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA035488B1 (ru) Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля
KR101264219B1 (ko) 마그네슘계 합금 및 그 제조방법
AU2015376067B2 (en) Processes for producing nitrogen, essentially nitride-free chromuim and chromium plus niobium-containing nickel-based alloys and the resulting chromium and nickel-based alloys
CN107641744B (zh) 一种铝合金精炼方法
Gao et al. Physical erosion of yttria crucibles in Ti–54Al alloy casting process
CN103122431A (zh) 一种长周期结构相增强的镁锂合金及其制备方法
CN100462462C (zh) 高强高韧7055铝合金的制备方法
CN110819839A (zh) 一种高熵合金增强的镁基复合材料及其制备方法
WO2018228142A1 (zh) 基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备钛合金的方法
RU2618038C2 (ru) Способ получения жаропрочного сплава на основе ниобия
US10494698B1 (en) Methods for making zirconium based alloys and bulk metallic glasses
US20210254194A1 (en) Preparation method for magnesium matrix composite
EA018035B1 (ru) Способ получения изделий из титановых сплавов
RU2398905C1 (ru) Способ получения жаропрочных никелевых сплавов путем переработки металлических отходов
CN110904363A (zh) Abx合金的制备方法
CN102517464A (zh) 原位自生颗粒增强钛基复合材料的制备方法
RU2630157C2 (ru) Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида титана
Leichtfried 12 Refractory metals
CN116475405A (zh) 一种高塑性Ti-Nb基合金超细粉末及其成形工艺
Zaitsev et al. Fabrication of cast electrodes from nanomodified nickel aluminide-based high-boron alloy to fabricate spherical powders using the plasma rotating electrode process
RU2523049C1 (ru) Способ получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана
JPS63273562A (ja) Ｔｉ−Ａｌ合金鋳物の製造方法
EP2374905B1 (en) Manufacturing method of magnesium based alloy for high temperature
RU2557438C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
RU2595084C1 (ru) Способ получения жаропрочного сплава на основе ниобиевой матрицы с интерметаллидным упрочнением

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ KG TJ TM RU