Сплав на основе твердого раствора карбида титана в никеле

 

Сплав предназначен для наплавки седел и штоков запорной арматуры, используемой в производстве фторсодержащих соединений. Сплав содержит, мас. карбид титана 1,0 3,0; твердый раствор карбида титана в никеле с содержанием 0,2 3,5% карбида титана остальное. Свойства сплава: микротвердость 2500 3950 МПа, коррозионная стойкость (ток коррозии) (1,55-2,34)·10^-5А/см² 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для наплавки седел и штоков запорной арматуры, используемой в производстве фторсодержащих соединений. Цель изобретения повышение твердости сплава и его коррозионной стойкости во фторсодержащей среде. Поставленная цель достигается тем, что сплав в виде твердого раствора карбида титана в никеле дополнительно содержит карбид титана при следующем соотношении ингредиентов, Карбид титана 1-3 Твердый раствор карбида титана в никеле Остальное при этом твердый раствор карбида титана в никеле содержит 0,20-3,5 карбида титана. При содержании в сплаве 1,0-3,0% карбида титана и в твердом растворе карбида титана в никеле 0,20-3,5% карбида титана его двухфазная структура (дисперсные равномерно распределенные в сплаве частицы карбида титана и твердый раствор карбида титана в никеле) имеют повышенные твердость и коррозионную стойкость во фторсодержащей среде. Как показали проведенные исследования, при содержании карбида титана в сплаве менее 1% и твердом растворе карбида титана в никеле менее 0,20% твердость сплава и его коррозионная стойкость во фторсодержащей среде практически не отличаются от аналогичных показателей сплава-прототипа. При содержании карбида титана в сплаве и в твердом растворе карбида титана в никеле более 3,0 и 3,5% соответственно в сплаве наблюдается неравномерное распределение частиц карбида титана, а также отдельные конгломерированные частицы, которые приводят к неравномерной и повышенной по сравнению со сплавом прототипа коррозии. При обработке предлагаемого сплава были опробованы составы с содержанием карбида титана в нем и твердом растворе карбида титана в никеле в количествах, соответствующих как граничным значениям его, приведенным в формуле изобретения, так и средним и выходящим за заявляемые пределы. Сплав получали лазерной имплантацией (наплавкой) карбида титана в поверхностный слой никеля марки НП-2, для чего на поверхность образцов (пластинок размером 10˙10˙25 мм) наносили композиционное электролитическое покрытие (КЭП) с дисперсным наполнителем (карбид титана). КЭП наносили на никелевые образцы, помещенные в электролит следующего состава (г/л): NiSO₄ 170; NiCl₂ 35; Na₂SO₄ 70; борная кислота 30; карбид титана 10. Режим процесса: Т электролита 53-55^оС; плотность тока I_k 2,5-7,5 А/дм². В качестве анода использовали никель марки НПА-2. Процесс наполнения КЭП осуществляли при постоянном перемешивании раствора магнитной мешалкой ММ-3М. Предварительная обработка образцов перед покрытием включала: 1) химическое обезжиривание в венской извести; 2) химическое активирование в смеси кислот H₂SO₄ или HCl (50 50). Имплантирование производили технологической лазерной установкой "Квант-15" при помощи излучения 4-12 Дж, положении фокусного пятна относительно поверхности образца 4-12 мм, перекрытии полос имплантации по площади 100-200 мкм. Фазовый состав полученного сплава (поверхностного слоя на пластине) излучали с помощью рентгеновского дифрактометра "Дрон-2" в кобальтовом монохроматизированном K_α-излучении. Металлографические исследования проводили на оптических металлографических микроскопах типа МИМ и на растровом электронном микроскопе РЭИ-100У. Рентгеноспектральный микроанализ проведен на всеволновом дисперсионном анализаторе спектра регнтгеновского излучения ВДАР-1 на сканирующем электронном микроскопе. Изменение микротвердости сплава проводили на приборе ПМТ-3 при нагрузке 50 г с шагом измерений 30 мкм. Проведенные исследования показали существование имплантируемого карбида титана в поверхностном слое никеля со значительным перенасыщением твердого раствора карбида титана в никеле карбидом титана. Коррозионную стойкость сплава проверяли электрохимически в 0,1 М растворе плавиковой кислоты на потенциометре ПИ-50-11 с программатором ПР-8 и потенциометром ПДПИ-002 методом линейной поляризации. В таблице приведены составы предлагаемого сплава, сплава-прототипа и данные по влиянию карбида титана на твердость сплава, на его коррозионную стойкость в 0,1 М растворе плавиковой кислоты и описание микроструктуры. Как видно из таблицы, наибольшие показатели твердости сплав имеет при соответствии его заявляемым пределам по содержанию карбида титана в сплаве и твердом растворе карбида титана в никеле. При содержании карбида титана в сплаве и твердом растворе его в никеле ниже заявляемых пределов (состав 4) его твердость и коррозионная стойкость практически незначительно отключаются от аналогичных показателей сплава-прототипа. При содержании карбида титана в сплаве и в твердом растворе карбида титана в никеле выше заявляемых пределов (состав 5) в микроструктуре сплава наблюдаются волосовидные трещины, которые могут привести к ножевой, язвенной и межкристаллитной коррозии. Предлагаемый сплав по сравнению со сплавом-прототипом, благодаря перенасыщению твердого раствора карбида титана в никеле карбидом титана, имеет значительно больше твердость (в 1,1-1,7 раза) и коррозионную стойкость (на 15-20% ) во фторсодержащей среде, что позволяет использовать его для изготовления рабочих поверхностей седел и штоков запорной арматуры установок производства фторсодержащих соединений и повысить их стойкость и, соответственно, срок службы запорной арматуры.

Формула изобретения

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОГО РАСТВОРА КАРБИДА ТИТАНА В НИКЕЛЕ, отличающийся тем, что, с целью повышения твердости и коррозионной стойкости во фторсодержащей среде, твердый раствор карбида титана в никеле содержит 0,2 - 3,5% карбида титана, а сплав дополнительно содержит карбид титана при следующем соотношении компонентов, мас. Карбид титана 1,0 3,0 Твердый раствор карбида титана в никеле Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1