RU2135619C1 - Composite (versions) and method of manufacturing thereof - Google Patents

Composite (versions) and method of manufacturing thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2135619C1
RU2135619C1 RU98111678A RU98111678A RU2135619C1 RU 2135619 C1 RU2135619 C1 RU 2135619C1 RU 98111678 A RU98111678 A RU 98111678A RU 98111678 A RU98111678 A RU 98111678A RU 2135619 C1 RU2135619 C1 RU 2135619C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
tungsten
refractory metal
molybdenum
monoaluminide
Prior art date
Application number
RU98111678A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М.А. Штремель
В.В. Сафонов
Ю.И. Пономарев
В.В. Медведев
А.Г. Ермилов
Б.В. Мочалов
Л.Г. Чернуха
М.Ю. Беломытцев
С.И. Рупасов
И.П. Ежов
Original Assignee
Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)
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 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) filed Critical Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)
Priority to RU98111678A priority Critical patent/RU2135619C1/en
Priority to PCT/RU1999/000199 priority patent/WO1999066091A1/en
Priority to AU44005/99A priority patent/AU4400599A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2135619C1 publication Critical patent/RU2135619C1/en

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: refractory materials. SUBSTANCE: composite capable of working in loaded engine units in oxidative atmosphere at temperatures above 100 C contains refractory metal - tungsten and/or molybdenum and nickel monoaluminide. Composite structure is made in the form of three-dimensional refractory metal lattice with 1-5 mcm cells filled with nickel monoaluminide. Material contains, atomic %: Al 35-48, Ni 35-48, W and/or Mo 30-4 where up to 12 at. % Ni can be substituted by niobium and/or titanium so that material would contain: Al 35-48, Ni 23-48, Nb and/or Ti up to 12, and W and/or Mo 30-4. Preliminarily prepared powdered nickel monoaluminide is coated with refractory metal to coating thickness 1 to 5 mcm, compacted, and sintered. Compression yield strength of material at 1200 C is 110 MPa. Oxidation at continuous heating in air of material and pure compacted nickel monoaluminide did not differ. EFFECT: improved working characteristics. 4 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к получению жаропрочных композиционных материалов, способных работать в напряженных узлах двигателей в окислительной атмосфере. The invention relates to the production of heat-resistant composite materials capable of working in stressed engine assemblies in an oxidizing atmosphere.

Известны композиции из одноосно ориентированной вольфрамовой проволоки или вольфрамовых (молибденовых) волокон, запеченных в моноалюминид никеля [Банных О.А., Поварова К.Б. Интерметаллиды - новый класс легких жаропрочных и жаростойких материалов // Технология легких сплавов - 1992. - N 5. - С. 26-32] . За счет тугоплавкости вольфрама (молибдена) они сохраняют прочность до 1200oC, но подвержены риску быстрого выгорания вольфрамовой (молибденовой) проволоки (или волокон) при растрескивании алюминидного покрытия, так как оксиды вольфрама (или молибдена) при этих температурах испаряются. В композиции NiAl - (10-40)% вольфрама в виде проволоки рабочее напряжение составляет 110 МПа при 1100oC.Known compositions of uniaxially oriented tungsten wire or tungsten (molybdenum) fibers baked in nickel monoaluminide [Bannykh OA, Povarova KB Intermetallics - a new class of light heat-resistant and heat-resistant materials // Technology of light alloys - 1992. - N 5. - S. 26-32]. Due to the refractoriness of tungsten (molybdenum), they retain strength up to 1200 o C, but are at risk of rapid burnout of a tungsten (molybdenum) wire (or fibers) upon cracking of the aluminide coating, since tungsten (or molybdenum) oxides evaporate at these temperatures. In the composition of NiAl - (10-40)% tungsten in the form of a wire, the working voltage is 110 MPa at 1100 o C.

Задачей было создание жаропрочной композиции, имеющей рабочую температуру выше 1100oC и не подверженную в окислительной атмосфере выгоранию компонентов при повреждении поверхности.The task was to create a heat-resistant composition having a working temperature above 1100 o C and not subject to the burnout of the components in an oxidizing atmosphere when the surface is damaged.

Предлагаемая композиция представляет собой трехмерную микроскопическую сетку (случайные соты) из тугоплавкого металла, ячейки которой заполнены моноалюминидом никеля или сплавами на его основе. Количество алюминия в композиции 35-48% атомных. Толщина стенок ячеек сетки 1-5 мкм. В качестве тугоплавкого металла материал содержит вольфрам и/или молибден при следующем соотношении компонентов, атм.%:
Алюминий - 35 - 48
Никель - 35 - 48
Вольфрам и/или молибден - 30 - 4
При указанных количестве алюминия и толщине стенок ячеек образующаяся по мере нагрева на воздухе пленка оксида Al2O3 сплошная и закрывает также и выходы на поверхность металла сетки. Такая пленка защищает композицию от окисления, а при повреждениях самовосстанавливается. Защита от окисления достигается за счет того, что вольфрам и молибден испаряются в виде оксида с постоянной скоростью (глубина образующейся щели пропорциональна времени). В то же время пленка оксида алюминия на обнажившейся поверхности интерметаллида нарастает со временем по параболическому закону. Тогда достаточно узкая щель между частицами зарастает оксидом алюминия, прежде чем частица интерметаллида окислится со всех сторон. Поэтому существует верхний предел полезной толщины слоя металла - как найдено, около 5 мкм. Нижний предел (1 мкм) ограничен возможностями всестороннего равномерного покрытия частиц интерметаллида вольфрамом и/или молибденом при указанной технологии.The proposed composition is a three-dimensional microscopic grid (random cells) of refractory metal, the cells of which are filled with nickel monoaluminide or alloys based on it. The amount of aluminum in the composition is 35-48% atomic. The wall thickness of the mesh cells is 1-5 microns. As a refractory metal, the material contains tungsten and / or molybdenum in the following ratio of components, atm.%:
Aluminum - 35 - 48
Nickel - 35 - 48
Tungsten and / or molybdenum - 30 - 4
With the indicated amount of aluminum and cell wall thickness, the Al 2 O 3 oxide film formed as the air heats up in air is continuous and also closes the exits to the surface of the metal network. Such a film protects the composition from oxidation, and when damaged, it is self-healing. Protection against oxidation is achieved due to the fact that tungsten and molybdenum evaporate in the form of oxide at a constant speed (the depth of the gap formed is proportional to time). At the same time, an alumina film on the exposed surface of the intermetallic compound increases with time according to a parabolic law. Then a sufficiently narrow gap between the particles is overgrown with alumina before the intermetallic particle is oxidized from all sides. Therefore, there is an upper limit to the useful thickness of the metal layer — as found, about 5 microns. The lower limit (1 μm) is limited by the ability to comprehensively uniformly coat the intermetallic particles with tungsten and / or molybdenum with the indicated technology.

Нижняя граница содержания алюминия определяется тем, что в сплавах, содержащих менее 35% атомных алюминия, сплошная пленка его оксида не образуется. Верхняя граница установлена в 48% атомных алюминия, поскольку с ростом содержания интерметаллида падает объемная доля тугоплавкого металла и прочность. Границы для содержания никеля установлены так, чтобы получать постоянное стехиометрическое соотношение, соответствующее химической формуле интерметаллида. Тем самым содержание интерметаллида задано, вольфрам и/или молибден составляют остальное. The lower limit of the aluminum content is determined by the fact that in alloys containing less than 35% atomic aluminum, a continuous film of its oxide is not formed. The upper limit is set to 48% atomic aluminum, because with an increase in the content of intermetallic metal the volume fraction of the refractory metal and strength decrease. The boundaries for nickel content are set so as to obtain a constant stoichiometric ratio corresponding to the chemical formula of the intermetallic compound. Thus, the intermetallic content is set, tungsten and / or molybdenum make up the rest.

Соответствующие количества, пересчитанные в массовые проценты, различаются в зависимости от заданной пропорции вольфрам: молибден (чем больше вольфрама, тем выше прочность, но вместе с тем и плотность композиции; оптимум зависит от назначения материала). The corresponding amounts, calculated in mass percent, differ depending on the specified proportion of tungsten: molybdenum (the more tungsten, the higher the strength, but also the density of the composition; the optimum depends on the purpose of the material).

Композиционный материал, содержащий тугоплавкий металл и моноалюминид никеля, отличается еще тем, что до 12% атомных никеля могут быть заменены на ниобий или титан при следующем соотношении компонентов, атм.%:
Алюминий - 35 - 48
Никель - 23 - 48
Ниобий и/или титан - До 12
Вольфрам и/или молибден - 30 - 4
Ниобий и/или титан вводятся в состав за счет никеля, чтобы получить двухфазное состояние интерметаллида (с фазой Гейслера или Лавеса) для замедления ползучести. Верхний предел для них указан в связи с худшей холодной пластичностью двухфазного интерметаллида.A composite material containing a refractory metal and nickel monoaluminide also differs in that up to 12% of atomic nickels can be replaced with niobium or titanium in the following ratio of components, atm.%:
Aluminum - 35 - 48
Nickel - 23 - 48
Niobium and / or Titanium - Up to 12
Tungsten and / or molybdenum - 30 - 4
Niobium and / or titanium are introduced into the composition due to nickel in order to obtain a two-phase state of the intermetallic compound (with a Geisler or Laves phase) to slow creep. The upper limit for them is indicated in connection with the worst cold ductility of a two-phase intermetallic compound.

Достигаемый технический результат: повышение рабочей температуры материала до 1200oC при пределе текучести не ниже 100 МПа и возможности длительной работы на воздухе.Technical result achieved: increasing the working temperature of the material to 1200 o C with a yield strength of at least 100 MPa and the possibility of long-term operation in air.

Пример 1. Моноалюминид никеля приготавливался распылением расплава и отсевом нужной фракции. Перед компактированием тугоплавкий металл (вольфрам) наносился на поверхность гранул термическим разложением паров соответствующего карбонила в фонтанирующем слое [Ермилов А.Г., Рупасов С.И., Сафонов В.В. , Кулифеев А.В. Капсулирование порошковых материалов в условиях термоциклирования // Изв. Вузов. Цветная металлургия. - 1996. - N 4. - С 51-56]. Гранулы моноалюминида никеля размером 10-20 мкм покрывали слоем вольфрама толщиной 1-3 мкм. Компактирование проводилось методом горячего прессования при температуре 1200oC.Example 1. Nickel monoaluminide was prepared by spraying a melt and screening the desired fraction. Before compaction, a refractory metal (tungsten) was deposited on the surface of the granules by thermal decomposition of the vapor of the corresponding carbonyl in the gushing layer [Ermilov AG, Rupasov SI, Safonov VV , Kulifeev A.V. Encapsulation of powder materials under thermal cycling // Izv. Universities. Non-ferrous metallurgy. - 1996. - N 4. - C 51-56]. Nickel monoaluminide granules of size 10-20 μm were coated with a tungsten layer with a thickness of 1-3 μm. The compaction was carried out by hot pressing at a temperature of 1200 o C.

После компактирования вольфрам образовал сплошную сетку, ячейки которой заполнены моноалюминидом никеля. Предел текучести композиции при сжатии составил 110 МПа при 1200oC. Окисление при непрерывном нагреве на воздухе композиции и чистого компактного моноалюминида никеля не различалось, заметное по привесу окисление началось только выше 1250oC.After compaction, tungsten formed a continuous grid, the cells of which are filled with nickel monoaluminide. The compressive yield strength of the composition was 110 MPa at 1200 o C. Oxidation with continuous heating in air of the composition and pure compact nickel monoaluminide did not differ, oxidation noticeable by weight started only above 1250 o C.

Пример 2. На гранулы моноалюминида никеля, легированного титаном, наносили тем же способом последовательно слой вольфрама и слой молибдена той же толщины. Дальнейшая обработка и конечная структура такие же, как в примере 1. Example 2. On the granules of nickel monoaluminide doped with titanium, a tungsten layer and a molybdenum layer of the same thickness were successively applied in the same manner. Further processing and final structure are the same as in example 1.

Claims (1)

1. Композиционный материал, содержащий тугоплавкий металл вольфрам и/или молибден и моноалюминид никеля, отличающийся тем, что структура материала выполнена в виде трехмерной сетки тугоплавкого металла с ячейками, заполненными моноалюминидом никеля, с толщиной стенки ячейки 1 - 5 мкм при следующем соотношении компонентов, атм.%:
Алюминий - 35-48
Никель - 35-48
Вольфрам и/или молибден - 30 - 4
2. Композиционный материал, содержащий тугоплавкий металл вольфрам и/или молибден и моноалюминид никеля, отличающийся тем, что структура материала выполнена в виде трехмерной сетки тугоплавкого металла с толщиной стенок ячеек 1 - 5 мкм, при этом до 12 атм.% никеля заменены на ниобий и/или титан при следующем соотношении компонентов, атм.%:
Алюминий - 35-48
Никель - 23 - 48
Ниобий и/или титан - до 12
Вольфрам и/или молибден - 30 - 4
3. Способ получения композиционного материала, включающий приготовление порошкообразного моноалюминида никеля, его компактирование и спекание, отличающийся тем, что перед компактированием на поверхность частиц моноалюминида никеля наносят покрытие из тугоплавкого металла вольфрама и/или молибдена толщиной 1 - 5 мкм.1. Composite material containing refractory metal tungsten and / or molybdenum and nickel monoaluminide, characterized in that the material structure is made in the form of a three-dimensional grid of refractory metal with cells filled with nickel monoaluminide, with a cell wall thickness of 1 - 5 μm in the following ratio of components, atm%:
Aluminum - 35-48
Nickel - 35-48
Tungsten and / or molybdenum - 30 - 4
2. A composite material containing refractory metal tungsten and / or molybdenum and nickel monoaluminide, characterized in that the structure of the material is made in the form of a three-dimensional grid of refractory metal with a cell wall thickness of 1 to 5 μm, with up to 12 atm.% Nickel replaced by niobium and / or titanium in the following ratio of components, atm.%:
Aluminum - 35-48
Nickel - 23 - 48
Niobium and / or titanium - up to 12
Tungsten and / or molybdenum - 30 - 4
3. A method for producing a composite material, including the preparation of powdered nickel monoaluminide, its compacting and sintering, characterized in that before compaction, a surface of refractory metal of tungsten and / or molybdenum with a thickness of 1-5 microns is applied to the surface of the particles of nickel monoaluminide.
RU98111678A 1998-06-17 1998-06-17 Composite (versions) and method of manufacturing thereof RU2135619C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98111678A RU2135619C1 (en) 1998-06-17 1998-06-17 Composite (versions) and method of manufacturing thereof
PCT/RU1999/000199 WO1999066091A1 (en) 1998-06-17 1999-06-16 Composite material, variants and method for producing the same
AU44005/99A AU4400599A (en) 1998-06-17 1999-06-16 Composite material, variants and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98111678A RU2135619C1 (en) 1998-06-17 1998-06-17 Composite (versions) and method of manufacturing thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2135619C1 true RU2135619C1 (en) 1999-08-27

Family

ID=20207446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98111678A RU2135619C1 (en) 1998-06-17 1998-06-17 Composite (versions) and method of manufacturing thereof

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU4400599A (en)
RU (1) RU2135619C1 (en)
WO (1) WO1999066091A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114774751A (en) * 2021-10-21 2022-07-22 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 Laser cladding high-red-hardness powder and hot stamping die cladding method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1511288A1 (en) * 1971-07-22 1989-09-30 Предприятие П/Я Р-6209 Refractory intermetallide-base alloy
US4613480A (en) * 1985-10-03 1986-09-23 General Electric Company Tri-nickel aluminide composition processing to increase strength
US4743316A (en) * 1985-10-03 1988-05-10 General Electric Company Rapidly solidified zirconium modified nickel aluminide of improved strength
DE3935496C1 (en) * 1989-10-25 1990-07-26 Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De (Exhaust) valve of internal combustion engine - made at least completion of intermetallic phases of nickel and aluminium
RU2044787C1 (en) * 1991-11-21 1995-09-27 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Composition material
RU2038192C1 (en) * 1992-03-13 1995-06-27 Венера Мидхатовна Валитова Method for production of composite materials containing aluminium and titanium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Банных О. А., Поварова К. Б. Интерметаллиды - новый класс легких жаропрочных и жаростойких материалов. Технология легких сплавов, 1992, № 5, с. 26-32. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114774751A (en) * 2021-10-21 2022-07-22 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 Laser cladding high-red-hardness powder and hot stamping die cladding method

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999066091A1 (en) 1999-12-23
AU4400599A (en) 2000-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nishimura et al. Reactive sintering of Ni3Al under compression
DE60123825T2 (en) HEAT-RELATED MATERIAL
US4155755A (en) Oxidation resistant porous abradable seal member for high temperature service
JPS6353231A (en) Infiltration treatment of borocarbide -, boron- and boride-reactive metal thermet
Bastin et al. A new compound in the iron-zinc system
US5238751A (en) Powder of dental metal, a process for the preparation thereof, a process for the manufacture of a substructure for a dental restoration and a process for the manufacture of a dental restoration
RU2000111518A (en) ELECTRODE ROD FOR SPARK FILLING, METHOD FOR ITS MANUFACTURE AND METHOD FOR APPLICATION OF A COATING LAYER CONTAINING SUPERABRASIVE
US4251272A (en) Oxidation resistant porous abradable seal member for high temperature service
RU2249057C1 (en) Molybdenum-based alloy (variants)
KR102267757B1 (en) Chalcogenide sputtering target and manufacturing method thereof
Stoloff et al. Powder processing of intermetallic alloys and intermetallic matrix composites
DE69223180T2 (en) ALUMINUM ALLOYS AND SUBSTRATES COATED WITH THESE ALLOYS AND THEIR USE
US4223434A (en) Method of manufacturing a niobium-aluminum-germanium superconductive material
RU2135619C1 (en) Composite (versions) and method of manufacturing thereof
US4272290A (en) Novel porous body and process for its preparation
US4300951A (en) Liquid phase sintered dense composite bodies and method for producing the same
EP0275844A2 (en) Non evaporable getter device incorporating a ceramic support and method for the manufacture thereof
JPH06330215A (en) Low density and porous aluminum alloy sintered body and its production
JP7087519B2 (en) Manufacturing method of thermoelectric element, thermoelectric conversion module and thermoelectric element
JP3261457B2 (en) High temperature oxidation resistant alloy material and method for producing the same
Chedru et al. Aluminium–aluminium nitride composites fabricated by melt infiltration under pressure
CN106498207B (en) In-situ preparation contains Ni3The preparation method of the cermet of Al Binder Phase
Shibli et al. Effect of oxidation on sintering characteristics of Al powder and effect of some minor metallic additions
Wright et al. Combustion synthesis of cubic Al3Ti alloys
JPS61179534A (en) Compound target for sputtering equipment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070618