Сплав, включающий твердый раствор карбида циркония в никеле

 

Использование: наплавка рабочих поверхностей седел и штоков запорной арматуры установок производства фторсодержащих соединений. Сплав содержит 1 - 3 мас.% карбида циркония, остальное - твердый раствор карбида циркония в никеле, дополнительно содержащий 0,2 - 1,9 мас.% карбида циркония. Благодаря высокому содержанию карбида циркония в сплаве твердый раствор карбида циркония в никеле не насыщен карбидом циркония, что повышает твердость и коррозионную стойкость сплава фторсодержащей среды. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и предназначено для наплавки седел и штоков запорной арматуры, используемой в производстве фторсодержащих соединений. Целью изобретения является повышение твердости сплава и его коррозионной стойкости во фторсодержащей среде. Поставленная цель достигается тем, что сплав в виде твердого раствора карбида циркония в никеле дополнительно содержит карбид циркония при следующем соотношении ингредиентов, мас. Карбид циркония 1-3 Твердый раствор карбида циркония в никеле Остальное при этом твердый раствор карбида циркония в никеле содержит 0,2-1,0 мас. карбида циркония. При содержании в сплаве 1-4 мас. карбида циркония и в твердом растворе карбида циркония в никеле 0,2-1,0 мас. карбида циркония его двухфазная структура (дисперсные равномерно распределенные в сплаве частицы карбида циркония и твердый раствор карбида циркония в никеле) имеет повышенные твердость и коррозионную стойкость во фторсодержащей среде. Как показали проведенные исследования при содержании карбида циркония в сплаве менее 1 мас. и в твердом растворе карбида циркония в никеле менее 0,2 мас. твердость сплава и его коррозионная стойкость во фторсодержащей среде не отличаются от аналогичных показателей сплава-прототипа. При содержании карбида циркония в сплаве и в твердом растворе карбида циркония в никеле более 3 и 1,0 мас. соответственно образуются волосовидные трещины, выходящие на поверхность, которые могут явиться источником развития ножевой, язвенной и межкристаллитной коррозии. Проведенные патентно-информационные исследования показали, что заявляемый сплав является новым, при этом отличительные признаки сплава не известны, на основании чего можно сделать вывод о соответствии его критерию изобретения "существенные отличия". При отработке предлагаемого сплава были опробованы составы с содержанием карбида циркония в них и твердом растворе карбида циркония в никеле в количествах, соответствующих как граничным значениям его, приведенным в формуле изобретения, так и средним и выходящим за заявляемые пределы. Сплав получали лазерной имплантацией (наплавкой) карбида циркония в поверхностный слой никеля марки НП-2, для чего на поверхность образцов (пластинок размером 10х10х25 мм) наносили композиционное электролитическое покрытие (КЭП) с дисперсным наполнителем (карбид циркония). КЭП наносили на образцы, помещенные в электролит следующего состава, г/л: NiSО₄ 170; NiCl₂ 35; Na₂SО₄ 70; борная кислота 30; карбид циркония 10. Режим процесса: Т электролита 53-55^оС; плотность тока (i_к)=2,5-7,5 А/дм². В качестве анода использовали никель марки НПА-2. При нанесении КЭП осуществляли постоянное перемешивание раствора с помощью магнитной мешалки ММ-3М. Предварительная обработка образцов перед покрытием включала: химическое обезжиривание в венской извести; химическое активирование в смеси кислот Н₂SО₄ и НСl (50:50). Имплантирование производили технологической лазерной установкой Квант-15 при мощности излучения 4-12 Дж, положении фокусного пятна относительно поверхности образца 4-12 мм, перекрытии полос при имплантации по площади 100-200 мкм. Фазовый состав полученного сплава (поверхностного слоя на никеле) изучали с помощью рентгеновского дифрактометра Дрон-2 в кобальтовом монохроматизированном К_λ -излучении. Металлографические исследования проводили на оптических металлографических микроскопах типа МИМ и на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У. Рентгеноспектральный микроанализ проведен на всеволновом дисперсионном анализаторе спектра рентгеновского излучения ВДАР-1 на сканирующем электронном микроскопе. Измерение микротвердости сплава проводили на приборе ПМТ-3 при нагрузке 50 г с шагом измерений 30 мкм. Проведенные исследования показали существование имплантированного карбида циркония в поверхностном слое никеля со значительным перенасыщением твердого раствора карбида циркония в никеле карбидом циркония. Коррозионную стойкость сплава проверяли в 0,1 М растворе плавиковой кислоты электролитически на потенциометре ПИ-50-11,1 с программатором ПР-8 и потенциометром ПДПИ-002 методом линейной поляризации. В таблице приведены составы предлагаемого сплава, сплава-прототипа и данные по влиянию карбида циркония на твердость сплава, на его коррозионную стойкость в 0,1 М растворе плавиковой кислоты и описание микроструктуры сплава. Как видно из данных таблицы, наибольшие показатели твердости сплав имеет при соответствии его заявляемым пределам по содержанию карбида циркония в сплаве и твердом растворе карбида в никеле. При содержании карбида циркония в сплаве и твердом растворе карбида циркония в никеле ниже заявляемого предела (состав 4) его твердость и коррозионная стойкость незначительно отличаются от аналогичных показателей сплава-прототипа. При содержании карбида циркония в сплаве и твердом растворе карбида циркония в никеле выше заявляемого предела (состав 5) в микроструктуре сплава наблюдаются выходящие на поверхность образца сплава волосовидные трещины, которые могут привести к ножевой, язвенной и межкристаллитной коррозии. Предлагаемый сплав по сравнению со сплавом-прототипом благодаря перенасыщению твердого раствора карбида циркония в никеле карбидом циркония имеет большую (1,1-2,2 раза) твердость и более ( на ≈15-20%) высокую коррозионную стойкость во фторсодержащей среде, что позволяет использовать его для наплавки рабочих поверхностей седел и штоков запорной арматуры установок производства фторсодержащих соединений и повысить их стойкость и соответственно срок службы запорной арматуры.

Формула изобретения

СПЛАВ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ТВЕРДЫЙ РАСТВОР КАРБИДА ЦИРКОНИЯ В НИКЕЛЕ, отличающийся тем, что, с целью повышения твердости и коррозионной стойкости во фторсодержащей среде, твердый раствор карбида циркония в никеле дополнительно содержит 0,2 1,0 мас. карбида циркония, а сплав дополнительно содержит карбид циркония при следующем соотношении ингредиентов, мас. Карбид циркония 1,0 3,0 Твердый раствор карбида циркония в никеле Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1