Способ получения жаропрочных сплавов на основе молибдена

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов и может быть использовано в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. Способ получения жаропрочных сплавов на основе молибдена включает приготовление исходной реакционной смеси, помещение исходной реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 100-200 g с последующим отделением литого сплава от шлака, при этом готовят исходную реакционную смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%: МоО3 - 71,0-72,0, Аl - 26,1-27,1, Si - 1,4, В - 0,5. Изобретение направлено на разработку высокопроизводительной одностадийной технологии получения композиционного материала на основе MoSiB с малыми энергозатратами и высоким выходом целевого продукта. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения композиционных материалов, которые могут быть использованы в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок.

Известен способ получения композиционных материалов (КМ) в котором при нагреве смеси элементов Mo, Si и В и последующем быстром охлаждении формируется матрица твердого раствора на основе Мо и в ней распределены включения Mo/Si и/или Mo/Si/B. Полученные КМ обладают высокой жаропрочностью и жаростойкостью. При добавлении Nb и последующем горячем изостатическим прессовании были получены высокоплотные KM (Mo/Nb/Si/B) с температурой плавления, превышающей 1950°С (Статья "Byuna Jong Min, Bangb Su-Ryong, Kim Se Hoon, Choib Won June, Do Young. Mechanical properties of Mo-Nb-Si-B Quaternary Alloy Fabricated by Powder Metallurgical Method // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. V. 65. P. 14-18").

Недостаток способа состоит в низкой его производительности, высоких энергозатратах, использовании дорогостоящего импортного оборудования.

Известен способ получения литого дисилицида молибдена, включающий приготовление реакционной смеси порошков исходных компонентов, содержащей оксид молибдена VI, алюминий, кремний и оксид кремния, помещение реакционной смеси в реактор СВС в форме из тугоплавкого материала, выполненной из кварца, графита или нержавеющей стали, воспламенение смеси с последующим реагированием ее компонентов в режиме горения под давлением газа 0,1-10 МПа, выбранного из ряда, включающего аргон, азот, воздух или их смеси, при этом реакционную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид молибдена VI 37,0-58,0 алюминий 8,0-32,0 кремний 22,0-34,0, оксид кремния остальное (Патент №2367702 C1, С22С 29/18, B22F 3/23, 20.09.2009 г.).

Недостатком способа является невозможность получения беспористого слитка из жаропрочного материала на основе молибдена и малые размеры, ограниченные размером реактора.

Наиболее близким аналогом к заявляемому является способ получения литого КМ на основе кобальта в режиме горения, который включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид кобальта, оксид молибдена, алюминий, углерод, оксид хрома III, оксид ниобия и оксид вольфрама, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму с размещенным между исходной смесью и стенкой формы функциональным слоем из оксида алюминия толщиной 5-10 мм, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 200-300 g с последующим отделением литого сплава на основе кобальта от продукта синтеза, при этом исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид молибдена 1,1-1,8, алюминий 20,0-23,5, углерод 2,2-2,8, оксид хрома III 15,0-19,0, оксид ниобия 13,0-16,0, оксид вольфрама 1,0-2,8, оксид кобальта 35,0-45,0 (Патент №2534325 C1, B22F 3/23, С22С 1/04, 27.11.2014 г.).

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет получать литые композиционные материалы на основе молибдена, имеющих высокую прочность при высокой температуре.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка высокопроизводительной одностадийной технологии с малыми энергозатратами и высоким выходом целевого продукта, которая позволяет получать композиционные материалы на основе MoSiB.

Технический результат достигается тем, что способ получения жаропрочных сплавов на основе молибдена включает приготовление исходной реакционной смеси, помещение исходной реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 100-200 g с последующим отделением литого сплава от шлака, при этом готовят исходную реакционную смесь при следующем соотношении компонентов в реакционной смеси, мас.%: МоО3 - 71,0-72,0%, Al - 26,1-27,1, Si - 1,4%, В - 0,5%, причем в приготовленную реакционную смесь может быть дополнительно введен Аl2O3 в количестве 10-15% от веса исходной реакционной смеси или может быть дополнительно введена стехиометрическая легирующая смесь Nb2O5 с Аl в количестве 6-7% от исходной смеси.

Сущность способа заключается в следующем. В экспериментах используют высокоэкзотермические смеси МоО3, Nb2O5, Al, Si, которые удовлетворяют следующим условиям:

1) смеси способны гореть;

2) целевыми продуктами горения смесей является жаростойких сплавов Mo/Si/B и Mo/Nb/Si/B;

3) температура горения превышает температуру плавления жаростойкого сплава и шлаковой фазы (Аl2O3).

При выполнении условий (1) - (3) реализуется процесс, включающий следующие стадии:

- воспламенение и горение исходной смеси,

- гравитационная сепарация расплавов Mo/Si/B и Mo/Nb/Si/B и шлакового продуктов,

- охлаждение и кристаллизация расплавов.

Введение 10-15 мас.% Аl2O3, а также воздействие центробежной силы подавляет разброс смеси при горении и приводит к сепарации расплавов металлической и шлаковой фаз продуктов горения.

Техническая задача решается за счет выбора состава исходной смеси, включающей МоО3 - 71,0-72,0%, Аl - 26,1-27,1, Si - 1,4%, В - 0,5%, и создания высокой перегрузки (100-200 g), позволяющей подавить разброс смеси при горении и реализовать высокий выход целевого продукта и получить жаростойкие и жаропрочные сплавы на основе молибдена с превышающими характеристиками промышленных сплавов. Полученные композиционные материалы Mo/Si/B и Mo/Nb/Si/B обладают уникальными свойствами; высокой стойкостью к окислению и высокой прочностью при при высокой температуре. Введение добавки 6,0 -7,0 (вес.%) стехиометрической легирующей смеси Nb2O5 и Аl позволяет уменьшить разброс смеси при горении и позволяет увеличить прочность КМ при высокой температуре.

Вне заявленных пределов по составу и величине перегрузки процесс горения сопровождается высокой потерей целевого продукта, а жаропрочный сплав формируется с низкими характеристиками по жаропрочности и жаростойкости.

Сущность способа подтверждена примерами.

Пример 1

Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, мас.%: оксид молибдена - 71,5, алюминий - 26.6, кремний - 1,4. бор - 0,5, помещают смесь в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении, равном 150 g. После завершения процесса горения, продукт синтеза охлаждают и извлекают из рабочей камеры центробежной установки. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор на основе корунда, нижний слой - (целевой продукт) представляет собой жаропрочный сплав. Выход целевого продукта (композиционного материала) составляет - 70 мас.% от расчетной величины. Композиционный материал содержит в своем составе (мас.%): молибден - 96,2, кремний - 2,8, бор - 1,0.

Пример 2

Готовят реакционную смесь, включающую 87,5 мас.% состава, и 12,5 мас.% оксида алюминия (Аl2O3), при следующем соотношении компонентов в составе мас.%: оксида молибдена - 71,5, алюминий - 26.6, кремний - 1,4. бор - 0,5. Смесь помещают в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении, равном 150 g. После завершения процесса горения, продукт синтеза охлаждают и извлекают из реактора. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор на основе корунда, нижний слой - (целевой продукт) представляет собой жаропрочный сплав. Выход целевого продукта (композиционного материала) составляет - 90-95 мас.% от расчетной величины. Композиционный материал содержит в своем составе (мас.%): молибден - 96,2, кремний - 2,8, бор - 1,0.

Пример 3

Готовят реакционную смесь, включающую 93,5 мас.% состава, и дополнительно вводят в него 6,5% (вес.) стехиометрической легирующей смеси Nb2O5 с Аl, при следующем соотношении компонентов в составе % масс: оксида молибдена - 71,5, алюминий - 26.6, кремний - 1,4. бор - 0,5. Соотношение компонентов в стехиометрической легирующей смеси, мас.%: Nb2O5 75, Аl - 25. Смесь помещают в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении, равном 150 g. После завершения процесса горения, продукт синтеза охлаждают и извлекают из реактора. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор на основе корунда, нижний слой - (целевой продукт) представляет собой жаропрочный сплав. Выход целевого продукта (композиционного материала) составляет 90-95% (мас.%) от расчетной величины. Жаропрочный сплав содержит в своем составе, (мас.%): молибден - 92,8, ниобий - 3,4, кремний - 2,8, бор - 1,0. Все остальные примеры сведены в табл. 1.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получать литые жаропрочные сплавы на основе молибдена, которые имеют перспективу промышленного освоения в авиационном двигателестроении для изготовления лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. Способ обладает высокой производительностью, малым энергопотреблением и высоким выходом целевого продукта. Способ экологически чист, т.к. в продуктах синтеза отсутствуют газообразные продукты, загрязняющие атмосферу.

1. Способ получения жаропрочных сплавов на основе молибдена, включающий приготовление исходной реакционной смеси, помещение исходной реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 100-200 g с последующим отделением литого сплава от шлака, при этом готовят исходную реакционную смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%: МоО3 - 71,0-72,0, Al - 26,1-27,1, Si - 1,4, В - 0,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в приготовленную исходную реакционную смесь дополнительно вводят Аl2O3 в количестве 10,0-15,0% от веса исходной смеси.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в приготовленную исходную реакционную смесь дополнительно вводят стехиометрическую легирующую смесь Nb2O5 с Al в количестве 6,0 -7,0% от веса исходной реакционной смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нано- и микроэлектроники, а именно к созданию проводниковых межсоединений металлизации высокотемпературных кремниевых полупроводниковых приборов и ИС. Способ получения тонких металлических пленок на основе вольфрама включает магнетронное распыление в газовой среде, содержащей аргон, мишени на основе вольфрама для осаждения тонкой пленки двухкомпонентного сплава вольфрама, при этом в качестве мишени используют мишень на основе сплава вольфрама, содержащего 5-10 ат.% титана, и осаждают на окисленную поверхность кремниевой подложки тонкую пленку сплава, содержащего 5-10 ат.% титана, вольфрам - остальное.

Изобретение относится к металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе молибдена, обладающим высокой прочностью, и может быть использован для изготовления изделий, подвергающихся в процессе эксплуатации в условиях вакуума или среды, не содержащей кислород, нагреву до высоких температур, в электронной, электротехнической отраслях промышленности, атомной энергетике, авиационной и космической технике.

Изобретение относится к композиции, используемой для защиты компонентов реактора от ядерного излучения. Порошковая композиция для защиты компонентов реактора от ядерного излучения содержит, ат.%: бор 21–41, железо 25–35, хром 2–4, углерод 3–10, вольфрам остальное.
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению изделий из сплавов молибдена, и может быть использовано для изготовления продукции, подверженной высокотемпературным условиям эксплуатации. Способ изготовления изделий из сплавов молибдена включает выплавку слитка сплава методом капельной электронно-лучевой плавки, горячую обработку давлением заготовок с получением изделий и их термообработку.

Изобретение относится к получению вольфрамотитанокобальтовых порошков из отходов сплава Т30К4. Ведут электроэрозионное диспергирование отходов сплава Т30К4 в спирте при напряжении на электродах 110…120 В, ёмкости разрядных конденсаторов 48 мкФ и частоте следования импульсов 130...140 Гц.

Изобретение относится к сферическому порошку псевдосплава на основе вольфрама. Ведут гранулирование порошка наноразмерного композита, состоящего из металлических частиц с размерами менее 100 нм и полученного водородным восстановлением в термической плазме смеси порошков оксидов вольфрама с порошком металла, выбранного из группы, включающей Ni, Fe, Со, Сu и Ag, или порошками оксидов металлов, выбранных из указанной группы, а затем проводят сфероидизацию полученных гранул порошка расплавлением в потоке термической плазмы.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам, предназначенным для работы в окислительной среде при высоких температурах, которые могут использоваться в качестве конструкционного материала для ответственных деталей, работающих при высокой температуре в приборостроении, энергетике, ракетной технике, радиоэлектронике, химической и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к способу нанесения покрытий вакуумно-дуговым испарением и может быть использовано при производстве триботехнических изделий и металлорежущего инструмента с функциональными покрытиями из легированных карбидных соединений. Катод-мишень изготавливают из порошковой смеси ее прессованием в заготовки и их вакуумным спеканием.

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 порошка сплава молибдена и вольфрама. Способ включает металлотермическое восстановление их кислородных соединений с образованием реакционной массы, содержащей порошок сплава молибдена и вольфрама, выделение порошка сплава из реакционной массы и водную промывку порошка.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения композиционных материалов с металлической матрицей и покрытий. Способ получения алюмоматричного композитного материала, содержащего алюминиевую матрицу и керамический упрочнитель, включает обработку исходной смеси порошков алюминия и элементов, образующих керамический упрочнитель, путем механического легирования, при этом механическое легирование осуществляют в шаровых размольно-смесительных установках при энергонапряженности 0,02-2 кВт/л в течение 0,5-30 часов в среде аргона, обработанную смесь порошков помещают в тонкостенную трубочку из материала, аналогичного матричному с формированием электрода, нагревают его до температуры начала экзотермической реакции с последующей кристаллизацией образовавшихся капель расплава на металлической подложке путем перемещения электрода с формированием непрерывного слоя композиционного материала с заданным составом.
Наверх