Способ получения наноструктурированного металлического листа

Изобретение относится к химико-термической обработке металлических изделий, а именно к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения. На поверхности расплава свинца или эвтектики Pb-Bi с растворенным в нем осаждаемым металлом или смесью металлов размещают керамическую подложку. Затем проводят охлаждение поверхности керамической подложки до получения градиента температур между расплавом и ее поверхностью в 600-700°С. Далее осуществляют выдержку в среде инертного газа до осаждения на поверхности керамической подложки наноструктурированного металлического листа требуемой толщины и снимают лист с подложки. Получают наноструктурированный металлический лист, обладающий повышенной долговечностью. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Так, например, известен:

- способ получения материалов с наностуктурой: интенсивной пластической деформации (Валиев Р.З. Создание наноструктурных металлов и сплавов с уникальными свойствами, используя интенсивные пластические деформации. Российские нанотехнологии, 2006 - Т.1-2. с.208-216),

- способ воздействия ультразвука или плазмы на кристаллизующийся металл (Григорьев С.Н., Андреев А.А., Шулаев В.М. Наноструктурные износостойкие покрытия, полученные методами физического осаждения вещества в вакууме. Упрочняющие технологии и покрытия. - 2005 - №9).

Недостатком указанных способов является то, что они предназначены для получения только покрытий с наноструктурой, но не для получения наноструктурированных металлических листов.

Известен способ получения листов из алюминия и его низколегированных сплавов, включающий нагрев слитков, черновую и чистовую горячую обработку (Колпашников А.И. Производство листов из легких сплавов. - М.: Металлургия, 1979, с.310).

Недостатком указанного способа является невозможность получения наноструктурированного металлического листа.

Задачей предложенного способа является получение наноструктурированного металлического листа.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения наноструктурированного металлического листа, включающим размещение керамической подложки на поверхности расплава свинца или эвтектики Pb-Bi с растворенным в нем осаждаемым металлом или смесью металлов, охлаждение поверхности керамической подложки до получения градиента температур между расплавом и ее поверхностью в 600-700°С, выдержку в среде инертного газа до осаждения на поверхности керамической подложки наноструктурированного металлического листа требуемой толщины и снятие листа с подложки. В качестве осаждаемого металла используют никель, титан, хром, медь, алюминий, вольфрам или их смесь. Расплав свинца или эвтектики Pb-Bi нагревают до температуры 1100-1300°С. Охлаждение поверхности керамической подложки осуществляют до температуры 500-600°С. В качестве инертного газа используют аргон.

Наноструктурированный металлический лист получается за счет того, что поток охлаждающей жидкости, проходящей по пустотелому керамическому сосуду, снижает его температуру до (500-600°С). Благодаря высокому градиенту температур избыток растворенного в свинце элемента при 1100-1300°С выделяется и осаждается на поверхности керамической подложки. Процесс затвердевания начинается с образования микрозародышей твердой фазы в объеме переохлажденного расплава. С увеличением переохлаждения критический размер зародыша быстро убывает.

Поэтому в жидком свинце кристаллизуются микроскопические центры роста гомогенной структуры, представляющие собой первичную ячейку или комплекс ячеек. Сформировавшиеся ячейки осаждаются на поверхности керамического охлаждаемого сосуда, образуя наноструктурированный металлический лист.

Предлагаемый способ можно осуществить с помощью устройства для получения наноструктурированного металлического листа.

На чертеже представлена схема устройства для получения наноструктурированного металлического листа.

Устройство состоит из керамической ванны 1, расплавленного свинца (или эвтектики Pb-Bi)2, каналов для введения графитовых электродов 3, брикетов из спрессованных порошков металлов 4, пустотелого керамического сосуда 5 с продольными каналами, обеспечивающими продольный поток охлаждающей воды, чугунный корпус 7 стола для приемки наноструктурированного металлического листа.

Способ осуществляется следующим образом: в керамическую ванну 1 устанавливаются спрессованные брикеты 4 из порошков металлов, засыпается свинец (или эвтектика Pb-Bi)2, с помощью графитовых электродов 3 устанавливают температуру 1100-1300°С. Процесс происходит в вакуумной камере (не показана). Через пустотелый керамический сосуд 5 с продольными каналами начинают пропускать охлаждающую воду, до получения температуры пустотелого керамического сосуда 5 с продольными каналами 500°С. Наноструктурированный металлический лист получается за счет того, что поток охлаждающей жидкости, проходящей по пустотелому керамическому сосуду 5, снижает его температуру до (500-600°С). Благодаря высокому градиенту температур избыток растворенного в свинце элемента при 1100-1300°С выделяется и осаждается на поверхности керамического сосуда. Процесс затвердевания начинается с образования микрозародышей твердой фазы в объеме переохлажденного расплава. С увеличением переохлаждения критический размер зародыша быстро убывает. Поэтому в жидком свинце кристаллизуются микроскопические центры роста гомогенной структуры, представляющие собой первичную ячейку или комплекс ячеек. Сформировавшиеся ячейки осаждаются на поверхности керамического охлаждаемого сосуда, образуя наноструктурированный металлический лист. Полученный наноструктурированный металлический лист 6 снимается с помощью пустотелого керамического сосуда 5 на чугунный корпус 7 для приемки наноструктурированного металлического листа.

Толщина наноструктурированного металлического листа будет расти пропорционально времени работы предлагаемого устройства. В течение определенного времени на поверхности охлаждаемого керамического сосуда формируется наноструктурированный металлический лист нужного сплава определенной толщины.

Пример 1

В керамическую ванну 1 устанавливаются спрессованные брикеты 4 из порошков никеля 50% и титана 50%, засыпается свинец (или эвтектика Pb-Bi) 2, с помощью графитовых электродов 3 устанавливают температуру 1100°С. Процесс происходит в вакуумной камере (не показана). Через пустотелый керамический сосуд 5 с продольными каналами начинают пропускать охлаждающую воду, до получения температуры пустотелого керамического сосуда 5 с продольными каналами 500°С. Наноструктурированный металлический лист получается за счет того, что поток охлаждающей жидкости, проходящей по пустотелому керамическому сосуду, снижает его температуру до 500°С. Благодаря высокому градиенту температур избыток растворенного в свинце элемента при 1100°С выделяется и осаждается на поверхности керамического сосуда. Процесс затвердевания начинается с образования микрозародышей твердой фазы в объеме переохлажденного расплава. С увеличением переохлаждения критический размер зародыша быстро убывает. Поэтому в жидком свинце кристаллизуются микроскопические центры роста гомогенной структуры, представляющие собой первичную ячейку или комплекс ячеек. Сформировавшиеся ячейки осаждаются на поверхности керамического охлаждаемого сосуда, образуя наноструктурированный металлический лист. Полученный наноструктурированный металлический лист 6 снимается с помощью пустотелого керамического сосуда 5 на чугунный корпус 7 стола для приемки наноструктурированного листа.

Толщина никель-титанового наноструктурированного металлического листа будет расти пропорционально времени работы предлагаемого устройства. В течение шести часов на поверхности охлаждаемого керамического сосуда формируется наноструктурированный металлический лист никель-титанового сплава толщиной 0,48 мм с памятью формы.

Пример 2

В керамическую ванну 1, устанавливаются спрессованные брикеты 4 из порошков никеля 80% и хрома 20%, засыпается свинец (или эвтектика Pb-Bi) 2, с помощью графитовых электродов 3 устанавливают температуру 1300°С. Процесс происходит в вакуумной камере (не показана). Через пустотелый керамический сосуд 5 с продольными каналами начинают пропускать охлаждающую воду, до получения температуры пустотелого керамического сосуда 5 с продольными каналами 600°С. Наноструктурированный металлический лист получается за счет того, что поток охлаждающей жидкости, проходящей по пустотелому керамическому сосуду, снижает его температуру до 600°С. Благодаря высокому градиенту температур избыток растворенного в свинце элемента при 1300°С выделяется и осаждается на поверхности керамического сосуда. Процесс затвердевания начинается с образования микрозародышей твердой фазы в объеме переохлажденного расплава. С увеличением переохлаждения критический размер зародыша быстро убывает. Поэтому в жидком свинце кристаллизуются микроскопические центры роста гомогенной структуры, представляющие собой первичную ячейку или комплекс ячеек. Сформировавшиеся ячейки осаждаются на поверхности керамического охлаждаемого сосуда, образуя наноструктурированный металлический лист. Полученный наноструктурированный металлический лист 6 снимается с помощью пустотелого керамического сосуда 5 на чугунный корпус 7 стола для приемки наноструктурированного листа.

Толщина хромоникелевого наноструктурированного металлического листа будет расти пропорционально времени работы предлагаемого устройства. В течение пяти часов на поверхности охлаждаемого керамического сосуда формируется наноструктурированный металлический лист хромоникелевого сплава толщиной 0,56 мм.

Пример 3

В керамическую ванну 1 устанавливаются спрессованные брикеты 4 из порошков никеля 60% и меди 40%, засыпается свинец (или эвтектика Pb-Bi) 2, с помощью графитовых электродов 3 устанавливают температуру 1200°С. Процесс происходит в вакуумной камере (не показана). Через пустотелый керамический сосуд 5 с продольными каналами начинают пропускать охлаждающую воду, до получения температуры пустотелого керамического сосуда 5 с продольными каналами 550°С. Наноструктурированный. металлический лист получается за счет того, что поток охлаждающей жидкости, проходящей по пустотелому керамическому сосуду, снижает его температуру до 550°С. Благодаря высокому градиенту температур избыток растворенного в свинце элемента при 1200°С выделяется и осаждается на поверхности керамического сосуда. Процесс затвердевания начинается с образования микрозародышей твердой фазы в объеме переохлажденного расплава. С увеличением переохлаждения критический размер зародыша быстро убывает. Поэтому в жидком свинце кристаллизуются микроскопические центры роста гомогенной структуры, представляющие собой первичную ячейку или комплекс ячеек. Сформировавшиеся ячейки осаждаются на поверхности керамического охлаждаемого сосуда, образуя наноструктурированный металлический лист. Полученный наноструктурированный металлический лист 6 снимается с помощью пустотелого керамического сосуда 5 на чугунный корпус 7 стола для приемки наноструктурированного листа.

Толщина медно-никелевого наноструктурированного металлического листа будет расти пропорционально времени работы предлагаемого устройства. В течение семи часов на поверхности охлаждаемого керамического сосуда формируется наноструктурированный металлический лист медно-никелевого сплава толщиной 0,72 мм.

1. Способ получения наноструктурированного металлического листа, включающий размещение керамической подложки на поверхности расплава свинца или эвтектики Pb-Bi с растворенным в нем осаждаемым металлом или смесью металлов, охлаждение поверхности керамической подложки до получения градиента температур между расплавом и ее поверхностью в 600-700°С, выдержку в среде инертного газа до осаждения на поверхности керамической подложки наноструктурированного металлического листа требуемой толщины и снятие листа с подложки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве осаждаемого металла используют никель, титан, хром, медь, алюминий, вольфрам или их смесь.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплав свинца или эвтектики Pb-Bi нагревают до температуры 1100-1300°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение поверхности керамической подложки осуществляют до температуры 500-600°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют аргон.