RU2712333C9 - Высокотемпературные композиты с молибденовой матрицей и способ их получения - Google Patents
Высокотемпературные композиты с молибденовой матрицей и способ их получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712333C9 RU2712333C9 RU2019109319A RU2019109319A RU2712333C9 RU 2712333 C9 RU2712333 C9 RU 2712333C9 RU 2019109319 A RU2019109319 A RU 2019109319A RU 2019109319 A RU2019109319 A RU 2019109319A RU 2712333 C9 RU2712333 C9 RU 2712333C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molybdenum
- matrix
- temperature
- frame
- sib
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/10—Refractory metals
Abstract
Изобретение относится к высокотемпературным композитным материалам с металлической матрицей и к способам их получения и может быть использовано для производства лопаток авиационных газотурбинных двигателей, работающих при температурах до 1400°С. Высокотемпературный композит с молибденовой матрицей и оксидными волокнами характеризуется тем, что молибденовая матрица содержит упрочняющие частицы Mo3Si и Mo5SiB2. Способ получения высокотемпературного композита с молибденовой матрицей и оксидными волокнами включает формирование диффузионно сваренного каркаса с чередующимися слоями молибденовой фольги и слоями молибденовой проволоки, пропитку полученного каркаса расплавом оксидов, последующее охлаждение и кристаллизацию расплава оксидов в каналах каркаса. При формировании каркаса на каждый слой молибденовой фольги вносят шликер, содержащий кремний и бор, проводят термообработку сформированного каркаса при температуре 2000°С с обеспечением формирования упрочняющих частиц Mo3Si и Mo5SiB2, после чего осуществляют диффузионную сварку каркаса. Материал характеризуется высокими значениями трещиностойкости и высокотемпературной прочности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к высокотемпературным композитным материалам с металлической матрицей и к способам их получения. Изобретение может быть использовано для производства лопаток авиационных газотурбинных двигателей, работающих при температурах до 1400°С.
Известны композиты с никелевой матрицей, армированной оксидными волокнами [С.Т. Милейко, Жаропрочные композиты с металлической матрицей; Прикладная механика и техническая физика. 2014. Т. 55, №1, с. 166-178], которые получаются пропиткой оксидного волокна никелем или его сплавом. Недостатком таких материалов является относительно низкая температура использования, которая ограничивается температурой солидус никелевых сплавов и не превышает 1200°С.
Известны молибденовые сплавы на основе системы Mo-Si-B в качестве высокотемпературных конструкционных материалов, работающих при температурах до 1300°C [Патент США №US 6652674 B1 Oxidation resistant molybdenum. 2002]. Упрочняющий эффект и эффект повышения жаростойкости в таких сплавах достигается за счет образования в них частиц силицидов молибдена и фазы Mo5SiB2. Эти сплавы обладают недостатками, присущими высокопрочным металлическим сплавам, а именно, пониженной трещиностойкостью. Наиболее прочные сплавы этой системы обладают трещиностойкостью, свойственной керамике (K*=6.0-6.7 МПа⋅м1/2), поскольку в действительности представляют собой интерметаллидную матрицу с молибденовыми включениями. Достаточно трещиностойкие сплавы этой системы (K*=13.0-13.6 МПа⋅м1/2) оказываются недостаточно прочными [ P.Jain, K.S. Kumar M. Heilmaier, Correlation between microstructure and properties of inegrained Mo-Mo3Si-Mo5SiB2 alloys, Intermetallics 48 (2014) 10-18].
Наиболее близкими к изобретению являются композиты с молибденовой матрицей и оксидными волокнами [S.T. Mileiko, Composites reinforced with single crystalline oxide fibres: experiments and modeling, J MaterSci, 41 (2006) 20, 6708-6717].
Основным недостатком ближайшего аналога-прототипа является недостаточная прочность при температурах, близких к 1400°С.
Наиболее близким способом получения таких композитов является метод внутренней кристаллизации (МВК) [С.Т. Милейко, Композиты и наноструктуры, Композиты и Наноструктуры, 2009, №1, 6-37.] который заключается в подготовке каркаса с непрерывными цилиндрическими каналами из технически чистого молибдена и кристаллизацию армирующего оксидного волокна в каналах каркаса. Реализация МВК включает следующие основные стадии: формирование каркаса, в котором слои молибденовой фольги чередуются со слоями молибденовой проволоки, диффузионно сваренные при температуре 1250°С под давлением до 7МПа; пропитка полученного каркаса расплавом оксидов; последующее охлаждение и кристаллизация расплава оксидов в каналах молибденового каркаса.
Этот способ имеет недостаток, заключающийся в том, что технически чистый молибден, используемый для формирования каркаса, обладает низкими величинами трещиностойкости и высокотемпературной прочности. В то же время, получение фольги и проволоки из высокопрочных молибденовых сплавов [ P. Jain, K.S. Kumar M. Heilmaier, Correlation between microstructure and properties of inegrained Mo-Mo3Si-Mo5SiB2 alloys, Intermetallics 48 (2014) 10-18] представляется технически сложной задачей.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение высокотемпературных композитных материалов с молибденовой матрицей с повышенными величинами трещиностойкости и высокотемпературной прочности.
Указанный заявителем технический результат достигается следующим способом: введением в состав молибденовой матрицы кремния и бора с образованием частиц силицидов молибдена и фазы Mo5SiB2.
Предлагаемый способ введения в состав молибденовой матрицы кремния и бора отличается от исходного МВК тем, что в процессе подготовки каркаса при намотке слоев молибденовой проволоки на молибденовую фольгу в каждом слое вносится шликер, содержащий необходимые для формирования упрочняющих частиц элементы - кремний и бор, возможно,- в связанном виде. После этого производится термообработка каркаса при температуре 2000°С для диффузионного насыщения молибденового каркаса кремнием и бором. Результатом этой дополнительной операции является образование упрочняющих частиц силицидов молибдена и фазы Mo5SiB2 в молибденовой матрице.
Возможные составы и характеристики шликера приведены в Таблице 1. В качестве связующего может быть использован насыщенный раствор поливинилбутираля в этиловом спирте или другая полимерная связка. Некоторые из возможных составов оксидных волокон приведены в Таблице 2.
Пример 1
Для получения высокотемпературного композита с матрицей Мо-Mo3Si-Mo5SiB2 армированной оксидным волокном методом внутренней кристаллизации на этапе формирования каркаса в него вносится шликер одного из составов приведенных в Таблице 1. После этого производится термообработка при температуре 2000°С. Далее осуществляется диффузионная сварка при 1250°С, под давлением 6.7 МПа в течении 5 часов. Изображение структуры каркаса содержащего частицы силицидов молибдена и фазы Mo5SiB2 после операции диффузионной сварки приведена на Фиг. 1. Внесение шликера, содержащего кремний и бор, на этапе подготовки каркаса обеспечивает образование частиц силицидов молибдена и фазы Mo5SiB2 в матрице будущего композита, дифрактограмма такого каркаса приведена на Фиг. 2.
Далее производится пропитка каналов каркаса расплавом оксидов одного из составов приведенных в Таблице 2. При дальнейшем охлаждении расплав кристаллизуется, формируя волокно внутри каналов каркаса. Изображение структуры такого композита приведено на Фиг. 3.
Величины трещиностойкости композитов, полученных таким способом, в зависимости от типа используемого шликера и волокна приведены в Таблице 3. Величина высокотемпературной прочности такого композита при температуре 1400°С в зависимости от типа используемого шликера и волокна приведена в Таблице 4. Зависимость прочности композита с YAlO3-волокном от температуры приведена на Фиг. 4, черными точками показаны значения для композита с матрицей модифицированной кремнием и бором, белыми точками показаны величины прочности композита с матрицей из технически чистого молибдена.
Claims (4)
1. Высокотемпературный композит с молибденовой матрицей и оксидными волокнами, отличающийся тем, что молибденовая матрица содержит упрочняющие частицы Mo3Si и Mo5SiB2.
2. Способ получения высокотемпературного композита с молибденовой матрицей и оксидными волокнами, включающий формирование диффузионно сваренного каркаса с чередующимися слоями молибденовой фольги и слоями молибденовой проволоки, пропитку полученного каркаса расплавом оксидов, последующее охлаждение и кристаллизацию расплава оксидов в каналах каркаса, отличающийся тем, что при формировании каркаса на каждый слой молибденовой фольги вносят шликер, содержащий кремний и бор, проводят термообработку сформированного каркаса при температуре 2000°С с обеспечением формирования упрочняющих частиц Mo3Si и Mo5SiB2, после чего осуществляют диффузионную сварку каркаса.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что шликер содержит силицид молибдена MoSi2 и бор в соотношении от 50:50 до 99:1.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что шликер содержит кремний и бор в соотношении от 50:50 до 99:1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109319A RU2712333C9 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Высокотемпературные композиты с молибденовой матрицей и способ их получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109319A RU2712333C9 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Высокотемпературные композиты с молибденовой матрицей и способ их получения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2712333C1 RU2712333C1 (ru) | 2020-01-28 |
RU2712333C9 true RU2712333C9 (ru) | 2020-04-03 |
Family
ID=69624770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019109319A RU2712333C9 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Высокотемпературные композиты с молибденовой матрицей и способ их получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2712333C9 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751062C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-07-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Высокотемпературный слоисто-волокнистый композит, армированный оксидными волокнами, и способ его получения |
RU2781514C1 (ru) * | 2022-01-27 | 2022-10-12 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Керамический композиционный материал с многослойной структурой |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731699C1 (ru) * | 2020-02-04 | 2020-09-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Способ получения композиционных материалов на основе углеволокна и металла |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5595616A (en) * | 1993-12-21 | 1997-01-21 | United Technologies Corporation | Method for enhancing the oxidation resistance of a molybdenum alloy, and a method of making a molybdenum alloy |
RU2154122C2 (ru) * | 1998-07-07 | 2000-08-10 | Институт физики твердого тела РАН | Композиционный жаростойкий и жаропрочный материал |
RU2160790C2 (ru) * | 1998-07-07 | 2000-12-20 | Институт физики твердого тела РАН | Композиционный жаропрочный и жаростойкий материал |
-
2019
- 2019-03-29 RU RU2019109319A patent/RU2712333C9/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5595616A (en) * | 1993-12-21 | 1997-01-21 | United Technologies Corporation | Method for enhancing the oxidation resistance of a molybdenum alloy, and a method of making a molybdenum alloy |
RU2154122C2 (ru) * | 1998-07-07 | 2000-08-10 | Институт физики твердого тела РАН | Композиционный жаростойкий и жаропрочный материал |
RU2160790C2 (ru) * | 1998-07-07 | 2000-12-20 | Институт физики твердого тела РАН | Композиционный жаропрочный и жаростойкий материал |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МИЛЕЙКО С.Т., Композиты и наноструктуры. Композиты и наноструктуры, 2009, N1, с.12-13. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751062C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-07-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Высокотемпературный слоисто-волокнистый композит, армированный оксидными волокнами, и способ его получения |
RU2781514C1 (ru) * | 2022-01-27 | 2022-10-12 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Керамический композиционный материал с многослойной структурой |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2712333C1 (ru) | 2020-01-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2712333C9 (ru) | Высокотемпературные композиты с молибденовой матрицей и способ их получения | |
Hajjari et al. | The effect of applied pressure on fracture surface and tensile properties of nickel coated continuous carbon fiber reinforced aluminum composites fabricated by squeeze casting | |
JP6681923B2 (ja) | モリブデン−ケイ素−ホウ素合金及びその製造方法、並びに構成要素 | |
JP2016526602A (ja) | チタン−アルミニウム合金部品の製造方法 | |
CN104148562B (zh) | Ti2AlNb基合金铸锭的开坯方法 | |
JP6436513B2 (ja) | 治癒活性剤を含む酸化誘起型自己治癒セラミックス組成物、その製法及びその用途、並びに酸化誘起型自己治癒セラミックス組成物の高機能化方法 | |
JP6792837B2 (ja) | チタン‐アルミニウム合金 | |
EP3249064A1 (de) | Additive fertigung von hochtemperaturbauteilen aus tial | |
JP7450639B2 (ja) | 低積層欠陥エネルギー超合金、構造部材及びその使用 | |
JP2016150873A (ja) | セラミックス基複合材の製造方法 | |
Rahman et al. | A high strength Ti–SiC metal matrix composite | |
CN107523733B (zh) | 一种定向凝固Nb-Si基多元合金 | |
CN111148852B (zh) | 由包含钼、硅和硼的合金组成的粉末、该粉末的用途和用于由该粉末制造的工件的增材制造方法 | |
Cho et al. | Microstructure and fatigue properties of TiAl with unique layered microstructure fabricated by electron beam melting | |
JP2016069702A (ja) | ニッケル基鋳造合金の製造方法 | |
CN108327165A (zh) | 一种钛合金骨架复合材料机匣的制造方法 | |
JP7093583B2 (ja) | TiAl基合金、タービン用動翼、発電用ガスタービン、航空機用ジェットエンジン、船舶用過給器若しくは各種産業機械用ガスタービン、蒸気タービン | |
Rice et al. | Refractory‐Ceramic‐Fiber Composites: Progress, Needs, and Opportunities | |
JP2021035906A (ja) | ケイ化物系複合材料及びその製造方法 | |
Waku et al. | Future trends and recent developments of fabrication technology for advanced metal matrix composites | |
RU2560484C1 (ru) | Способ получения композиционного материала на основе железа | |
JPH07187787A (ja) | カーボンファイバーで補強された複合体の製造方法 | |
RU2640117C1 (ru) | Способ повышения плотности сложнопрофильных изделий из интерметаллидных сплавов на основе никеля, полученных аддитивными технологиями | |
Yasuda et al. | Additive Manufacturing of Titanium Aluminides for Aircraft Engine Applications | |
RU2564648C1 (ru) | Способ получения композиционного материала на основе ниобия |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 4-2020 FOR INID CODE(S) (72) |
|
TH4A | Reissue of patent specification |