Способ получения материалов на основе алюминида никеля

Изобретение относится к получению материала на основе алюминида никеля. Способ включает приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля. Экзотермическую шихту готовят с добавлением балластной добавки, выполняющей роль флюса, в виде фтористого кальция. Порошок алюминия используют в избытке относительно стехиометрического соотношения порошков в смеси. В качестве легирующей добавки используют оксиды хрома, или оксиды молибдена, или оксиды вольфрама, или оксиды титана в количестве не более 15 мас.%. Металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева в реакторе или на открытом воздухе с получением материала на основе алюминида никеля в виде слитка. Обеспечивается уменьшение количества технологических циклов и повышение чистоты и выхода материала на основе алюминида никеля. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к одному из ее направлений - металлотермическому совместному восстановлению оксидов исходных металлов алюминием. Интерметаллидные сплавы на основе алюминия NiAl сочетают высокую прочность и жаро- и коррозионно-стойкость, малый удельный вес и используются в качестве основы для создания новых перспективных высокотемпературных конструкционных материалов для энергетики, авиа- и автомобилестроения (М. Yamaguchi, Н. Inui and K. Ito. High-temperature structural intermetallics. Acta Materialia, v. 48, №1, 2000, p. 307-322; G. Sauthoff. Multiphase intermetallic alloys for structural applications Intermetallics, v. 8, №9-11, 2000, p. 1101-1109; F. Scheppe, P.R. Sahm, W. Hermann, U. Paul and J. Preuhs. Nickel aluminides: a step toward industrial application. Materials Science and Engineering A, v. 329-331, 2002, p. 596-601).

В этой связи возникает интерес к развитию технологий получения материалов на основе алюминидов никеля как базового сырья для электроискровой обработки металлов, поэтому разработка простых и производительных технологий получения электродных материалов на основе системы Ni-Al является актуальной научно-технической задачей.

Известен способ получения материала на основе алюминидов никеля NiAl, Ni3Al в режиме СВС инициированием смеси порошков Ni, А1 и добавки - самофлюсующиеся порошки на основе никеля (SU 1787068 A3, B22F 3/23, С22С 1/04, 27.02.1991). Способ позволяет получать пористый материал и изделия повышенной прочности.

Недостатком способа является то, что крупные размеры частиц материала ограничивают возможности его использования, необходим нагрев и поддержание температуры, а дополнительная стадия измельчения загрязняет продукт и удлиняет общее время синтеза до 10 часов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения материалов на основе алюминида никеля путем металлотермического совместного восстановления оксидов исходных металлов, который включает приготовление экзотермической смеси, путем смешивания в стехиометрическом соотношении порошков алюминия и оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки, выбранной из ряда, включающего оксиды металлов, в реакторе в инертной атмосфере под давлением инертного газа аргона, при этом металлотермическая реакция инициируется электрозапалом, с последующим выделением целевого продукта (Патент РФ №2354501, B22F 3/23, С22С 1/04, опубл. 10.05.2009).

Но данный способ отличается большими энергозатратами, многостадийностью технологических циклов, малой производительностью и не всегда обеспечивает требуемое качество получаемого продукта.

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение энерго- и трудозатрат за счет уменьшения количества технологических циклов, повышения содержания основного целевого материала, его чистоты и выхода.

Технический результат достигается тем, что в способе получения материала на основе алюминида никеля, включающем приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля, согласно изобретению экзотермическую шихту готовят с добавлением балластной добавки, выполняющей роль флюса, в виде фтористого кальция, при этом порошок алюминия используют в избытке относительно стехиометрического соотношения порошков в смеси, а в качестве легирующей добавки используют оксиды хрома, или оксиды молибдена, или оксиды вольфрама, или оксиды титана в количестве не более 15 мас.%, причем металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева в реакторе или на открытом воздухе с получением материала на основе алюминида никеля в виде слитка. При этом оксид хрома или молибдена или вольфрама или титана вводят в количестве не более 15 мас.%. Металлотермическая реакция протекает без внешнего подогрева, как в реакторе, так и на открытом воздухе. Алюминий в составе шихты берется с избытком относительно расчетного, тем самым создаются необходимые для синтеза условия. Для снижения скорости горения и обеспечения полноты выхода металла в состав шихты вводят балластную добавку - фтористый кальций, которая одновременно выполняет роль флюса, улучшающего условия формирования компактных слитков металлов.

Сущность способа поясняется примерами.

Пример 1

Готовят экзотермическую смесь исходных реагентов из порошков: оксид никеля NiO (98.9% мас.), оксид хрома Cr2O3 (98.0% мас.), порошок алюминия (99.5% мас.), кальций фтористый CaF2 марки "Ч".

Порошки смешивают до однородной по составу смеси. Приготовленную смесь (шихту) загружают в алундовый тигель. Тигель с шихтой помещают на асбестовый лист. Металлотермическая реакция, инициируемая электрозапалом, далее протекает на воздухе без внешнего подогрева. После окончания процесса горения тигель и продукты горения охлаждают. В результате плавки образуются продукты двух видов: металлическая фаза в форме компактного слитка и шлак, легко отделяющиеся друг от друга. Полученный продукт представляет собой компактный слиток темно-серого цвета. По данным рентгенофазового анализа это алюминид никеля, соответствующий формуле NiAl, легированный хромом.

Пример 2

Готовят экзотермическую смесь исходных реагентов из порошков: оксид никеля NiO (98.9% мас.), оксид молибдена MoO3 (98.5% мас.), порошок алюминия (99.5% мас.), кальций фтористый CaF2 марки "Ч".

Порошки смешивают до однородной по составу смеси. Приготовленную смесь (шихту) загружают в алундовый тигель. Тигель с шихтой помещают в реактор для синтеза, после чего реактор герметизируют и заполняют аргоном. Процесс горения инициируют путем воспламенения шихты с помощью поджигающей спирали. Металлотермическая реакция протекает без внешнего подогрева. После окончания процесса горения реактор и продукты горения охлаждают, выгружают из реактора. В результате плавки образуются продукты двух видов: металлическая фаза в форме компактного слитка и шлак, легко отделяющиеся друг от друга. Полученный продукт представляет собой компактный слиток серого цвета. По данным рентгенофазового анализа он представляет собой алюминид никеля, соответствующий формуле NiAl, легированный молибденом.

Пример 3

Готовят экзотермическую смесь исходных реагентов из порошков: оксид никеля NiO (98.9% мас.), оксид титана TiO2 (98.0% мас.), порошок алюминия (99.5% мас.), кальций фтористый CaF2 марки "Ч".

Порошки смешивают до однородной по составу смеси. Приготовленную смесь (шихту) загружают в алундовый тигель. Перемешивание порошков, синтез и охлаждение продукта синтеза проводят аналогично примеру 1. В результате плавки образуются продукты двух видов: металлическая фаза в форме компактного слитка и шлак, легко отделяющиеся друг от друга. Полученный продукт представляет собой компактный слиток серого цвета. По данным рентгенофазового анализа это алюминид никеля, соответствующий формуле (NiAl), легированный титаном.

Пример 4

Готовят экзотермическую смесь исходных реагентов из порошков: оксид никеля NiO (98.9% мас.), оксид молибдена WO3 (98.5% мас.), порошок алюминия (99.5% мас.), кальций фтористый CaF2 марки "Ч".

Порошки смешивают до однородной по составу смеси. Перемешивание порошков, синтез и охлаждение продукта синтеза проводят аналогично примеру 2. В результате плавки образуются продукты двух видов: металлическая фаза в форме компактного слитка и шлак, легко отделяющиеся друг от друга. Полученный продукт представляет собой компактный слиток темно-серого цвета. По данным рентгенофазового анализа он представляет собой алюминид никеля, соответствующий формуле NiAl, легированный вольфрамом.

Примеры 1 и 3 отличаются от примеров 2 и 4 тем, что в пп. 1 и 3 металлотермическая реакция протекает на воздухе, а в пп. 2 и 4 реакция протекает в реакторе.

Таким образом, заявленная совокупность признаков при правильно подобранном соотношении компонентов экзотермической смеси позволяет получать компактный слиток целевого продукта, обладающий высоким содержанием основной фазы (NiAl) и легирующего компонента (Cr, Мо, W, Ti). Такие материалы могут найти применение в металлургии в качестве электродного материала для нанесения покрытий на детали машин, работающие в сложных условиях эксплуатации.

Способ получения материалов характеризуется высокой производительностью и выходом. Тепловые эффекты экзотермических реакций, характерные для этих процессов, позволяют в ряде случаев отказаться от печных установок для нагрева шихты. Это существенно упрощает технологию и снижает себестоимость продукции.

Изобретение может быть использовано также для получения широкой номенклатуры композиционных материалов на основе алюминидов никеля, обладающих рядом ценных свойств, таких как: тугоплавкость, жаростойкость, жаропрочность, износостойкость, коррозионная стойкость.

Способ получения материала на основе алюминида никеля, включающий приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля, отличающийся тем, что экзотермическую шихту готовят с добавлением балластной добавки, выполняющей роль флюса, в виде фтористого кальция, при этом порошок алюминия используют в избытке относительно стехиометрического соотношения порошков в смеси, а в качестве легирующей добавки используют оксиды хрома, или оксиды молибдена, или оксиды вольфрама, или оксиды титана в количестве не более 15 мас.%, причем металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева в реакторе или на открытом воздухе с получением материала на основе алюминида никеля в виде слитка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу термической обработки алюминиевой заготовки и может быть использовано для изготовления конструкционных компонентов. Способ термической обработки алюминиевой заготовки (304, 404, 504, 604, 710, 802) в структурном состоянии Т4 включает проведение на первом участке (328, 422, 522, 626, 720) заготовки (304, 404, 504, 604, 710, 802) первого процесса дисперсионного твердения посредством искусственного старения для изменения структурного состояния первого участка (328, 422, 522, 626, 720) заготовки, причем в течение первого процесса дисперсионного твердения осуществляют активное охлаждение таким образом, что температура второго участка (330, 424, 524, 628, 722) заготовки, отделенного от первого участка заготовки охлаждаемой частью, поддерживается ниже температуры искусственного старения для сохранения неизменным структурного состояния второго участка заготовки.
Изобретение относится к получению дисперсно-упрочненного нанокомпозитного материала на основе алюминия. Способ включает введение лигатуры в расплав матрицы на основе алюминия при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля.

Изобретение относится к способу получения алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия. Способ включает электролиз расплава, содержащего фториды калия, натрия, алюминия, загрузку в расплав оксида скандия и проведение электролиза расплавленной смеси с оксидом скандия в электролизере при температуре 800-850°С и катодной плотности тока не выше 1А/см2 с периодической выгрузкой алюминиевой лигатуры из электролизера и загрузкой оксида скандия и металлического алюминия в электролизер с расплавленной смесью, при этом оксид скандия в расплавленную смесь загружают в количестве 3-6 мас.% от расплавленной смеси, а металлический алюминий – в количестве, обеспечивающем соотношение масс алюминия и расплавленной смеси в электролизере, составляющее 1:1-4.

Изобретение относится к литейному производству в области металлургии, в частности к модифицированию литейных алюминиевых сплавов. Пруток изготавливают путем раскатки алюминиевой пластины до толщины 0,2-0,3 мм, рекристаллизации полученной алюминиевой ленты при температуре 200-300°С, нанесения на нее рассыпчатого модификатора на основе наноуглерода и последующей запрессовки ленты с модификатором в пруток.

Изобретение относится к области металлургии высокопрочных материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок, таких как детали летательных аппаратов, автомобилей и других транспортных средств, детали спортинвентаря и др.

Изобретение относится к области металлургии, в частности легированным сплавам на основе TiAl с преобладающей фазой γ-TiAl, и может быть использовано при изготовлении компонентов авиационных газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано для получения сплава алюминий-скандий в условиях промышленного производства.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде прессованных прутков, в качестве электропроводного конструкционного материала преимущественно для токопроводящих элементов конструкции в авиакосмической технике, судостроении, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности, а также в качестве заготовки для получения электропроводов.

Изобретение относится к области цветной металлургии и электротехники, в частности к материалам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий электротехнического назначения: проводников круглого и квадратного сечения, проводов линий электропередач и токопроводящих элементов, работающих при повышенных температурах и механических нагрузках.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композитов на основе металлической матрицы из алюминия или его сплавов c наполнителем из частиц борсодержащего материала и вольфрама.

Изобретение относится к технологии получения компактных полуфабрикатов из сплавов на основе интерметаллида TiNi. Способ включает гидридно-кальциевый синтез порошковой смеси, ее консолидацию путем прессования и вакуумного спекания с последующей термомеханической обработкой.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе никеля порошками тугоплавких соединений. Модификатор содержит, мас.%: ультрадисперсный порошок карбонитрида титана 1-5, порошки титана 18-22, хрома 2-4, молибдена 8-10, магния 10-15, вольфрама 8-10, ниобия 8-10, алюминия 10-15, никеля 8-10, марганца 2-5 и железа 5-10.

Изобретение относится к получению заготовок из сплавов на основе интерметаллида TiNi. Способ включает приготовление порошковой смеси из TiO2, Ni и/или оксида никеля и гидрида кальция, термическую обработку полученной смеси при температуре 1100-1300°С в течение не менее 6 часов с обеспечением гидридно-кальциевого синтеза порошка сплавов на основе интерметаллида TiNi.

Изобретение относится к области сварки, а именно к сварочной проволоке, предназначенной для использования при сварке вместе частей деталей, состоящих из сплава Fe-36Ni.

Изобретение относится к получению порошков жаропрочных никелевых сплавов. Способ включает плавление торца вращающейся цилиндрической литой заготовки потоком плазмы с обеспечением центробежного распыления расплава и образованием частиц затвердевающих в микрослитки при полете в атмосфере холодной плазмообразующей смеси газов, содержащей инертные газы и водород.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления никель-титановых прокатных изделий, и может быть использовано для изготовления исполнительно-приводных механизмов, имплантируемых стентов и других медицинских устройств.

Группа изобретений относится к спеченному композитному материалу и получению из него инструментов, а именно формующих или измельчающих. Способ получения спеченного композитного материала включает спекание состава, содержащего по меньшей мере один твердый носитель, выбранный из группы, состоящей из карбидов, нитридов, боридов и карбонитридов, и связующий сплав, включающий от 66 до 93 мас.% никеля, от 7 до 34 мас.% железа, от 0 до 9 мас.% кобальта и до 30 мас.% одного или нескольких элементов, выбранных из группы, состоящей из W, Mo, Cr, V, Та, Nb, Ti, Zr, Hf, Re, Ru, Al, Mn, B, N и С.

Изобретение относится к электрохимическому получению наноразмерных порошков интерметаллидов гольмия и никеля, которые могут быть использованы в качестве катализаторов в химической и нефтехимической промышленности, в водородной энергетике для обратимого сорбирования водорода, а также для создания магнитных материалов.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к композиционным материалам на основе нитинола, и предназначено для изготовления деталей микромашин и механизмов, медицинских инструментов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, и может быть использовано в машиностроении, нефтяной, текстильной и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к получению дисперсно-упрочненного нанокомпозитного материала на основе алюминия. Способ включает введение лигатуры в расплав матрицы на основе алюминия при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля.

Изобретение относится к получению материала на основе алюминида никеля. Способ включает приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля. Экзотермическую шихту готовят с добавлением балластной добавки, выполняющей роль флюса, в виде фтористого кальция. Порошок алюминия используют в избытке относительно стехиометрического соотношения порошков в смеси. В качестве легирующей добавки используют оксиды хрома, или оксиды молибдена, или оксиды вольфрама, или оксиды титана в количестве не более 15 мас.. Металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева в реакторе или на открытом воздухе с получением материала на основе алюминида никеля в виде слитка. Обеспечивается уменьшение количества технологических циклов и повышение чистоты и выхода материала на основе алюминида никеля. 1 табл., 3 пр.

Наверх