Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы


 


Владельцы патента RU 2583222:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине. Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, включающий нанесение на поверхность при помощи высокотемпературных нанесений порошка металлов с эффектом памяти формы и термомеханическую обработку полученного покрытия, предусматривающую пластическую деформацию покрытия, проводимую по этапам, и отжиг, причем отжиг проводят после каждого этапа пластической деформации, а закалку проводят после этапов термомеханической обработки с последующим охлаждением в жидком азоте, в качестве порошка, наносимого на поверхность, используют смесь титана (Ti), никеля (Ni) и циркония (Zr), а само нанесение порошка осуществляют путем диффузионной металлизации, при этом пластическую деформацию полученного покрытия проводят в пять этапов, на первом этапе в интервале температур 400-450°C со степенью пластической деформации ε≥2,5%, на втором этапе в интервале температур 480-500°C со степенью пластической деформации ε≥5%, на третьем этапе в интервале температур 500-520°C со степенью пластической деформации ε≥7%, на четвертом этапе в интервале температур 520-550°C со степенью пластической деформации ε≥12%, на пятом этапе в интервале температур 550-600°C со степенью пластической деформации ε≥15%. Технический результат: получение наноструктурированного покрытия TiNiZr с эффектом памяти формы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине.

Известны способы получения покрытий с эффектом памяти формы TiNiZr (Материалы с эффектом памяти формы: Справ. изд. / Под ред. Лихачева В.А. - Т. 1. - СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997. - 424 с. / Т. 2. - СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998. - 374 с. / Т. 3 - СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998, 474 с. / Т. 4. - СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998. - 268 с. К. Ооцука, К. Симидзу, Ю. Судзуки и др. Сплавы с эффектом памяти формы / Под ред. Х. Фунакубо. Пер. с японск. - М.: Металлургия, 1990. - 224 с.).

Недостатком покрытий с эффектом памяти формы являются их низкие прочностные характеристики.

Известен способ получения наноструктурированных покрытий никель-алюминий с эффектом памяти формы на стали, включающий нанесение покрытия при помощи плазменной наплавки порошка NiAl с эффектом памяти формы, закалку при температуре 1000-1200°C с последующим охлаждением в жидком азоте, последующее проведение пластической деформации покрытия в три этапа, на первом этапе - в интервале температур 300-350°C со степенью пластической деформации = 4,5-10%, на втором этапе - в интервале температур 350-400°C со степенью пластической деформации = 10-15%, на третьем этапе в интервале температур 400-480°C со степенью пластической деформации = 15-40%, при этом после каждого этапа пластической деформации проводят отжиг при температуре 500-600°C в течение 1-1,5 ч (патент РФ №2398027).

Недостатком покрытия с эффектом памяти формы NiAl являются его низкие прочностные характеристики, пластичность и износостойкость.

Задачей предложенного изобретения является получение наноструктурированного покрытия титан-никель-цирконий (TiNiZr) с эффектом памяти формы.

Техническим результатом является повышение прочностных характеристик, пластичности и износостойкости сплавов TiNiZr с эффектом памяти формы.

Технический результат достигается тем, что способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы включает нанесение на поверхность при помощи высокотемпературных нанесений порошка металлов с эффектом памяти формы и термомеханическую обработку полученного покрытия, предусматривающую пластическую деформацию покрытия, проводимую по этапам, и отжиг, причем отжиг проводят после каждого этапа пластической деформации, а закалку проводят после этапов термомеханической обработки с последующим охлаждением в жидком азоте, при этом в качестве порошка, наносимого на поверхность, используют смесь титана (Ti), никеля (Ni) и циркония (Zr), а само нанесение порошка осуществляют путем диффузионной металлизации, при этом пластическую деформацию полученного покрытия проводят в пять этапов, на первом этапе в интервале температур 400-450°C со степенью пластической деформации ε≥2,5%, на втором этапе в интервале температур 480-500°C со степенью пластической деформации ε≥5%, на третьем этапе в интервале температур 500-520°C со степенью пластической деформации ε≥7%, на четвертом этапе в интервале температур 520-550°C со степенью пластической деформации ε≥12%, на пятом этапе в интервале температур 550-600°C со степенью пластической деформации ε≥15%, а отжиг проводят после каждого этапа пластической деформации при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 часа, пластическую деформацию покрытия осуществляют обкаткой трехроликовым приспособлением в радиальном направлении, покрытие с эффектом памяти формы содержит цирконий 15-20%.

За счет того, что мы проводим пятиэтапную пластическую деформацию, происходит активизация релаксаций благодаря генерации вакансий или областей свободного объема атомарного размера, также оптимально подобранной степени деформации без разрушения полученной структуры. Фаза нанокристаллизуется за счет высокой скорости аннигиляции в ней дефектов деформации. Увеличение количества этапов термомеханической обработки приводит к уменьшению размера структуры (зерен) в покрытии TiNiZr. Предложенный способ обеспечивает получение наноструктуры с размером зерен 5-50 нм на стальных образцах покрытых TiNiZr с эффектом памяти формы и позволяет управлять параметрами наноструктурированного сплава TiNiZr, обеспечивая тем самым высокие прочностные свойства, высокую пластичность и износостойкость. Наличие Zr в сплаве позволяет повысить пластичность и износостойкость.

Способ осуществляется следующим образом.

Порошок TiNiZr с эффектом памяти формы Ti (31-36%) Ni (49%) Zr (15-20%) наносят при помощи диффузионной металлизации на стержень из стали 3 диаметром 8-10 мм и длиной 80-100 мм, получают покрытие толщиной 0,05-0,1 мм, далее покрытие (сплав) с эффектом памяти формы TiNiZr подвергают интенсивной пластической деформации. Пластическую деформацию покрытия с эффектом памяти формы TiNiZr проводят в пять этапов.

На первом этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 400-450°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 10-15 проходов с целью накопления степени деформации ε=2,5-4,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. На втором этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 480-500°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 20-35 проходов с целью накопления степени деформации ε=5-6,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. На третьем этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 500-520°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 40-55 проходов с целью накопления степени деформации ε=7-11,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. На четвертом этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 520-550°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 60-75 проходов с целью накопления степени деформации ε=12-14,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. На пятом этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 550-600°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 80-95 проходов с целью накопления степени деформации ε=15-17,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. После пяти этапов термомеханической обработки осуществляют закалку при температуре 800-1000°C с последующим охлаждением в жидком азоте сплава TiNiZr с эффектом памяти формы. Отжиг проводят при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч для повышения технологической пластичности и формирования определенного типа наноструктурированного состояния с одновременным увеличением прочности и пластичности сплава, придания сплаву эффекта памяти формы.

Как показывают полученные результаты, пластическая деформация в трехроликовом приспособлении приводит к уменьшению размера зерен, увеличению адгезии, когезии и соответственно к более высокой прочности, пластичности, износостойкости и твердости сплава TiNiZr. Пример 1

Порошок TiNiZr с эффектом памяти формы Ti (31-36%) Ni (49%) Zr (15-20%) наносят при помощи диффузионной металлизации на стержень из стали 3 диаметром 8-10 мм и длиной 80-100 мм, получают покрытие толщиной 0,05-0,1 мм, далее покрытие (сплав) с эффектом памяти формы TiNiZr подвергают интенсивной пластической деформации. Пластическую деформацию покрытия с эффектом памяти формы TiNiZr проводят в пять этапов.

На первом этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 400-450°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 10-15 проходов с целью накопления степени деформации ε=2,5-4,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. На втором этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 480-500°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 20-35 проходов с целью накопления степени деформации ε=5-6,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. На третьем этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 500-520°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 40-55 проходов с целью накопления степени деформации ε=7-11,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. На четвертом этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 520-550°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 60-75 проходов с целью накопления степени деформации ε=12-14,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. На пятом этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы TiNiZr осуществляют в интервале температур 550-600°C при помощи обкатки в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 80-95 проходов с целью накопления степени деформации ε=15-17,5%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы TiNiZr до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч. После пяти этапов термомеханической обработки осуществляют закалку при температуре 800-1000°C с последующим охлаждением в жидком азоте сплава TiNiZr с эффектом памяти формы. Отжиг проводят при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 ч для повышения технологической пластичности и формирования определенного типа наноструктурированного состояния с одновременным увеличением прочности и пластичности сплава, придания сплаву эффекта памяти формы.

Как показывают полученные результаты, пластическая деформация в трехроликовом приспособлении приводит к уменьшению размера зерен, увеличению адгезии, когезии и соответственно к более высокой прочности, пластичности, износостойкости и твердости сплава TiNiZr.

Результаты испытаний сведены в таблицу 1.

Как видно из таблицы 1, полученное TiNiZr покрытие с эффектом памяти формы обладает повышенными механическими свойствами за счет повышения адгезии, получения наноструктурированного состояния, улучшаются пластические свойства покрытия с эффектом памяти формы.

1. Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, включающий нанесение на поверхность при помощи высокотемпературного нанесения порошка металлов с эффектом памяти формы и термомеханическую обработку полученного покрытия, включающую пластическую деформацию покрытия, проводимую по этапам, и отжиг, причем отжиг проводят после каждого этапа пластической деформации, а закалку проводят после этапов термомеханической обработки с последующим охлаждением в жидком азоте, отличающийся тем, что в качестве порошка, наносимого на поверхность, используют смесь титана (Ti), никеля (Ni) и циркония (Zr), а нанесение порошка осуществляют путем диффузионной металлизации, при этом пластическую деформацию полученного покрытия проводят в пять этапов, на первом этапе в интервале температур 400-450°C со степенью пластической деформации ε≥2,5%, на втором этапе в интервале температур 480-500°C со степенью пластической деформации ε≥5%, на третьем этапе в интервале температур 500-520°C со степенью пластической деформации ε≥7%, на четвертом этапе в интервале температур 520-550°C со степенью пластической деформации ε≥12% и на пятом этапе в интервале температур 550-600°C со степенью пластической деформации ε≥15%, а отжиг проводят после каждого этапа пластической деформации при температуре 600-800°C в течение 0,5-1 часа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластическую деформацию покрытия осуществляют обкаткой трехроликовым приспособлением в радиальном направлении.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают покрытие с эффектом памяти формы, содержащее 15-20% циркония.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу формирования на поверхности металлической детали защитного покрытия, содержащего алюминий и цирконий. Проводят этапы, на которых деталь и карбюризатор из сплава алюминия вводят в контакт с газом при температуре обработки в камере обработки, при этом газ содержит газ-носитель и активатор, активатор взаимодействует с карбюризатором с образованием газообразного галогенида алюминия, который разлагается на поверхности детали с осаждением на нее металлического алюминия.

Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных изделий и может быть использовано, преимущественно, при производстве систем водяного охлаждения, систем холодного и горячего водоснабжения.
Изобретение относится к металлургии, в частности к разделу химико-термической обработки деталей. .
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из порошковых материалов на основе железа. .
Изобретение относится к способу изготовления и конструкции труб нефтяного сортамента, используемых преимущественно при обустройстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а именно насосно-компрессорных труб диаметром 60-114 мм, обсадных труб диаметром 114-508 мм и других труб.
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости металлических материалов.

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий. .

Изобретение может быть использовано в медицине и биотехнологии для микрокапсулирования антибактериальных препаратов в ниосомы. Способ получения ниосомальной формы офлоксацина путем обращенно-фазовой отгонки осуществляется следующим образом.

Изобретение может быть использовано в химии, биологии и медицине в целях визуализации и диагностики. Неорганические коллоидные полупроводниковые нанокристаллы переносят из органической в водную фазу, не смешивающуюся с органической фазой, с помощью катализатора межфазного переноса.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении спазеров, плазмонных нанолазеров, при флуоресцентном анализе нуклеиновых кислот, высокочувствительном обнаружении ДНК, фотометрическом определении метиламина.

Изобретение относится к плазменному синтезу наноматериалов. Эндоэдральные фуллерены получают в водоохлаждаемой металлической герметичной камере 1 в плазме высокочастотной дуги при атмосферном давлении с использованием переменного тока.

Опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки выполнено из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или его смесь со стекловолокном, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, или многослойных с количеством слоев от 2 до 70, или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей с количеством слоев от 2 до 70.

Способ настройки термоустойчивого датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы относится к области измерительной техники и предназначен для измерения давления при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды.

Изобретение может быть использовано в производстве адсорбентов газов, катализаторов и носителей катализаторов, электродов в высокоёмких источниках тока и в топливных элементах, фильтров, материалов для хранения водорода и метана, теплоизолирующих покрытий, покрытий для защиты от электромагнитного излучения.
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к пленкам и покрытиям, фотокаталитически активным в видимой области спектра солнечного излучения. Описано Фотокаталитическое покрытие в виде композиционного материала.

Изобретение относится к области микроструктурных технологий. Способ включает нанесение множества наноструктурных областей с гидрофобными свойствами на поверхность 2 микроканала.

Изобретение предназначено для сельского хозяйства, пищевой промышленности, солнечной энергетики и электронной промышленности и может быть использовано при изготовлении пленочных укрывных материалов, упаковок, люминесцентных экранов и дисплеев.

Изобретение относится к медицине, конкретно к области биотехнологических материалов медицинского и технического применения, и может найти использование прежде всего в качестве прекурсора костной ткани, косметики или при создании керамических изделий. Описан способ, который характеризуется тем, что получение нанокомпозита осуществляют в процессе биосинтеза нано-гель-пленки целлюлозы Gluconacetobacter xylinus с включением гидроксиапатита в питательную среду. Гидроксиапатит в форме пасты вводят в питательную среду при биосинтезе нано-гель-пленки целлюлозы Gluconacetobacter xylinus штаммом N 1629 CALU. Целлюлоза в образующихся нано-гель-пленках в композите химически связана с гидроксиапатитом. Нано-гель-пленки целлюлозы Gluconacetobacter xylinus имеют удовлетворительные механические характеристики в сухом состоянии и после суточного набухания в воде их можно использовать в качестве прекурсора костной ткани и в других областях медицины, а также в технике. 6 пр.
Наверх