RU2607857C1 - Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys - Google Patents

Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2607857C1
RU2607857C1 RU2015130329A RU2015130329A RU2607857C1 RU 2607857 C1 RU2607857 C1 RU 2607857C1 RU 2015130329 A RU2015130329 A RU 2015130329A RU 2015130329 A RU2015130329 A RU 2015130329A RU 2607857 C1 RU2607857 C1 RU 2607857C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
stage
nanopowder
aluminum
electrode
Prior art date
Application number
RU2015130329A
Other languages
Russian (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"
Priority to RU2015130329A priority Critical patent/RU2607857C1/en
Priority to CN201680043007.9A priority patent/CN107848034B/en
Priority to EA201800040A priority patent/EA035488B1/en
Priority to PCT/RU2016/000450 priority patent/WO2017014675A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2607857C1 publication Critical patent/RU2607857C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/23Manufacture 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/025Casting 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433Nickel- or cobalt-based alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433Nickel- or cobalt-based alloys
    • C22C1/0441Alloys based on intermetallic compounds of the type rare earth - Co, Ni
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/047Making non-ferrous alloys by powder metallurgy comprising intermetallic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/007Alloys 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/057Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process 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

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to special metallurgy, in particular to production of cast charge workpieces of electrodes from highly doped nickel aluminide-based alloys, and can be used for centrifugal atomization of electrode material and production of granules for use in addition 3D technologies in order to obtain complex-shape articles from refractory metal materials. Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloy includes production of semi-finished product by centrifugal SHS casting at centrifugal acceleration 60±10 g using a reaction mixture containing, wt%: nickel oxide 47.0–49.1, aluminium 28.6–32.4, mixture Cr2O3, Hf, B and Co3O4 as dopant 13.1–17.9, mixture Al2O3 and Na3AlF6 as functional additive 6.5–7.0, and further two-step remelting of semi-finished product to produce at first step a refined degassed ingot, and at second step – an electrode, wherein second step 2–3 minutes before pouring into melt, an ingot is added, consisting of pressed mixture of aluminium with modifying nanopowder with specific surface area 5÷30 m2/g and lumped aluminum, in an amount which provides content in melt of 0.5–7 vol% nanopowder, with further cooling to room temperature and extraction electrode from crystallizer. MoO3 is further added to mixture of dopant, modifying additive used in nanopowder is powder of one of WC, TaC, NbC, ZrO2, Y2O3, Al2O3.
EFFECT: technical result of proposed invention is developing integrated technology of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys.
5 cl, 3 ex, 10 tbl, 10 dwg

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, предназначенных для получения сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов.The invention relates to the field of special metallurgy, in particular to the production of cast electrodes from highly alloyed alloys based on nickel aluminides, and can be used for centrifugal atomization of the electrode material, which can be used to obtain granules used in additive 3D technologies for the production of complex products from heat resistant metal materials.

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.A known method (RU 2032496, publ. 10.04.1995) for producing transition metal aluminides, mainly nickel, tantalum, titanium, niobium, iron, comprising preparing an exothermic mixture of transition metal and aluminum powders, briquetting the mixture, heating the briquettes before initiating the reaction of self-propagating high-temperature synthesis ( SHS) and subsequent hot deformation of the synthesis products.

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.The disadvantage of this method is the high energy consumption, the high cost of the starting powders of metal reagents, increased requirements for the purity of the starting powders by impurities: oxygen, nitrogen, carbon, etc., which is often difficult to put into practice.

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.A known method (RU 2523049, publ. 20.07.2014) for producing a cast alloy based on titanium gamma-aluminide, intended for producing shaped castings, comprising obtaining a mixture of pure metal powders containing titanium, aluminum and niobium, obtaining a briquette with a relative density of 50- 85%, thermal vacuum treatment of the briquette at a temperature of 550-650 ° C for 10-40 minutes, a heating rate of 5-40 ° C / min and a pressure of 10 -1 -10 -3 Pa, and the SHS is carried out at an initial temperature of 560-650 ° C.

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 200-300g с последующим отделением литого сплава на основе алюминидов никеля, при этом готовят смесь при следующем соотношении 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.A known method for producing heat-resistant alloys (RU 2534325, publ. 11/27/2014), which includes the preparation of a reaction mixture of powders of the starting components containing oxides of Nickel, cobalt, chromium III, molybdenum, titanium, pure aluminum, as well as carbon, boron, zirconium, room the reaction mixture into a refractory form, placing the mold on a centrifuge, igniting the mixture and carrying out synthesis in the combustion mode under centrifugal acceleration of 200-300g followed by separation of the cast alloy based on nickel aluminides, while preparing the mixture with the following components, wt.%: nickel oxide 40.0-43.7, cobalt oxide 12.0-13.2, chromium oxide 2.9-4.3, molybdenum oxide 3.1-3.9, titanium oxide 1 , 3-2.4, carbon, boron and zirconium.

Недостатком способа является то, что он не позволяет получать длинномерные электроды заданной геометрии из наномодифицированного сплава.The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain long electrodes of a given geometry from a nano-modified alloy.

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.The closest analogue to the claimed one is the method (CN 100497700 C, publ. 10.06.2009) for producing electrodes from alloys based on nickel aluminides, including multi-stage remelting of segregation-prone alloy components (Ni, Al, Cr, Mo, Ta) to obtain the first stages of refining a degassed ingot, and in subsequent stages, an electrode that is homogeneous in chemical composition. In this case, remelting is carried out in a protective inert atmosphere or in vacuum.

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.The disadvantage of this method is the high energy costs associated with multi-stage remelting: the number of remelts varies from 3 to 6 times, increased requirements for the chemical purity of the starting components, the required purity of the starting metals is 99.999% by impurities, which significantly increases the cost of the process and product, as well as the inability to obtain electrodes with a nanomodified structure.

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.The technical result of the claimed invention is to reduce energy consumption and cost by reducing the number of remelts to two and using less expensive oxide raw materials while ensuring the chemical purity of the resulting electrode in terms of impurities, namely: oxygen less than 0.2%, nitrogen less than 0.01%, carbon less than 0.1%. In addition, the technical result is to increase the heat resistance of the obtained electrode by reducing the grain size of the main phase NiAl of the electrode material by nanomodification of this material.

Технический результат заявленного изобретения достигается следующим образом.The technical result of the claimed invention is achieved as follows.

Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля включает получение полуфабриката методом центробежного СВС-литья при центробежном ускорении 60±10g с использованием реакционной смеси, содержащей, вес.%:A method of producing electrodes from alloys based on nickel aluminide involves the preparation of a semi-finished product by centrifugal SHS casting with centrifugal acceleration of 60 ± 10 g using a reaction mixture containing, wt.%:

Оксид никеляNickel oxide 47,0-49,147.0-49.1 АлюминийAluminum 28,6-32,428.6-32.4 Смесь Cr2O3, Hf, B и Co3O4 A mixture of Cr 2 O 3 , Hf, B and Co 3 O 4 в качестве легирующей добавкиas an alloying agent 13,1-17,913.1-17.9 Смесь Al2O3 и Na3AlF6 A mixture of Al 2 O 3 and Na 3 AlF 6 в качестве функциональной добавкиas a functional additive 6,5-7,06.5-7.0

Затем проводят двухстадийный переплав полуфабриката с получением на первой стадии рафинированного дегазированного слитка, а на второй стадии - электрода. При этом на второй стадии за 2-3 минуты до разливки в расплав вводят лигатуру, состоящую из прессованной смеси алюминия с модифицирующим нанопорошком с удельной поверхностью 5÷30 м2/г и кускового алюминия, в количестве, обеспечивающем содержание в расплаве 0,5-7 об.% нанопорошка. После чего расплав охлаждают до комнатной температуры и извлекают из кристаллизатора.Then, a two-stage remelting of the semi-finished product is carried out to obtain a refined degassed ingot in the first stage, and an electrode in the second stage. At the same time, in the second stage, a ligature is introduced into the melt 2–3 minutes before casting, consisting of a pressed mixture of aluminum with a modifying nanopowder with a specific surface area of 5–30 m 2 / g and lump aluminum, in an amount ensuring a content of 0.5- 7 vol.% Nanopowder. Then the melt is cooled to room temperature and removed from the crystallizer.

Центробежное СВС-литье осуществляют 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 и отделения синтезированного литого сплава от шлака.Centrifugal SHS casting is carried out by placing the reaction mixture in a refractory form coated on the inner surface with a functional protective layer of a refractory inorganic compound, setting the mold on a centrifuge, igniting the mixture, carrying out the SHS process and separating the synthesized cast alloy from slag.

В смесь легирующей добавки дополнительно вводят MoO3.MoO 3 is additionally added to the dopant mixture.

Двухстадийный переплав полуфабриката осуществляют в защитной инертной атмосфере или в вакууме.The two-stage remelting of the semi-finished product is carried out in a protective inert atmosphere or in vacuum.

В качестве модифицирующего нанопорошка используют порошок WC, или ТаС, или NbC, или ZrO2, или Y2O3, или Al2O3.As a modifying nanopowder, WC, or TaC, or NbC, or ZrO 2 , or Y 2 O 3 , or Al 2 O 3 is used .

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и на фиг. 2 изображен внешний вид слитков, синтезированных в заявленных оптимальных условиях, на фиг. 3 и фиг. 4 показана микроструктура сплавов, синтезированных в оптимальных условиях, на фиг. 5 изображен внешний вид слитка, синтезированного при неоптимальных условиях, на фиг. 6 и на фиг. 7 показана микроструктуры сплава, синтезированного вне заданных параметров, на фиг. 8 изображен внешний вид центробежной установки с размещенной на роторе снаряженной тугоплавкой формой, на фиг. 9 показан внешний вид конечных продуктов синтеза после извлечения из формы, на фиг. 10 изображен внешний вид электрода из наномодифицированного жаропрочного сплава на основе NiAl.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 and in FIG. 2 shows the appearance of ingots synthesized under the stated optimal conditions; FIG. 3 and FIG. 4 shows the microstructure of alloys synthesized under optimal conditions; FIG. 5 shows the appearance of an ingot synthesized under non-optimal conditions; FIG. 6 and in FIG. 7 shows the microstructures of an alloy synthesized outside predetermined parameters; FIG. 8 shows an external view of a centrifugal installation with a refractory curb mold placed on the rotor; FIG. 9 shows the appearance of the final synthesis products after extraction from the mold; FIG. 10 shows the appearance of an electrode of a nanomodified heat-resistant alloy based on NiAl.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

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, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении 60±10g. 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 В и Co3O4. В легирующую добавку дополнительно вводят компонент MoO3.The synthesis stage of the cast semi-finished product by centrifugal SHS casting is carried out by preparing the reaction mixture from aluminum, nickel oxide, alloying and functional additives. The mixture is loaded into a refractory mold coated with a functional protective layer of a refractory inorganic compound from the inner surface, the mold is placed on the centrifuge rotor, the mixture is ignited, and synthesis is carried out in the combustion mode under centrifugal acceleration of 60 ± 10 g. In this case, the reaction mixture is prepared in the following ratio of components, wt.%: Nickel oxide - 47.0-49.1; aluminum - 28.6-32.4; alloying additive - 13.1-17.9; functional additive - 6.5-7.0. As a dopant, a mixture of components Cr 2 O 3 and Hf and B and Co 3 O 4 is used . An additional MoO 3 component is added to the dopant.

Кроме того, в состав исходной экзотерической смеси вводят функциональные добавки Al2O3 и Na3AlF6 с суммарным содержанием не более 7,0 вес.%.In addition, functional additives Al 2 O 3 and Na 3 AlF 6 with a total content of not more than 7.0 wt.% Are introduced into the composition of the initial exoteric mixture.

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 модифицирующим 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 минуты до разливки и его последующей отливки в кристаллизатор заданной геометрии. После чего расплав охлаждают до комнатной температуры и извлекают из кристаллизатора.The subsequent stage of processing the semi-finished product includes a two-stage induction remelting in a protective inert atmosphere or in vacuum. At the first stage, refining and degassing of the ingot is carried out. At the second stage, the nanomodification of the alloy is carried out by introducing into the melt a ligature consisting of a pressed mixture of aluminum with a modifying nanopowder with a specific surface of 5-30 m 2 / g and lump aluminum, in an amount providing a content of 0.5-7 vol.% Nanopowder in the melt , 2-3 minutes before casting and its subsequent casting into the mold of a given geometry. Then the melt is cooled to room temperature and removed from the crystallizer.

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.Reducing the cost, reducing the number of remelting to two and using less expensive oxide raw materials while ensuring the chemical purity of the resulting electrode in terms of impurities, namely: oxygen less than 0.2%, nitrogen less than 0.01%, carbon less than 0.1% is achieved due to the use of energy-saving SHS-casting technology, which allows to synthesize in the combustion mode a highly pure impurity semi-finished product with a liquid-free structure, from which it is subsequently possible to obtain an electrode with the required tour and cleanliness.

Повышение термостойкости полученного электрода достигается путем введения оптимального количества наночастиц WC, ZrO2, Y2O3, значительно (в 2-3 раза) измельчающих зерно основной фазы NiAl.An increase in the heat resistance of the obtained electrode is achieved by introducing the optimal amount of WC, ZrO 2 , Y 2 O 3 nanoparticles, which significantly (2–3 times) grind the grain of the main NiAl phase.

Выбор исходной смеси, включающей высокое содержание Al, оксида никеля и легирующих добавок, таких как Cr2O3, Hf, В, Co3O4, MoO3, введение в смесь функциональных добавок Al2O3 и Na3AlF6 для регулирования вязкости шлаковой фазы, установление центробежного ускорения 60±10g позволяет получать высоколегированные жаропрочные сплавы на основе алюминидов никеля с безликвационной структурой.The choice of the initial mixture, including a high content of Al, nickel oxide and dopants, such as Cr 2 O 3 , Hf, B, Co 3 O 4 , MoO 3 , the introduction of functional additives Al 2 O 3 and Na 3 AlF 6 into the mixture for regulation viscosity of the slag phase, the establishment of centrifugal acceleration of 60 ± 10g allows you to get high-alloy heat-resistant alloys based on nickel aluminides with non-aliquot structure.

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 длинномерные электроды путем разливки сплава в кристаллизатор заданной геометрии.The subsequent two-stage remelting allows to reduce the content of gas impurities to values less than 0.4%, to carry out nanomodification of the alloy by introducing ligatures with nanosized particles into the melt, and to form long electrodes by casting the alloy into a mold of a given geometry.

Введение легирующей добавки позволяет обеспечить:The introduction of a dopant allows you to provide:

1) твердорастворное (Со, Мо) упрочнение материала матрицы (на основе NiAl);1) solid solution (Co, Mo) hardening of the matrix material (based on NiAl);

2) композиционное упрочнение матрицы выделениями на основе комплексного боридного соединения Ni20Al3B6 и CrB с частичным замещением Ni и Cr на Мо;2) composite hardening of the matrix by precipitates based on the complex boride compound Ni 20 Al 3 B 6 and CrB with partial replacement of Ni and Cr by Mo;

3) компоненты Hf и В являются структурными модификаторами и оказывают положительное влияние на формирование мелкозернистой, безликвационной структуры разрабатываемых составов.3) the Hf and B components are structural modifiers and have a positive effect on the formation of a fine-grained, non-liquid structure of the developed compositions.

При содержании компонентов смеси в заявленном интервале и значении перегрузки 60±10g формируются беспористые слитки (фиг. 1 и фиг. 2) с равномерно распределенными по объему структурными компонентами (фиг. 3 и фиг. 4).When the content of the mixture components in the claimed range and the overload value of 60 ± 10g are formed, non-porous ingots (Fig. 1 and Fig. 2) with structural components evenly distributed over the volume (Fig. 3 and Fig. 4).

Выбор центробежного ускорения 60±10g 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.The choice of centrifugal acceleration of 60 ± 10g is due to the optimization of the synthesis process, aimed at the maximum possible increase in the mass of the synthesized ingot. The range of overload values is due to the total effect aimed at obtaining the maximum possible volume of combustion, taking into account the characteristics of the centrifugal unit and the maximum yield (phase separation depth) of the target phase (metal) in the ingot.

В случае отклонения от заданных интервалов содержания компонентов NiO - 47,0-49,1, Al - 28,6-32,4, 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- (фиг. 5), так и на микроуровне (фиг. 6 и фиг. 7). Примеры по обоснованию режимов СВС-центробежного литья и переплава сведены в табл. 1-9.In the case of deviations from the specified intervals, the content of NiO components is 47.0-49.1, Al 28.6-32.4, dopants 13.1-17.9, functional additives 6.5-7.0, as well as the effects of an overload below 50 g, a discontinuity is formed in the synthesized ingots, observed both at the macro level (Fig. 5) and at the micro level (Fig. 6 and Fig. 7). Examples to justify the modes of SHS-centrifugal casting and remelting are summarized in table. 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.With a total dopant content of more than 17.9% (Example 7, Table 2), numerous lamellar precipitates of complex monoborides Mo (V, Cr) B and ceramic inclusions based on corundum are formed in the alloy structure, which reduces the ductility and heat resistance of the obtained materials. In the case of a dopant content below 13.1% (Example 6, Table 2), an alloy with increased brittleness is formed, which cannot be used in a two-stage remelting of electrodes for centrifugal atomization of granules.

Комплексное воздействие легирующих и функциональных добавок, а также оптимальный выбор интервала значений центробежного воздействия (60±10g) 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.The combined effect of alloying and functional additives, as well as the optimal choice of the range of centrifugal effects (60 ± 10g) on the synthesis process ensures the maximum yield of the target product (alloy) in the ingot and the formation of a non-liquid structure. With the non-optimal choice of composition and the effect of overload (Example 6, 7, Table 3), a sharp decrease in the depth of phase separation (up to 86-82%) is observed, which significantly reduces the efficiency of the claimed method for producing a semi-finished product.

При введении лигатуры, состоящей из прессованный смеси алюминия с модифицирующим нанопорошком, за время менее 2 минут 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 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.When a ligature consisting of a pressed mixture of aluminum with a modifying nanopowder is introduced, less than 2 minutes before the melt is poured into the crystallizer, the nanoparticles do not have time to evenly distribute over the melt volume, which leads to structural heterogeneity of the ingot and a large grain size dispersion. With an increase in the time spent by the nanoparticles in the melt for more than 3 min before casting into the crystallizer, they dissolve in the case of carbides WC, TaC, NbC or agglomerate in the case of oxides ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , which also does not give the desired effect of modification alloy structure.

При концентрации модифицирующего нанопорошка в расплаве менее 0,5 об.% не происходит заметного модифицирования структуры слитка, а увеличение концентрации нанопорошка более 7 об.% нецелесообразно, т.к. возрастает вязкость расплава, ухудшается его текучесть, а дальнейшего измельчения зерен структурных составляющих не происходит.When the concentration of the modifying nanopowder in the melt is less than 0.5 vol.%, There is no noticeable modification of the structure of the ingot, and an increase in the concentration of the nanopowder more than 7 vol.% Is impractical, because the melt viscosity increases, its fluidity worsens, and further grinding of the grains of structural components does not occur.

Экспериментально обоснован также интервал значений удельной поверхности модифицирующего 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.The range of specific surface area of the modifying nanopowder is also experimentally justified 5-30 m 2 / g. At a specific surface of less than 5 m 2 / g, powders of submicron size do not have a noticeable modifying effect on the structure of the ingot. The choice of a nanosized powder with a specific surface of more than 30 m 2 / g leads to a negative result for several reasons: agglomeration of nanoparticles in the case of oxide compounds or dissolution of nanoparticles in a melt in the case of carbide compounds.

Двухстадийный переплав полуфабриката осуществляется в защитной инертной атмосфере или в вакууме для недопущения окисления расплава и увеличения срока службы узлов печи.The two-stage remelting of the semi-finished product is carried out in a protective inert atmosphere or in vacuum to prevent oxidation of the melt and increase the service life of the furnace units.

Пример 1 (табл. 2, пример 1)Example 1 (table. 2, example 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.To obtain a cast semi-finished product, powders are taken: nickel oxide, molybdenum oxide, chromium oxide, cobalt oxide, aluminum oxide, aluminum, hafnium and boron. The main characteristics of the reagents are given in table. one.

Figure 00000001
Figure 00000001

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, Co3O4 - 5,7, Hf - 1,3, В - 0,1. В качестве функциональной добавки используются порошки, вес.%: Al2O3 - 6,4 и Na3AlF6 - 0,6.The reaction mixture is prepared in the following ratio of components, wt.%: Nickel oxide - 47.5; aluminum - 32.4; alloying additive - 13.1; functional additive - 7.0. As an alloying additive, powders are used, wt.%: MoO 3 - 0.6, Cr 2 O 3 - 5.4, Co 3 O 4 - 5.7, Hf - 1.3, B - 0.1. As a functional additive, powders are used, wt.%: Al 2 O 3 - 6.4 and Na 3 AlF 6 - 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 70g.The finished mixture is placed in a graphite form, coated from the inner surface with a protective refractory layer of a refractory inorganic compound based on corundum. The mold is placed on the centrifuge rotor, the mixture is locally ignited using a tungsten helix and synthesis is carried out in the combustion mode with a centrifugal acceleration of 70g.

После завершения процесса СВС продукт охлаждается и извлекается из формы. Продукт представляет собой двухслойный слиток (фиг. 9): 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.After completion of the SHS process, the product is cooled and removed from the mold. The product is a two-layer ingot (Fig. 9): the upper layer is an oxide solution (slag) based on corundum, the lower layer is the target product is a heat-resistant alloy based on nickel aluminides. The yield of the target product (an alloy based on nickel aluminides) is 98% of the calculated value. The grain size of the main NiAl phase is 10-20 microns. The synthesized alloy contains, wt.%: Nickel - 58.8; aluminum - 27.0; molybdenum - 0.7; chromium - 5.8; cobalt - 6.6; boron - 0.1; hafnium - 1.0. The content of gas impurities is, wt.%: Oxygen - 0.110, nitrogen - 0.0012, carbon - 0.078. The grain size of the main NiAl phase is 10-20 microns.

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 0,95×105 Па. Скорость индукционного нагрева составляет 150±30°С/мин. Для удаления газообразных примесей полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 минут. 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 часов.To process the semi-finished product, a two-stage remelting is carried out in a protective inert atmosphere. At the first stage, remelting is carried out by refining the semi-finished product in an induction furnace by melting in a periclase crucible at a temperature of 1680-1700 ° C in an atmosphere of high-grade argon (99.995% Ar), which fills the chamber of the induction furnace after pumping to diffusion vacuum (10 -5 Pa) at a pressure of 0.95 × 10 5 Pa. The induction heating rate is 150 ± 30 ° C / min. To remove gaseous impurities, the obtained melt is maintained at a temperature of 1680-1700 ° C for 3 minutes. The casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm, previously installed in the furnace chamber, in which the ingot crystallizes. At the end of the casting process, the inductor is turned off. The resulting ingot from a heat-resistant alloy based on NiAl is cooled in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours.

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 90g 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 минут. 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.At the second stage of remelting, a homogenizing induction remelting of the obtained ingot is carried out with additional alloying with lumpy A99 grade aluminum (to compensate for aluminum evaporated during refining remelting) and aluminum powder ligatures based on nanosized WC particles. Ligatures are added to the melt through a vacuum lock in the furnace chamber in an amount providing 1 vol.% Nanopowder and 26.3 ± 0.5% aluminum in the alloy. Mixtures for the manufacture of ligatures are obtained in a planetary ball mill with a gravity factor of at least 90 g by mixing aluminum powder of grade PA-4 with nanosized particles in a ratio of 3: 1 by weight, diameter of grinding bodies 3-5 mm, mass ratio of balls: material = 10 : 1, processing time 5 minutes. Compact powder ligature is obtained by cold pressing in a steel mold with a diameter of 20-50 mm with a load of 3-5 t / cm 2 , which provides a relative density of 0.7-0.9.

Переплав осуществляется при следующих условиях: давление Ar - 0,95×105 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 минут, 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 часов. После охлаждения электрод извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы, а прибыльная часть отрезается. Внешний вид электрода представлен на фиг. 10.Remelting is carried out under the following conditions: pressure Ar - 0.95 × 10 5 Pa, temperature - 1680-1700 ° С, heating rate - 150 ± 30 ° С / min. For the purpose of homogenization, the obtained melt is maintained at a temperature of 1680-1700 ° C for 2 minutes, which ensures uniform distribution of the nanomodifier over the alloy volume. The casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm with a thermally insulated profitable part with a height of 15-25% of the electrode height. The obtained electrode is cooled in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours. After cooling, the electrode is removed from the mold, the surface is cleaned of the remains of the mold, and the profitable part is cut off. The appearance of the electrode is shown in FIG. 10.

Полученный электрод содержит в своем составе (табл. 4), вес.%: никель - 57,0; алюминий - 26,5; молибден - 0,7; хром - 5,6; кобальт - 6,4; бор - 0,1; гафний - 1, нанофаза WC - 2,66.The resulting electrode contains in its composition (table. 4), wt.%: Nickel - 57.0; aluminum - 26.5; molybdenum - 0.7; chrome 5.6; cobalt - 6.4; boron - 0.1; hafnium - 1, nanophase 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 минут, 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 минут 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.The resulting electrode is tested for heat resistance by the following method. The electrode is placed in a muffle furnace preheated to a temperature of 1000 ° C, kept in it for 20 minutes, after which it is removed from the furnace onto a chamotte lined surface, on which it is cooled in air to room temperature. After this, the electrode is re-aged for 20 minutes in an oven at 1000 ° C, then it is removed from the oven and cooled in air to room temperature. Heat resistance tests on the heating-cooling cycle are carried out until the detection of delamination cracks. A satisfactory number of cycles is considered to be more than 10, which allows predicting sufficient resistance to thermal shock during plasma centrifugal spraying.

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 расслои не обнаружены.Impurity content: oxygen - 0.132%, nitrogen - 0.006%, carbon - 0.082%. The grain size of the main phase is NiAl = 40-50 μm, residual porosity = 0.5%, heat resistance was 22 cycles, no shells and delays were detected.

Пример 2 (табл. 2, пример 3)Example 2 (table. 2, example 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, В - 0,3. В качестве функциональной добавки используются порошки, вес.%: Al2O3 - 5,0 и Na3AlF6 - 1,8.For the synthesis of cast semi-finished product, by analogy with example 1, the reaction mixture is prepared in the following ratio of components, wt.%: Nickel oxide - 49.1; aluminum - 30.5; alloying additive - 13.6; functional additive - 6.8. As an alloying additive, powders are used, wt.%: MoO 3 - 5.8, Cr 2 O 3 - 3.6, Co 3 O 4 - 2.7, Hf - 1.2, B - 0.3. As a functional additive, powders are used, wt.%: Al 2 O 3 - 5.0 and Na 3 AlF 6 - 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 60g.The finished mixture is placed in graphite form, coated from the inner surface with a functional protective layer of a refractory inorganic compound based on corundum. The mold is placed on the centrifuge rotor, the mixture is locally ignited using a tungsten helix, and synthesis is carried out in the combustion mode with a centrifugal acceleration of 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, нижний 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.After completion of the combustion process, the synthesis product is cooled and removed from the mold. The combustion product is a two-layer ingot: the upper layer is an oxide solution (slag) based on corundum, the lower layer is the target product is a heat-resistant alloy based on nickel aluminides. The yield of the target product of the alloy based on nickel aluminides is 95% of the calculated value. The synthesized alloy contains, wt.%: Nickel - 62.0; aluminum - 23.3; molybdenum - 6.2; chrome 3.9; cobalt - 3.2; boron - 0.4; hafnium - 1.0. The content of gas impurities is, wt.%: Oxygen - 0.130, nitrogen - 0.0013, carbon - 0.085. The grain size of the main phase of NiAl is 30-40 microns.

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 0,95×105 Па. Скорость индукционного нагрева составляет 150±30°С/мин. Для удаления газообразных примесей полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 минут. 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 часов.To process the semi-finished product, by analogy with example 1, a two-stage remelting is carried out in a protective inert atmosphere. At the first stage, the semi-finished product is refined in an induction furnace by melting in a periclase crucible at a temperature of 1680-1700 ° С in an atmosphere of high-grade argon (99.995% Ar), which fills the chamber of the induction furnace after pumping to diffusion vacuum (10 -5 Pa), at a pressure of 0.95 × 10 5 Pa. The induction heating rate is 150 ± 30 ° C / min. To remove gaseous impurities, the obtained melt is maintained at a temperature of 1680-1700 ° C for 3 minutes. The casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm, previously installed in the furnace chamber, in which the ingot crystallizes. At the end of the casting process, the inductor is turned off. The resulting ingot from a heat-resistant alloy based on NiAl is cooled in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours.

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 90g 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 минут. 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 - 0,95×105 Па, температура - 1680-1700°С, скорость нагрева - 150±30°С/мин.At the second stage, a homogenizing induction remelting of the obtained ingot is carried out with additional alloying with lumpy aluminum of grade A99 to compensate for aluminum evaporated during refining remelting and with powder alloys based on aluminum with nanosized ZrO 2 particles. Ligatures are added to the melt through a vacuum shutter in the furnace chamber in an amount providing 3 vol.% Nanopowder and 26.1 ± 0.5% aluminum in the alloy. Mixtures for the manufacture of ligatures are obtained in a planetary ball mill with a gravity factor of at least 90 g by mixing aluminum powder of grade PA-4 with nanosized particles in a ratio of 3: 1 by weight, diameter of grinding bodies 3-5 mm, mass ratio of balls: material = 10 : 1, processing time 5 minutes. Compact powder ligature is obtained by cold pressing in a steel mold with a diameter of 20-50 mm with a load of 3-5 t / cm 2 , which provides a relative density of 0.7-0.9. Remelting is carried out under the following conditions: pressure Ar - 0.95 × 10 5 Pa, temperature - 1680-1700 ° С, heating rate - 150 ± 30 ° С / min.

С целью гомогенизации полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 минут, 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 часов. После охлаждения электрод извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы, а прибыльная часть отрезается.For the purpose of homogenization, the obtained melt is maintained at a temperature of 1680-1700 ° C for 3 minutes, which ensures uniform distribution of the nanomodifier over the alloy volume. The casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm with a thermally insulated profitable part with a height of 15-25% of the electrode height. The obtained electrode is cooled in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours. After cooling, the electrode is removed from the mold, the surface is cleaned of the remains of the mold, and the profitable part is cut off.

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.The resulting electrode contains in its composition, wt.%: Nickel - 56.9; aluminum - 25.7; molybdenum - 6.1; chrome 3.8; cobalt - 3.1; boron - 0.4; hafnium - 1; nanophase - 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.Impurity content: oxygen - 0.987%, nitrogen - 0.09%, carbon - 0.121%. The grain size of the main phase is NiAl = 10-20 μm, residual porosity = 0.5%, heat resistance = 18 cycles, no shells and delays were detected.

Пример 3 (табл. 2, пример 5)Example 3 (table. 2, example 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.%: МоО3 - 12,4, Cr2O3 - 2,9, Co3O4 - 0,3, Hf - 1,1, В - 1,2. В качестве функциональной добавки используются порошки, вес.%: Al2O3 - 3,5 и Na3AlF6 - 3,0.For the synthesis of cast semi-finished product (by analogy with example 1), the reaction mixture is prepared in the following ratio of components, wt.%: Nickel oxide - 47.0; aluminum - 28.6; alloying additive - 17.9; functional additive - 6.5. As an alloying additive, powders are used, wt.%: MoO 3 - 12.4, Cr 2 O 3 - 2.9, Co 3 O 4 - 0.3, Hf - 1.1, B - 1.2. Powders, wt.%: Al 2 O 3 - 3,5 and Na 3 AlF 6 - 3,0 are used as a functional additive.

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 проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении 50g.The finished mixture is placed in graphite form, coated from the inner surface with a functional protective layer of a refractory inorganic compound based on corundum. The mold is placed on the centrifuge rotor, the mixture is locally ignited using a tungsten helix, and synthesis is carried out in the combustion mode with a centrifugal acceleration of 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, нижний 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.After completion of the combustion process, the synthesis product is cooled and removed from the mold. The combustion product is a two-layer ingot: the upper layer is an oxide solution (slag) based on corundum, the lower layer is the target product is a heat-resistant alloy based on nickel aluminides. The yield of the target product (an alloy based on nickel aluminides) is 94.0% of the calculated value. The synthesized alloy contains in its composition (table. 3), wt.%: Nickel - 61.4; aluminum - 16.6; molybdenum - 15.8; chrome 3.2; cobalt - 0.3; boron - 1.7; hafnium - 1.0. The content of gas impurities is, wt.%: Oxygen - 0.17, nitrogen - 0.0017, carbon - 0.098. The grain size of the main NiAl phase is 40-50 microns.

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 0,95×105 Па. Скорость индукционного нагрева составляет 150±30°С/мин. Для удаления газообразных примесей полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 минут. 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 часов.For the processing of semi-finished products (by analogy with example 1), a two-stage remelting is carried out in a protective inert atmosphere. At the first stage, the semi-finished product is refined in an induction furnace by melting in a periclase crucible at a temperature of 1680-1700 ° С in an atmosphere of high-grade argon (99.995% Ar), which fills the chamber of the induction furnace after pumping to diffusion vacuum (10 -5 Pa), at a pressure of 0.95 × 10 5 Pa. The induction heating rate is 150 ± 30 ° C / min. To remove gaseous impurities, the obtained melt is maintained at a temperature of 1680-1700 ° C for 3 minutes. The casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm, pre-installed in the furnace chamber, in which the ingot crystallizes. At the end of the casting process, the inductor is turned off. The resulting ingot from a heat-resistant alloy based on NiAl is cooled in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours.

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 90g 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 минут. 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 - 0,95×105 Па, температура - 1680-1700°С, скорость нагрева - 150±30°С/мин.At the second stage, a homogenizing induction remelting of the obtained ingot is carried out with additional alloying with lumpy aluminum of grade A99 (to compensate for the aluminum evaporated during refining remelting) and with powder alloys based on aluminum with nanosized particles of Y 2 O 3 . Ligatures are added to the melt through a vacuum lock in the furnace chamber in an amount providing 5 vol.% Nanopowder and 25.4 ± 0.5% aluminum in the alloy. Mixtures for the manufacture of ligatures are obtained in a planetary ball mill with a gravity factor of at least 90 g by mixing aluminum powder of grade PA-4 with nanosized particles in a ratio of 3: 1 by weight, diameter of grinding bodies 3-5 mm, mass ratio of balls: material = 10 : 1, processing time 5 minutes. Compact powder ligature is obtained by cold pressing in a steel mold with a diameter of 20-50 mm with a load of 3-5 t / cm 2 , which provides a relative density of 0.7-0.9. Remelting is carried out under the following conditions: pressure Ar - 0.95 × 10 5 Pa, temperature - 1680-1700 ° С, heating rate - 150 ± 30 ° С / min.

С целью гомогенизации полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 2,5 минут, 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 часов. После охлаждения электрод извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы, а прибыльная часть отрезается.For the purpose of homogenization, the obtained melt is maintained at a temperature of 1680-1700 ° C for 2.5 minutes, which ensures uniform distribution of the nanomodifier over the alloy volume. The casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm with a thermally insulated profitable part with a height of 15-25% of the electrode height. The obtained electrode is cooled in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours. After cooling, the electrode is removed from the mold, the surface is cleaned of the remains of the mold, and the profitable part is cut off.

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.The resulting electrode contains in its composition, wt.%: Nickel - 49.4; aluminum - 25.7; molybdenum - 14.6; chrome 3.1; cobalt - 0.3; boron - 1.6; hafnium - 1, nanophase (Y 2 O 3 ) - 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.Impurity content, wt.%: Oxygen - 0.974, nitrogen - 0.022, carbon - 0.096%. The grain size of the main phase is NiAl = 10-20 μm, residual porosity = 1.2%, heat resistance = 14 cycles, no shells and delays were detected.

Figure 00000002
Figure 00000002

Состав и свойства синтезированных сплавов по примерам, представленным в табл. 2.The composition and properties of the synthesized alloys according to the examples presented in table. 2.

Figure 00000003
Figure 00000003

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.In the table. 4 shows the compositions and properties of the electrodes obtained by two-stage remelting of the SHS semi-finished product according to example 1 of the table. 3, when using WC nanopowder with a specific surface of 16 m 2 / g, the time before casting is 2.5 minutes.

Figure 00000004
Figure 00000004

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.In the table. 5 shows the compositions and properties of the electrodes obtained by two-stage remelting of the SHS semi-finished product according to example 1 of the table. 3, the specific surface of the ZrO 2 nanopowder is 18 m 2 / g, the time to casting is 2.5 min.

Figure 00000005
Figure 00000005

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.In the table. 6 shows the compositions and properties of the electrodes obtained by two-stage remelting of the SHS semi-finished product according to example 1 of the table. 3, the specific surface of the nanopowder Y 2 O 3 21 m 2 / g, the time before casting 2.5 minutes

Figure 00000006
Figure 00000006

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).In the table. 7-8 shows the compositions and properties of the electrodes obtained by two-stage remelting of the SHS semi-finished product according to example 1 of the table. 3, with the specific surface of the nanosupplement WC 16 m 2 / g (table. 7), nanoparticles ZrO 2 18 m 2 / g (table. 8).

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

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.In the table. 9-10 shows the compositions and properties of the electrodes obtained by two-stage remelting of the SHS semi-finished product according to example 1 of the table. 3, at a time before casting the melt into the mold 2.5 minutes

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

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.Thus, the combination of features claimed in the formula allows one to obtain cast electrodes from highly alloyed nanomodified alloys based on nickel aluminides, which can be used for plasma centrifugal spraying of granules and their subsequent application in additive 3D technologies of sophisticated products from heat-resistant metallic materials.

Пример получения электрода известным способом по прототипу (CN 100497700)An example of obtaining an electrode in a known manner according to the prototype (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.The mixture is prepared from high-purity components in the form of fused bars and ingots with a content of the main component of not less than 99.999% in quantity, wt.%: Nickel 58.8; aluminum 27.0; molybdenum 0.7; chrome 5.8; cobalt 6.6; boron 0.1; hafnium 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 0,95×105 Па. Скорость индукционного нагрева составляет 150±30°С/мин. Для удаления газообразных примесей полученный расплав выдерживается при температуре 1680-1700°С в течение 3 минут. 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 часов.For processing, a three-stage remelting is carried out in a protective inert atmosphere. At the first stage, refining the charge in the induction furnace is carried out by melting in a periclase crucible at a temperature of 1680-1700 ° C in an atmosphere of high-grade argon (99.995% Ar), which fills the chamber of the induction furnace after pumping to diffusion vacuum (10 -5 Pa), at a pressure of 0.95 × 10 5 Pa. The induction heating rate is 150 ± 30 ° C / min. To remove gaseous impurities, the obtained melt is maintained at a temperature of 1680-1700 ° C for 3 minutes. The casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm, previously installed in the furnace chamber, in which the ingot crystallizes. At the end of the casting process, the inductor is turned off. The obtained ingot is cooled in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours.

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 - 0,95×105 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 минут. 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 часов. После охлаждения слиток извлекается из изложницы, поверхность очищается от остатков литейной формы.At the second stage, the first homogenizing induction remelting of the obtained ingot is carried out with additional alloying with lumpy aluminum of grade A99 (to compensate for the aluminum evaporated during refining remelting). Remelting is carried out at a pressure of Ar - 0.95 × 10 5 Pa, a temperature of 1680-1700 ° C, a heating rate of 150 ± 30 ° C / min. In order to homogenize the resulting melt is maintained at a temperature of 1680-1700 ° C for 2 minutes. Casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm. The obtained ingot is cooled in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours. After cooling, the ingot is removed from the mold, the surface is cleaned of the remains of the mold.

На третьей стадии проводится второй гомогенизирующий индукционный переплав полученного слитка при давлении Ar - 0,95×105 Па, температуре - 1680-1700°С, скорости нагрева 150±30°С/мин. Расплав выдерживается при достигнутой температуре в течение 2 минут. 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 часов. 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.At the third stage, a second homogenizing induction remelting of the obtained ingot is carried out at an Ar pressure of 0.95 × 10 5 Pa, a temperature of 1680-1700 ° C, a heating rate of 150 ± 30 ° C / min. The melt is maintained at the achieved temperature for 2 minutes. The casting of the obtained melt is carried out with the inductor turned on in a graphite crucible with a diameter of 50-100 mm with a thermally insulated profitable part with a height of 15-25% of the electrode height. The cooling of the obtained electrode ingot is carried out in the chamber of an induction furnace in an argon atmosphere for 3-5 hours. After cooling, the electrode is removed from the mold, the surface is cleaned of the remains of the mold, and the profitable part is cut off. The appearance of the electrode is similar to FIG. 10. The resulting fused electrode contains a predetermined number of alloying components, wt.%: Nickel 58.8; aluminum 27.0; molybdenum 0.7; chrome 5.8; cobalt 6.6; boron 0.1; hafnium 1.0. The content of impurities, wt.%: Oxygen - 0.105, nitrogen - 0.008, carbon - 0.063, residual porosity = 0.4%, heat resistance = 5 cycles, shells and stratifications were not detected. The prototype method provides high chemical purity and uniformity of the electrode, although the grain size of the main phase of NiAl reaches 250-280 microns.

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.In comparison with the proposed method, the presence of three stages of remelting increases 1.4 times the energy consumption, and the use of high-purity components for stitching increases the cost of the electrode as a whole by more than 1.5 times. In this case, the coarse-grained electrode exhibits less heat resistance, and there is a high probability of its destruction during centrifugal spraying.

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.Thus, the combination of features claimed in the formula allows to obtain cast electrodes from highly alloyed nanomodified alloys based on nickel aluminides, which can be used for centrifugal sputtering and subsequent use in complex 3D technologies of complex products made from heat-resistant metallic materials.

Claims (7)

1. Способ получения электродов из сплава на основе алюминида никеля, включающий получение полуфабриката методом центробежного СВС-литья при центробежном ускорении 60±10g с использованием реакционной смеси, содержащей, вес.%:1. A method of producing electrodes from an alloy based on nickel aluminide, including the preparation of a semi-finished product by centrifugal SHS casting with centrifugal acceleration of 60 ± 10 g using a reaction mixture containing, wt.%: оксид никеляnickel oxide 47,0-49,147.0-49.1 алюминийaluminum 28,6-32,428.6-32.4 смесь Cr2O3, Hf, B и Co3O4 mixture of Cr 2 O 3 , Hf, B and Co 3 O 4 в качестве легирующей добавкиas an alloying agent 13,1-17,913.1-17.9 смесь Al2O3 и Na3AlF6 a mixture of Al 2 O 3 and Na 3 AlF 6 в качестве функциональной добавкиas a functional additive 6,5-7,0,6.5-7.0,
и последующий двухстадийный переплав полуфабриката с получением на первой стадии рафинированого дегазированного слитка, а на второй стадии - электрода, при этом на второй стадии за 2-3 мин до разливки в расплав вводят лигатуру, состоящую из прессованной смеси алюминия с модифицирующим нанопорошком с удельной поверхностью 5÷30 м2/г и кускового алюминия, в количестве, обеспечивающем содержание в расплаве 0,5-7 об.% нанопорошка, с последующим охлаждением до комнатной температуры и извлечением электрода из кристаллизатора.and the subsequent two-stage remelting of the semi-finished product to obtain a refined degassed ingot in the first stage and an electrode in the second stage, and in the second stage, a ligature consisting of a pressed aluminum mixture with a modifying nanopowder with a specific surface of 5 is introduced into the melt 2-3 times before casting ÷ 30 m 2 / g and lump aluminum, in an amount providing a melt content of 0.5-7 vol.% Nanopowder, followed by cooling to room temperature and removing the electrode from the mold. 2. Способ по п. 1, в котором центробежное СВС-литье осуществляют 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 и отделения синтезированного литого сплава от шлака.2. The method according to p. 1, in which centrifugal SHS casting is carried out by placing the reaction mixture in a refractory form coated on the inner surface with a functional protective layer of a refractory inorganic compound, setting the mold on a centrifuge, igniting the mixture, carrying out the SHS process and separating the synthesized cast alloy from slag. 3. Способ по п. 1, в котором в смесь легирующей добавки дополнительно вводят MoO3.3. The method according to p. 1, in which MoO 3 is additionally introduced into the mixture of the dopant. 4. Способ по п. 1, в котором двухстадийный переплав полуфабриката осуществляют в защитной инертной атмосфере или в вакууме.4. The method according to p. 1, in which the two-stage remelting of the semi-finished product is carried out in a protective inert atmosphere or in vacuum. 5. Способ по п. 1, в котором в качестве модифицирующего нанопорошка используют порошок WC, или TaC, или NbC, или ZrO2, или Y2O3, или Al2O3. 5. The method according to p. 1, in which the powder of WC, or TaC, or NbC, or ZrO 2 , or Y 2 O 3 , or Al 2 O 3 is used as a modifying nanopowder.
RU2015130329A 2015-07-23 2015-07-23 Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys RU2607857C1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130329A RU2607857C1 (en) 2015-07-23 2015-07-23 Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys
CN201680043007.9A CN107848034B (en) 2015-07-23 2016-07-19 The method that electrode is prepared by the alloy based on nickel aluminide
EA201800040A EA035488B1 (en) 2015-07-23 2016-07-19 Method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide
PCT/RU2016/000450 WO2017014675A1 (en) 2015-07-23 2016-07-19 A method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130329A RU2607857C1 (en) 2015-07-23 2015-07-23 Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2607857C1 true RU2607857C1 (en) 2017-01-20

Family

ID=57834330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015130329A RU2607857C1 (en) 2015-07-23 2015-07-23 Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys

Country Status (4)

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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644702C1 (en) * 2017-04-25 2018-02-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys
RU2814351C1 (en) * 2023-10-18 2024-02-28 Общество с ограниченной ответственностью "Центр Исследований, Дизайна и Технологии" Centrifugal unit for producing cast materials by centrifugal shs casting

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SK288792B6 (en) * 2018-07-12 2020-11-03 Ustav Materialov A Mech Strojov Sav Method for controlled alloying of intermetallic alloys γ-TiAl with carbon during vacuum induction melting in graphite crucibles
US11424442B2 (en) 2019-12-06 2022-08-23 GM Global Technology Operations LLC Methods of forming prelithiated silicon alloy electroactive materials
RU2756045C1 (en) * 2020-10-13 2021-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases
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 (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2032496C1 (en) * 1993-02-19 1995-04-10 Московский институт стали и сплавов Method of obtaining aluminides of transition metals
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 (en) * 2007-09-21 2009-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production
CN100497700C (en) * 2007-10-19 2009-06-10 北京航空航天大学 NiAl-Cr(Mo) biphase eutectic crystal intermetallic compound modified by Ta
RU2534325C1 (en) * 2013-07-29 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук Method for obtaining heat-resistant alloys

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101402100A (en) * 2008-11-04 2009-04-08 安徽省鑫源达有色金属材料有限公司 Method for producing nickel-aluminum composite belt
CN101576178B (en) * 2009-06-17 2011-01-05 重庆理工大学 Preparation method for metal-ceramic composite tube
CN102357653A (en) * 2011-11-14 2012-02-22 江苏银宇模具材料有限公司 Preparation process for nanoparticle reinforced die steel
CN102864323B (en) * 2012-09-25 2014-07-02 中国科学院金属研究所 Preparation method of Ni-Al alloy porous material with controllable structure
CN104319398B (en) * 2014-10-23 2016-10-19 中国计量学院 A kind of preparation method of polymer overmold nickel alumin(i)um alloy/sulfur combination electrode material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2032496C1 (en) * 1993-02-19 1995-04-10 Московский институт стали и сплавов Method of obtaining aluminides of transition metals
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 (en) * 2007-09-21 2009-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production
CN100497700C (en) * 2007-10-19 2009-06-10 北京航空航天大学 NiAl-Cr(Mo) biphase eutectic crystal intermetallic compound modified by Ta
RU2534325C1 (en) * 2013-07-29 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук Method for obtaining heat-resistant alloys

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644702C1 (en) * 2017-04-25 2018-02-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys
RU2814351C1 (en) * 2023-10-18 2024-02-28 Общество с ограниченной ответственностью "Центр Исследований, Дизайна и Технологии" Centrifugal unit for producing cast materials by centrifugal shs casting

Also Published As

Publication number Publication date
EA201800040A1 (en) 2018-10-31
CN107848034A (en) 2018-03-27
CN107848034B (en) 2019-11-15
EA035488B1 (en) 2020-06-24
WO2017014675A1 (en) 2017-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Güther et al. Metallurgical processing of titanium aluminides on industrial scale
RU2607857C1 (en) Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys
JP6896623B2 (en) A process for producing a low nitrogen, substantially nitride-free chromium and chromium and niobium-containing nickel-based alloy, and the resulting chromium and nickel-based alloy.
KR101264219B1 (en) Mg alloy and the manufacturing method of the same
US10494698B1 (en) Methods for making zirconium based alloys and bulk metallic glasses
CN104388714B (en) A kind of smelting preparation method of large scale Intermatallic Ti-Al compound ingot casting
RU2618038C2 (en) Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium
JP2005508758A (en) Method for producing an alloy ingot
CN110904363A (en) Preparation method of ABX alloy
EP0413747A1 (en) Arc-melting process for forming metallic-second phase composites and product thereof
CN102517464A (en) Preparation method for in-situ synthesized particle reinforced titanium-based composite material
RU2630157C2 (en) Method to produce electrodes of alloys based on titanium aluminide
US20210254194A1 (en) Preparation method for magnesium matrix composite
Sanin et al. Investigation into the influence of the remelting temperature on the structural heredity of alloys fabricated by centrifugal SHS metallurgy
RU2750658C1 (en) Method for producing aluminum alloy reinforced with boron carbide
CN111910092A (en) Preparation method of aluminum-niobium-boron intermediate alloy and aluminum-niobium-boron intermediate alloy
JPS63273562A (en) Production of ti-al alloy casting
CN101942618A (en) Magnesium-based block metal glass composite material and preparation method thereof
CN102888572B (en) Zirconium-based metallic glass multi-phase composite material and preparation method thereof
JP2599729B2 (en) Ingot making method for alloy articles
RU2778039C1 (en) Method for modifying the structure of cast blanks from antifriction bronze for diffusion welding with steel (options)
RU2644702C1 (en) Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys
CN117127059A (en) Casting high-temperature titanium alloy for 600 ℃ and preparation method thereof
Sanin et al. Production of cast electrodes from SHS-alloy based on NiAl in a metal shell, plasma rotating electrode process and getting composite microgranules for additive technologies
Yeh et al. Characterization of Simultaneously Gas Atomized Ti/TiC Composite Powders

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 02-2017 FOR TAG: (45)

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180417

Effective date: 20180417