Электродуговой способ получения слитков ti2mnal

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сплава Гейслера в виде слитков, пригодных для изучения свойств спин-поляризованного бесщелевого полупроводника Ti2MnAl. Способ получения слитков сплава Ti2MnAl из смеси алюминия, марганца и титана включает подготовку смеси алюминия, марганца и титана и ее плавление. Подготовленную смесь засыпают в тигель и осуществляют плавление в гарнисаже плазмой дугового разряда напряжением от 65 до 70 В и током от 8 до 10 А в атмосфере гелия при давлении от 0,8 до 1 атм в течение 20 минут с последующим снижением мощности до нуля. Обеспечивается равномерная кристаллизация слитка. 9 пр., 2 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сплава Гейслера в виде слитков пригодных для изучения свойств спин-поляризованного бесщелевого полупроводника Ti2MnAl.

В области разработки новых материалов в настоящее время большой интерес представляют тройные сплавы Гейслера. Занимая промежуточное положение между бинарными интерметаллидами (фазы Юм-Розери, фазы Лавеса и др.) и высокоэнтропийными сплавами, сплавы Гейслера представляют большой интерес в физике твердого тела благодаря многообразию физических свойств, связанных с особенностями электронной структуры и магнитоупругих взаимодействий, обусловленных симметрией кристаллической решетки, что, в соответствии с принципом Кюри, приводит к наблюдению многообразных физических явлений: магнитной памяти формы, обменному смещению, магнитокалорическим эффектам, магнитосопротивлению и большим эффектам Холла [Manna, K., Sun, Y., Muechler, L. et al. Heusler, Weyl and Berry. Nat Rev Mater 3, 244-256 (2018)]. Исследование этих явлений невозможно без развития технологии получения слитков высокого структурного совершенства, получение которых является нетривиальной задачей. Поэтому поиск, развитие и совершенствование способов получения слитков является важным направлением прецизионной металлургии и служит основой для понимания физики магнитных явлений этого класса соединений.

Известен способ получения Ti2MnAl [Борисенко Д.Н., Девятое Э.В., Егоркин М.И., Есин В.Д., Колесников Н.Н., Швецов О.О. // Патент РФ №2725229 от 30.06.2020. Бюл. №19] - прототип. Задачей данного изобретения является получение Ti2MnAl в виде слитков. Технический результат достигается за счет того, что навески марганца и алюминия помещают в капсулу из титана, закрывают крышкой из титана, и затем подвергают плавке во взвешенном состоянии с использованием высокочастотного индукционного нагрева в атмосфере инертного газа при температуре от 1700 до 1730°С в течение от 15 до 20 мин, причем кристаллизация расплава осуществляется путем закалки до комнатной температуры. Слитки объемом не более 1 см3 имеют однородный состав и однородную мелкокристаллическую структуру. Недостатком предложенного способа получения является наличие в материале больших закалочных напряжений, что затрудняет его дальнейшую обработку и приводит к выкрашиванию при подготовке образцов, и требует проведение высокотемпературного отжига в течение нескольких часов. Стоит отметить, что применение левитационной плавки ограничивает масштабируемость процесса в силу эмпирического правила: на каждый 1 см3 слитка требуется до 30 кВт подводимой мощности. Такая плотность мощности делает предложенный способ получения Ti2MnAl очень энергозатратным и не позволяет получать слитки без закалочных напряжений, так как при небольшом снижении мощности для равномерной кристаллизации капля расплава сразу падает вниз и подвергается закалке.

Задачей настоящего изобретения является разработка электродугового способа получения слитков Ti2MnAl с равномерной кристаллизацией.

Технический результат достигается тем, что процесс получения слитков Ti2MnAl проводят электродуговой плавкой в атмосфере гелия в гарнисаже из смеси алюминия, марганца и титана, с плавным снижением мощности до нуля для равномерной кристаллизации.

Способ получения слитков Ti2MnAl включает в себя подготовку смеси алюминия, марганца и титана, которую засыпают в тигель и нагревают до плавления в гарнисаже плазмой дугового разряда в атмосфере инертного газа с образованием слитков Ti2MnAl с плавным снижением мощности до нуля для равномерной кристаллизации. Режимы получения подобраны экспериментально.

Пример 1. В тигель, расположенный в герметичной камере, позволяющей вести процесс в гарнисаже, в контролируемой атмосфере, засыпают смесь из титана, марганца и алюминия. Над тиглем помещают электрод для создания электрической дуги. Плавку проводят в атмосфере аргона при давлении 0,5 атм, напряжении 50 В и токе 8 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс прерывается, плавления нет. Слиток Ti2MnAl получить не удалось.

Пример 2. То же по примеру 1, но плавку проводят в атмосфере аргона при давлении 1 атм, напряжении 65 В и токе 10 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс идет неустойчиво, плавления нет. Слиток Ti2MnAl получить не удалось.

Пример 3. То же по примеру 1, но плавку проводят в атмосфере аргона при давлении 1,5 атм, напряжении 70 В и токе 10 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс не идет. Слиток Ti2MnAl получить не удалось.

Пример 4. То же по примеру 1, но плавку проводят в атмосфере гелия при давлении 1,5 атм, напряжении 70 В и токе 10 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс прерывается, нет плавления. Слиток Ti2MnAl получить не удалось.

Пример 5. То же по примеру 1, но плавку проводят в атмосфере гелия при давлении 0,9 атм, напряжении 68 В и токе 9 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс плавления идет устойчиво. Плавным снижением мощности до нуля удается получить слиток Ti2MnAl с равномерной кристаллизацией.

Пример 6. То же по примеру 1, но плавку проводят в атмосфере гелия при давлении 0,8 атм, напряжении 65 В и токе 9 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс плавления идет устойчиво. Плавным снижением мощности до нуля удается получить слиток Ti2MnAl с равномерной кристаллизацией.

Пример 7. То же по примеру 1, но плавку проводят в атмосфере гелия при давлении 1 атм, напряжении 65 В и токе 8 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс плавления идет устойчиво. Плавным снижением мощности до нуля удается получить слиток Ti2MnAl с равномерной кристаллизацией.

Пример 8. То же по примеру 1, но плавку проводят в атмосфере гелия при давлении 1 атм, напряжении 70 В и токе 10 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс плавления идет устойчиво. Плавным снижением мощности до нуля удается получить слиток Ti2MnAl с равномерной кристаллизацией.

Пример 9. То же по примеру 1, но плавку проводят в атмосфере гелия при давлении 0,8 атм, напряжении 55 В и токе 8 А. Продолжительность процесса 20 минут. Процесс не идет. Слиток Ti2MnAl получить не удалось.

Таким образом, предложенный способ получения слитков Ti2MnAl по примерам 5, 6, 7 и 8 является перспективным направлением прецизионной металлургии для создания сплавов Гейслера. На фиг. 1 представлен тигель (1) с гарнисажем (2) и слитки Ti2MnAl (3). На фиг. 2 представлены результаты рентгено-спектрального микроанализа (ат.%) в 5 точках, полученного слитка Ti2MnAl.

Способ получения слитков сплава Ti2MnAl из смеси алюминия, марганца и титана, включающий подготовку смеси алюминия, марганца и титана и ее плавление, отличающийся тем, что подготовленную смесь засыпают в тигель и осуществляют плавление в гарнисаже плазмой дугового разряда напряжением от 65 до 70 В и током от 8 до 10 А в атмосфере гелия при давлении от 0,8 до 1 атм в течение 20 минут с последующим снижением мощности до нуля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана. Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана включает горячее компактирование смеси порошков титана и алюминия, при этом горячему компактированию подвергают смесь порошков титана и алюминия, полученных предварительным измельчением техногенных стружечных отходов на основе титана и алюминия до дисперсности 100-150 мкм, компактирование смеси порошков титана и алюминия осуществляют одновременным воздействием сжимающего усилия, обеспечивающего плотность компактированного материала 0,8-0,55 от плотности получаемого сплава, и электрического тока плотностью 4-6 А/мм2 с обеспечением синтеза интерметаллидного сплава на основе алюминида титана.

Изобретение относится к металлургии, а именно к элементу из TiAl сплава и может быть использовано для изготовления деталей авиационного двигателя. Элемент из TiAl сплава для изготовления детали авиационного двигателя горячей ковкой содержит подложку, выполненную из TiAl сплава, и слой Al, сформированный непосредственно на поверхности подложки, причем слой Al содержит 70 ат.% или более Al и содержит Ti.

Изобретение относится к металлургии, в частности к титановому сплаву. Титановый сплав в форме пластины или листа, содержащий, мас.%: C 0,10-0,30; N 0,001-0,03; S 0,001-0,03; P 0,001-0,03; Si 0,001-0,10; Fe 0,01-0,3; H 0,015 или менее; O 0,25 или менее и Ti и неизбежные примеси - остальное, причем поверхностный слой образован единственной α-фазой.

Группа изобретений относится к способам получения продукта или детали из рафинированного сплава титан-алюминий-ванадий. Проводят нагревание смеси реагентов, содержащей рудную смесь титансодержащей руды и ванадийсодержащей руды, восстановитель из алюминия и регулятор вязкости.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки высокопрочных псевдо-β-титановых сплавов и может быть использовано для изготовления крупногабаритных конструкций судостроительной, авиационной и космической техники, а также энергетических установок. Способ включает: наплавку на кромки свариваемого соединения металла с меньшим содержанием β-стабилизирующих элементов, чем в основном металле, и термическую обработку сварных заготовок до процесса сварки.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе титана, которые могут использоваться для изготовления деталей с использованием аддитивных технологий. Сплав на основе титана, содержащий по меньшей мере один элемент из ряда лантаноидов от 0,001 до 1,0 мас.

Изобретение относится к получению композиционных материалов на основе системы Ti-В-Fe, модифицированных наноразмерными частицами нитрида алюминия. Способ сочетает самораспространяющийся высокотемпературный синтез с последующим высокотемпературным деформированием продуктов синтеза (СВС - экструзия).

Группа изобретений относится к способам получения титановых сплавов. Титановый сплав получают путем добавления TiCl4 к входящей смеси при температуре первой реакции.

Изобретение относится к металлургии, конкретно к технологии получения пористых металлических материалов, и может использоваться в медицинской имплантологии. Способ получения пористого материала на основе никелида титана включает двухэтапное спекание шихты, содержащей порошок никелида титана, с промежуточной выдержкой между этапами.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к интерметаллическому сплаву на основе титана типа Ti2AlNb, и может быть использовано для изготовления деталей турбины летательного аппарата. Интерметаллический сплав на основе титана содержит, в ат.%: Al от 22 до 25, Nb от 20 до 22, металл M, выбранный из Mo, W, Hf и V, до 3, Si от 0,1 до 0,5, Ta от 0 до 2, Zr от 1 до 2, Fe+Ni ≤ 400 млн-1, остальное – Ti, при выполнении следующего условия: соотношение Al/Nb от 1,05 до 1,15.

Изобретение относится к получению высокотеплопроводных композитных алюминий-графитовых материалов и может быть использовано в электронике, приборостроении, энергетическом машиностроении. Cпособ получения высокотеплопроводного композитного алюминий-графитового материала включает приготовление смеси порошков, содержащей высококристаллический чешуйчатый графит с размером частиц в плоскости от 100 мкм до 1000 мкм и толщиной от 5 мкм до 20 мкм с аспектным отношением от 5 до 200 и степенью кристалличности не менее 97% и порошок кремния и/или порошок алюминиевого сплава с 3- 12 мас.% кремния, со средним размером частиц 1-20 мкм, при соотношении компонентов в смеси, мас.%: чешуйчатый графит 40-80, порошок кремния и/или алюминиевого сплава 20-60, изготовление из нее пористой графитовой преформы путем послойного вибропрессования в металлической форме при толщине насыпки каждого слоя 3-8 мм, частоте вибрации 80-120 Гц, давлении прессования 150-250 кПа, длительности прессования каждого слоя 60-90 секунд, нагрев формы с графитовой преформой до температуры 550-650°С в присутствии воздуха, пропитку пористой графитовой преформы расплавом алюминиевого сплава под давлением, оказываемым гидравлическим прессом.
Наверх