Способ формирования композиционного материала методом селективного лазерного плавления порошка жаропрочного никелевого сплава на подложке из титанового сплава


B33Y80/00 -
B33Y80/00 -
B33Y80/00 -
B33Y80/00 -
B22F2007/042 - 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 2713255:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" (RU)

Изобретение относится к формированию композиционного материала в виде покрытия на поверхности изделия из титанового сплава. Способ включает нанесение на поверхность изделия порошковой композиции, содержащей следующие компоненты, вес.%: Аl - 3,91, Со - 15,6, Сr - 11,1, Fe - 0,06, Mo - 4,48, Nb - 3,38, Ti - 2,73, V - 0,52, W - 3,19, С - 0,049, Ni - 54,981. Покрытый участок вводят в зону воздействия лазера, проводят послойное лазерное плавление металлического порошка. Сканирование ведут при следующих параметрах: мощность лазерного излучения - 325 Вт, скорость сканирования - 760 мм/с, толщина слоя - 50 мкм, шаг сканирования - 120 мкм, защитная среда – аргон. Первый слой наносят под углом 135°, а второй - под углом 90° к первому слою. Обеспечивается формирование жаропрочных покрытий, обладающих высокой микротвердостью, механическими и триботехническими свойствами. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области нанесения покрытий методом селективного лазерного плавления и может быть использовано для увеличения износостойкости и жаропрочности изделий из титановых сплавов, применяемых в авиационной и автомобильной промышленностях.

Известен способ формирования антифрикционных покрытий из порошковых материалов посредством их лазерного спекания на металлической поверхности (Патент 2652335, МПК B22F 3/105, С23 26/00, Опубликовано 25.04.2018), включающий нанесение слоя порошковой композиции на поверхность стального изделия, содержащей следующие компоненты, мас. %: баббит Б83 дисперсностью 5-50 мкм - основа, медь дисперсностью 0,5-1,5 мкм - 10-30, дисульфид молибдена дисперсностью 1,5-2,4 мкм - до 5, введение покрытого участка в зону лазерного излучения, его спекание в контролируемой среде защитного газа аргона и осуществление калибровки спеченной порошковой композиции по толщине.

Недостатком данного способа является необходимость калибровки спеченной порошковой композиции по толщине, связанная с неравномерностью нанесения покрытия, а также невозможность применения данного способа для формирования жаропрочных покрытий.

Известен способ изготовления металлического изделия из порошкового материала цикличным послойным лазерным синтезом (Патент 2526909, МПК B22F 3/105, Опубликовано 27.08.2014), включающий нанесение слоя керамического порошка, проведение селективного спекания на заданных участках слоя и удаление указанного материала из неспеченных участков. Между спеченными участками керамического слоя наносят слой порошка металла или сплава той же толщины и проводят селективное спекание на этих участках. Цикл повторяют до осуществления полного формирования изделия. При этом керамика образует при спекании оболочку формируемого изделия. После каждого спекания слоя металла или сплава проводят его расплавление и/или расплавление всего объема металла или сплава, а после полного формирования изделия и кристаллизации расплавленного металла или сплава производят удаление керамики.

Недостатком данного метода является необходимость расплавления всего объема металла в процессе формирования изделия, что делает процесс экономически не эффективным и затратным.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ изготовления покрытия на изделии методом послойного лазерного синтеза (Патент 2443506, МПК B22F 3/105, Опубликовано 27.02.2012). Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии селективного лазерного спекания трехмерных объектов. После вакуумирования рабочего пространства осуществляют послойное лазерное спекание механоактивированного металлического порошка или механоактивированного металлического порошка и порошковой смеси металл-металл, температуры плавления которых отличаются менее чем на 40%. Спекание осуществляют импульсным лазером с частотой генерации импульсов от 20000 до 100000 Гц и временем действия импульса 100 наносекунд. Скорость кристаллизации расплавленной части порошковой частицы от 0,5 м/с до 10 м/с.Полученный материал обладает высокими механическими, триботехническими свойствами и коррозионной стойкостью.

Недостатком прототипа является то, что значительная часть порошка не плавится (до 95%), что приводит не только к наноструктурному метастабильному состоянию, но и к низкому качеству полученных покрытий, а именно высокой шероховатости и пористости.

Задачей изобретения является формирование жаропрочных покрытий, обладающих высокой микротвердостью, механическими и триботехническими свойствами.

В основе предлагаемого изобретения лежит решение задачи по формированию покрытия, состоящего из отдельных слоев жаропрочного сплава, в результате чего достигается расширение технологических возможностей повышения износостойкости и жаропрочности изделий из титана и титановых сплавов.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении композиционного покрытия с повышенными значениями твердости. Эти значения могут быть необходимы при возникновении повышенных контактных статических и динамических нагрузках на изделиях. Эффект от применения изобретения состоит в расширении возможностей использования титановых сплавов, увеличении срока их активной работы.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что способ, включающий нанесение на поверхность титанового изделия порошковую композицию, содержащую следующие компоненты, вес.%: Аl 3,91%, Со 15,6%, Сr 11,1%, Fe 0,06%, Mo 4,48%, Nb 3,38%, Ti 2,73%, V 0,52%, W 3,19%, С 0,049%, Ni 54,981% (основа), затем вводят покрытый участок в зону воздействия лазера и проводят сканирование при следующих параметрах: мощность лазерного излучения - 325 Вт, скорость сканирования - 760 мм/с, толщина слоя - 50 мкм, шаг сканирования - 120 мкм, защитная среда - аргон, стратегия сканирования - нанесение первого слоя под углом 135°, второго - под углом 90° к первому слою.

Способ реализуют следующим образом.

Покрытие формируется на подложке из титанового сплава, предварительно закрепленного в рабочей камере прибора. На заготовку размещают порошок жаропрочного никелевого сплава, уплотняют и выравнивают валиком. Затем лазерный луч сканирует обрабатываемую поверхность при следующих параметрах: мощность лазерного излучения -325 Вт, скорость сканирования - 760 мм/с, толщина слоя - 50 мкм, шаг сканирования - 120 мкм, защитная среда - аргон, стратегия сканирования -нанесение первого слоя под углом 135°, второго - под углом 90° к первому слою. Обеспечивается формирование покрытий, обладающих высокой микротвердостью, механическими и триботехническими свойствами.

Пример 1 использования изобретения

1. Закрепить в рабочей камере пластину из титанового сплава.

2. Разместить мелкодисперсный порошок жаропрочного никелевого сплава, выровнять и уплотнить валиком.

3. Селективное лазерное плавление осуществляют в защитной среде аргона.

4. Сканирование проводят со следующей стратегией движения лазера - нанесение первого слоя под углом 135°, второго - под углом 90° к первому слою.

С помощью металлографических исследований было установлено, что толщина покрытия жаропрочного никелевого сплава, сформированного на подложке из титанового сплава равна 57,1±3,7 мкм.

Исследование элементного состава композиционного материала, сформированного по данному способу, проводилось на поперечных шлифах в поверхностном слое покрытия, диффузионном слое и в подложке. Установлено, что поверхностный слой в основном состоит из титана (55,5%) и никеля (21,23%). В диффузионном слое содержание титана больше (75,05%), а никеля меньше (8,47%), чем в поверхностном слое. В подложке из титанового сплава преобладающим элементом является титан (89,96%), никель отсутствует.

Пример 2 использования изобретения

Режимы нанесения покрытия те же, что и в примере 1. После получения покрытий проведены испытания на микротвердость. Измерение микротвердости проводилось в покрытии, в зоне термического влияния и в подложке на расстояниях 5, 10 и 15 мкм от границы с покрытием. Микротвердость покрытия равна 881,8±15 HV, зоны термического влияния - 839,8±22 HV, подложки на расстоянии 5 мкм - 374,6±4 HV, 10 мкм - 359,8±11 HV, 15 мкм - 337,2±6 HV. Полученные данные позволяют установить, что покрытия из жаропрочного никелевого сплава имеют микротвердость в ≈2,6 раза выше, чем микротвердость подложки из титанового сплава. Уменьшение микротвердости происходит градиентно от покрытия к подложке. Это позволяет увеличить ресурс работы изделия в 2,0…2,5 раза в условиях больших контактных давлений.

Способ формирования композиционного материала методом селективного лазерного плавления порошка жаропрочного никелевого сплава на подложке из титанового сплава, включающий послойное лазерное плавление металлического порошка, отличающийся тем, что на поверхность изделия из титанового сплава наносят порошковую композицию, содержащую следующие компоненты, вес.%: Аl - 3,91, Со - 15,6, Сr - 11,1, Fe - 0,06, Mo - 4,48, Nb - 3,38, Ti - 2,73, V - 0,52, W - 3,19, С - 0,049, Ni - 54,981, затем вводят покрытый участок в зону воздействия лазера и проводят сканирование при следующих параметрах: мощность лазерного излучения - 325 Вт, скорость сканирования - 760 мм/с, толщина слоя - 50 мкм, шаг сканирования - 120 мкм, защитная среда - аргон, причем нанесение первого слоя осуществляют под углом 135°, а второго - под углом 90° к первому слою.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению заготовок из ковочного сплава на основе никеля, которые могут быть использованы при изготовлении высокотемпературных элементов конструкции турбины.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов, и может быть использовано при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей, длительно работающих при температурах до 1200°С.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов, и может быть использовано при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей, длительно работающих при температурах до 1200°С.

Изобретение относится к металлургии, а именно к никель-хром-молибденовым сплавам. Способ изготовления деформируемого никель-хром-молибденового сплава, имеющего гомогенную двухфазную микроструктуру, включает получение слитка из сплава, содержащего, мас.%: хром 18,47-20,78, молибден 19,24-20,87, алюминий 0,08-0,62, марганец менее 0,76, железо менее 2,10, медь менее 0,56, кремний менее 0,14, титан до 0,17, углерод менее 0,013, никель – остальное, гомогенизационную обработку при температуре от 2025 до 2100°F, а затем горячую обработку давлением при начальной температуре от 2025 до 2100°F.

Изобретение относится к металлургии, а именно к никель-хром-молибденовым сплавам. Способ изготовления деформируемого никель-хром-молибденового сплава, имеющего гомогенную двухфазную микроструктуру, включает получение слитка из сплава, содержащего, мас.%: хром 18,47-20,78, молибден 19,24-20,87, алюминий 0,08-0,62, марганец менее 0,76, железо менее 2,10, медь менее 0,56, кремний менее 0,14, титан до 0,17, углерод менее 0,013, никель – остальное, гомогенизационную обработку при температуре от 2025 до 2100°F, а затем горячую обработку давлением при начальной температуре от 2025 до 2100°F.

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к производству сплавов на основе никеля, используемых для литья деталей с монокристаллической структурой, например лопаток турбин, работающих при температурах 1050°С и выше.

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к производству сплавов на основе никеля, используемых для литья деталей с монокристаллической структурой, например лопаток турбин, работающих при температурах 1050°С и выше.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромоникелевым сплавам аустенитного класса и может быть использовано при изготовлении коллекторов реакционных труб высокотемпературных установок водорода, метанола и аммиака.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромоникелевым сплавам аустенитного класса и может быть использовано при изготовлении коллекторов реакционных труб высокотемпературных установок водорода, метанола и аммиака.
Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным хромоникелевым сплавам аустенитного класса с интерметаллидным упрочнением, и может найти применение в производстве реакционных труб для агрегатов аммиака и метанола с рабочими температурами 800-950°С и давлением 2,5-5 МПа и нефтегазоперерабатывающих установок с режимами эксплуатации от 950 до 1160°С и давлением до 0,7 МПа.

Изобретение относится к средствам защиты деталей из сплавов на никелевой основе для турбин жидкостных ракетных двигателей. Покрытие содержит никель, оксид бария, оксид церия, оксид бора, оксид алюминия, оксид циркония, оксид кремния, оксид титана и оксиды калия и натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: 40-55 никеля, 13-16 оксида бария, 14-16,6 оксида церия, 10-13 оксида бора, 5-8 оксида алюминия, 1-2 оксида циркония, 2-4 оксида кремния, 0,05-0,15 оксида титана, 0,05-0,15 оксидов калия и натрия.
Изобретение относится к изготовлению фрикционных изделий. Способ включает нанесение, предварительное припекание свободнонасыпанного слоя фрикционного материала на стальную несущую основу и спекание заготовки в виде диска.

Изобретение относится к фрикционным материалам, предназначенным для работы в узлах трения машин и механизмов в условиях жидкостного трения. Cпеченный материал на основе меди, содержащий 4-7 мас.% олова и 9-12 мас.% графита, изготовлен с использованием 35-40 мас.% железного порошка.

Группа изобретений относится к электроимпульсному нанесению упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали. Способ включает спекание засыпки порошка в неэлектропроводной матрице на поверхности детали под давлением пуансона путем пропускания импульсов тока.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу получения биметаллической полосы с антифрикционным покрытием на основе меди из металлических порошков, предназначенной для изготовления подшипников скольжения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сплавов на основе ванадия, и может быть использовано для получения высококачественных композиций на его основе с титаном и хромом, предназначенных для атомной энергетики.
Изобретение относится к подшипниковым антифрикционным самосмазывающимся материалам. Способ получения металлофторопластового материала с сетчатым антифрикционным слоем включает предварительную обработку стальных листов бронзированием при помощи диффузионного насыщения, припекание пористого слоя в виде бронзолатунной сетки и заполнение ячеек припеченной сетки впрессовыванием неориентированной фторопластовой пленки на гидравлическом прессе.

Изобретение относится к области упрочнения поверхности металлов и сплавов и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для формирования защитных и упрочняющих покрытий.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения многослойных изделий, и может быть применено в добывающих отраслях промышленности, металлургии, промышленности строительных материалов.

Изобретение относится к изготовлению плит из керамических и композиционных материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения.

Изобретение относится к изготовлению изделий из металлических порошков. Смесь металлического порошка со связующим готовят в виде пасты в соотношении: 78-82 % металлического порошка, 18-22 % связующего.
Наверх