Монокристаллический материал на основе сплава платины и родия

 

Изобретение относится к монокристаллическим материалам из сплавов благородных металлов. Предложен монокристаллический материал на основе сплава, содержащего платину, родий и иридий при следующем соотношении компонентов, мас. %: родий 3-15, иридий 0,01-0,1, платина остальное. Чистота каждого из компонентов составляет не менее 99,99%. Сплав может дополнительно содержать цирконий и/или гафний. Монокристалл ориентирован. Техническим результатом является стабильность структуры и повышение прочностных характеристик материала при воздействии высоких температур на воздухе и при повышенном давлении. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к новому монокристаллическому материалу из сплава благородных металлов.

В настоящее время все более широкое значение и использование в технике находят материалы на основе благородных металлов, обладающие уникальными свойствами.

Известен, например, сплав благородных металлов, обладающий высокой механической и химической устойчивостью и твердостью при относительно высоких температурах. Этот сплав содержит иридий 10-30 мас.%, родий не более 5 мас.% и остальное платина. Из сплава можно изготавливать изделия сложной конфигурации, такие как вращающиеся насадки типа фильер (см. GB 758507, 03.10.1956).

Недостатком этого сплава являются большие потери благородных металлов при изготовлении и длительной работе.

Известны сплавы благородных (платиновых) металлов, из которых делают нити и сетки для катализаторов (см. RU 21198196, 10.10.1998).

Однако такие сетки обладают низкой стойкостью при повышенных температурах и давлениях, вследствие чего предусмотрено специальное устройство для улавливания благородных металлов.

Значительно более стойки сплавы платины, например сплав платины и родия, имеющие монокристаллическую структуру. Этот сплав используют в каталитических процессах, протекающих при высоких температурах (см. GB 760413, 31.10.1956).

Недостатком этих сплавов являются снижение их прочностных характеристик в процессе работы при температурах выше 800^o и давлениях до 3 атм и выше.

Техническим результатом изобретения является создание такого материала, который обладает повышенными прочностными характеристиками при температурах свыше 800^oС как при атмосферном, так и при более высоком давлении, что улучшает эксплуатационные характеристики изделий.

Поставленная задача решена тем, что монокристаллический материал на основе сплава платины и родия дополнительно содержит иридий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Родий - 3-15 Иридий - 0,01-0,1 Платина - Остальное Преимущественно чистота каждого из компонентов сплава составляет не менее 99,99%.

Кроме того, сплав дополнительно может содержать цирконий и/или гафний.

Монокристаллический материал может быть ориентирован.

При использовании сплава, содержащего менее 3% родия и/или менее 0,01% иридия, снижаются прочностные характеристики материала и увеличиваются потери благородных металлов.

Если материал содержит более 15% родия и/или более 0,1% иридия, то невозможно достичь монокристаллической структуры.

При использовании компонентов сплава чистотой менее 99,99% ухудшается качество монокристалла.

Введение в состав сплава циркония и/или гафния позволяет улучшить термическую устойчивость материала.

Ориентирование монокристалла сплава Pt-Rh-Ir позволяет проводить различную обработку материала методами пластической деформации и изменять свойства в зависимости от ориентации.

Материал получают следующим образом.

Пример 1.

Компоненты шихты взяли в соотношении, мас.%: Порошок родия - 7 Порошок иридия - 0,05 Порошок платины - 92,95 Чистота всех компонентов не менее 99,99 мас.%.

Порошки смешивали и запрессовывали в штабики при давлении 1,5 т/см². Полученную металлическую заготовку (штабик) загружали в установку бестигельной зонной плавки.

Монокристаллический сплав получали методом бестигельной зонной плавки в вакууме не ниже 5•10^-5 мм рт.ст.

Процесс выращивания монокристалла осуществляли за два прохода зоны с принудительным перемещением расплава в зоне и с вращением затравки.

При выращивании ориентированного монокристалла отклонение от заданной ориентации на используемой затравке не должно превышать 1^o.

В таблице приведены результаты механических испытаний монокристаллических сплавов после 10 часов выдержки при 850^oС и давлении 3 атм.

Сплавы получены, как в примере 1, при различных соотношениях компонентов.

Полученный материал может быть использован, в частности, для изготовления проволочных сеток для катализаторов в окислительных процессах, проходящих при высоких, свыше 850^oС, температурах и давлениях.

Из монокристаллического сплава с ориентацией оси роста [110] при изготовлении из него проволоки можно вести процесс волочения с обжигом за один проход до 20-25%.

Результаты показывают, что только монокристаллический сплав платина-родий-иридий может обеспечить высокую стабильность структуры и механических свойств при воздействии высоких температур на воздухе и повышенном давлении. То

Формула изобретения

1. Монокристаллический материал на основе сплава платины и родия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит иридий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Родий 3-15

Иридий 0,01-0,1

Платина Остальное

2. Монокристаллический материал по п.1, отличающийся тем, что чистота каждого из компонентов сплава составляет не менее 99,99%.

3. Монокристаллический материал по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит цирконий и/или гафний.

4. Монокристаллический материал по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что монокристалл ориентирован.

РИСУНКИ

Рисунок 1