RU2541260C2

RU2541260C2 - Cermet composition

Info

Publication number: RU2541260C2
Application number: RU2013111892/02A
Authority: RU
Inventors: Евгений Юрьевич Карташов; Олег Юрьевич Абрамов; Алексей Алексеевич Евстафьев; Алексей Владимирович Сергеев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат"
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2015-02-10
Also published as: RU2013111892A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, namely to the cermet compositions to manufacture parts subjected to erosion and corrosion at high temperature. The cermet composition expressed by equation (PQ)(RS) includes the binding phase (RS) and ceramic phase (PQ) distributed in form of particles. The binding phase includes the alloy metal S selected from Si, Cr, Ti, Al, Nb, Mo and their mixtures, and ceramic phase (PQ) is mixture of 51 wt % ZrO₂ - 49 wt % TiO and is distributed in the binding phase in form of the particles covering 45-52 vol % per volume of the cermet composition. Composition cracking is prevented at stage of sintering due to uniform distribution of the binding components in the item volume.

EFFECT: uniform shrinkage of the item metal matrix, increased output of finished product complying with technical requirements.

3 ex

Description

Изобретение относится к керметам, а именно к керметным композициям для изготовления деталей, подвергающихся воздействию эрозии и коррозии при высокой температуре.The invention relates to cermets, namely to cermet compositions for the manufacture of parts exposed to erosion and corrosion at high temperature.

Керметы, керамикометаллические, металлокерамические материалы, представляют собой гетерогенную композицию одной или нескольких керамических фаз с металлами или сплавами, с относительно малой взаимной растворимостью фаз. Керметы сочетают свойства керамики (высокие твердость и сопротивление износу, тугоплавкость, жаропрочность и др.) и металлов (теплопроводность, пластичность), т.е. обладают комплексом свойств, интегрирующим характеристики нескольких компонентов.Cermets, ceramic-metal, cermet materials, are a heterogeneous composition of one or more ceramic phases with metals or alloys, with a relatively low mutual solubility of the phases. Cermets combine the properties of ceramics (high hardness and wear resistance, refractoriness, heat resistance, etc.) and metals (thermal conductivity, ductility), i.e. possess a set of properties that integrates the characteristics of several components.

По природе керамической составляющей керметы делят на:By the nature of the ceramic component, cermets are divided into:

оксидные (Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂, ZrO₂),oxide (Al ₂ O ₃ , Cr ₂ O ₃ , SiO ₂ , ZrO ₂ ),

карбидные (SiC, Cr₃C₂, TiC),carbide (SiC, Cr ₃ C ₂ , TiC),

нитридные (TiN),nitride (TiN),

боридные (Cr₂B₂, TiB₂, ZrB₂),boride (Cr ₂ B ₂ , TiB ₂ , ZrB ₂ ),

керметы на основе силицидов (MoSi) и других тугоплавких соединений и др.silicides based on silicides (MoSi) and other refractory compounds, etc.

По применению - жаропрочные, износостойкие, высокоогнеупорные, коррозионно-стойкие и др.By application - heat-resistant, wear-resistant, highly refractory, corrosion-resistant, etc.

Микроструктура керметов может представлять собой:The microstructure of cermets can be:

- керамическую матрицу, внутри которой расположены металлические включения;- a ceramic matrix, inside of which metal inclusions are located;

- металлическую матрицу с изолированными между собой керамическими частицами;- a metal matrix with ceramic particles isolated among themselves;

- два равноправных каркаса из металла и керамики;- two peer frames made of metal and ceramic;

- статистическую смесь керамических и металлических частиц.- A statistical mixture of ceramic and metal particles.

Одна из основных проблем в области создания керметов состоит в трудности объединения двух или нескольких разнородных фаз. Системы металл - оксид обычно характеризуются слабым связыванием и выпотеванием (вытеканием) металла из композиции в процессе спекания, протекающего с образованием жидкой фазы. Принято считать, что условием образования прочной связи между цементирующим металлом и неметаллической фазой является взаимная полная или частичная растворимость. Для улучшения связывания к материалу добавляют какой-либо металлоид, например нитрид: металл с большей готовностью связывается с металлоидами, чем с оксидами. Кроме того, можно также изменить взаимную растворимость с целью повышения химического связывания под влиянием соответствующей атмосферы используя для этого определенные пропорции исходных компонентов.One of the main problems in the creation of cermets is the difficulty of combining two or more dissimilar phases. Metal - oxide systems are usually characterized by weak binding and sweating (leakage) of metal from the composition during sintering, which proceeds with the formation of a liquid phase. It is generally accepted that the condition for the formation of a strong bond between the cementing metal and the nonmetallic phase is mutual complete or partial solubility. To improve bonding, some metalloid, such as nitride, is added to the material: the metal is more readily bound to metalloids than to oxides. In addition, mutual solubility can also be changed in order to increase chemical bonding under the influence of an appropriate atmosphere using certain proportions of the starting components.

Известна керметная композиция, принятая за прототип (Заявка РФ №2005136133/02, C22C 29/00, 27.06.2006), выражаемая формулой (PQ)(RS)X, включающая керамическую фазу (PQ), связующую фазу (RS) и X. Связующая фаза содержит основной металл R, выбранный из группы Fe, Ni, Со, Mn и их смеси, и легирующий металл S, включающий по меньшей мере 12 мас.% Cr и выбранный из Si, Ti, Al, Nb, Mo и их смесей. X является по меньшей мере одним членом, выбранным из группы, состоящей из оксидного дисперсоида, интерметаллического соединения и производного соединения. Керамическая фаза распределена в связующей фазе в виде частиц диаметром в интервале приблизительно от 0,5 до 3000 мкм, а X распределено в связующей фазе в виде частиц в интервале размеров от приблизительно 1 нм до 400 нм.Known cermet composition adopted for the prototype (RF Application No. 2005136133/02, C22C 29/00, 06/27/2006), expressed by the formula (PQ) (RS) X, comprising a ceramic phase (PQ), a binder phase (RS) and X. The binder phase contains a base metal R selected from the group of Fe, Ni, Co, Mn and mixtures thereof, and a doping metal S comprising at least 12 wt.% Cr and selected from Si, Ti, Al, Nb, Mo and mixtures thereof . X is at least one member selected from the group consisting of an oxide dispersoid, an intermetallic compound and a derivative of the compound. The ceramic phase is distributed in the binder phase in the form of particles with a diameter in the range of about 0.5 to 3000 μm, and X is distributed in the binder phase in the form of particles in the size range from about 1 nm to 400 nm.

Содержание керамической фазы (PQ) в керметной композиции находится в интервале приблизительно от 55 до 95 об.% в расчете на объем кермета.The content of the ceramic phase (PQ) in the cermet composition is in the range from about 55 to 95 vol.% Based on the volume of the cermet.

Одним из недостатков названной керметной композиции является очень большой процент керметной фазы, приводящий к сложным технологическим операциям для предотвращения растрескивания на операции спекания, связанным с дополнительными затратами во времени и технологическом исполнении.One of the disadvantages of the cermet composition mentioned is the very large percentage of the cermet phase, which leads to complex technological operations to prevent cracking in the sintering operations associated with additional time and technological costs.

Задачей изобретения является создание керметной композиции, лишенной указанного недостатка.The objective of the invention is to provide a cermet composition devoid of this drawback.

Задача решается тем, что в керметной композиции, выраженной формулой (PQ)(RS), включающей связующую фазу (RS) и распределенную в ней в виде частиц керамическую фазу (PQ), связующая фаза включает легирующий металл S, выбранный из Si, Cr, Ti, Al, Nb, Mo и их смесей, а керамическая фаза (PQ) представляет собой смесь 51 мас.% ZrO₂ - 49 мас.% TiO и распределена в связующей фазе в виде частиц в количестве 45-52 об.% в расчете на объем керметной композиции.The problem is solved in that in the cermet composition expressed by the formula (PQ) (RS), including the binder phase (RS) and the ceramic phase (PQ) distributed therein as particles, the binder phase includes an alloying metal S selected from Si, Cr, Ti, Al, Nb, Mo and mixtures thereof, and the ceramic phase (PQ) is a mixture of 51 wt.% ZrO ₂ - 49 wt.% TiO and is distributed in the binder phase in the form of particles in an amount of 45-52 vol.% Calculated on the volume of cermet composition.

Пример 1. На операции подготовки шихты смешивают компоненты керамической матрицы и связующего компонента (ниобия) в соотношениях ZrO₂-TiO (51%-49% мас.) и ZrO₂-TiO+Nb (48%-52%), что позволяет более равномерно и качественно распределить все связующие компоненты во всем объеме изготавливаемого изделия. Выход годной продукции, удовлетворяющей техническим требованиям, увеличился на 20%.Example 1. In the preparation operation of the charge, the components of the ceramic matrix and the binder component (niobium) are mixed in the ratios ZrO ₂ -TiO (51% -49% wt.) And ZrO ₂ -TiO + Nb (48% -52%), which allows more evenly and efficiently distribute all the binder components in the entire volume of the manufactured product. The yield of products meeting the technical requirements increased by 20%.

Пример 2. На операции подготовки шихты смешивают компоненты керамической матрицы и связующего компонента (ниобия и молибдена) в соотношениях ZrO₂-TiO (51%-49% мас.) и ZrO₂-TiO+Nb+Mo (40%-50%-10%), что позволяет распределить все связующие компоненты во всем объеме изготовляемого изделия и обеспечивает равномерность усадки металлической матрицы. Выход годной продукции, удовлетворяющей техническим требованиям, увеличился на 15%.Example 2. In the operation of preparing the mixture, the components of the ceramic matrix and the binder component (niobium and molybdenum) are mixed in the ratios ZrO ₂ -TiO (51% -49% wt.) And ZrO ₂ -TiO + Nb + Mo (40% -50% - 10%), which allows you to distribute all the binder components in the entire volume of the manufactured product and ensures uniform shrinkage of the metal matrix. The yield of products meeting the technical requirements increased by 15%.

Пример 3. На операции подготовки шихты смешивают компоненты керамической матрицы и связующего компонента (ниобия и алюминия) в соотношениях ZrO₂-TiO (51%-49% мас.) и ZrO₂-TiO+Nb+Al (42%-52%-6%), что позволяет распределить все связующие компоненты во всем объеме изготавливаемого изделия и обеспечивает равномерность температурной усадки металлической матрицы. Выход годной продукции, удовлетворяющей техническим требованиям, увеличился на 10%.Example 3. In the preparation operation of the charge, the components of the ceramic matrix and the binder component (niobium and aluminum) are mixed in the ratios ZrO ₂ -TiO (51% -49% wt.) And ZrO ₂ -TiO + Nb + Al (42% -52% - 6%), which allows you to distribute all the binder components in the entire volume of the manufactured product and ensures uniform temperature shrinkage of the metal matrix. The yield of products meeting the technical requirements increased by 10%.

Таким образом, применение предлагаемой керметной композиции для изготовления керметных изделий позволяет увеличить выход годной продукции, отвечающей техническим требованиям.Thus, the use of the proposed cermet composition for the manufacture of cermet products can increase the yield of products that meet the technical requirements.

Claims

A cermet composition, expressed by the formula (PQ) (RS), comprising a binder phase (RS) and a ceramic phase (PQ) distributed therein in the form of particles, characterized in that the binder phase includes an alloying metal S selected from Si, Cr, Ti, Al, Nb, Mo and mixtures thereof, and the ceramic phase (PQ) is a mixture of 51 wt.% ZrO ₂ - 49 wt.% TiO and is distributed in the binder phase in the form of particles in an amount of 45-52 vol.% Calculated on the volume cermet composition.