Способ получения порошка квазикристаллического сплава al-cu-fe


 


Владельцы патента RU 2611253:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к получению порошка квазикристаллического сплава Al-Cu-Fe. Порошки металлов шихтуют в соотношении, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe. Ведут одновременное плавление шихты в тигле с одновременным диспергированием посредством импульсного разряда электрической дуги в вакуумной камере в атмосфере инертного газа, причем анодом является поверхность вакуумной камеры и электропроводное оборудование в ней, а катодом - тигель для плавления шихты. Частота импульсов электрической дуги составляет 0,5 кГц, а их длительность от 10 до 300 мкс. Конденсирование порошка квазикристаллического сплава выполняют посредством теплообмена на поверхности охлаждения вакуумной камеры. Обеспечивается повышение качества сферического порошка квазикристаллического сплава, в том числе повышение степени однородности, сокращение диапазона дисперсности. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к способам получения порошков металлических сплавов, точнее квазикристаллических однофазных (имеющих однородное строение) сплавов. Способ может быть использован в металлургии или других отраслях в промышленном и полупромышленном масштабе или в лабораторном варианте.

Квазикристаллы алюминия, меди, железа Al-Cu-Fe известны в виде пространственной икосаэдрической структуры. Свойства квазикристаллического сплава - высокая твердость, низкий коэффициент поверхностного натяжения, низкая поверхностная энергия, теплостойкость - обусловливают его использование в виде порошка в составе различных материалов для совершенствования эксплуатационных характеристик машин, механизмов, инструмента, в т.ч. повышение коррозионной стойкости, повышение износостойкости, а также снижение коэффициента трения при добавке в состав моторных масел.

Известен способ получения квазикристаллического порошка сплавов алюминия и металлов переходной валентности, таких как Al-Cu-Fe [US 5433978 Method of making quasicrystal alloy powder, protective coatings and articles, 1995]. Известный способ включает индукционный нагрев, плавление шихты в камере высокого давления, распыление струями газообразного аргона под давлением через форсунку и получение порошка квазикристаллического сплава Al-Cu-Fe. Состав шихты, например, в виде AlCu23Fe12, температура плавления - 1100°C, скорость распыления аргоном - преимущественно, сверхзвуковая.

Известен способ получения квазикристаллического однофазного сплава Al-Cu-Fe в виде порошка (RU 2370567. Способ получения порошка квазикристаллического однофазного сплава Al-Cu-Fe), включающий перемешивание смеси порошков алюминия, меди и железа в барабанном смесителе в течение не менее 8 час при соотношении компонентов, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, нагрев в вакуумной камере (печи) в атмосфере инертного газа или в форвакууме до температуры 530-540°C в диапазоне давлений 1-5⋅10-2 Торр. При этом происходит увеличение скорости повышения температуры до 760-765°C за ~1 мин и самораспространяющийся высокотемпературный синтез с образованием квазикристаллической фазы. Полученный порошок измельчают в барабанном смесителе до необходимых размеров частиц.

Недостатками известного способа являются длительность перемешивания исходных компонентов, сложность управления процессами самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, в частности контроля разогрева шихты до заданной температуры, а также необходимость дополнительного механического измельчения полученного материала, в т.ч. необходимость контроля измельчения, что обусловливает усложнение выполнения способа и снижение качества полученного порошка.

Задачей изобретения является повышение качества полученного сплава квазикристаллического порошка и снижение сложности выполнения способа.

Задача решается тем, что в способе получения порошка квазикристаллического сплава Al-Cu-Fe, включающем шихтование порошков алюминия, меди и железа в соотношении, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, плавление шихты в тигле из тугоплавкого материала и диспергирование расплава в вакуумной камере в атмосфере инертного газа, согласно изобретению, плавление шихты и диспергирование расплава выполняют одновременно посредством импульсного разряда электрической дуги. Анодом в электрической дуге является поверхность вакуумной камеры и электропроводное оборудование в ней, катодом - тигель для плавления шихты. Частота импульсов электрической дуги 0,5 кГц и их длительность от 10 до 300 мкс. Конденсирование порошка квазикристаллического сплава выполняют посредством теплообмена на поверхности теплообменника охлаждения вакуумной камеры.

Тигель для расплава выполняют, преимущественно, алундовым. В качестве инертного газа в вакуумной камере используют, например, аргон. Поверхность теплообменника выполнена, например, в виде диска, установленного в камере с возможностью вращения.

Техническим результатом является повышение качества полученного однофазного сплава квазикристаллического порошка Al-Cu-Fe - повышение степени однородности, сокращение диапазона дисперсности, совершенствование сферической формы частиц порошка, обусловленное одновременностью плавления и диспергирования расплава посредством импульсных разрядов электрической дуги. В потоке плазмы электрической дуги происходит формирование макрокапель расплавленных порошков металлов, диспергирование в плазменном состоянии, столкновение с электронами, ионизация, нагревание до критической температуры начала их каскадного деления. Быстрорасширяющийся поток расплавленных частиц взаимодействует с потоком плазмообразующего газа, при этом одновременно происходит сверхбыстрая кристаллизация частиц получаемого квазикристаллического порошка. Происходит образование квазикристаллической структуры Al-Cu-Fe. Далее происходит быстрое - за время около 10-7 с - охлаждение этих частиц за счет радиационного и молекулярного теплообмена и затвердевание частиц порошка квазикристаллической структуры. Энергетическая однородность зоны электрической дуги и фазовая однородность плазменного состояния расплавленных и кристаллизующихся металлов, а также максимальное сокращение времени процесса способствует совершенствованию образования сферической формы квазикристаллических частиц.

Техническим результатом изобретения также является снижение сложности выполнения способа.

Способ осуществляют следующим образом в периодическом режиме. Готовят шихту. Порошки алюминия, меди и железа в соотношении, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, перемешивают в инерционном смесителе с барабанным вращающимся корпусом в течение 20-30 мин. Шихту плавят и диспергируют следующим образом в вакуумной камере.

Вакуумная камера представляет собой корпус, оборудованный блоком электропитания, системами термостатирования, создания и поддержания вакуума, подачи инертного газа, а также вакуумными уплотнительными вводами и выводами. В корпусе установлен тигель из тугоплавкого материала, например алундовый, и теплообменник-холодильник, оборудованный электромеханическим приводом вращения. Корпус камеры, а также поверхность электропроводного оборудования в ней является анодом, тигель - катодом.

Шихту помещают в алундовый тигель. Вакуумную камеру откачивают до давления 10-3 Па, подают инертный газ, например аргон. Давление в камере при этом устанавливается в пределах 100-200 Па. Подают электропитание при величине тока до 3 кА. Зажигают и поддерживают импульсную электрическую дугу. Частота импульсов электрической дуги 0,5 кГц, их длительность от 10 до 300 мкс. Получают расплав алюминия, меди и железа в алундовом тигле с диспергированием его в макрокапли. Полученные макрокапли поступают в плотную эрозионную плазму катодного пятна, с формированием частиц с квазикристаллической фазой. Полученные частицы охлаждаются до затвердевания и конденсируются в виде порошка на поверхности вращающегося теплообменника-холодильника. Порошок снимают, например, скребком и собирают в бункере.

Пример. Получение квазикристаллического порошка системы Al65Cu22Fe13. Смешали 453 г порошка алюминия, 376 г меди и 171 г железа в барабанном смесителе в воздушной среде в течение 30 мин. Получили 1000 г шихты. Средний размер порошков - 70 мкм. Шихту загрузили в алундовый тигель и поместили в вакуумную камеру. Установили давление 1,33⋅10-3 Па. Подали аргон, при этом давление в камере 100 Па. Зажгли электрическую дугу, создали импульсный дуговой разряд с частотой 0,5 кГц и длительностью импульса 300 мкс. Получили расплав, получили поток диспергированных макрокапель, содержащий образующиеся квазикристаллические частицы. Получили охлажденный конденсированный порошок Al65Cu22Fe13 на поверхности вращающегося теплообменника-холодильника. Порошок снимают, например, скребком и собирают в бункере.

Выполнен рентгенофазовый анализ полученного квазикристаллического порошка Al65Cu22Fe13. Результаты исследования показали следующее:

- сплав представляет собой однофазную структуру;

- частицы порошка имеют квазикристаллическую структуру и правильную сферическую форму с размером 20-40 мкм с узким диапазоном дисперсии.

Представлена микрофотография дисперсных частиц квазикристаллического сплава Al65Cu22Fe13, иллюстрирующая сферическую форму полученных частиц.

Способ получения порошка квазикристаллического сплава Al-Cu-Fe, включающий шихтование порошков алюминия, меди и железа в соотношении, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, плавление шихты в тигле из тугоплавкого материала и диспергирование расплава в вакуумной камере в атмосфере инертного газа, отличающийся тем, что плавление шихты и диспергирование расплава выполняют одновременно посредством импульсного разряда электрической дуги при частоте импульсов 0,5 кГц и их длительности от 10 до 300 мкс, при этом анодом является поверхность вакуумной камеры и электропроводное оборудование в ней, катодом - тигель для плавления шихты, а конденсирование порошка квазикристаллического сплава выполняют посредством теплообмена на поверхности охлаждения вакуумной камеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, в частности сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из алюминиево-литиевых сплавов 2ххх, которые не чувствительны к наклепу. Изделие из алюминиевого сплава, полученное обработкой давлением, содержит, вес.%: от 2,75 до 5,0 Cu, от 0,2 до 0,8 Mg, причем значение отношения меди к магнию (Cu/Mg) составляет от 8,0 до 16, от 0,1 до 1,10 Li, от 0,30 до 2,0 Ag, от 0,40 до 1,5 Zn, ≤1,0 Mn и остальное - Al и примеси.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 5-13, медь 1-13,5, цинк 2-10, никель 0,5-4,5, олово 0,1-0,3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, натрий 0,001-0,2, титан 0,001-0,1, ванадий 0,001-0,2, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, бериллий 0,001-0,1, алюминий остальное.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения порошка квазикристаллического материала системы Al-Cu-Fe включает перемешивание порошков алюминия, меди и железа при соотношении компонентов, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, нагрев полученной смеси в камере в бескислородной атмосфере с последующим измельчением спека до получения порошка заданной дисперсности.

Изобретение относится к массивным изделиям из деформируемого алюминиевого сплава серии 2ххх. Изделие из алюминиевого сплава, полученное обработкой давлением и имеющее конечную толщину по меньшей мере 25,4 мм, выполнено из алюминиевого сплава, содержащего, в вес.%: от 3,00 до 3,80 Cu, от 0,05 до 0,35 Mg, от 0,975 до 1,385 Li, причем -0,3×Mg-0,15Cu+1,65≤Li≤-0,3×Mg-0,15Cu+1,85, от 0,05 до 0,20 Zr, от 0,20 до 0,50 Zn, от 0,10 до 0,50 Mn, вплоть до 0,12 Si, вплоть до 0,15 Fe, вплоть до 0,15 Ti, вплоть до 0,05 любой примеси, при сумме примесей, не превышающей 0,15, остальное - алюминий.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, алюминий остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия, содержащим медь и марганец, и может быть использовано для получения изделий, работающих при повышенных температурах.
Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, предназначенных для использования в качестве высокопрочных конструкционных материалов в авиационно-космической промышленности.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам пониженной плотности с повышенной вязкостью разрушения на основе системы алюминий-медь-литий, и может быть использовано для изготовления элементов конструкций в авиакосмической промышленности, таких как лонжероны, балки, шпангоуты и т.д.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаростойких порошковых сплавов на основе интерметаллида NiAl, и может быть использовано в авиационной, космической и энергетической отраслях для изготовления теплонагруженных деталей, работающих в условиях высоких температур и испытывающих относительно невысокие механические нагрузки.

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, а именно к процессам модифицирования при плавке магниевых сплавов. Способ включает расплавление сплава и введение в него модификатора.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения полуфабриката, состоящего из волокон тугоплавких соединений и напыленного на них матричного материала из титана и его сплавов, предназначенного для изготовления волокнистого композиционного материала, применяемого в качестве конструкционного материала при изготовлении тяг привода реверса, лопаток КНД и КВД, вала вентилятора, и может быть использовано в авиационной технике, а также транспорте, робототехнике, судостроении.

Изобретение относится к получению лигатурного сплава на основе алюминия, который может быть использован для очистки алюминия, получаемого электролизом, от переходных элементов.
Изобретение относится к получению высокопористого ячеистого материала. Способ включает приготовление суспензии из смеси порошков и раствора органического вещества, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, сушку полученной заготовки, удаление из нее нагреванием органических веществ с последующим спеканием.

Группа изобретений относится к композитному материалу для землебурильного долота. Способ изготовления композитного материала включает смешивание первой составляющей твердой фазы в виде карбида со связующим веществом, второй составляющей твердой фазы в виде пористого карбида, имеющего пористость по меньшей мере 1% и содержащего от 0,1 мас.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении литых доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

Изобретение может быть использовано в составе порошковых проволок, покрытых электродов и флюсов для сварки и наплавки. Модификатор содержит нанопорошок тугоплавкого соединения, выбранного из группы, включающей карбид, нитрид, оксид, карбонитрид, оксикарбонитрид металла, в качестве инокулятора и протектор.

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению литых шихтовых заготовок электродов из высоколегированных сплавов на основе алюминидов никеля, и может быть использовано для центробежной атомизации материала электродов и получения гранул для применения в аддитивных 3D-технологиях с целью получения сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения композиционных литых материалов для деталей транспортных средств, машин и оборудования.
Изобретение относится низковольтному импульсному электродугововому получению металлического нанопорошка в жидкой среде. Способ включает установку двух электродов в емкости с жидкой средой, подачу на электроды импульсного напряжения с образованием плазмы в жидкой среде и формированием наночастиц из материала электродов, выпадение наночастиц порошка в осадок.
Наверх