RU2021129988A

RU2021129988A - Композиционный материал на основе полученных in situ сплавов, армированных карбидом вольфрама, и способы его получения

Info

Publication number: RU2021129988A
Application number: RU2021129988A
Authority: RU
Inventors: Ева ОЛЕЙНИК
Original assignee: Иннерко Сп. З.О.О.
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2023-05-30

Claims

1. Композиционный материал на основе сплавов, полученных in situ, особенно, сплавов на основе чугуна, армированных карбидом вольфрама в форме кристаллов и/или частиц, характеризующийся тем, что микроструктура указанного композиционного материала внутри композитного слоя и/или композитной зоны содержит ограненные кристаллы (6) и/или ограненные частицы карбида вольфрама, обеспечивающие равномерное макроскопическое и микроскопическое распределение, при этом указанные кристаллы (6) и/или частицы карбида вольфрама содержат нано- и/или микрообласти неправильной и/или круглой и/или овальной формы, заполненные сплавом на основе металла.

2. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что нано- и/или микрозоны (7) неправильной и/или круглой и/или овальной формы, заполненные сплавом на основе металла, расположены во внутренней части кристаллов (6) и/или частиц карбида вольфрама, и в наружной части, вблизи стенок, их структура является однородной (8), при этом указанные кристаллы (6) и/или частицы образуются in situ внутри жидкого сплава и присутствуют внутри матрицы, при этом указанная матрица образуется после процесса кристаллизации сплава.

3. Композиционный материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что объем карбида вольфрама по меньшей мере одного типа составляет от 15 до 90% по объему, предпочтительно от 25 до 75% по объему.

4. Композиционный материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что размер частиц и/или кристаллов (10) карбида вольфрама предпочтительно составляет от 0,5 до 30 мкм.

5. Композиционный материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что внутри области кристалла (6) карбида вольфрама размер областей, заполненных металлом или сплавом, составляет от 0,1 до 4,5 мкм.

6. Композиционный материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанный материал содержит карбиды или бориды дополнительных типов, подвергающиеся самораспространяющейся реакции высокотемпературного синтеза, в частности, TiC, MoC, NbC, ZrC, VC, TaC, TaB, TiB₂ или их смесь, за исключением SiC.

7. Смесь порошков для получения композиционного материала по пп. 1-5, отличающаяся тем, что указанная смесь содержит вольфрам в диапазоне от 90 до 97 мас.% и углерод, в частности, в форме высокочистого углерода или другого носителя с высоким содержанием углерода или их смеси, в диапазоне от 3 до 10 мас.%, предпочтительно вольфрам в диапазоне от 93 до 95 мас.% и углерод в диапазоне от 5 до 7 мас.%, предпочтительно вольфрам в количестве примерно 94 мас.% и углерод в форме графита в количестве примерно 6 мас.%.

8. Смесь порошков для получения композиционного материала, содержащего карбид вольфрама в композитном слое или зоне изнашиваемой части, указанной в п. 6, отличающаяся тем, что указанная смесь содержит:

а. вольфрамовый порошок, в частности, в форме микрокристаллического порошка или агломератов наночастиц или другого носителя с высоким содержанием вольфрама,

b. углеродный порошок, в частности, в форме графита или другого носителя с высоким содержанием углерода или их смесей, и

c. катализатор в форме субстратов реакций образования углерода, отличных от WC, или борида, которые подвергаются самораспространяющейся реакции высокотемпературного синтеза, в частности, TiC, MoC, NbC, ZrC, VC, TaC, TaB, TiB₂ или их смеси, за исключением SiC.

9. Способ получения композиционного материала по любому из пп. 1-6 в форме композитного слоя, включающий следующие стадии:

a) нанесение на полость или стержень пресс-формы, в частности, песчаный стержень, жидкого реакционноспособного литейного покрытия (2), содержащего смесь порошков, указанных в п. 7 или 8, и носитель,

б) сушку, в частности, при температуре, равной или выше 100°C,

c) заливку полости пресс-формы сплавом, в частности, сплавом на основе железа, при этом тепло, поступающее от жидкого сплава в форме высокой температуры, обеспечивает энергию, необходимую для инициирования реакции in situ керамической фазы в форме карбида вольфрама по меньшей мере одного типа или карбида вольфрама с добавлением карбидов других типов, которые подвергаются самораспространяющейся реакции высокотемпературного синтеза и представляют собой катализатор реакции синтеза карбида вольфрама.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что носитель представляет собой раствор растворителя с добавлением полимера, растворитель предпочтительно представляет собой спирт, в частности, этиловый спирт, при этом полимер предпочтительно представляет собой смолу с низкой способностью к газообразованию, в частности, канифоль.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что поверхностная плотность реакционноспособного литого покрытия составляет от 0,29 до 2 г/см², более предпочтительно от 0,29 до 0,6 г/см², наиболее предпочтительно 0,5 г/см².

12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что процентное отношение смеси порошков по п. 7 или 8 к носителю составляет от 6:1 до 1:1, предпочтительно 4:1.

13. Способ получения композиционного материала по любому из пп. 1-6 в форме композитной зоны, включающий следующие стадии:

а) получение смеси порошков по п. 7 или 8;

б) прессование смеси порошков в виде прессовок литейной пресс-формы, которые могут иметь различные формы, в частности, гранул, брикетов, преформ или прессовок.

c) введение по меньшей мере одной литейной прессовки в полость пресс-формы с помощью крепежных элементов,

d) заливку полости пресс-формы сплавом, в частности, сплавом на основе железа, при этом тепло, поступающее от жидкого сплава в форме высокой температуры, обеспечивает энергию, необходимую для инициирования реакции in situ керамической фазы в форме карбида вольфрама по меньшей мере одного типа или карбида вольфрама с добавлением карбидов других типов, которые подвергаются самораспространяющейся реакции высокотемпературного синтеза и представляют собой катализатор реакции синтеза карбида вольфрама.

1. Способ по п. 13, отличающийся тем, что давление прессования реагента составляет от 100 до 650 МПа, предпочтительно от 250 до 600 МПа, наиболее предпочтительно от 460 до 550 МПа, в частности, при обеспечении указанного давления путем применения способов прессования, в частности, путем применения холодного изостатического прессования, одно- или двухосного холодного прессования.

15. Литой конструктивный элемент, содержащий композиционный материал по пп. 1-6 или полученный по пп. 9-14.