Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-гафний с высокотемпературным эффектом памяти формы на стали

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-гафний с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине. Способ получения наноструктурированного покрытия титан-никель-гафний с высокотемпературным эффектом памяти формы на стали, включающий нанесение порошка TiNiHf путем высокоскоростного газопламенного напыления, проведение пластической деформации покрытия в четыре этапа, на первом этапе в интервале температур 500-550°C со степенью пластической деформации ε=6-9%, на втором этапе в интервале температур 570-600°C со степенью пластической деформации ε=9-12%, на третьем этапе в интервале температур 600-700°C со степенью пластической деформации ε=12-15%, на четвертом этапе в интервале температур 850-890°C со степенью пластической деформации ε=15-40%, при этом после каждого этапа пластической деформации проводят отжиг при температуре 500-600°C в течение 2-3 часов, и последующую закалку при температуре 900-950°C с последующим охлаждением. Пластическую деформацию покрытия осуществляют обкаткой посредством трехроликового приспособления в радиальном направлении в защитной среде аргона и при пропускании электрического тока в зоне контакта трехроликового приспособления с покрытием Ti-Ni-Hf. В покрытии Ti-Ni-Hf с эффектом памяти формы содержится 19-23% гафния. Обеспечивается получение многофункционального наноструктурированного покрытия с эффектом памяти формы. 2 з.п. ф-лы, 1табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-гафний 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. / T. 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 материалов 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 ε=4,5-10%, на втором этапе - в интервале температур 350-400°C со степенью пластической деформации ε=10-15%, на третьем этапе в интервале температур 400-480°C со степенью пластической деформации ε=15-40%, при этом после каждого этапа пластической деформации проводят отжиг при температуре 500-600°C в течение 1-1,5 ч. При этом пластическую деформацию покрытия NiAl осуществляют обкаткой трехроликовым приспособлением в радиальном направлении. Получают покрытие NiAl с эффектом памяти формы с содержанием алюминия 36-38% (патент РФ №2398027).

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

Задачей предложенного изобретения является повышение прочностных характеристик, адгезии, износостойкости сплавов с эффектом памяти формы.

Техническим результатом является получение многофункционального наноструктурированного покрытия с эффектом памяти формы.

Технический результат достигается предложенным способом получения наноструктурированных покрытий титан-никель-гафний с высокотемпературным эффектом памяти формы на стали, включающий нанесение порошка TiNiHf путем высокоскоростного газопламенного напыления, проведение пластической деформации покрытия в четыре этапа, на первом этапе в интервале температур 500-550°C со степенью пластической деформации ε=6-9%, на втором этапе в интервале температур 570-600°C со степенью пластической деформации ε=9-12%, на третьем этапе в интервале температур 600-700°C со степенью пластической деформации ε=12-15%, на четвертом этапе в интервале температур 850-890°C со степенью пластической деформации ε=15-40%, при этом после каждого этапа пластической деформации проводят отжиг при температуре 500-600°C в течение 2-3 часов, и последующую закалку при температуре 900-950°C с последующим охлаждением. Пластическую деформацию покрытия осуществляют обкаткой трехроликовым приспособлением в радиальном направлении в защитной среде (аргоне) и при пропускании электрического тока в зоне контакта трехроликового приспособления с покрытием Ti-Ni-Hf. В покрытии Ti-Ni-Hf с эффектом памяти формы содержится 19-23% гафния.

Осуществление четырехэтапной пластической деформации сопровождается активизацией релаксационных процессов благодаря генерации вакансий или областей свободного объема атомарного размера, а также благодаря оптимально подобранной степени деформации без разрушения полученной структуры. Нагрев в зоне контакта покрытие - основа (сталь) с одновременной пластической деформацией способствует увеличению пластических свойств, интенсификации пластической деформации и заполнению пор, что ведет к увеличению плотности покрытия и повышению когезионной прочности, вследствие диффузии материала покрытия и основы (стали). Покрытие Ti-Ni-Hf нанокристаллизуется за счет высокой скорости аннигиляции в нем дефектов деформации. Увеличение количества этапов термомеханической обработки приводит к уменьшению размера структуры (зерен) в покрытии Ti-Ni-Hf. Предложенный способ обеспечивает получение наноструктуры с размером зерен 20-80 нм на стальных образцах покрытых Ti-Ni-Hf с эффектом памяти формы. Наличие Hf в составе покрытия позволяет повысить пластичность и износостойкость. Предложенный способ позволяет управлять параметрами обработки, обеспечивающей многофункциональность наноструктурированного покрытия Ti-Ni-Hf, проявляющего оптимальное сочетание прочности, пластичности и износостойкости.

Осуществление закалки при температуре 900-950°C после каждого их четырех этапов термомеханической обработки сопровождался отжигом, что позволило сформировать однородную нанокристаллическую структуру Ti-Ni-Hf, химический и фазовый состав которой соответствует сплаву с эффектом памяти формы.

Пример 1

Порошок Ti-Ni-Hf с эффектом памяти формы наносят высокоскоростным газопламенным напылением на стержень из стали 45 диаметром 10 мм и длиной 120 мм, получаем покрытие толщиной 1 мм, далее покрытие (сплав) с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf подвергают интенсивной пластической деформации. Пластическую деформацию покрытия с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf проводят в четыре этапа.

На первом этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf осуществляют при температуре 545°C обкаткой в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 30 проходов в защитной среде (аргоне) при пропускании электрического тока в зоне контакта трехроликового приспособления с покрытием Ti-Ni-Hf с целью накопления степени деформации ε=6-9%.

После охлаждения стержня с деформированным слоем из сплава с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 520°С в течение 2 часов. На втором этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf осуществляют при температуре 600°C обкаткой в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 80 проходов в защитной среде (в аргоне) при пропускании электрического тока в зоне контакта трехроликового приспособления с покрытием Ti-Ni-Hf с целью накопления степени деформации ε=9-12%. После охлаждения стержня с деформируемым сплавом с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 525°C в течение 2,5 ч. На третьем этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf осуществляют в интервале температур 700°C обкаткой в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 90 проходов в защитной среде (в аргоне) при пропускании электрического тока в зоне контакта трехроликового приспособления с покрытием Ti-Ni-Hf с целью накопления степени деформации 8=12-15%. После охлаждения стержня с деформированным сплавом с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 550°C в течение 2,6 часа.

На четвертом этапе пластическую деформацию сплава с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf осуществляют в интервале температур 890°C обкаткой в трехроликовом приспособлении в радиальном направлении за 90 проходов в защитной среде (в аргоне) при пропускании электрического тока в зоне контакта трехроликового приспособления с покрытием Ti-Ni-Hf с целью накопления степени деформации ε=15-50%. После охлаждения стержня с деформированным сплавом с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf до комнатной температуры проводят отжиг при температуре 600°C в течение 3 часов.

Далее осуществляют закалку при температуре 950°C с последующим охлаждением в жидком азоте.

Полученные покрытия с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf были подвергнуты многоцикловым усталостным испытаниям при изгибе с вращением на машине МУИ-6000 для определения механических свойств, одновременно таким же испытаниям было подвергнуто известное NiAl покрытие с эффектом памяти формы.

Результаты испытаний сведены в таблицу 1.

1. Способ получения наноструктурированного покрытия титан-никель-гафний с высокотемпературным эффектом памяти формы на стали, включающий нанесение порошка TiNiHf путем высокоскоростного газопламенного напыления, проведение пластической деформации покрытия в четыре этапа, на первом этапе в интервале температур 500-550°С со степенью пластической деформации ε=6-9%, на втором этапе в интервале температур 570-600°С со степенью пластической деформации ε=9-12%, на третьем этапе в интервале температур 600-700°С со степенью пластической деформации ε=12-15%, а на четвертом этапе в интервале температур 850-890°С со степенью пластической деформации ε=15-50%, при этом после каждого этапа пластической деформации проводят отжиг при температуре 500-600°С в течение 2-3 часов, и последующую закалку при температуре 900-950°C с последующим охлаждением.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластическую деформацию покрытия осуществляют обкаткой посредством трехроликового приспособления в радиальном направлении в защитной среде аргона при пропускании электрического тока в зоне контакта трехроликового приспособления с покрытием Ti-Ni-Hf.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают покрытие Ti-Ni-Hf с эффектом памяти формы с содержанием гафния 19-23%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных износостойких материалов конструкционного назначения и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в промышленности.

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Изобретение относится к способам получения декоративных покрытий на изделиях из стекла, в частности на стеклокремнезите. Способ получения декоративного покрытия на стеклокремнезите включает измельчение и рассев цветных стекол, подачу стеклопорошка в плазменную горелку и плазменное напыление.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к оправке для использования в прошивном стане для прошивной прокатки заготовки. Оправка содержит тело оправки, содержащее передний концевой участок и задний концевой участок, наплавленный слой, сформированный по меньшей мере на части поверхности переднего концевого участка тела оправки, и напыленное пленочное покрытие, содержащее железо и оксиды железа и покрывающее по меньшей мере поверхность, начинающуюся от заднего конца наплавленного слоя до конца заднего концевого участка тела оправки.

Изобретение относится к получению декоративного покрытия на изделиях из древесины. Поверхность древесины предварительно покрывают первым внутренним слоем из эпоксидной смолы и вторым внутренним слоем из эпоксидной смолы и порошка стекла в соотношении 1:1.

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к изготовлению сменных режущих пластин с износостойким покрытием для металлорежущего инструмента. Способ включает изготовление основы и нанесение на нее износостойкого покрытия.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для модификации поверхностного слоя объемных изделий, например кардиоимплантатов. Установка ионно-плазменной обработки изделий содержит: рабочую камеру с источником ионов; шлюзовую камеру; вакуумный затвор; системы вакуумирования, прогрева и охлаждения рабочей и шлюзовых камер; пневмосистему; системы управления и электропитания, а также систему позиционирования обрабатываемых изделий, включающую механизм перемещения рабочего стола.

Изобретение относится к области ремонта лопаток газовой турбины, снабженной по меньшей мере одной платформой, которая вследствие коррозионного воздействия по меньшей мере на одной боковой поверхности платформы имеет недостаточный размер.

Изобретение относится к плазменной технологии и может быть использовано для получения модифицированных ультрадисперсных порошков в едином технологическом цикле.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для защиты поверхности непрерывнолитых слябов из низколегированной стали перед нагревом их в методической печи под прокатку и последующей прокатки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к порошковым проволокам для нанесения покрытий, и может быть использовано для защиты поверхности деталей, работающих в условиях воздействия частиц абразива и высоких температур.

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных износостойких материалов конструкционного назначения и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в промышленности.

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Изобретение относится к способу изготовления ионопроводящей мембраны, обладающей ионной проводимостью, плазменным напылением. Мембрану осаждают в виде слоя (11) на подложку (10) в рабочей камере.

Изобретение относится к способу формирования теплового барьера (23) в виде многослойной системы для защиты металлической детали из суперсплава и к металлической детали из суперсплава, снабженной тепловым барьером в виде защитной многослойной системы, сформированным упомянутым способом.

Изобретение относится к способу получения металлического листа с блокирующим диффузию слоем, используемого в устройстве для очистки отработавшего газа (ОГ), способу изготовления устройства для очистки ОГ, устройству для очистки ОГ и автомобилю, содержащему двигатель внутреннего сгорания, выпускной трубопровод для выпуска отработавшего газа и устройство для очистки ОГ.

Изобретение относится к получению защитного покрытия из порошкообразного фторопласта-4 на поверхности цилиндрического стального изделия, включает напрессовку покрытия нагружением от скользящей ударной волны заряда взрывчатого вещества и последующую термообработку.

Способ индукционного упрочнения почвообрабатывающего рабочего органа предназначен для использования в сельхозмашиностроении, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу формирования стабильных наноструктурных покрытий плазменной струей. Осуществляют напыление твердосплавных нанопорошков плазменной струей на подложку, расположенную перпендикулярно к направлению оси плазменной струи, с использованием кислород-углеводородных газовых смесей.

Изобретение относится к области нанесения покрытий детонационным способом и может быть использовано для получения порошкового нитрида титана и нанесения покрытий на его основе.

Изобретение относится к способу армирования передней кромки (16) лопасти (12) для ее защиты, а также к лопасти с армированием и может найти применение при изготовлении или восстановлении лопасти турбинного двигателя, вертолета или пропеллера. Армирование выполняют путем нанесения металлического покрытия (32) на переднюю кромку (16) термическим напылением армирующего материала (30) под давлением. Перед выполнением этапа термического напыления под давлением в лопасти (12) по обе стороны от передней кромки (16) образуют по меньшей мере одну продольную канавку (41, 43). Армирующий материал наносят в упомянутые канавки (41, 43). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-гафний с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине. Способ получения наноструктурированного покрытия титан-никель-гафний с высокотемпературным эффектом памяти формы на стали, включающий нанесение порошка TiNiHf путем высокоскоростного газопламенного напыления, проведение пластической деформации покрытия в четыре этапа, на первом этапе в интервале температур 500-550°C со степенью пластической деформации ε6-9, на втором этапе в интервале температур 570-600°C со степенью пластической деформации ε9-12, на третьем этапе в интервале температур 600-700°C со степенью пластической деформации ε12-15, на четвертом этапе в интервале температур 850-890°C со степенью пластической деформации ε15-40, при этом после каждого этапа пластической деформации проводят отжиг при температуре 500-600°C в течение 2-3 часов, и последующую закалку при температуре 900-950°C с последующим охлаждением. Пластическую деформацию покрытия осуществляют обкаткой посредством трехроликового приспособления в радиальном направлении в защитной среде аргона и при пропускании электрического тока в зоне контакта трехроликового приспособления с покрытием Ti-Ni-Hf. В покрытии Ti-Ni-Hf с эффектом памяти формы содержится 19-23 гафния. Обеспечивается получение многофункционального наноструктурированного покрытия с эффектом памяти формы. 2 з.п. ф-лы, 1табл., 1 пр.

Наверх