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


 


Владельцы патента RU 2614226:

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

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.
Наверх