Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля с карбидной и боридной фазами вольфрама

Авторы патента:

C22C1/05 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

B22F3/23 - самораспространяющимся высокотемпературным синтезом или реакционным спеканием

Владельцы патента RU 2756045:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к интерметаллидным сплавам на основе NiAl, которые имеют высокую прочность, жаро- и коррозионную стойкость, малый удельный вес, и могут быть использованы в качестве конструкционных материалов для энергетики, авиа- и автомобилестроения. Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al₂Ni₃), включающий приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия (Al), оксида никеля (NiO), оксида вольфрама (WO₃) и балластной добавки в виде фтористого кальция (CaF₂) и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции. При приготовлении экзотермической смеси в нее дополнительно вводят карбид бора (В₄С), обеспечивают соотношение компонентов в экзотермической смеси NiO:WO₃:B₄C:Al:CaF₂ = 1:1:0,25:1,1:0,5, металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева на открытом воздухе с получением материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al₂Ni₃), содержащего упрочняющие фазы карбида вольфрама (WC) и борида вольфрама (W₂B₅). Обеспечивается повышение содержания основного целевого материала, его чистоты и выхода годного, уменьшается количество технологических циклов.

Изобретение относится к области металлургии. Интерметаллидные сплавы на основе NiAl сочетают высокую прочность и жаро- и коррозионную стойкость, малый удельный вес используют в качестве основы для создания новых перспективных высокотемпературных конструкционных материалов для энергетики, авиа- и автомобилестроения.

Известен способ получения материала на основе алюминидов никеля (NiAl, Ni₃Al) в режиме СВС-металлургии инициированием смеси порошков Ni, Al и добавки - самофлюсующиеся порошки на основе никеля. (SU 1787068 A3, B22F 3/23, С22С 1/04, 27.02.1991). Способ позволяет получать пористый материал и изделия повышенной прочности.

Недостатком способа является то, что крупные размеры частиц материала ограничивают возможности его использования, необходим нагрев и поддержание температуры, а дополнительная стадия измельчения загрязняет продукт и удлиняет общее время синтеза до 10 часов.

Известен способ получения материалов на основе алюминида никеля путем металлотермического совместного восстановления оксидов исходных металлов (Патент РФ №2354501, B22F 3/23, С22С 1/04, опубл. 10.05.2009), который включает приготовление экзотермической смеси, путем смешивания в стехиометрическом соотношении порошков алюминия и оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки, выбранной из ряда, включающего оксиды металлов, в реакторе в инертной атмосфере под давлением инертного газа аргона, при этом металлотермическая реакция инициируется электрозапалом, с последующим выделением целевого продукта.

Недостатками способа являются большие энергозатраты, многостадийность технологических циклов, малая производительность и не всегда обеспечивается требуемое качество получаемого продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения материалов на основе алюминида никеля металлотермического совместного восстановления оксидов исходных металлов (Патент РФ №2632341 С2, B22F 3/23, С22С 1/04, опубл. 04.10.2017, Бил. №8), который включает приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля, согласно изобретению экзотермическую шихту готовят с добавлением балластной добавки, выполняющей роль флюса, в виде фтористого кальция, при этом порошок алюминия используют в избытке относительно стехиометрического соотношения порошков в смеси, а в качестве легирующей добавки используют оксиды хрома, или оксиды молибдена, или оксиды вольфрама, или оксиды титана в количестве не более 15 мас.%, причем металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева в реакторе или на открытом воздухе с получением материала на основе алюминида никеля в виде слитка. При этом оксид хрома или молибдена или вольфрама или титана вводят в количестве не более 15 мас.%. Металлотермическая реакция протекает без внешнего подогрева, как в реакторе, так и на открытом воздухе. Алюминий в составе шихты берется с избытком относительно расчетного, тем самым создаются необходимые для синтеза условия. Для снижения скорости горения и обеспечения полноты выхода металла в состав шихты вводят балластную добавку фтористый кальций, которая одновременно выполняет роль флюса, улучшающего условия формирования компактных слитков металлов.

Технической задачей заявленного изобретения является снижение энерго- и трудозатрат, уменьшение технологических циклов, повышение содержания основного целевого материала, его чистоты и выхода.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al₂Ni₃), включающего приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия (А1), оксида никеля (NiO), оксида вольфрама (WO₃) и балластной добавки в виде фтористого кальция (CaF₂) и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции, согласно изобретению при приготовлении экзотермической смеси в нее дополнительно вводят карбид бора (В₄С), обеспечивают соотношение компонентов в экзотермической смеси NiO:WO₃:B₄C:Al:CaF₂ = 1 1:0,25:1,1:0,5, металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева на открытом воздухе с получением материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al₂Ni₃), содержащего упрочняющие фазы карбида вольфрама (WC) и борида вольфрама (W₂B₅).

Сущность способа поясняется примером. Готовят экзотермическую смесь исходных реагентов из порошков: оксид никеля NiO (98.9 мас.% Ni): WO₃(98,5 мас.%): В₄С:Al (ПА4): CaF₂(ч) = 1:1:0,25:1,1:0,5. Порошки смешивают до однородной по составу смеси. Приготовленную смесь (шихту) загружают в алундовый тигель. Тигель с шихтой помещают на асбестовый лист. Металлотермическая реакция, инициируемая электрозапалом, далее протекает на воздухе без внешнего подогрева. После окончания процесса горения тигель и продукты горения охлаждают. В результате плавки образуются продукты двух видов: металлическая фаза в форме компактного слитка и шлак, легко отделяющиеся друг от друга. По данным рентгенофазового анализа материал состоит из алюминидов никеля AlNi и Al₂Ni₃, карбида WC и борида вольфрама W₂B₅. Микротвердость NiAl соответствует 7100 МПа, карбида вольфрама WC - 19500 МПа, борида вольфрама W₂B₅ - 29200 МПа. Микроструктура сплава представлена фазами интерметаллидов NiAl и Ni₂Al₃ с отдельными мелкодисперсными включениями карбида и борида вольфрама, алюминиды никеля NiAl+Ni₂Al₃ имеют высокие значения нанотвердости. Химический состав синтезированного комплексно-легированного сплава:

ат. %: 45,99 Ni; 39,54 Al; 11,60 W; 2,74 В; 1,25 С.

мас. %: 61,12 Ni; 24,15 Al; 11,39 W; 3,15 В; 0,1 С.

Таким образом, показана возможность получения на открытом воздухе и без внешнего подогрева порошков интерметаллидов NiAl и Ni₂Al₃ с отдельными мелкодисперсными включениями карбида и борида вольфрама при использовании карбида бора в составе экзотермической шихты, что позволяет решить техническую задачу изобретения.

Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al₂Ni₃), включающий приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия (Al), оксида никеля (NiO), оксида вольфрама (WO₃) и балластной добавки в виде фтористого кальция (CaF₂) и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции, отличающийся тем, что при приготовлении экзотермической смеси в нее дополнительно вводят карбид бора (В₄С), обеспечивают соотношение компонентов в экзотермической смеси NiO:WO₃:B₄C:Al:CaF₂ = 1:1:0,25:1,1:0,5, металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева на открытом воздухе с получением материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al₂Ni₃), содержащего упрочняющие фазы карбида вольфрама (WC) и борида вольфрама (W₂B₅).

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала на основе алюминия или алюминиевого сплава, упрочненного дискретными волокнами Al2O3 наноразмерного диаметра, и может использоваться в различных областях техники в качестве конструкционного материала. Литой композиционный материал содержит матрицу из алюминия или алюминиевого сплава и упрочнитель, выполненный в виде конгломерата дискретных волокон оксида алюминия диаметром 10-20 нм и транспортных порошков меди размером 10-20 мкм, при этом суммарное содержание оксида алюминия и меди составляет 1 мас.%.

Способ получения карбонитрида циркония zr2cn кубической системы // 2754736

Изобретение относится к области получения тугоплавких соединений, конкретно к способу получения карбонитрида циркония Zr2CN кубической системы. Способ включает азотирование карбида циркония.

Электродуговой способ получения слитков ti2mnal // 2754540

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.

Способ получения высокотеплопроводного алюминий-графитового композита // 2754225

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.

Способ получения углеграфитового композиционного материала // 2753634

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса. Cпособ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе медного электролита.

Способ получения углеграфитового композиционного материала // 2753633

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в медном электролите.

Способ легирования алюминия танталом // 2753630

Изобретение относится к металлургии, в частности к легированию алюминия тугоплавкими редкими металлами, конкретно к легированию алюминия танталом. Способ легирования алюминия танталом включает предварительное получение расплава алюминия с введением в расплав активного реагента с последующей выдержкой при перемешивании, при этом в качестве активного реагента используют смесь, состоящую из компонентов, взятых в следующем соотношении, мас.%: 40-45 KCl, 35-40 NaF, 10-15 AlF3, 5-10 Ta2O5, причем перед введением в расплав смесь измельчают с одновременным перемешиванием и сушат при температуре 150-160оС.

Сплав на основе алюминия для производства проволоки и способ её получения // 2753537

Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к деформируемым сплавам на основе алюминия и получения из них тонкой проволоки для бортовых проводов. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: цирконий 0,25-0,45, гафний 0,10-0,25, эрбий ≤0,10 и/или иттербий ≤0,10, титан ≤0,05, марганец ≤0,05, хром ≤0,05, железо ≤0,30, кремний ≤0,20, алюминий - остальное.

Материалы на основе тетраборида хрома и способы их получения // 2753339

Изобретение относится к области синтеза новых материалов, а именно к материалу на основе тетраборида хрома, фазовый состав которого включает тетраборид хрома, диборид хрома и связующее вещество, при этом содержание этих компонентов составляет: CrB4 - 45-60%, CrB2 - 25-45%, связующее вещество - 10-15%, где связующее вещество представляет собой борид металла или смесь боридов металла, выбранного из группы кобальт, медь, никель, алюминий.

Способ получения углеграфитового композиционного материала // 2751873

Способ получения слоистых металлокерамических композиционных материалов // 2754419

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению изделий в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в сочетании с высокотемпературным сдвиговым деформированием продуктов горения в условиях их свободного СВС-сжатия. Может использоваться для получения слоистых металлокерамических композиционных материалов, применяемых в военной, авиационной и металлургической промышленности, машиностроении и двигателестроении.