RU2410201C1 - Способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена - Google Patents
Способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410201C1 RU2410201C1 RU2009139788/02A RU2009139788A RU2410201C1 RU 2410201 C1 RU2410201 C1 RU 2410201C1 RU 2009139788/02 A RU2009139788/02 A RU 2009139788/02A RU 2009139788 A RU2009139788 A RU 2009139788A RU 2410201 C1 RU2410201 C1 RU 2410201C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molybdenum
- composite material
- temperature
- silicon
- powder
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе интерметаллида молибдена. Может использоваться для деталей, предназначенных для длительной эксплуатации при высоких температурах в условиях значительных механических и термических нагрузок, таких как жаростойкие детали ГТД, в частности рабочие и сопловые лопатки, элементы жаровых труб. Путем размола в два этапа получают порошок кремния, при этом на первом этапе металлический кремний размалывают до частиц размером около 100 мкм, а затем до размера менее 40 мкм. Готовят смесь из порошков молибдена, бора и кремния и подвергают ее механическому легированию при 40-50°С в защитной рабочей жидкости. Горячее компактирование порошковой смеси осуществляют методом экструзии при температуре 1100-1200°С с коэффициентом вытяжки не менее 1:6. Способ позволяет получить композиционный материал на основе интерметаллида молибдена с высоким уровнем прочностных свойств, заданным химическим составом и высоким уровнем выхода годного, при сокращении времени его получения.
Description
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов на основе интерметаллида молибдена, предназначенных для длительной эксплуатации при высоких температурах в условиях значительных механических и термических нагрузок. Такие металлические композиционные материалы могут быть использованы в качестве жаростойких деталей ГТД: рабочих и сопловых лопаток, элементов жаровых труб, а также других деталей машин, работающих при температурах до 1400°С.
Известен способ получения тугоплавких композиционных материалов с металлической или интерметаллидной матрицей, армированной керамическими частицами, включающий приготовление исходной заготовки из порошковой смеси механическим легированием, помещение заготовки в емкость и нагрев емкости до температуры начала экзотермической реакции путем погружения ее донной части в расплав металла и последующую кристаллизацию путем дальнейшего погружения емкости в расплав металла (Патент РФ №2263089).
Недостатком этого способа является то, что тепла, выделяющегося в процессе экзотермической реакции, недостаточно для образования упрочняющих фаз и, следовательно, для изготовления металлических композиционных материалов на основе молибдена.
Известен способ получения композиционного материала на основе интерметаллидной металлической матрицы, содержащей карбид кремния в качестве керамического упрочнителя. Карбид кремния берут в форме нитевидных кристаллов. В качестве матричного материала используют дисилицид молибдена. Способ заключается в приготовлении смеси порошка матричного материала и керамического упрочнителя в скоростном смесителе типа кофемолки и дальнейшем горячем прессовании (Патент США №4,927,792).
Недостатком этого способа является высокая стоимость нитевидных кристаллов карбида кремния, которая делает продукцию из этого материала неоправданно дорогой, тогда как в процессе помола эти усы все равно измельчают, а стоимость порошков кремния и бора в сотни раз ниже стоимости нитевидных кристаллов этого материала. Кроме того, после горячего прессования относительная плотность полученного материала составляет 97%, что не позволяет получать композиционный материал с высокими механическими свойствами.
За прототип принят способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена, включающий перемешивание порошков молибдена, бора, кремния, механическое легирование смеси в защитной атмосфере (водород) при температуре 100-150°С, горячее компактирование (прессование и штамповку) осуществляют при температуре 1100-1900°С, деформацию в суперпластичном состоянии при температуре 1000-1600°С, с последующей термообработкой при 1400-1900°С (Заявка США №2006/0285990).
Использование данного метода не позволяет получать композиционный материал, обладающий высокой прочностью и высоким выходом годного. Кроме того, использование в качестве защитной атмосферы газа, в частности водорода, что делает сам процесс чрезвычайно взрывоопасным.
Технической задачей данного изобретения является разработка способа получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена с равномерной структурой, высокой относительной плотностью и высокой прочностью, который обеспечивает высокий выход годного при минимальных материальных и энергетических затратах.
Для достижения поставленных задач предложен способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена, включающий смешивание порошков молибдена, бора, кремния, механическое легирование смеси в защитной атмосфере и последующее горячее компактирование порошковой смеси, отличающийся тем, что порошок кремния получают путем размола металлического кремния в 2 этапа, на первом этапе металлический кремний размалывают до частиц размером около 100 мкм, а на втором этапе - до размера менее 40 мкм, механическое легирование смеси осуществляют при температурах 40-50°С, в качестве защитной атмосферы используют рабочую жидкость, а горячее компактирование порошковой смеси осуществляют методом экструзии при температуре 1100-1200°С с коэффициентом вытяжки не менее 1:6, с предварительным капсулированием порошковой смеси и дегазацией в вакууме при температуре 1200-1250°С до полного прекращения газовыделения.
Порошковую смесь предварительно капсулируют и дегазируют в вакууме при температуре 1200-1250°С до полного прекращения газовыделения.
Так как мелкодисперсный порошок кремния чрезвычайно гигроскопичен, размол проводят непосредственно перед операцией смешивания. Таким образом, время хранения порошка сводится к минимальному, что, в свою очередь, снижает количество воды, абсорбированной порошком из воздуха, и, как следствие это положительно сказывается на качестве материала и его свойствах.
В качестве рабочей жидкости используют абсолютный спирт (этиловый, изопропиловый). При использовании газа в качестве защитной атмосферы в рабочей камере аттритора появляются «мертвые» зоны, в которых скапливается материал и не подвергается механическому легированию (МЛ). Для исчезновения мертвых зон необходим большой промежуток времени, что увеличивает общее время проведения процесса МЛ. Также существует «неудаляемая» мертвая зона (в районе отверстия выгрузки аттритора), которая влияет на качество материала, т.к. скопившийся там материал (100-200 г) вообще не участвует в процессе МЛ и при выгрузке добавляется в следующую партию загружаемого материала. Для предотвращения появления таких зон предложено использовать в качестве защитной атмосферы инертную жидкость. При использовании жидкости в рабочей камере аттритора образуется суспензия спирта и шихты, которая при вращении вала аттритора циркулирует по всему объему рабочей камеры, тем самым препятствует образованию «мертвых» зон. Таким образом, при использовании жидкости вся загружаемая шихта подвергается процессу МЛ с самого начала обработки (без образования мертвых зон), тем самым позволяя сократить время проведения МЛ. Также при использовании жидкости не требуется применять защитные устройства при выгрузке аттритора, тогда как при выгрузке без жидкости образуется смесь воздуха (газа) и выгружаемого порошка, которая может быть пожаровзрывоопасна (температура в рабочей камере аттритора при использовании газа достигает 100-120°С, а при использовании рабочей жидкости 40-50°С).
Компактирование механически легированной смеси порошков осуществляют методом экструзии (температура экструзии 1100-1200°С) с предварительным капсулированием и дегазацией при температуре 1200-1250°С, что обеспечивает предотвращение взаимодействия механически легированного порошка с атмосферой, исключение появления хрупких оксидов в структуре материала, а также при экструзии зерна композиционного материала вытягиваются вдоль направления экструзии, что положительно сказывается на прочностных свойствах готового материала. Температуру экструзии определили эмпирическим путем, она составила 1100-1200°С.
Предложенный способ получения композиционного материала позволяет получать композиционные гранулы с заданным химическим составом и равномерно распределенным по объему каждой гранулы фазовым составом после проведения процесса механического легирования в течение выбранного интервала времени, а компактные образцы с высоким уровнем плотности и прочностных свойств после экструзии в выбранном интервале температур.
Пример 1
Получение композиционного материала состава Мо-15Si-5В (вес.%).
Для получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена использовали элементарные промышленные порошки молибдена, бора, кремния. Порошок кремния получали размолом металлического кремния: вначале размалывали на гидравлическом прессе до размера частиц менее 100 мкм, а затем в валковой мельнице до размера менее 40 мкм. Исходные порошки в количествах, соответствующих химическому составу, смешивали. Исходную порошковую смесь подвергли механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания (атритторе) по следующему режиму: время обработки - 20 ч, защитная атмосфера - абсолютированный этиловый спирт, температура в рабочей камере - 50°С. Затем капсулировали с последующей дегазацией при температуре 1250°С и экструдировали при температуре 1200°С, коэффициент вытяжки 1:6. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, σ1200 в=500-600 МПа, при заданном химическом составе (основа твердый р-р Мо плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему композиционного материала фазами Mo3Si Mo5SiB2. Равномерность распределения фазового состава определяют путем исследования микроструктуры методами растровой электронной микроскопии. Время получения композиционного материала 35-40 ч, выход годного - 95%.
Пример 2
Получение композиционного материала состава Мо-15Si-5В (вес.%).
Для получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена использовали элементарные промышленные порошки молибдена, бора, кремния. Порошок кремния получали размолом металлического кремния: вначале размалывали на гидравлическом прессе до размера частиц мене 80 мкм, а затем в валковой мельнице до размера менее 40 мкм. Исходные порошки в количествах, соответствующих химическому составу, смешивали. Исходную порошковую смесь подвергли механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания (атритторе) по следующему режиму: время обработки - 20 ч, защитная атмосфера - абсолютированный изопропиловый спирт, температура в рабочей камере - 40°С. Затем капсулировали с последующей дегазацией при температуре 1200°С и экструдировали при температуре 1100°С коэффициент вытяжки 1:6. Относительная плотность полученного материала составила 0,98, σ1200 в=500-600 МПа, при заданном химическом составе (основа твердый раствор Мо плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему композиционного материала фазами Mo3Si Mo5SiB2. Время получения композиционного материала 30-35 ч, выход годного - 97%.
Пример 3 (по прототипу)
Получение композиционного материала состава Мо-15Si-5В (вес.%)
Для получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена использовали элементарные промышленные порошки молибдена, бора, кремния. Исходные порошки в количествах, соответствующих химическому составу, смешивали. Исходную порошковую смесь подвергли механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания (атритторе) по следующему режиму: время обработки - 40 ч, защитная атмосфера - аргон, температура в рабочей камере - 100-150°С. Затем порошки подвергли горячему компактированию: прессованию по режиму: температура - 1450°С, давление - 20 МПа, время - 3 мин, с последующей штамповкой при температуре 1500°С и термообработкой в вакууме при 1600°С в течение 2 ч. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, σ1200 в=350-380 МПа, при заданном химическом составе (основа твердый р-р Мо плюс упрочняющие фазы) и неравномерно распределенными по объему композиционного материала фазами Mo3Si, Mo5SiB2. Время получения композиционного материала около 70 ч, выход годного - 85%.
Таким образом, предложенный способ позволяет получать композиционные материалы на основе интерметаллида молибдена с высоким уровнем прочностных свойств, заданным химическим составом и высоким уровнем выхода годного, при этом сокращая время получения композиционного материала. Применение предлагаемого способа позволит снизить материальные и энергетические затраты, а следовательно, себестоимость продукции, в частности лопаток ГТД и ГТУ нового поколения.
Claims (1)
- Способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена, включающий смешивание порошков молибдена, бора и кремния, механическое легирование смеси в защитной атмосфере и последующее горячее компактирование порошковой смеси, отличающийся тем, что порошок кремния получают путем размола металлического кремния в два этапа, при этом на первом этапе металлический кремний размалывают до частиц размером около 100 мкм, а затем до размера менее 40 мкм, механическое легирование осуществляют при температурах 40-50°С, в качестве защитной атмосферы используют рабочую жидкость, а горячее компактирование порошковой смеси осуществляют методом экструзии при температуре 1100-1200°С с коэффициентом вытяжки не менее 1:6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139788/02A RU2410201C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139788/02A RU2410201C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2410201C1 true RU2410201C1 (ru) | 2011-01-27 |
Family
ID=46308327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009139788/02A RU2410201C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2410201C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570273C1 (ru) * | 2014-09-04 | 2015-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения композиционного материала на основе молибдена |
CN111929165A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-13 | 常州启赋安泰复合材料科技有限公司 | 复合材料零件与金属零件混杂连接强度校核方法 |
-
2009
- 2009-10-28 RU RU2009139788/02A patent/RU2410201C1/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570273C1 (ru) * | 2014-09-04 | 2015-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения композиционного материала на основе молибдена |
CN111929165A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-13 | 常州启赋安泰复合材料科技有限公司 | 复合材料零件与金属零件混杂连接强度校核方法 |
CN111929165B (zh) * | 2020-08-25 | 2021-06-08 | 常州启赋安泰复合材料科技有限公司 | 复合材料零件与金属零件混杂连接强度校核方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU758878B2 (en) | Powder metal injection molding process for forming an article from the nickel-based superalloy "Hastelloy X" | |
CN101440440B (zh) | 铝基复合材料和铝基复合材料零件的成形方法及其成形装置 | |
CN106756158B (zh) | 钽钨合金坯料制备方法 | |
CN105348704A (zh) | 一种铝/钨/聚四氟乙烯含能材料的制备方法 | |
CN109261971A (zh) | 一种用于改善纳米CuAl2/Al2O3增强铝基复合材料均匀性的变速球磨混粉方法 | |
CN104674098B (zh) | 基于TiCN‑(Ti,M)CN混芯结构的金属陶瓷材料及其制备方法 | |
CN102168200B (zh) | 一种高密度铱合金坯的制备方法 | |
RU2410201C1 (ru) | Способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена | |
CN109207762A (zh) | 一种以微波烧结制备钨钼铜复合材料的方法 | |
CN114315490A (zh) | PTFE-Al-Ce含能结构材料及其制备方法 | |
CN101397613B (zh) | 一种钼-硅-硼合金的制备方法 | |
CN103938005A (zh) | 气流磨氢化钛粉制备超细晶粒钛及钛合金的方法 | |
CN110157971B (zh) | 一种原位增强高熵合金复合材料的感应熔炼方法 | |
RU2630740C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА TiNi | |
RU2623942C1 (ru) | Способ изготовления дисперсно-упрочненного композиционного электродного материала для электроискрового легирования и электродуговой наплавки | |
CN101541677B (zh) | 制造金属-碳纳米复合材料的方法 | |
CN108620586A (zh) | 3d打印高致密度钛-硼化钛的复合材料及其制备方法 | |
RU2393060C1 (ru) | Способ получения композиционного материала | |
CN111378870A (zh) | 一种sps烧结钛基复合材料及其制备方法 | |
CN110343932B (zh) | 一种具有高强度的WVTaZrSc难熔高熵合金及其制备方法 | |
RU2564648C1 (ru) | Способ получения композиционного материала на основе ниобия | |
RU2569446C1 (ru) | Шихта для композиционного катода и способ его изготовления | |
Gülsoy et al. | Injection molding of mechanical alloyed Ti–Fe–Zr powder | |
RU2632047C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО СПЛАВА TiNi С ВЫСОКИМ УРОВНЕМ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ | |
CN110526718B (zh) | 一种B-Al-Ti系复相陶瓷及其低温致密化烧结制备方法 |