RU2756045C1 - Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама - Google Patents

Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама Download PDF

Info

Publication number
RU2756045C1
RU2756045C1 RU2020133828A RU2020133828A RU2756045C1 RU 2756045 C1 RU2756045 C1 RU 2756045C1 RU 2020133828 A RU2020133828 A RU 2020133828A RU 2020133828 A RU2020133828 A RU 2020133828A RU 2756045 C1 RU2756045 C1 RU 2756045C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exothermic
charge
nickel
material based
tungsten
Prior art date
Application number
RU2020133828A
Other languages
English (en)
Inventor
Хосен Ри
Эрнст Хосенович Ри
Евгений Давидович Ким
Андрей Сергеевич Живетьев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет"
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет"
Priority to RU2020133828A priority Critical patent/RU2756045C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2756045C1 publication Critical patent/RU2756045C1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/23—Manufacture 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/058—Mixtures of metal powder with non-metallic powder by reaction sintering (i.e. gasless reaction starting from a mixture of solid metal compounds)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, в частности к интерметаллидным сплавам на основе NiAl, которые имеют высокую прочность, жаро- и коррозионную стойкость, малый удельный вес, и могут быть использованы в качестве конструкционных материалов для энергетики, авиа- и автомобилестроения. Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), включающий приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия (Al), оксида никеля (NiO), оксида вольфрама (WO3) и балластной добавки в виде фтористого кальция (CaF2) и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции. При приготовлении экзотермической смеси в нее дополнительно вводят карбид бора (В4С), обеспечивают соотношение компонентов в экзотермической смеси NiO:WO3:B4C:Al:CaF2 = 1:1:0,25:1,1:0,5, металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева на открытом воздухе с получением материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), содержащего упрочняющие фазы карбида вольфрама (WC) и борида вольфрама (W2B5). Обеспечивается повышение содержания основного целевого материала, его чистоты и выхода годного, уменьшается количество технологических циклов.

Description

Изобретение относится к области металлургии. Интерметаллидные сплавы на основе NiAl сочетают высокую прочность и жаро- и коррозионную стойкость, малый удельный вес используют в качестве основы для создания новых перспективных высокотемпературных конструкционных материалов для энергетики, авиа- и автомобилестроения.
Известен способ получения материала на основе алюминидов никеля (NiAl, Ni3Al) в режиме СВС-металлургии инициированием смеси порошков Ni, Al и добавки - самофлюсующиеся порошки на основе никеля. (SU 1787068 A3, B22F 3/23, С22С 1/04, 27.02.1991). Способ позволяет получать пористый материал и изделия повышенной прочности.
Недостатком способа является то, что крупные размеры частиц материала ограничивают возможности его использования, необходим нагрев и поддержание температуры, а дополнительная стадия измельчения загрязняет продукт и удлиняет общее время синтеза до 10 часов.
Известен способ получения материалов на основе алюминида никеля путем металлотермического совместного восстановления оксидов исходных металлов (Патент РФ №2354501, B22F 3/23, С22С 1/04, опубл. 10.05.2009), который включает приготовление экзотермической смеси, путем смешивания в стехиометрическом соотношении порошков алюминия и оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки, выбранной из ряда, включающего оксиды металлов, в реакторе в инертной атмосфере под давлением инертного газа аргона, при этом металлотермическая реакция инициируется электрозапалом, с последующим выделением целевого продукта.
Недостатками способа являются большие энергозатраты, многостадийность технологических циклов, малая производительность и не всегда обеспечивается требуемое качество получаемого продукта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения материалов на основе алюминида никеля металлотермического совместного восстановления оксидов исходных металлов (Патент РФ №2632341 С2, B22F 3/23, С22С 1/04, опубл. 04.10.2017, Бил. №8), который включает приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля, согласно изобретению экзотермическую шихту готовят с добавлением балластной добавки, выполняющей роль флюса, в виде фтористого кальция, при этом порошок алюминия используют в избытке относительно стехиометрического соотношения порошков в смеси, а в качестве легирующей добавки используют оксиды хрома, или оксиды молибдена, или оксиды вольфрама, или оксиды титана в количестве не более 15 мас.%, причем металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева в реакторе или на открытом воздухе с получением материала на основе алюминида никеля в виде слитка. При этом оксид хрома или молибдена или вольфрама или титана вводят в количестве не более 15 мас.%. Металлотермическая реакция протекает без внешнего подогрева, как в реакторе, так и на открытом воздухе. Алюминий в составе шихты берется с избытком относительно расчетного, тем самым создаются необходимые для синтеза условия. Для снижения скорости горения и обеспечения полноты выхода металла в состав шихты вводят балластную добавку фтористый кальций, которая одновременно выполняет роль флюса, улучшающего условия формирования компактных слитков металлов.
Технической задачей заявленного изобретения является снижение энерго- и трудозатрат, уменьшение технологических циклов, повышение содержания основного целевого материала, его чистоты и выхода.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), включающего приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия (А1), оксида никеля (NiO), оксида вольфрама (WO3) и балластной добавки в виде фтористого кальция (CaF2) и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции, согласно изобретению при приготовлении экзотермической смеси в нее дополнительно вводят карбид бора (В4С), обеспечивают соотношение компонентов в экзотермической смеси NiO:WO3:B4C:Al:CaF2 = 1 1:0,25:1,1:0,5, металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева на открытом воздухе с получением материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), содержащего упрочняющие фазы карбида вольфрама (WC) и борида вольфрама (W2B5).
Сущность способа поясняется примером. Готовят экзотермическую смесь исходных реагентов из порошков: оксид никеля NiO (98.9 мас.% Ni): WO3 (98,5 мас.%): В4С:Al (ПА4): CaF2(ч) = 1:1:0,25:1,1:0,5. Порошки смешивают до однородной по составу смеси. Приготовленную смесь (шихту) загружают в алундовый тигель. Тигель с шихтой помещают на асбестовый лист. Металлотермическая реакция, инициируемая электрозапалом, далее протекает на воздухе без внешнего подогрева. После окончания процесса горения тигель и продукты горения охлаждают. В результате плавки образуются продукты двух видов: металлическая фаза в форме компактного слитка и шлак, легко отделяющиеся друг от друга. По данным рентгенофазового анализа материал состоит из алюминидов никеля AlNi и Al2Ni3, карбида WC и борида вольфрама W2B5. Микротвердость NiAl соответствует 7100 МПа, карбида вольфрама WC - 19500 МПа, борида вольфрама W2B5 - 29200 МПа. Микроструктура сплава представлена фазами интерметаллидов NiAl и Ni2Al3 с отдельными мелкодисперсными включениями карбида и борида вольфрама, алюминиды никеля NiAl+Ni2Al3 имеют высокие значения нанотвердости. Химический состав синтезированного комплексно-легированного сплава:
ат. %: 45,99 Ni; 39,54 Al; 11,60 W; 2,74 В; 1,25 С.
мас. %: 61,12 Ni; 24,15 Al; 11,39 W; 3,15 В; 0,1 С.
Таким образом, показана возможность получения на открытом воздухе и без внешнего подогрева порошков интерметаллидов NiAl и Ni2Al3 с отдельными мелкодисперсными включениями карбида и борида вольфрама при использовании карбида бора в составе экзотермической шихты, что позволяет решить техническую задачу изобретения.

Claims (1)

  1. Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), включающий приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия (Al), оксида никеля (NiO), оксида вольфрама (WO3) и балластной добавки в виде фтористого кальция (CaF2) и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции, отличающийся тем, что при приготовлении экзотермической смеси в нее дополнительно вводят карбид бора (В4С), обеспечивают соотношение компонентов в экзотермической смеси NiO:WO3:B4C:Al:CaF2 = 1:1:0,25:1,1:0,5, металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева на открытом воздухе с получением материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), содержащего упрочняющие фазы карбида вольфрама (WC) и борида вольфрама (W2B5).
RU2020133828A 2020-10-13 2020-10-13 Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама RU2756045C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133828A RU2756045C1 (ru) 2020-10-13 2020-10-13 Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133828A RU2756045C1 (ru) 2020-10-13 2020-10-13 Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756045C1 true RU2756045C1 (ru) 2021-09-24

Family

ID=77852037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020133828A RU2756045C1 (ru) 2020-10-13 2020-10-13 Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756045C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2127490A1 (en) * 1993-09-03 1995-03-04 Kenneth F. Ii Lowrance Method of manufacturing a shaped article from a powdered precursor
RU2346997C2 (ru) * 2006-11-15 2009-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Способ получения изделия из жаропрочного композиционного материала
RU2354501C1 (ru) * 2007-09-21 2009-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана
JP5176197B2 (ja) * 2006-12-01 2013-04-03 独立行政法人産業技術総合研究所 アルミニウム液体を利用した硬質材料の作製方法及びその成形体
WO2017014675A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 National University Of Science And Technology "Misis" A method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide
RU2632341C2 (ru) * 2016-03-09 2017-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" Способ получения материалов на основе алюминида никеля

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2127490A1 (en) * 1993-09-03 1995-03-04 Kenneth F. Ii Lowrance Method of manufacturing a shaped article from a powdered precursor
RU2346997C2 (ru) * 2006-11-15 2009-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Способ получения изделия из жаропрочного композиционного материала
JP5176197B2 (ja) * 2006-12-01 2013-04-03 独立行政法人産業技術総合研究所 アルミニウム液体を利用した硬質材料の作製方法及びその成形体
RU2354501C1 (ru) * 2007-09-21 2009-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана
WO2017014675A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 National University Of Science And Technology "Misis" A method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide
EA035488B1 (ru) * 2015-07-23 2020-06-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля
RU2632341C2 (ru) * 2016-03-09 2017-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" Способ получения материалов на основе алюминида никеля

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Астапов И.А. и др., Получение сплавов на основе алюминидов никеля металлотермией оксидов. Ученые заметки ТОГУ, 2013, т.4, N 4, с.1019-1023. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3495513B1 (en) Aluminum thermal self-propagation gradient reduction and slag washing and refining-based method for preparing titanium alloy
RU2618038C2 (ru) Способ получения жаропрочного сплава на основе ниобия
CN103131921B (zh) 一种碳化镍处理的高强度铝合金及其制备方法
CN108251670B (zh) 耐高温金属间化合物合金的制备方法
RU2354501C1 (ru) Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана
Kumar et al. Synthesis of V-Ti-Cr alloys by aluminothermy co-reduction of its oxides
Majumdar et al. A study on preparation of Mo–30W alloy by aluminothermic co-reduction of mixed oxides
RU2756045C1 (ru) Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама
US20090311123A1 (en) Method for producing metal alloy and intermetallic products
RU2632341C2 (ru) Способ получения материалов на основе алюминида никеля
Ma et al. Fabrication of (TiB 2− TiC) p/AZ91 magnesium matrix hybrid composite
RU2341578C2 (ru) Способ получения азотсодержащего сплава для легирования стали и азотсодержащий сплав для легирования стали
Gostishchev et al. High-temperature synthesis of composites based on nickel aluminides
Yukhvid et al. Centrifugal SHS-metallurgy of nitrogen steels
Dey et al. Micropyretic synthesis of NiAl containing Ti and B
Paul et al. Studies on synthesis and characterization of Mo based in situ composite by silicothermy co-reduction process
Gostishchev et al. Exothermic synthesis of cast nickel aluminide alloys with tungsten and molybdenum carbides
Andreev et al. Cast alloy production on the basis of titanium aluminide with centrifugal SHS method
Khimukhin et al. High temperature synthesis of nickel aluminide alloys with tungsten carbide
RU2792903C1 (ru) Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих карбид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RU2822644C1 (ru) Способ получения сплава в системе Ti-Al-Si
Gostishchev et al. Fabrication of alloyed aluminum nickelides by metallothermy of metals oxides
RU2370560C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ ЛИГАТУРЫ Al-Mg-Mn-Y ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
JPH0215618B2 (ru)
RU2809613C1 (ru) Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих боридные составляющие хрома, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза