RU2807816C1 - Резистивный сплав на основе марганца - Google Patents
Резистивный сплав на основе марганца Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807816C1 RU2807816C1 RU2023103216A RU2023103216A RU2807816C1 RU 2807816 C1 RU2807816 C1 RU 2807816C1 RU 2023103216 A RU2023103216 A RU 2023103216A RU 2023103216 A RU2023103216 A RU 2023103216A RU 2807816 C1 RU2807816 C1 RU 2807816C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- manganese
- microhardness
- resistive
- zirconium
- Prior art date
Links
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 title 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 14
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к прецизионным сплавам на основе марганца с высокими значениями электросопротивления и микротвердости. Сплав на основе марганца содержит, мас.%: галлий 29,1-32,2, цирконий 8-12, церий 0,4-0,9, лантан 0,5-0,8, иттрий 0,3-0,8, диборид титана 6-9, марганец - остальное. Обеспечивается повышение микротвердости сплава при сохранении высокого электросопротивления. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к прецизионным резистивным сплавам на основе марганца с особыми электрофизическими и физико-механическими свойствами, а именно с высокими значениями электросопротивления и микротвердости. Сплав рекомендуется для нанесения наноструктурированных функциональных покрытий для использования их в качестве резистивного материала в схемных элементах сопротивления, работающих в условиях абразивного износа. Основные требования, предъявляемые к таким материалам - высокая микротвердость и высокое электросопротивление. Известны резистивные сплавы на основе марганца по авт.св. СССР №406936, №550450 и патенту РФ №2367699, в которых высокие электрические свойства достигаются за счет определенного сочетания марганца и галлия, соответствующего интерметаллическому соединению Mn2Ga.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав по патенту РФ №2367699, принимаемый за прототип и содержащий следующие компоненты (мас. %):
| галлий | 29,1-32,2; |
| цирконий | 8,0-12,0; |
| иттрий | 0,2-0,8; |
| марганец | остальное. |
Общим недостатком известных сплавов, в т.ч. сплава-прототипа, является их низкая микротвердость, не превышающая 1,0 ГПа. Такая микротвердость не обеспечивает длительной эксплуатации сплава в виде защитного покрытия схемных элементов сопротивления, работающих в условиях абразивного износа. Экспериментально установлено, что значение микротвердости для таких сплавов должно быть не ниже 15,0 ГПа при сохранении высокого электросопротивления - не ниже 3,0 Ом⋅мм2/м.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание резистивного сплава на основе марганца, обеспечивающего существенное повышение микротвердости сплава до 18,4 ГПа при сохранении высокого электросопротивления (до 3,7 Ом⋅мм2/м). Характеристики предложенного сплава: удельное электросопротивление 3,2-3,7 Ом⋅мм2/м, коррозионная стойкость 0,001-0,005 мм/год, микротвердость 16,8-18,4 ГПа.
Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе марганца, содержащий галлий, цирконий и иттрий, дополнительно легируется церием, лантаном и диборидом титана при следующем соотношении компонентов (мас. %):
| галлий | 29,1-32,2; |
| цирконий | 8-12; |
| церий | 0,4-0,9; |
| лантан | 0,5-0,8; |
| иттрий | 0,3-0,8; |
| диборид титана | 6-9; |
| марганец | остальное. |
Наличие в сплаве галлия в количестве 29,1-32,2 мас.%, что соответствует интерметаллидному соединению Mn2Ga, обеспечивает достижение высокого электросопротивления (более 3,0 Ом⋅мм2/м). Другие количества галлия не обеспечивают образование указанного интерметаллида.
Наличие в сплаве циркония в количестве 8-12 мас.% приводит к измельчению структуры до наноразмеров (менее 120 нм), что существенно повышает коррозионную стойкость. Меньшее количество (менее 8 мас.%) циркония не повышает коррозионную стойкость; большее (более 12 мас.%) - приводит к выделению сфероидальных включений циркония и ухудшению коррозионной стойкости сплава.
Для повышения технологичности при получении функциональных покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН) сплав рафинируется за счет комплексного введения редкоземельных элементов - церия, лантана и иттрия. Эти элементы, введенные в определенных количествах (церия 0,4-0,9 мас.%, лантана 0,5-0,8 мас.%, иттрия 0,3-0,8 мас.%), обеспечивают удаление из сплава кислорода, водорода и азота соответственно за счет наибольшего сродства к этим компонентам. При меньшем количестве эффект рафинирования не наблюдается; при большем - вызывает отслаивание покрытия от подложки с образованием микротрещин.
Для повышения микротвердости (и соответственно - износостойкости) покрытия в сплав дополнительно вводятся наноразмерные частицы диборида титана фракции 60-120 нм. Уровень свойств этого соединения определяется размером исходных частиц порошка, содержанием примесей, структурными дефектами, способами их синтеза и режимами обработки. Диборид титана характеризуется высокой твердостью и износостойкостью 34,8 ГПа (выше твердости корунда), высокой химической устойчивостью при воздействии агрессивных сред.
Введение в сплав TiB2 в виде наноразмерных частиц 60-120 нм в количестве от 6,0 до 9,0 мас.% обеспечивает существенное повышение микротвердости (16,8-18,4 ГПа). При меньших количествах TiB2 (менее 6 мас.%) в сплаве наблюдается незначительное увеличение микротвердости, при большем, чем 9 мас.%, наблюдается увеличение хрупкости сплава, и возникают трудности при получении порошка для покрытий методом эжекторного распыления расплава со скоростями 103-104 град/с.
Измерение микротвердости производилось на цифровом микротвердомере DM8 фирмы «Айп» с программным обеспечением AFFRIEAS YDUR.
Коррозионная стойкость определялась в соответствии с ГОСТ 9.908-86.
Удельное электросопротивление измерялось с помощью резистометрической установки типа РУ-5.
Исследование микроструктуры напыленных слоев, размеров и формы их структурных составляющих проводилось с помощью электронного микроскопа TESCAN VEGA3SBH.
Экспериментальные исследования выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования научным оборудованием «Состав, структура и свойства конструкционных и функциональных материалов» НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования - соглашение №13.ЦКП.21.0014 (075-11-2021-068). Уникальный идентификационный номер - RF - 2296.61321X0014.
Реализация предлагаемого сплава на практике показана на следующем примере. Выплавка сплава производилась при помощи высокочастотной установки типа ЛЗ-13 мощностью 10 кВт с рабочей частотой 440 кГц. Выплавка сплава массой 1,2 кг производилась в алундовых тиглях.
Последовательность введения шихтовых компонентов следующая: Mn→Ga→Zr→(Ce+La+Y комплексно) → TiB2. При этом TiB2 вводился в виде наноразмерных частиц 60-120 нм. После получения слитка его расплавляли в установке эжекторного распыления типа РР-8. Полученные порошки фракции 53-60 мкм напылялись на подложку из бронзы типа БрАЖНМц 8,5-1,5-5-1,5 на установке ХГДН типа «ДИМЕТ-3». Толщина напыленного слоя составляла 120-160 мкм.
После напыления производилось измерение основных характеристик покрытия. Результаты измерения приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что разработанный сплав имеет высокие показатели по микротвердости, удельному электросопротивлению и коррозионной стойкости.
По своим параметрам сплав пригоден для изготовления резистивных компонентов схемных элементов сопротивления систем управления, работающих в условиях абразивного износа (сельскохозяйственная техника).
Claims (3)
1. Сплав на основе марганца, содержащий галлий, цирконий и иттрий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий, лантан и диборид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что диборид титана введен в сплав в виде наноразмерных частиц размером 60-120 нм.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807816C1 true RU2807816C1 (ru) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU406936A1 (ru) * | 1971-10-18 | 1973-11-21 | Сплав на основе марганца | |
| SU550450A1 (ru) * | 1974-11-11 | 1977-03-15 | Предприятие П/Я М-5273 | Сплав на основе марганца |
| JP2001279360A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Toshiba Corp | Ｍｎ系合金 |
| RU2367699C1 (ru) * | 2007-12-10 | 2009-09-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Коррозионно-стойкий сплав на основе марганца для наноструктурированных покрытий |
| CN107833725A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-03-23 | 中国计量大学 | 一种非稀土掺杂新型锰铋永磁材料及其制备方法 |
| JP6626732B2 (ja) * | 2015-06-29 | 2019-12-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | スパッタリングターゲット材 |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU406936A1 (ru) * | 1971-10-18 | 1973-11-21 | Сплав на основе марганца | |
| SU550450A1 (ru) * | 1974-11-11 | 1977-03-15 | Предприятие П/Я М-5273 | Сплав на основе марганца |
| JP2001279360A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Toshiba Corp | Ｍｎ系合金 |
| RU2367699C1 (ru) * | 2007-12-10 | 2009-09-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Коррозионно-стойкий сплав на основе марганца для наноструктурированных покрытий |
| JP6626732B2 (ja) * | 2015-06-29 | 2019-12-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | スパッタリングターゲット材 |
| CN107833725A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-03-23 | 中国计量大学 | 一种非稀土掺杂新型锰铋永磁材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Effect of heat treatment on phase stability and wear behavior of laser clad AlCoCrFeNiTi0. 8 high-entropy alloy coatings | |
| Srivastava et al. | Age-hardening characteristics of Cu–2.4 Ni–0.6 Si alloy produced by the spray forming process | |
| Kubásek et al. | Superior properties of Mg–4Y–3RE–Zr alloy prepared by powder metallurgy | |
| Liu et al. | Failure mode transition of Nb phase from cleavage to dimple/tear in Nb-16Si-based alloys prepared via spark plasma sintering | |
| Özgün et al. | The effect of aging treatment on the fracture toughness and impact strength of injection molded Ni-625 superalloy parts | |
| Weng et al. | High‐temperature oxidation behavior of Ni‐based superalloys with Nb and Y and the interface characteristics of oxidation scales | |
| Zhao et al. | Improved high-temperature oxidation properties for Mn-containing beta-gamma TiAl with W addition | |
| Wang et al. | Effects of nanometer Al 2 O 3 particles on oxidation behaviors of laser cladding low Al NiCoCrAlY coatings | |
| Liu et al. | Effect of Mo-alloyed layer on oxidation behavior of TiAl-based alloy | |
| Zhang et al. | Characteristics of plasma cladding Fe-based alloy coatings with rare earth metal elements | |
| Huang et al. | Oxidation of iridium coating on rhenium coated graphite at elevated temperature in stagnated air | |
| Feldshtein et al. | On the properties and tribological behaviors of P/M iron based composites reinforced with ultrafine particulates | |
| Xuelong et al. | Effect of Nb addition on microstructure and properties of laser cladding NiCrBSi coatings | |
| RU2807816C1 (ru) | Резистивный сплав на основе марганца | |
| Yan et al. | Bimodal-grained Ti fabricated by high-energy ball milling and spark plasma sintering | |
| Wu et al. | Oxidation behavior of Si-rich Mo-Si-B coating doped with La by spark plasma sintering | |
| CN111663070B (zh) | 一种耐高温氧化的AlCoCrFeNiSiY高熵合金及其制备方法 | |
| Yu et al. | The oxidation improvement of Fe3Al based alloy with cerium addition at temperature above 1000 C | |
| EP3643807A1 (en) | Mgo sintered body sputtering target | |
| Yang et al. | Optimization of current-carrying friction and wear properties of copper-carbon composite materials based on damage | |
| Hong et al. | The effects of boron on in-situ phase evolution and wear resistance of wide-band laser clad nickel composite coatings | |
| Radić et al. | Preparation and structure of AlW thin films | |
| Şimşek | Investigation of Corrosion Behaviors of Al–B 4 C-reinforced Composite Materials in Different Antifreeze Solutions | |
| Zhang et al. | Properties and microstructure changes in Au-Cu-based alloy with indium addition | |
| Luu et al. | Moisture and hydrogen-induced embrittlement of Fe3Al alloys |