Сплав на основе вольфрама

 

Использование: для работы при 1800- 2000°С в качестве конструкционного материала для термоэмиссионных преобразователей. Сущность изобретения: сплав на основе вольфрама, преимущественно для термоэмиссионных преобразователей , имеет монокристаллическую структуру и содержит, мас.%: рений 1-2; осмий 0,1-1; вольфрам остальное. Характеристика сплава: термоэмиссионные свойства при 1800-2000°С 4,91-4,93 эВ, относительное удлинение при 1800°С 0,9% и при 2000°С 1,21% при напряжении 1,5 кгс/мм2. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 27/04

ГОСУДА P СТ В Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760798/02 (22) 20.11.89 (46) 07.05,92. Бюл. ¹ 17 (71) Государственный центральный научноисследовательский проектный и конструкторский институт драгоценных металлов и алмазов "Гиналмаззолото" (72) А.И. Купцова, В,В. Шишков., О.А. Бахтилина, А.К, Какабадзе и С,И. Азоян . (53) 669.275(088.8) (56) Тугоплавкие металлы, сплавы. и соединения с монокристаллической структурой.—

М.: Наука, 1984, с. 9 — 14.

Патент ФРГ № 1458475, кл. 40 В 27/00, 1973.

Изобретение относится к цветной металлургии, производству монокристаллических сплавов тугоплавких металлов и может быть применено в качестве нового конструкционного материала для термоэмиссионных преобразователей.

По комплексу свойств (высокая стабильность структуры, физико-механических свойств, при воздействии высоких температур, коррозионных сред и нейтронного облучения) монокристаллический вольфрам удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалам катодов термоэмиссионных преобразователей ядерной энергии (ТЭП), кроме одного — низкая прочность при рабочих температурах изделий (1800 С). Повысить ее можно путем легирования. Однако легирующий элемент не должен снижать стабильность монокристаллической структуры, физико-механические свойства, коррозионную стойкость п,ри нейтронном облучении и высокой температуре.

„„Я „„1731852 А1 (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ВОЛЬФРАМА .(57) Использование: для работы при 18002000 С в качестве конструкционного материала для термоэмиссионных преобразователей. Сущность изобретения; сплав на основе вольфрама, преимущественно для термоэмиссионных преобразователей, имеет монокристаллическую структуру и содержит, мас.%: рений 1 — 2; осмий 0,1-1; вольфрам остальное. Характеристика сплава: термоэмиссионные свойства при 1800 — 2000 С 4,91 — 4,93 эВ, относительное удлинение при 1800 С 0,9% и при 2000 С 1,21% при напряжении 1,5 кгс/мм . 1 табл, Известен монокристаллический сплав на основе вольфрама следующего состава, мас.%: .Рений 1,0-5,0.

Вольфрам Остальное

Недостатком указанного сплава является то, что по мере увеличения содержания рения уменьшается степень совершенства монокристаллического сплава вольфрам— рений (отклонение оси от заданной кристаллографической ориентации превышает 5 ) и возникает поликристаллическая структура, что резко снижает стойкость материала при

1800 С.

Наиболее близким по составу из известных вольфрамовых сплавов является сплав состава, мас.%;

Рений . 1,0 — 10

Осмий 0,1 — 10

Вольфрам Остальное

Недостатком известного сплава является то, что он имеет поликристаллическую

1731852 структуру и не может работать при 1800 С, так как происходит разрушение материала.

Цель изобретения — уменьшение относительной деформации монокристаллического сплава на основе вольфрама при

1800-2000 С и повышение его термоэмис- 5 сионных свойств, Поставленная цель достигается тем, что монокристаллический сплав на основе вольфрама дополнительно содержит рений и осмий .при следующих соотношениях 10 компонентов, мас.%:

Рений 1,0 — 2,0

Осмий 0,1 — 1,0

Вольфрам Остальное

Сочетание трехкомпонентного моно- 15 кристаллического сплава приводит к получению сплава с новыми свойствами: снижению относительной деформации (от д=1,2 — 2.5 до д =0,3 — 1,1%) при сохранении пластических характеристик в диапазоне 20 рабочих температур 1800-2000 С и повышению термоэмиссионных свойств. Только монокристаллический сплав вольфрам-рений-осмий .может совокупно обеспечить стабильность структуры, физико-механиче- 25 ских свойств при воздействии высоких температур, коррозионных сред и нейтронного облучения.

Получение этих свойств не вытекает из уже известных составов сплавов вольфрам- 30 рений-осмий. В известном сплаве вольфрам-рений минимальное значение относительной деформации при 1800 С (до д =1,3%) приходится на содержание рения в сплаве 5 мас.% и более. Однако при содер- 35 жании в сплаве рения более 3 мас,% монокристаллическую структуру получить нельзя.

В.тройном сплаве вольфрам-рений-осмий снижение относительной деформации 40 при 1800 †20 С максимально при содержании рения 1,5 мас.%. При этом сохраняется монокристаллическая структура сплава, т,е. система проявляет новые свойства, не вытекающие из известной законо- 45 мерности, Такой же упрочняющий эффект проявляется и в поликристаллическом сплаве вольфрам-рений-осмий, а именно снижение относительной деформации, однако этот эффект проявляется при комнатной 50 температуре. При повышении температуры идет разупрочнение сплава. Паликристаллический сплав не может работать при

1800-2000 С.

В сочетании тройного мЬнокристалли- 55 ческого сплава содержание осмия на уровне

0,5 —.0,7 мас.% позволяет снизить значения относительной деформации до д=0,3-0,4 мас,% в диапазоне температур 1800—

2000 С, сохранить пластичность, свойственную сплаву вольфрам-рений, и повысить термоэмиссионные свойства. Это связано с тем, что в тройном сплаве вольфрама рений, образуя соединения с кислородом, обеспечивает раскисление сплава и тем самым повышает пластичность, а осмий, образуя твердый раствор, повышает длительную прочность. При этом структурные характеристики сплава (возможность получения совершенного монокристалла) не изменяются по сравнению с монокристаллами чистого вольфрама.

Предлагаемый монокристаллический вольфрамовый сплав позволяет снизить величину относительной деформации при

1800-2000 С до д =0,3-0,4% и повысить термоэмиссионные свойства. Интервалы концентраций компонентов сплава подобраны экспериментально. Содержание в монокристаллическом вольфрамовом сплаве рения менее 1,0 мас.% и осмия менее 0.1 мас.% приводит к росту относительной деформации при 1800-2000 С.

Повышение содержания в монокристаллическом вольфрамовом сплаве рения более 2,0 мас.% и осмия более 1,0 мас. % приводит к снижению технологических свойств такого сплава за счет нарушения монокристальности сплава..

Пример 1. Компоненты шихты берут в следующем соотношении, мас. :

Порошок вольфрама 97,8

Порошок рения 1,5

Порошок осмия 0,7

Полученную смесь загружают в шаровую мельницу и перемешивают в течение 2 ч. После выгрузки шихты делают навески для прессования в штабики массой — 500,0

r, Прессование проводят на гидравлическом прессе при давлении прессования 2 т/см .

Полученные штабики спекают в индукционной вакуумной печи при 1600 С в течение 2 ч. Полученную металлокерамическую заготовку загружают в установку бестигельной зонной плавки. Монокристаллический вольфрамовый сплав получают электронной бестигельной зонной плавкой в вакууме 5 10 мм рт.ст. Процесс выращивания осуществляют за 2 прохода зоны и принудительным перемещением затравки, Отклонение от заданной ориентации III на используемой затравке не превышает 1%. Полученный монокристалл сплава вольфрам-рений-ос- мий имеет следующие соотношения компонентов, мас.%; вольфрам 97,8; рений 1,5; осмий 0,7, Выход в готовую продукцию 53% по вольфраму, Характеристики полученного монокристаллического вольфрамового

1731852 сплава: относительная деформация (д, ), термоэмиссионные свойства gz) при 1800—

2000 С, 4,92

4,93

Составитель О,Столяр

Техред М,Моргентал Корректор И,Муска

Редактор О.Головач

Заказ 1559 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", t. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1800 С кг/мм д, 1чэв.

1,0 0,3 4,9 1 5

1,2 0,41

1,5 0,9

1,7 1,1

1900 С 1,0 0,36

1,2 0,50

1,5 0,93

1,7 1,22

2000 С 1,0 0,42

1,2 0,55

1,5 1,21 15

1,7 1,30

Пример ы 2 — 17 осуществляются так же, как и пример 1, изменяя соотношения заявляемых компонентов, Результаты испытаний образцов приве- 20 дены в таблице.

Предложенный монокристаллический сплав на основе вольфрама имеет снижение относительной деформации при .18002000 С в два раза по сравнению с базовым 25 объектом и прототипом, при этом у сплава значительно выше термоэмиссионные свойства по сравнению со всеми известными вольфрамовыми сплавами и вольфрамом.

Предлагаемый монокристаллический сплав может использоваться в качестве конструкционного материала для изделий спецтехники, работающей при 18002000 С, Таким образом, и редложен н ый монокристаллический сплав на основе вольфрама по сравнению с известными имеет более низкие значения относительной деформации при 1800 — 2000 С, более высокие термоэмиссионные свойства при 1800 — 2000 С по сравнению даже с чистым вольфрамом, Формула изобретения

Сплав на основе вольфрама преимущественно для термоэмиссионных преобразователей, содержащий рений и осмий, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения относительной деформации при 1800 — 2000 С и увеличения термоэмиссионных свойств, он имеет монокристаллическую структуру и содержит компоненты в следующем соотношении, мас. : рений 1—

2; осмий 0,1-1,0; вольфрам остальное.