Способ получения интерметаллидных композиционных материалов на основе порошковых систем fe-a1



Способ получения интерметаллидных композиционных материалов на основе порошковых систем fe-a1
Способ получения интерметаллидных композиционных материалов на основе порошковых систем fe-a1
B22F2201/11 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2686194:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии. Порошки Fe, Аl при соотношении 70:30 смешивают в шаровой мельнице 2-3 ч и дегазируют в вакуумной камере 1 при давлении 10 Па. Полученную смесь помещают в ёмкость 2, выполненную из углеволокнистого материала, и воздействуют плазмой ВЧИ-разряда пониженного давления. В качестве плазмообразующего газа используют аргон с расходом 0,004÷0,005 г/с при его рабочем давлении 1,33÷133 Па. Частота электромагнитного поля генератора 5 составляет 1,76-13,56 МГц, потребляемая мощность 2-18 кВт, сила тока анода 0,8÷1,2 А, напряжение 7,8 кВ. Давление в разрядной камере 6 20÷30 Па. Заготовки изделий из полученного интерметаллидного материала обладают высокими прочностными характеристиками. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и в частности может быть использовано при изготовлении заготовок деталей из порошкового материала с высокими механическими и эксплуатационными свойствами.

Известен способ получения порошкового материала на основе железа с карбидом кремния (заявка №96103230, МПК С22С 33/02, дата публикации заявки: 27.02.1998), включающий смешивание порошков металлов и карбида кремния, прессование и спекание, отличающийся тем, что после предварительного уплотнения порошковой смеси в пресс-форме давлением 15-35 МПа дальнейшее прессование и спекание осуществляют одновременно, пропуская через смесь переменный ток промышленной частоты плотностью 10-35 А/мм2 при давлении 5-15 МПа в течение 3-25 с.

Известен способ получения упрочняемого оксидами композиционного материала на основе железа (патент РФ №2307183, МПК, С22С 1/05, С22С 33/02, опубл. 27.09.2007), при котором смешивают порошок малоустойчивого при деформации оксида железа и порошок стали, легированной элементами, образующими термоустойчивые нанооксиды. Полученную смесь подвергают механическому легированию при интенсивной холодной деформации сдвигом и обжигают. Способ позволяет осуществить механическое легирование стальной матрицы кислородом при меньшей степени холодной деформации, что приводит к сокращению времени технологического процесса.

Известен Синтез интрметаллида Fe3Al (статья в Вестнике Казанского технологического университета, 2010, №5), при котором для синтеза интрметаллида Fe3Al предложено использовать искровое плазменное спекание дисперсных перекурсоров, содержащих элементные железо и алюминий, полученных электрохимическим методом.

Одним из наиболее перспективных методов получения изделий с повышенными механическими, физико-химическими и эксплуатационными свойствами, является метод создание новых композиционных материалов воздействием плазмы высокочастотного индукционного (ВЧИ) разряда на исходный порошковый материал с обеспечением получения интерметаллидных композиционных материалов на основе порошковых систем Fe-Al, достижение которого определяется изменением в ходе проведения процесса воздействия, как на температуру обработки, так и на характеристики ионного потока, поступающего из плазмы на поверхность обрабатываемого материала (Абдуллин И.Ш., Желтухин B.C. // Вестник Казанского технолог, ун-та. 2003. №1. С. 172-179), (Абдуллин И.Ш., Желтухин B.C., Кудинов В.В. // Физ. и хим. обработки материалов. 2003. №4 С. 45-51). При воздействии высокочастотной (ВЧ) плазмой пониженного давления в диапазоне давлений Р=1,33-133 Па любое тело, независимо от того, является ли оно проводником, полупроводником или диэлектриком, является дополнительным электродом. В результате чего у его поверхности так же, как и в приэлектродной области ВЧ - емкостного разряда образуется слой положительного заряда (СПЗ) толщиной ~10-3 м. Проходя сквозь слой СПЗ и ускоряясь в его электрическом поле, положительные ионы плазмы получают дополнительную энергию до 100 эВ. При столкновении с поверхностью металла ионы передают приобретенную кинетическую энергию и потенциальную энергию рекомбинации поверхностным атомам и частично внедряются в поверхностный слой. Если плазмообразующий газ содержит атомы азота, кислорода или углерода, то в результате диффузионного насыщения поверхностного слоя металла этими элементами увеличивается механические и физико-химические свойства обрабатываемого металла.

Преимущество интерметаллических соединений на основе порошковых систем Fe-Al - в их высокой стойкости к окислению и сульфидной коррозии, при этом их стоимость ниже многих коррозионностойких сталей.

Экспериментальная часть работы по получению интерметаллидных композиционных материалов на основе порошковых систем Fe-Al, воздействием плазмы ВЧИ разряда пониженного давления, реализовалась в цилиндрической разрядной камере из кварца с внутренним диаметром от 10 до 110 мм с помощью трехкольцевого медного водоохлаждаемого индуктора в рабочую зону, которого вводился стаканчик из углеволокнистой ткани марки Урал 2-22р с порошковым материалом с соотношением химических элементов Fe:Al=70:30. Перед воздействием порошок был дегазирован в вакууме при давлении Р=10 Па. Воздействие проводилось на следующих режимах: рабочее давление плазмообразующего газа Р=1,33÷133 Па, частота электромагнитного поля генератора f=1,76-13,56 МГц, потребляемая мощность N=2-18 кВт.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является создание порошковых материалов с повышенными механическими, физико-химическими и эксплуатационными свойствами.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в получении интерметаллидных композиционных материалов на основе порошковых систем Fe-Al, с высокими прочностными характеристиками заготовок изделий полученных из порошкового материала.

Технический результат достигается тем, что в способе получения интерметаллидных материалов на основе порошковых систем Fe-Al, включающий приготовление смеси из порошкового материала Fe, Al с соотношением 70:30 в шаровой мельнице в течение 2 часов, с дегазацией в вакууме при давлении Р=10 Па, и с последующем воздействием плазмы ВЧИ разряда пониженного разряда в плазмотроне с использованием в качестве плазмообразующего газа аргон, при рабочем давление плазмообразующего газа Р=1,33÷133 Па, частотой электромагнитного поля генератора f=1,76-13,56 МГц, потребляемая мощность N=2-18 кВт. Новым является то, что воздействие на порошковый материала Fe, Al осуществляется в емкости выполненной из углеволокнистого материала, на который непрерывно воздействуют плазменным потоком с технологическими параметрами приведенными ниже:

Давление Ркам., (Па) 20÷30
Подача плазмообразующего газа G, (г/с) 0,004÷0,005
Сила тока анода Ia, (А) 0,8÷1,2
Напряжение Ua, (кВ) 7,8
Время обработки Тоб, (с) 5÷10

Диаметр потока плазмы соответствует выходному диаметру плазмотрона, выполненному из кварцевого стекла.

На фиг. 1 представлена экспериментальная плазменная установка ВЧИ разряда пониженного давления: а) - схема установки, б) - фотография установки:

На фиг. 2 представлена дифрактограмма продуктов синтеза смеси из порошкового материала Fe, Al с соотношением 70:30, где: по оси ординат - интенсивность Ip.o рентгенографических отражений, по оси абсцисс - угловой интервал 2θ сканирования.

Экспериментальная плазменная установка ВЧИ разряда пониженного давления представленная на фиг. 1 включает: вакуумную камеру 1; емкость 2 с порошком (стаканчик из углеволокнистого материала); пластинчато-роторный вакуумный насос 3; двухроторный вакуумный насос 4; ВЧ генератор 5; разрядную камеру 6; баллон 7; глухая трубка 8 для установки углеродного стаканчика с боковым отверстием для подачи газа.

Способ получения интерметаллидных композиционных материалов на основе порошковых систем Fe-Al осуществляется следующим образом. Приготавливают смесь из порошкового материала Fe, Al с соотношением 70:30 в шаровой мельнице в течение 2-3 часов, с дегазацией в вакуумной камере 1 при давлении Р=10 Па, помещение смеси в емкость 2 из углеволокнистого материала с последующем воздействием плазмы ВЧИ разряда пониженного давления в экспериментальной плазменной установке ВЧИ разряда пониженного давления с использованием в качестве плазмообразующего газа аргон с технологическими параметрами приведенные ниже:

Давление Ркам., (Па) 20÷30
Подача плазмообразующего газа G, (г/с) 0,004÷0,005
Сила тока анода Ia, (А) 0,8÷1,2
Напряжение Ua, (кВ) 7,8
Время обработки Тоб, (с) 5÷10

Дифрактограмма исходной смеси Fe:Al=70:30 представляет собой аддитивный профиль двухфазной системы, на которой присутствуют отражения α-Fe и Al кубических модификаций.

Рентгенографический анализ образцов, прошедших обработку, показал, что кроме исходных химических веществ имеют место вновь образованные фазы, а именно: кубическая модификация AlFe и моноклинный алюмоферрит Al13Fe4 кроме рефлексов исходных алюминия и α-Fe уверенно диагностируются интерметаллиды: моноклинный Al13Fe4, AlFe кубической модификации.

Полученные результаты электронной микроскопии указывают, что использование плазмы Высокочастотного индукционного разряда пониженного давления позволяет получать интерметаллиды на основе порошкового материала, содержащего элементные α-Fe и Al в заданном соотношении, что позволяет получать заготовки изделий с высокими механическими, физико-химическими и эксплуатационными свойствами.

1. Способ получения интерметаллидных материалов на основе порошковых систем Fe-Al, включающий приготовление смеси из порошкового материала Fe, Al с соотношением 70:30 в шаровой мельнице в течение 2-3 часов, с дегазацией в вакууме при давлении Р=10 Па и с последующим воздействием плазмы ВЧИ-разряда пониженного давления в плазмотроне с использованием в качестве плазмообразующего газа аргона, при рабочем давлении плазмообразующего газа Р=1,33÷133 Па, частоте электромагнитного поля генератора f=1,76-13,56 МГц, потребляемой мощности N=2-18 кВт, отличающийся тем, что воздействие на порошковый материал Fe, Al осуществляют в емкости, выполненной из углеволокнистого материала, на который непрерывно воздействуют плазменным потоком с технологическими параметрами, приведенными ниже:

Давление Ркам (Па) 20÷30
Подача плазмообразующего газа G (г/с) 0,004÷0,005
Сила тока анода Ia (А) 0,8÷1,2
Напряжение Ua (кВ) 7,8
Время обработки Тоб (с) 5÷10

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр потока плазмы соответствует выходному диаметру плазмотрона, выполненному из кварцевого стекла.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к получению гранулированного феррохрома. Способ включает гранулирование расплава феррохрома, содержащего 1-9 мас.% С, 25-70 мас.% Cr, ≤ 2,0 мас.% Si, остальное Fe и примеси не более 3 мас.%.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из композиционных материалов со стальной матрицей и наполнителя из тугоплавких соединений.

Изобретение относится к коррозионно-стойким и износостойким инструментальным сталям для холодной обработки, полученным методом порошковой металлургии. Сталь содержит, мас.%: С 0,3-0,8, N 1,0-2,2, Si≤1,0, Mn 0,2-2,0, Cr 13-30, Mo 0,5-3,0, W≤1, V 2,0-5,0, Nb≤2,0, (Ti+Zr+Al)≤7,0, Ta≤0,5, Со≤10,0, Ni≤5,0, Cu≤3,0, Sn≤0,3, В≤0,01, Be≤0,2, Bi≤0,3, Se≤0,3, Te≤0,3, Mg≤0,01, P3M≤0,2, Ca≤0,05, S≤0,5, железо и примеси - остальное, при выполнении следующих условий: (C+N)= 1,3-2,2, C/N=0,17-0,50, (Mo+W/2)=0,5-3,0, (V+Nb/2)= 2,0-5,0.

Изобретение относится к порошковой стали, предназначенной для деталей, в частности ножей или фильерных пластин, необходимых при производстве и вторичном использовании пластмасс.
Группа изобретений относится к получению спеченного фрикционного материала. Предложен способ, включающий гранулирование порошков графита и меди с получением гранул размером 0,4-2,0 мм, содержащих медь и графит, смешивание гранул со второй смесью порошков с получением шихты, формование и спекание полученной шихты.

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам фрикционных материалов. Может использоваться для получения изделий, предназначенных для работы в тормозных устройствах.
Изобретение относится к порошковым сплавам для изготовления объемных изделий селективным спеканием. Сплав содержит 0,4-0,6 мас.% углерода, 11,0-13,2 мас.% хрома; 0,1-0,4 мас.% кремния; 0,4-0,9 мас.% марганца, 0,08-0,12 мас.% алюминия, 0,4-0,8 мас.% азота; 0,03-0,1 мас.% молибдена и остальное железо.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству железных спеченных изделий. Может использоваться в приборостроении.

Изобретение относится к фрикционным материалам для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит 17,0-20,0 мас.% меди, 4,0-5,0 мас.% углерода, 2,0-4,0 мас.% кремнезема, 5,5-6,5 мас.% сульфата бария, 0,2-0,4 мас.% вольфрама, 6,0-8,0 никеля и остальное железо.

Изобретение относится к составам фрикционных материалов, предназначенных для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит, мас.

Изобретение относится к изготовлению изделий из твердосплавных порошковых смесей. Готовят пресс-порошок из твердосплавной смеси путем введения связывающей жидкости с последующим брикетированием полученной смеси и перетиранием сформированных брикетов с образованием пресс-порошка.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, а именно к получению силуминов с использованием в качестве источника кремния аморфного микрокремнезема. Способ получения силуминов включает введение кремнийсодержащего оксидного сырья в алюминиевый расплав, перемешивание расплава и разливку полученного сплава, причем в качестве кремнийсодержащего оксидного сырья используют аморфный микрокремнезем, который перед введением в расплав подвергают термической обработке при температуре 200-300°С, введение аморфного микрокремнезема осуществляют в потоке инертного газа с перемешиванием, обеспечивающим втягивание частиц микрокремнезема в вихревую воронку, образованную в жидком алюминии, а после перемешивания расплав легируют магнием в количестве до 1% масс.

Изобретение относится к получению порошка псевдосплава W-Ni-Fe из отходов. Проводят электроэрозионное диспергирование отходов псевдосплава W-Ni-Fe в виде стружки в дистилированной воде при частоте следования импульсов 156 Гц, напряжении на электродах 100 В и емкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ.
Изобретение относится к получению порошковой оксидной калий-титановой бронзы. Ведут механохимическую обработку реакционной смеси, состоящей из диоксида титана и иодида калия в мольном соотношении 1:0,12, в планетарной мельнице с числом оборотов барабана мельницы 1200 в мин в течение 400 с.

Группа изобретений относится к получению гранулированного феррохрома. Способ включает гранулирование расплава феррохрома, содержащего 1-9 мас.% С, 25-70 мас.% Cr, ≤ 2,0 мас.% Si, остальное Fe и примеси не более 3 мас.%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано при изготовлении лопаток, дисков, створок и других деталей газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ получения узкофракционных сферических порошков из жаропрочных сплавов на основе алюминида никеля включает стадию предварительного выделения заданной фракции путем классификации исходного порошкообразного материала зернистостью 5-150 мкм, стадию получения целевого продукта, заключающуюся в проведении термовакуумной обработки в течение 3-4 ч при остаточном давлении 10-5-10-6 мм рт.ст., температуре 800-900°С и скорости нагрева до данной температуры 15-20°С/мин и последующей плазменной сфероидизации, при этом оставшийся после предварительного выделения заданной фракции более мелкий и более крупный порошок подвергают перемешиванию, прессованию, вакуумному спеканию до относительной плотности 70-80%, размолу, после чего полученный порошок возвращают на стадию предварительного выделения заданной фракции и далее выделенную заданную фракцию направляют на стадию получения целевого продукта.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению легких сплавов на основе алюминия, и может быть использовано в ракетно-космической, авиационной и автомобильной промышленности.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства алюминиевых лигатур, применяемых для модифицирования сплавов. Способ включает приготовление и расплавление смеси, содержащей фторид натрия, фторид калия, соединение редкого металла и алюминий, алюмотермическое восстановление соответствующего металла из его соединения с последующим отделением осадка.

Изобретение относится к сплавам латуни и может быть использовано для изготовления изделий в электротехнической, машиностроительной и автомобильной промышленности.

Изобретение может быть использовано для получения наноструктурированных порошков феррита висмута BiFeO3, применяемых в микроэлектронике, спинтронике, устройствах для магнитной записи информации, в производстве фотокатализаторов, материалов для фотовольтаики.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Порошки Fe, Аl при соотношении 70:30 смешивают в шаровой мельнице 2-3 ч и дегазируют в вакуумной камере 1 при давлении 10 Па. Полученную смесь помещают в ёмкость 2, выполненную из углеволокнистого материала, и воздействуют плазмой ВЧИ-разряда пониженного давления. В качестве плазмообразующего газа используют аргон с расходом 0,004÷0,005 гс при его рабочем давлении 1,33÷133 Па. Частота электромагнитного поля генератора 5 составляет 1,76-13,56 МГц, потребляемая мощность 2-18 кВт, сила тока анода 0,8÷1,2 А, напряжение 7,8 кВ. Давление в разрядной камере 6 20÷30 Па. Заготовки изделий из полученного интерметаллидного материала обладают высокими прочностными характеристиками. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх