RU2623959C2

RU2623959C2 - Alloy production method from metal powders with fusing temperatures difference

Info

Publication number: RU2623959C2
Application number: RU2015152195A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Шаркеев; Михаил Гедальевич Голковский; Владимир Андреевич Батаев; Анна Юрьевна Ерошенко; Иван Александрович Глухов; Алексей Иванович Толмачев; Жанна Геннадьевна Ковалевская
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2017-06-29
Also published as: RU2015152195A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: powder mixture is prepared from modifying, wetting and fluxing components with the following components ratio, wt %: modifying component 36-48, wetting component 12-24, fluxing component - the rest. Then the powder mixture is applied to the metal substrate. The substrate with the applied powder mixture layer on it is placed under the scanning beam of the relativistic electrons. The mass thickness of the powder layer (σ) Is determined from relation σ=K⋅(E-b), where K=(0.2-0.4) [g⋅cm^-2⋅MeV^-1], E is the electron energy in MeV, b=0.21 MeV. The substrate each point processing is carried out for 0.5-2.0 seconds to obtain the pad weld. Niobium powder is used as the modifying component.

EFFECT: alloy production with the specified element composition and structure, mainly, of medical purpose.

4 cl, 1 dwg, 2 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для создания сплавов из порошков металлов с разницей в температуре плавления с помощью пучка релятивистских электронов на плоских подложках из титана. Изобретение может быть использовано для создания биоинертных сплавов для медицинских приложений с варьируемой концентрацией элементов сплава.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and can be used to create alloys from metal powders with a difference in melting temperature using a beam of relativistic electrons on flat titanium substrates. The invention can be used to create bioinert alloys for medical applications with a variable concentration of alloy elements.

Известны способы изготовления коррозионно-стойких материалов из сплавов системы Ta-Nb-Ti из работы Karen Alves de Souza, Alain Robin. Influence of concentration and temperature on the corrosion behavior of titanium, titanium-20 and 40% tantalum alloys and tantalum in sulfuric acid solutions, Materials Chemistry and Physics 103 (2007), c. 351-360 [1], а также из работы K. Kapoor, Vivekanand Kain, T. Gopalkrishna, T. Sanyal, P.K. De. High corrosion resistant Ti - 5% Ta - 1.8% Nb alloy for fuel reprocessing application, Journal of Nuclear Materials 322 (2003) 36-44 [2], согласно которым для изготовления отливки с заданным процентным содержанием компонентов берутся исходные чистые материалы в соотношении, совпадающем с заданным соотношением элементов в сплаве. Куски исходных чистых компонентов помещают в вакуумную электродуговую печь. С целью достижения однородности по составу сплава переплав повторяют от 3 до 10 раз, переворачивая получившийся слиток после каждого переплава. Получившийся слиток подвергают термообработке при температуре 1200°C в течение 48 часов. Многократный переплав и последующий отжиг необходимы для ликвидации последствий ликвации и сегрегации, сопровождающих переплав, вследствие большой разницы в температурах плавления и удельных весах компонентов сплава. Для получения плоских пластин слиток сначала подвергают горячей экструзии с целью формирования прутка, затем холодному обжиму или штамповке с целью уменьшения поперечного размера прутка, после чего осуществляют отжиг и финальную прокатку с целью формирования пластин заданной толщины.Known methods for the manufacture of corrosion-resistant materials from alloys of the Ta-Nb-Ti system from the work of Karen Alves de Souza, Alain Robin. Influence of concentration and temperature on the corrosion behavior of titanium, titanium-20 and 40% tantalum alloys and tantalum in sulfuric acid solutions, Materials Chemistry and Physics 103 (2007), c. 351-360 [1], as well as from K. Kapoor, Vivekanand Kain, T. Gopalkrishna, T. Sanyal, P.K. De. High corrosion resistant Ti - 5% Ta - 1.8% Nb alloy for fuel reprocessing application, Journal of Nuclear Materials 322 (2003) 36-44 [2], according to which, for the manufacture of castings with a given percentage of components, the starting pure materials are taken in the ratio coinciding with a given ratio of elements in the alloy. Pieces of the starting pure components are placed in a vacuum electric arc furnace. In order to achieve uniformity in the composition of the alloy, the remelting is repeated from 3 to 10 times, turning the resulting ingot after each remelting. The resulting ingot is heat treated at a temperature of 1200 ° C for 48 hours. Repeated remelting and subsequent annealing are necessary to eliminate the consequences of segregation and segregation accompanying the remelting, due to the large difference in the melting temperatures and specific gravities of the alloy components. To obtain flat plates, the ingot is first subjected to hot extrusion in order to form a bar, then cold crimping or stamping in order to reduce the transverse size of the bar, after which annealing and final rolling are carried out in order to form plates of a given thickness.

Недостаток известного способа заключается в использовании большого числа дорогостоящих, длительных операций, которые должны проводиться в вакууме или инертной среде, а также в том, что затруднено получение изделий большого размера. Для достижения гомогенности (однородности) состава сплава требуется проводить многократную переплавку. Материал тигля может реагировать со сплавом, тем самым загрязняя его.The disadvantage of this method is the use of a large number of expensive, lengthy operations that must be carried out in a vacuum or inert environment, and also that it is difficult to obtain large-sized products. To achieve homogeneity (uniformity) of the composition of the alloy, it is required to conduct repeated remelting. The material of the crucible can react with the alloy, thereby polluting it.

Известен способ гарнисажной плавки тугоплавких материалов из работы Оптимизация тепловой работы тигля при вакуумно-дуговой гарнисажной плавке / М.Л. Жадкевич, В.В. Тэлин, С.М. Теслевич, А.Б. Лесной, В.Ф. Демченко, В.А. Шаповалов // Соврем. электрометаллургия. - 2005. - №3. - С. 47-50, согласно которому шихта переплавляется с помощью электродугового метода с расходуемым или не расходуемым электродами. При этом на поверхности тигля, который обычно охлаждается водой, образуется затвердевший слой сплава, который защищает слиток от взаимодействия с тиглем.The known method of skull melting of refractory materials from work Optimization of the thermal work of the crucible during vacuum-arc skull melting / M.L. Zhadkevich, V.V. Thelin, S.M. Teslevich, A.B. Lesnoy, V.F. Demchenko, V.A. Shapovalov // Modern. electrometallurgy. - 2005. - No. 3. - S. 47-50, according to which the charge is remelted using the electric arc method with consumable or non-consumable electrodes. At the same time, a hardened alloy layer forms on the surface of the crucible, which is usually cooled by water, which protects the ingot from interaction with the crucible.

Недостаток известного способа также заключается в использовании большого числа дорогостоящих, длительных операций, которые должны проводиться в вакууме или инертной среде, а также в том, что затруднено получение изделий большого размера. Для достижения гомогенности (однородности) состава сплава требуется проводить многократную переплавку.The disadvantage of this method also lies in the use of a large number of costly, lengthy operations that must be carried out in a vacuum or inert medium, and also that it is difficult to obtain large-sized products. To achieve homogeneity (uniformity) of the composition of the alloy, it is required to conduct repeated remelting.

Известен способ электронно-лучевой плавки тугоплавких материалов из работы Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. "Металлургия редких металлов", 1991, согласно которому шихта переплавляется с помощью пучка электронов. Плавка происходит в вакууме.A known method of electron beam melting of refractory materials from the work of Zelikman A.N., Korshunov B.G. "Metallurgy of rare metals", 1991, according to which the charge is remelted using an electron beam. Melting takes place in a vacuum.

Недостаток известного способа также заключается в использовании большого числа дорогостоящих, длительных операций, которые должны проводиться в вакууме или инертной среде, а также в том, что затруднено получение изделий большого размера.The disadvantage of this method also lies in the use of a large number of costly, lengthy operations that must be carried out in a vacuum or inert medium, and also that it is difficult to obtain large-sized products.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ формирования антикоррозионного покрытия на титановых изделиях с применением сфокусированного пучка релятивистских электронов, выведенного в атмосферу, патент RU 2443800, С23С 24/10, С23С 14/10, опубл. 27.02.2012. Известный способ включает нанесение на обрабатываемую поверхность титанового сплава слоя порошка, содержащего флюсообразующий компонент и модифицирующий компонент. При этом массовую толщину слоя порошка σ [г/см²] определяют по формуле σ=K⋅(E-b), где K=(0,2-0,4) [г⋅см^-2⋅МэВ^-1], E - энергия электронов в МэВ, b=0,21 МэВ. Подложка из титанового сплава с помещенным на нее слоем порошка поступательно перемещается под сканирующим электронным пучком со скоростью, обеспечивающей длительность воздействия пучка на каждую точку поверхности, не превышающую удвоенную величину отношения квадрата глубины проникновения электронов в обрабатываемый материал к величине его температуропроводности.The closest technical solution chosen for the prototype is a method of forming an anticorrosive coating on titanium products using a focused beam of relativistic electrons released into the atmosphere, patent RU 2443800, С23С 24/10, С23С 14/10, publ. 02/27/2012. The known method includes applying to the surface of the titanium alloy a layer of powder containing a flux-forming component and a modifying component. In this case, the mass thickness of the powder layer σ [g / cm ² ] is determined by the formula σ = K⋅ (Eb), where K = (0.2-0.4) [g⋅cm ^-2 ⋅ MeV ^-1 ], E - electron energy in MeV, b = 0.21 MeV. A titanium alloy substrate with a powder layer placed on it moves progressively under the scanning electron beam with a speed that ensures the duration of the beam exposure at each point on the surface, not exceeding twice the ratio of the square of the depth of electron penetration into the processed material to its thermal diffusivity.

Основной недостаток известного способа заключается в том, что он предназначен для формирования антикоррозийного покрытия с целью защиты подложки от воздействия различными реагентами и не может быть использован для получения сплавов медицинского назначения.The main disadvantage of this method is that it is intended to form a corrosion-resistant coating in order to protect the substrate from exposure to various reagents and cannot be used to obtain medical alloys.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения сплава из порошков металлов с разницей температур плавления.The objective of the invention is to develop a method for producing an alloy of metal powders with a difference in melting points.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение сплава с заданным элементным составом и структурой, преимущественно, медицинского назначения.The technical result of the invention is to obtain an alloy with a given elemental composition and structure, mainly for medical purposes.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения сплава из порошков металлов с разницей температур плавления, включающем:The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing an alloy of metal powders with a difference in melting temperature, including:

- приготовление порошковой смеси из компонентов: смачивающего в виде порошка титана; флюсообразующего в виде смеси фтористых солей CaF₂ и LiF и модифицирующего;- preparation of a powder mixture of components: wetting in the form of titanium powder; flux-forming in the form of a mixture of fluoride salts of CaF ₂ and LiF and modifying;

- нанесение порошковой смеси на титановую подложку, помещение подложки с нанесенным на нее слоем порошковой смеси под сканирующий пучок релятивистских электронов, при этом массовую толщину слоя порошка (σ) определяют из соотношения σ=K⋅(E-b), где K=(0,2-0,4) [г⋅см^-2⋅МэВ^-1], Е - энергия электронов в МэВ, b=0,21 МэВ,- applying a powder mixture to a titanium substrate, placing the substrate with a layer of powder mixture deposited on it under a scanning beam of relativistic electrons, while the mass thickness of the powder layer (σ) is determined from the relation σ = K⋅ (Eb), where K = (0.2 -0.4) [g⋅cm ^-2 ⋅ MeV ^-1 ], Е is the electron energy in MeV, b = 0.21 MeV,

- проведение обработки каждой точки титановой подложки в течение 0,5-2,0 с с получением наплавленного слоя, причем описанный цикл наплавки проводят по меньшей мере один раз, при этом в качестве модифицирующего компонента используют порошок ниобия при следующем соотношении компонентов, мас.%:- processing of each point of the titanium substrate for 0.5-2.0 s to obtain a deposited layer, and the described deposition cycle is carried out at least once, while niobium powder is used as a modifying component in the following ratio of components, wt.% :

модифицирующий компонентmodifying component 36-4836-48 смачивающий компонентwetting component 12-2412-24 флюсообразующий компонентfluxing component остальное,rest,

далее наплавленный слой срезают с титановой подложки на толщину наплавки.then the deposited layer is cut from the titanium substrate to the thickness of the deposit.

При необходимости срезанный наплавленный слой подвергают дополнительной переплавке.If necessary, the cut-off deposited layer is subjected to additional remelting.

При необходимости описанный цикл наплавки повторяют многократно, используя в каждом следующем цикле наплавки порошковую смесь с разным соотношением компонентов в заявленных пределах для получения градиентной по составу структуры наплавленных слоев.If necessary, the described deposition cycle is repeated many times, using a powder mixture with a different ratio of components within the declared limits in each subsequent deposition cycle to obtain a structure-gradient structure of the deposited layers.

При необходимости описанный цикл наплавки повторяют многократно, используя в каждом следующем цикле наплавки порошковую смесь с одинаковым соотношением компонентов в заявленных пределах.If necessary, the described deposition cycle is repeated many times, using a powder mixture with the same ratio of components within the stated limits in each subsequent deposition cycle.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

На металлическую подложку помещают слои из порошковых смесей модифицирующего, смачивающего и флюсообразующего компонентов.Layers of powder mixtures of modifying, wetting and flux-forming components are placed on a metal substrate.

При приготовлении порошковой смеси используют в качестве модифицирующего компонента порошок ниобия, в качестве смачивающего компонента порошок титана, в качестве флюсообразующего компонента смесь фтористых солей: CaF₂ и LiF.In the preparation of the powder mixture, niobium powder is used as a modifying component, titanium powder as a wetting component, and a mixture of fluoride salts: CaF ₂ and LiF as a flux-forming component.

Флюсообразующий компонент - смесь фтористых солей: CaF₂ и LiF служит для защиты от атмосферного воздействия.Flux-forming component - a mixture of fluoride salts: CaF ₂ and LiF serves to protect against atmospheric exposure.

После чего металлическая подложка перемещалась под сканирующим пучком релятивистских электронов в направлении своей длины. Сканирование релятивистского электронного пучка производилось в направлении ширины подложки с размахом, совпадающим с шириной подложки. В качестве источника релятивистского электронного пучка использовался промышленный ускоритель электронов марки ЭЛВ-6, серийно выпускающийся Институтом ядерной физики Сибирского отделения РАН. Ускоритель снабжен устройством выпуска пучка в атмосферу. Энергия электронов пучка Е устанавливалась Е=1,4 МэВ, что соответствует релятивистскому диапазону энергий электронов. Массовая толщина слоя порошка (σ), помещаемого на основу, измерялась в г/см² и определялась исходя из значения энергии электронов в пучке по формуле σ=K⋅(E-b). Массовая толщина слоя порошковой смеси, помещаемого на титановую пластину, рассчитывалась исходя из значения энергии электронов в пучке по формуле σ=K⋅(E-b), где K=(0,2-0,4) [г⋅см^-2⋅МэВ-1], Е - энергия электронов в МэВ, b=0,21 МэВAfter that, the metal substrate moved under the scanning beam of relativistic electrons in the direction of its length. The relativistic electron beam was scanned in the direction of the width of the substrate with a span matching the width of the substrate. The source of the relativistic electron beam was an ELV-6 industrial electron accelerator, commercially available from the Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. The accelerator is equipped with a device for releasing the beam into the atmosphere. The electron energy of the beam E was set to E = 1.4 MeV, which corresponds to the relativistic range of electron energies. The mass thickness of the powder layer (σ) placed on the base was measured in g / cm ² and was determined based on the electron energy in the beam using the formula σ = K = (Eb). The mass thickness of the layer of the powder mixture placed on the titanium plate was calculated based on the electron energy in the beam by the formula σ = K⋅ (Eb), where K = (0.2-0.4) [g⋅cm ^-2 ⋅ MeV- 1], E is the electron energy in MeV, b = 0.21 MeV

Значения коэффициента выбирались в пределах, установленных формулой изобретения и варьировались в этих пределах для получения разных степеней легирования наплавленных слоев получаемого материала. Проводят обработку сканирующим пучком релятивистских электронов каждой точки подложки с нанесенной на нее смесью порошков в течение 0,5-2,0 секунд с получением наплавленного слоя. Время обработки выбрано на основе результатов проведенных экспериментов.The coefficient values were chosen within the limits established by the claims and varied within these limits to obtain different degrees of doping of the deposited layers of the resulting material. A scanning beam of relativistic electrons is processed at each point of the substrate with a mixture of powders deposited on it for 0.5-2.0 seconds to obtain a deposited layer. The processing time is selected based on the results of the experiments.

По значению времени обработки определяют скорость перемещения подложки с нанесенной на нее порошковой смесью под пучком v [см/с] по формуле

где d - диаметр пучка. Качество наплавленных слоев определялось по результатам металлографических исследований поперечных сечений образцов получаемого сплава. Циклы наплавки повторялись до 5 раз на одной подложке при совпадающих условиях с целью повышения концентрации легирующих компонентов.The value of the processing time determines the speed of movement of the substrate with the powder mixture deposited on it under the beam v [cm / s] according to the formula

where d is the beam diameter. The quality of the deposited layers was determined by the results of metallographic studies of the cross sections of samples of the resulting alloy. Surfacing cycles were repeated up to 5 times on the same substrate under the same conditions in order to increase the concentration of alloying components.

Также были проведены эксперименты по описанному циклу наплавки, используя металлические подложки толщиной 8-12 мм.Also, experiments were carried out on the described deposition cycle using metal substrates with a thickness of 8-12 mm.

Также были проведены эксперименты по описанному циклу наплавки, используя порошковую смесь с варьируемым (одинаковым или разным) соотношением исходных компонентов для получения заданного элементного состава наплавленных слоев.Also, experiments were carried out on the described deposition cycle, using a powder mixture with a variable (identical or different) ratio of the starting components to obtain a given elemental composition of the deposited layers.

Варьированием количеством наплавок и составом порошковой смеси можно задавать элементный состав получаемого сплава, получаемого по предлагаемому способу, а также толщину получаемого сплава без изменения его элементного состава.By varying the number of weld deposits and the composition of the powder mixture, one can set the elemental composition of the obtained alloy obtained by the proposed method, as well as the thickness of the obtained alloy without changing its elemental composition.

Исследование структуры и химического состава образцов показало отсутствие загрязнений и трещин в наплавленных слоях. Структура и химический состав полученных сплавов однородны по глубине наплавленного слоя.The study of the structure and chemical composition of the samples showed the absence of contamination and cracks in the deposited layers. The structure and chemical composition of the obtained alloys are uniform along the depth of the deposited layer.

Степень легирования при получении сплава может быть увеличена за счет многократной наплавки одних и тех же легирующих порошковых компонентов, поскольку глубина проплавления при каждой последующей наплавке возрастает незначительно или остается прежней, а толщина наплавленного слоя получаемого сплава растет.The degree of alloying during alloy production can be increased due to repeated deposition of the same alloying powder components, since the depth of penetration during each subsequent deposition increases slightly or remains the same, and the thickness of the deposited layer of the resulting alloy increases.

Массовая толщина порошковой смеси выбирается из расчета, чтобы энергия электронов практически полностью поглощалась в порошковом слое. В процессе обработки сканирующим пучком релятивистских электронов флюсовый компонент плавится в первую очередь и защищает порошковую смесь от окисления на начальной стадии воздействия электронным пучком, далее плавится смачивающий компонент, он заполняет поры между тугоплавкими частицами модифицирующего компонента, уменьшая тем самым площадь активной поверхности, взаимодействующей с кислородом. Расплавившийся смачивающий компонент смачивает также титановую основу, после чего тепло за счет теплопроводности передается верхнему слою основы, он плавится, и в расплаве растворяются тугоплавкие частицы модифицирующего компонента.The mass thickness of the powder mixture is selected from the calculation so that the electron energy is almost completely absorbed in the powder layer. During processing by a scanning beam of relativistic electrons, the flux component melts first and protects the powder mixture from oxidation at the initial stage of exposure to the electron beam, then the wetting component melts, it fills the pores between the refractory particles of the modifying component, thereby reducing the area of the active surface interacting with oxygen . The molten wetting component also moistens the titanium base, after which heat is transferred to the upper layer of the base due to heat conduction, it melts, and the refractory particles of the modifying component dissolve in the melt.

Описанный цикл наплавки осуществляют, например, в воздушной, инертной среде или в вакууме.The described deposition cycle is carried out, for example, in an air, inert medium or in vacuum.

В общем случае пробег электронов в среде сильно зависит от их энергии. Если присутствует воздушная среда, то энергия тратится на торможение электронов. Так как в большинстве известных методов используются, в основном, невысокоэнергетические источники электронов, то этот параметр (энергия электронов) является критическим. Инертная среда помогает не допустить образование оксидной пленки на поверхности порошков (для этой цели также используется флюс). В предлагаемом изобретении используется высокоэнергетический источник с энергией электронов, достаточной, чтобы преодолевать воздушную среду и иметь необходимый пробег в материале. Для уменьшения энергетических потерь можно использовать вакуумную среду.In the general case, the range of electrons in a medium strongly depends on their energy. If there is an air medium, then the energy is spent on the braking of electrons. Since most known methods use mainly low-energy electron sources, this parameter (electron energy) is critical. An inert medium helps to prevent the formation of an oxide film on the surface of the powders (flux is also used for this purpose). In the present invention uses a high-energy source with an electron energy sufficient to overcome the air environment and have the necessary range in the material. A vacuum medium can be used to reduce energy losses.

Полученные наплавленные слои срезают в количестве, необходимом для формирования объемных изделий, и подвергают общему переплаву с целью формирования изделий необходимой формы, а исходную подложку используют повторно для следующих циклов наплавки или же вместе с подложкой подвергают последующей переплавке.The resulting deposited layers are cut off in the amount necessary for the formation of bulk products, and subjected to general remelting in order to form products of the required shape, and the initial substrate is reused for the next surfacing cycles or is subjected to subsequent remelting together with the substrate.

На фиг. 1а приведен график зависимости содержания/концентрации ниобия в верхнем (последнем для образца) наплавленном слое (в нижних слоях концентрация может быть меньше) в зависимости от количества наплавок.In FIG. Figure 1a shows a plot of the content / concentration of niobium in the upper (last for the specimen) deposited layer (in the lower layers, the concentration may be less) depending on the amount of surfacing.

Из графика видно, что падение концентрации ниобия для образца с 5-ю наплавками связано с уменьшением содержания ниобия в шихте. Авторам важно было получить максимально возможную толщину наплавленного слоя, а не максимально возможную концентрацию ниобия. На образце с 4-мя наплавками уже видно, что концентрация ниобия для материала медицинского назначения излишне высока (что будет также нерентабельно при производстве предлагаемого сплава).The graph shows that the decrease in the concentration of niobium for the sample with 5 deposits is associated with a decrease in the content of niobium in the mixture. It was important for the authors to obtain the maximum possible thickness of the deposited layer, and not the maximum possible concentration of niobium. It is already seen on the 4-surfaced sample that the concentration of niobium for medical material is unnecessarily high (which would also be unprofitable in the production of the proposed alloy).

Таким образом, можно варьировать элементным составом предлагаемого сплава путем изменения массовой концентрации порошка ниобия в шихте и количества наплавок.Thus, it is possible to vary the elemental composition of the proposed alloy by changing the mass concentration of niobium powder in the mixture and the number of deposits.

На фиг. 1б приведен график зависимости суммарной толщины наплавленных слоев в зависимости от количества наплавок.In FIG. 1b shows a graph of the total thickness of the deposited layers depending on the number of weld deposits.

Из графика видно, что увеличение количества наплавок приводит к существенному увеличению толщины наплавленного слоя, при этом состав шихты не влияет на толщину наплавленного слоя.It can be seen from the graph that an increase in the number of deposits leads to a significant increase in the thickness of the deposited layer, while the composition of the charge does not affect the thickness of the deposited layer.

Пример 1.Example 1

Берут на 22,5 г порошковой смеси состава по п. 1 таблицы 1.Take 22.5 g of the powder mixture of the composition according to claim 1 of table 1.

На большую грань подложки в виде пластины технического титана марки ВТ-1, например, размером 5×10 см и толщиной 8-12 мм наносят слой порошковой смеси указанного состава. Массовая толщина слоя порошковой смеси, помещаемого на титановую пластину, составила 0,45 г/см².For example, with a size of 5 × 10 cm and a thickness of 8-12 mm, a layer of a powder mixture of the specified composition is applied to a large face of the substrate in the form of a VT-1 grade titanium plate. The mass thickness of the layer of the powder mixture placed on the titanium plate was 0.45 g / cm ² .

Далее титановую пластину с нанесенным на нее слоем порошковой смеси перемещают под сканирующим электронным пучком в направлении своей длины (10 см). Сканирование релятивистского электронного пучка производят в направлении ширины пластины с размахом, совпадающим с шириной пластины (5 см).Next, a titanium plate with a layer of powder mixture deposited on it is moved under a scanning electron beam in the direction of its length (10 cm). Scanning a relativistic electron beam is carried out in the direction of the width of the plate with a span that matches the width of the plate (5 cm).

Источником релятивистского электронного пучка являлся вышеупомянутый промышленный ускоритель электронов марки ЭЛВ-6. Расстояние от отверстия вывода пучка в атмосферу до обрабатываемой поверхности составляло 9 см, при этом диаметр пучка на обрабатываемой поверхности титановой пластины был равен 1,2 см. Скорость перемещения электронного пучка составляла 1 см/с.The source of the relativistic electron beam was the aforementioned ELV-6 industrial electron accelerator. The distance from the hole of the output of the beam into the atmosphere to the surface being treated was 9 cm, while the diameter of the beam on the surface of the titanium plate being treated was 1.2 cm. The velocity of the electron beam was 1 cm / s.

В процессе обработки флюсообразующий (CaF₂ и LiF) компонент плавится в первую очередь, он заполняет поры между тугоплавкими частицами ниобия в смеси с титаном, уменьшая тем самым площадь активной поверхности, взаимодействующей с кислородом. Далее плавится смачивающий металлический титановый компонент порошка. Расплавившийся порошок титана смачивает также титановую основу, после чего тепло за счет теплопроводности передается верхнему слою основы, он плавится, и в расплаве растворяются тугоплавкие частицы ниобия.During processing, the flux-forming (CaF ₂ and LiF) component melts first, it fills the pores between the refractory particles of niobium mixed with titanium, thereby reducing the area of the active surface interacting with oxygen. Next, the wetting metal titanium component of the powder melts. The molten titanium powder also moistens the titanium base, after which heat is transferred to the upper layer of the base due to thermal conductivity, it melts, and the refractory niobium particles dissolve in the melt.

Качество наплавленного слоя определяют по результатам металлографических исследований поперечных сечений образца с наплавкой.The quality of the deposited layer is determined by the results of metallographic studies of the cross sections of the sample with welding.

Пример 2.Example 2

Берут на 22,5 г порошковой смеси состава по п. 6 таблицы 1.Take 22.5 g of the powder mixture of the composition according to claim 6 of table 1.

В процессе обработки флюсообразующий (CaF₂ и LiF) компонент плавится в первую очередь, он заполняет поры между тугоплавкими частицами ниобия, уменьшая тем самым площадь активной поверхности, взаимодействующей с кислородом. Далее тепло за счет теплопроводности передается верхнему слою титановой основы, он плавится, и в расплаве растворяются тугоплавкие частицы ниобия.During processing, the flux-forming (CaF ₂ and LiF) component melts first, it fills the pores between the refractory niobium particles, thereby reducing the area of the active surface interacting with oxygen. Further, heat due to thermal conductivity is transferred to the upper layer of the titanium base, it melts, and the refractory niobium particles dissolve in the melt.

Качество наплавленного слоя определяют по результатам металлографических исследований поперечных сечений образцов с наплавкой.The quality of the deposited layer is determined by the results of metallographic studies of the cross sections of the samples with surfacing.

Аналогично примеру 1 осуществляют другие примеры 2-5 выполнения предлагаемого способа, при этом концентрации исходных компонентов в составах порошковой смеси, наносимой на поверхность титановой пластины, удовлетворяли формуле изобретения, см. таблицы 1-2. В таблице 2 приведен компонентный состав порошковой смеси на разных циклах наплавки для образца 5.Analogously to example 1, carry out other examples 2-5 of the proposed method, while the concentration of the starting components in the compositions of the powder mixture deposited on the surface of the titanium plate, satisfied the claims, see tables 1-2. Table 2 shows the component composition of the powder mixture at different surfacing cycles for sample 5.

Исследование структуры и химического состава образцов полученного сплава показало отсутствие загрязнений и трещин в наплавках. Структура и химический состав однородны по глубине наплавленного слоя.The study of the structure and chemical composition of the samples of the obtained alloy showed the absence of contaminants and cracks in the surfacing. The structure and chemical composition are uniform in depth of the deposited layer.

Для осуществления предлагаемого способа возможно использование не только порошков Ti (1933±20 K), Nb (2741 K), а также, например, порошков Та (3290 K), Hf (2506 K), Zr (2125 K).To implement the proposed method, it is possible to use not only powders of Ti (1933 ± 20 K), Nb (2741 K), but also, for example, powders of Ta (3290 K), Hf (2506 K), Zr (2125 K).

Предлагаемым способом возможно получение сплава медицинского назначения с различной концентрацией легирующих компонентов, прогнозируемой структурой и свойствами.The proposed method is possible to obtain a medical alloy with a different concentration of alloying components, the predicted structure and properties.

Claims

1. A method of producing an alloy of metal powders with a difference in melting temperature, comprising preparing a powder mixture of the following components: wetting in the form of a powder of titanium, fluxing in the form of a mixture of fluoride salts CaF ₂ and LiF and modifying, applying the powder mixture to the titanium substrate with a layer with a mass thickness powder (σ), which is determined from the relation σ = K⋅ (Eb), where K = (0.2-0.4) [g⋅cm ^-2 ⋅ MeV ^-1 ], E is the electron energy in MeV, b = 0.21 MeV, the location of the substrate with a layer of the powder mixture deposited on it under the scanning beam of nativistic electrons and the processing of each point of the titanium substrate for 0.5-2.0 s to produce a deposited layer, the surfacing cycle being carried out at least once, characterized in that niobium powder is used as a modifying component, and a powder is prepared the mixture in the following ratio of components, wt.%:

modifying component 36-48 wetting component 12-24 fluxing component rest,

After receiving the deposited layer, it is cut from the titanium substrate to the thickness of the deposit.

2. The method according to p. 1, characterized in that the cut-off deposited layer is subjected to additional remelting.

3. The method according to p. 1, characterized in that the deposition cycle is repeated many times, using a powder mixture with a different ratio of components within the specified limits in each subsequent deposition cycle to obtain a structure-gradient structure of the deposited layers.

4. The method according to p. 1, characterized in that the deposition cycle is repeated many times, using in each subsequent deposition cycle a powder mixture with the same ratio of components within the specified limits.