Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления

Изобретение относится к получению прутковых заготовок для центробежного плазменного распыления из интерметаллидного сплава. В аттритор засыпают смесь порошков для получения интерметаллидного сплава, создают защитную среду, проводят механохимический синтез в высокоэнергичном режиме со скоростью вращения вала мешалки 20-600 мин-1 при одновременном охлаждении аттритора с обеспечением получения дисперсной микроструктуры сплава с размером зерен менее 10 мкм. После окончания механохимического синтеза аттритор переводят режим работы со скоростью вращения вала мешалки 30-40 мин-1 и пересыпают полученный порошок сплава в герметично соединенный с аттритором резервуар, из которого под действием вибрации загружают в капсульную оснастку. Капсульную оснастку с порошком помещают в вакуумную камеру и герметично заваривают с применением электронно-лучевой сварки, после этого помещают в газостат и проводят горячее изостатическое прессование, оснастку вынимают из газостата и механическим путем снимают элементы оснастки с получением прутковой заготовки. Обеспечивается повышение пластичности, кратковременная прочность и однородность химического состава. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении заготовок из интерметаллидных сплавов для последующего центробежного плазменного распыления.

Из уровня техники известен способ изготовления горячедеформированного материала (Einflub der Herstellungsbedingungen auf die Eigenschaften von dispersionsverfestigten Al-Al4C3 - Werkstoffen. J. Schalunov, M. Slesar, M. Bestersi, H. Oppenheim, G. Jangg. Metall, 1986, vol. 40, №6, p. 601-605), включающий в себя механическое легирование алюминиевого порошка со средним размером частиц dср=35 мкм с добавкой углерода М=4 мас. % в виде сажи в высокоэнергетической мельнице в течение 40 мин; горячую обработку механически легированной шихты в течение 1 ч при t=590°С в воздушной атмосфере; формование заготовки давлением рxn=680 МПа; ее выдавливание при температурах нагрева матрицы 400°С и заготовки 590°С. Данный способ характеризуется высокой степенью окисления легированного порошка в процессе горячей обработки.

Также из уровня техники известен способ (RU 2541242 С1, опубл. 10.02.2015 121) механического легирования шихты на основе алюминия углеродом, который включает в себя перемешивание состава в высокоэнергетической мельнице в течение 0,5 ч при содержании углерода в шихте Мгр=2,8 мас. %, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, причем шихту на основе алюминия получают механохимической активацией алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании Мкр=18 мас. % в течение τМХА=1 ч в насыщенном водном растворе ортоборной кислоты, горячую обработку давлением проводят с приведенной работой уплотнения w=17-70 МДж/м3. В более конкретном варианте исполнения технология изготовления горячедеформированного материала включает в себя механохимическую активацию алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании Мкр=18 мас. % в течение τМХА=1 ч, при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте Снр=20 мас. % для приготовления активированной шихты, обработку активированной шихты с добавкой углерода Мгр=2,8 мас. % в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров dш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) при частоте вращения Vвр=290 мин-1 в течение τ=0,5 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм) давлением рхп=313 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при tн=650°С и τн=2 мин, горячую обработку давлением с приведенной работой уплотнения w=17 МДж/м3. При этом полученный горячедеформированный материал имел плотность ρгш=2,65 г/см3, предел прочности на срез τср=164 МПа и твердость HV 212.

Недостатком вышеуказанного способа 121 является высокое содержание кремния, приводящим к снижению пластичности материала.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению, по мнению заявителя, является (RU 2353689 С2, опубл. 20.05.2008, /3/) способ приготовления расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий, и его распыления с получением порошка сплава. Затем осуществляют механическое легирование порошка дисперсными углеродом и кремнием с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас. % в азотно-кислородной смеси с содержанием кислорода 2-8 об. %. Полученный материал имеет однородную дисперсную структуру, что обеспечивает высокую стабильность прецизионных характеристик упругости. В примере исполнения способ получения порошкового материала включает плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,002% от массы А7 в виде лигатуры Аl - 2% Be, легирование расплава на содержание в расплаве Si 15,3% и Ni 4,67% (из расчета 3% Ni в композиционном материале), распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм, механическое легирование порошка фракции <80 мкм в аттриторе, в смеси N2 - 5% О2, дисперсными углеродом на содержание 1% и кремнием фракции ≤2 мкм - 32,36% (до 42,5% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.

Недостатком вышеуказанного способа /3/ является низкая однородность материала.

Задачей заявляемого способа является получение шаровидных гранул интерметаллидных сплавов. Необходимость идеальной шаровидности обусловлена требованиями современных технологий 3D-печати. Такие гранулы можно получать процессом центробежного плазменного распыления. Проблемой является получения исходных прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для процесса центробежного плазменного распыления. Классические методы (литейные) не всегда обеспечивают необходимый уровень свойств пластичности и прочности.

Технический результат заключается в повышении пластичности и кратковременной прочности и обеспечении однородности химического состава.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ получения прутковых заготовок для центробежного распыления характеризуется тем, что в аттритор засыпают смесь порошков, создают защитную среду, проводят механохимический синтез целевых фаз в высокоэнергетическом режиме работы аттритора с параметрами, выбранными в соответствии с характеристиками смеси порошков, при одновременном охлаждении аттритора, после окончания механохимического синтеза аттритор переводят в более медленный режим работы, синтезированную порошковую смесь целевого фазового состава пересыпают в герметично соединенный с аттритором резервуар, из которого под действием вибрации эту смесь загружают в капсульную оснастку, затем капсульную оснастку со смесью порошков помещают в вакуумную камеру и герметично заваривают с применением электроннолучевой сварки, после чего герметично заваренную капсульную оснастку с содержащийся в ней смесью порошков помещают в газостат и проводят горячее изостатическое прессование, затем капсульную оснастку вынимают из газостата и механическим путем снимают элементы капсульной оснастки, оставляя готовый электрод.

В возможном варианте исполнения изобретения используют смесь порошков с размером частиц менее 40 мкм.

В возможном варианте исполнения изобретения защитную среду создают путем подачи инертного газа.

В возможном варианте исполнения изобретения в качестве инертного газа защитной среды может быть использован газ аргон.

В возможном варианте исполнения изобретения защитную среду обеспечивают путем непрерывной подачи инертного газа.

В возможном варианте исполнения изобретения процесс механохимического синтеза целевых фаз в высокоэнергетическом режиме работы аттритора проводят в течении 8-40 часов.

В возможном варианте исполнения изобретения охлаждение аттритора проводят посредством водяной рубашки.

В возможном варианте исполнения изобретения один из параметров режима работы аттритора характеризует вращение вала его мешалки.

В возможном варианте исполнения изобретения скорость вращение вала мешалки аттритора в рабочем режиме составляет 200-600 мин-1.

В возможном варианте исполнения изобретения скорость аттритора в более медленном режиме работы составляет 30-40 мин-1

Применение процесса механохимического синтеза интерметаллидных сплавов обусловлено, тем что в результате формируется дисперсная микроструктура сплава с размером зерен менее 10 мкм, в результате чего в значительной степени повышается пластичность и кратковременная прочность заготовки.

Данный метод является альтернативным классическому литью, при котором получаемые заготовки имеют крупнозернистую структуру и неравномерный химический состав, а также литейные дефекты. Данные негативные факторы не позволяют эффективно проводить процесс центробежного плазменного распыления и получать качественные гранулы.

Процесс механохимического синтеза в аттриторе проводят в защитной среде аргона для снижения вероятности загрязнения порошковой смеси кислородом и другими составляющими воздуха в случае контакта с атмосферой.

В качестве размольной среды используют твердосплавные шары из сплава WC-Co для снижения уровня загрязнения порошковой смеси продуктами износа шаров. При этом используют шары различного диаметра, что позволяет повысить эффективность синтеза более чем на 30%.

Время синтеза обусловлено достижением полного формирования целевых фаз и в значительной степени зависит от состава исходной загружаемой смеси.

Скорость вращения вала мешалки также определяет кинетику синтеза (чем больше скорость, тем быстрее синтез), поэтому используется наибольшее значение, определяемое конструкцией аттритора.

Исходный гранулометрический состав порошковой смеси также влияет на эффективность синтеза, которая в случае использования частиц большего размера снижается вследствие затрат времени и энергии на первоначальное измельчение.

Материал исполнения капсульной оснастки выбирают исходя из анализа возможных реакций порошковой смеси с элементами капсул при высоких температурах, используемых при ГИП, т.е. материал капсулы должен быть инертен по отношению к компонентам порошковой смеси получаемой в аттриторе.

Параметры ГИП в значительной степени зависят от химического и фазового состава компактируемой смеси порошков.

Засыпка порошка в капсульную оснастку под действием вибрации обусловлена необходимостью обеспечения как можно более плотной засыпки порошка. Свободная засыпка порошка может приводить к искажению заданной формы компактной заготовки. Вибрация способствует наибольшей плотности засыпки, которая должна составлять не менее 60% от теоретической плотности компактной заготовки.

Заявляемый способ в примере исполнения можно описать следующим образом.

В аттритор Union Process SD-1 засыпают 5 кг исходной смеси, имеющей следующий состав (табл. 1, %): Ni - 45,5; Аl - 45,5; Со - 4,0; Сr - 4,0; Hf - 1,0.

При этом масса шаров аттритора для этого состава составляет 32 кг, а соотношение между шарами - 10 мм/5 мм=50 мас. % / 50 мас. %. В качестве материала шаров используют WC+6 мас. % Со.

Затем создают защитную среду путем непрерывной подачи инертного газа аргона в полость корпуса аттритора и на участок контакта вала мешалки с крышкой аттритора.

После этого начинают проводить процесс перемешивания со скоростью вращения вала мешалки атритера 600 мин-1 в течении 18 часов.

По окончанию помола аттритор подвергают разгрузке путем открывания шиберной задвижки на разгрузочном патрубке внизу корпуса аттритора. Порошок под действием медленного вращения вала мешалки (30-40 мин-1) ссыпается в резервуар, в который также непрерывно подается защитный газ аргон. После завершения разгрузки шибер закрывают и отстыковывают специальный резервуар, порошок в котором находится под защитой атмосферы аргона.

Затем порошок из резервуара под действием вибрации загружают в специальную капсульную оснастку из нержавеющей стали, состоящую из нескольких элементов: полой трубы, удлинителя и крышки. После засыпки капсулу помещают в вакуумную камеру, в которой газ аргон откачивают, и откаченную капсулу заваривают электронным лучом. После заварки герметичную капсулу направляется на процесс ГИП, где подвергают всестороннему сжатию при температуре 1250-1300°С в течение времени выдержки 3 часа.

После процесса ГИП элементы стальной капсулы снимают токарной обработкой, и в результате получают пруток заданного химического и фазового состава, имеющий повышенную пластичность и кратковременную прочность и однородный химический состав.

1. Способ получения прутковых заготовок для центробежного плазменного распыления из интерметаллидного сплава, отличающийся тем, что в аттритор засыпают смесь порошков для получения интерметаллидного сплава, создают защитную среду, проводят механохимический синтез в высокоэнергичном режиме со скоростью вращения вала мешалки 20-600 мин-1 при одновременном охлаждении аттритора с обеспечением получения дисперсной микроструктуры сплава с размером зерен менее 10 мкм, после окончания механохимического синтеза аттритор переводят режим работы со скоростью вращения вала мешалки 30-40 мин-1 и пересыпают полученный порошок сплава в герметично соединенный с аттритором резервуар, из которого под действием вибрации загружают в капсульную оснастку, затем капсульную оснастку с порошком помещают в вакуумную камеру и герметично заваривают с применением электронно-лучевой сварки, после этого герметично заваренную капсульную оснастку с порошком помещают в газостат и проводят горячее изостатическое прессование, затем капсульную оснастку вынимают из газостата и механическим путем снимают элементы капсульной оснастка с получением прутковой заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют смесь порошков с размером частиц менее 40 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитную среду создают путем подачи инертного газа.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве инертного газа защитной среды используют аргон.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что осуществляют непрерывную подачу инертного газа.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механохимический синтез в высокоэнергичном режиме проводят в течение 8-40 часов.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение аттритора проводят посредством водяной рубашки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению высоконагруженных составных дисков с функционально градиентными свойствами для газотурбинных установок (ГТУ) и газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в условиях градиента температуры и имеющих механические свойства, меняющиеся по сечению.

Изобретение относится к получению нанокомпозитного материала на основе алюминия. Способ включает приготовление шихты путем нанесения раствора нитрата металла-катализатора на поверхность частиц алюминия и его сушки, термического разложения нитрата металла-катализатора до оксида металла-катализатора, восстановления оксида металла-катализатора до металла в среде водорода, выращивания углеродных наноструктур на поверхности покрытых металлом-катализатором частиц алюминия из газовой фазы газообразных углеводородов и спекания полученной шихты горячим прессованием.

Группа изобретений относится к спеченным твердым сплавам на основе карбида вольфрама, которые могут быть использованы для изготовления режущего инструмента для работы по труднообрабатываемым сталям и сплавам.
Изобретение относится к способу изготовления детали часов или ювелирных изделий из композиционного материала. Способ изготовления детали из композиционного материала, содержащей пористую керамическую часть и металлический материал, заполняющий поры керамической части, включает обеспечение пористой керамической преформы детали, обеспечение металлического материала, нагревание металлического материала до температуры выше температуры плавления металлического материала, заполнение пор керамической преформы расплавленным металлическим материалом, охлаждение металлического материала и керамической преформы для получения затвердевшего в порах керамической преформы металлического материала и финишную обработку для получения детали из композиционного материала, при этом пористая керамическая преформа состоит из материала, выбранного из группы, состоящей из Si3N4, SiO2 и их смесей, а металлический материал выбирают из группы, состоящей из металлического золота, платины, палладия и сплавов этих металлов.

Группа изобретений относится к цементированному карбиду для компонента, подвергаемого воздействию давления текучей среды. Согласно варианту 1 цементированный карбид содержит Со, Ni, TiC, Mo, WC и Cr3C2.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения полуфабриката из сплава на основе циркония, и может быть использовано для производства мишеней для реакционного магнетронного распыления в окислительной среде с плазмохимическим осаждением керамических слоев на основе оксидов, а также для изготовления деталей конструкций и экранов защиты от рентгеновского излучения.
Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к ювелирным сплавам платины, применяемым в ювелирном производстве. Предлагаемый ювелирный сплав платины содержит в своем составе платину, палладий, цинк, цирконий и медь в следующих соотношениях компонентов, мас.%: платина 58,0-60,0; палладий 5,0-10,0; цинк 1,0-2,0; цирконий 0,01-0,05; медь - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам выплавки слитков сплава на основе титана, легированного танталом, гафнием и хромом, с целью получения из него высокопрочных, жаропрочных и жаростойких изделий, в основном используемых в аэрокосмической технике.

Изобретение относится к деформированным изделиям из алюминиево-медно-литиевых сплавов и может быть использовано для изготовления конструктивных элементов для авиационной и космической промышленности.

Изобретение относится к прокатным изделиям из алюминиево-медно-литиевых сплавов, которые могут быть использованы для производства конструкционных элементов. Способ изготовления плиты толщиной по меньшей мере 80 мм включает получение ванны жидкого металла из сплава, содержащего, мас.%: Cu 2,0-6,0; Li 0,5-2,0; Mg 0-1,0; Ag 0-0,7; Zn 0-1,0 и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Zr, Mn, Cr, Sc, Hf и Ti, причем количество упомянутых элементов составляет от 0,05 до 0,20 Zr, от 0,05 до 0,8 Mn, от 0,05 до 0,3 Cr, от 0,05 до 0,3 Sc, от 0,05 до 0,5 Hf и от 0,01 до 0,15 Ti, Si ≤ 0,1; Fe ≤ 0,1; примеси ≤ 0,15 в сумме и ≤ 0,05 каждой, остальное - алюминий, при этом содержание водорода в ванне поддерживают ниже 0,4 мл/100 г, а содержание кислорода, измеренное над поверхностью расплава, ниже 0,5 об.%, полунепрерывную вертикальную разливку с использованием распределителя, выполненного из углеродной ткани, гомогенизацию сляба до или после необязательной механической обработки, горячую прокатку и, необязательно, холодную прокатку для получения плиты, толщина которой составляет по меньшей мере 80 мм, обработку на твердый раствор и закалку, необязательно, снятие внутренних напряжений посредством пластической деформации со степенью деформации по меньшей мере 1%.

Группа изобретений относится к цементированному карбиду для компонента, подвергаемого воздействию давления текучей среды. Согласно варианту 1 цементированный карбид содержит Со, Ni, TiC, Mo, WC и Cr3C2.

Изобретение относится к области обработки изделий горячим изостатическим прессованием. Устройство содержит сосуд (1) высокого давления, имеющий печную камеру (18) и печь.

Изобретение относится к оборудованию для прессования под высоким давлением, в частности к гидравлическим прессам, предназначенным для компактирования и спекания порошковых и гранулированных материалов с нагревом рабочей среды.

Группа изобретений относится к получению герметичных капсул с металлическим порошком для горячего изостатического прессования (ГИП) изделий. Готовят транспортные бункеры с порошком и стыкуют их с вакуумированными загрузочным узлом и узлом нагрева порошка.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению изделий из гранулируемого жаропрочного никелевого сплава, и может быть использовано для изготовления дисков газотурбинных двигателей, работающих при температурах до 800°С и выше.
Изобретение относится к области огнестрельного оружия, а именно способу получения керамической вставки для ствола стрелкового оружия. Способ получения керамической вставки для оружейных стволов включает подготовку исходных смесей из керамических порошков и временного связующего, формование методом холодного изостатического прессования в пресс-форме с эластичной оболочкой и с использованием стержня с заданным профилем нарезки на внешней поверхности с получением заготовки в виде трубки, удаление временного связующего при прокаливании, спекание и механическую обработку, при этом стержень пресс-формы изготавливают из твердого сплава на основе карбида вольфрама, эластичная оболочка пресс-формы состоит из двух слоев, причем твердость внутреннего слоя эластичной оболочки с более высокой твердостью составляет не менее 80 единиц по Шору при разнице показателей твердости внутреннего и наружного слоя не менее 40 единиц по Шору, а спекание проводят методом компрессионного спекания в среде азота под давлением 5-7 МПа.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным конструкционным композиционным материалам на основе алюминия, используемым в различных областях промышленности, в частности в транспортных и космических сферах.

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия, которые могут быть использованы для высоконагруженных конструкций. Сплав на основе алюминия содержит магний, скандий, по крайней мере один элемент из группы, содержащей хром, цирконий, гафний и титан, по крайней мере один элемент из группы, содержащей цинк, медь и марганец, по крайней мере один элемент из группы, содержащей церий, лантан, иттрий, эрбий, иттербий, гадолиний, диспрозий, европий, лютеций и тулий.

Изобретение относится к устройству для нанесения износостойкого покрытия (60), которое представляет собой покрытие из карбида вольфрама (WC), на поверхность детали и к способу нанесения указанного покрытия.

Группа изобретений относится к горячему изостатическому прессованию металлургического порошкового материала. Торцевая пластина для контейнера содержит центральную область и основную область, простирающуюся радиально от центральной области и заканчивающуюся в углу по периметру торцевой пластины кромкой контейнера.

Группа изобретений относится к цементированному карбиду для компонента, подвергаемого воздействию давления текучей среды. Согласно варианту 1 цементированный карбид содержит Со, Ni, TiC, Mo, WC и Cr3C2.

Изобретение относится к получению прутковых заготовок для центробежного плазменного распыления из интерметаллидного сплава. В аттритор засыпают смесь порошков для получения интерметаллидного сплава, создают защитную среду, проводят механохимический синтез в высокоэнергичном режиме со скоростью вращения вала мешалки 20-600 мин-1 при одновременном охлаждении аттритора с обеспечением получения дисперсной микроструктуры сплава с размером зерен менее 10 мкм. После окончания механохимического синтеза аттритор переводят режим работы со скоростью вращения вала мешалки 30-40 мин-1 и пересыпают полученный порошок сплава в герметично соединенный с аттритором резервуар, из которого под действием вибрации загружают в капсульную оснастку. Капсульную оснастку с порошком помещают в вакуумную камеру и герметично заваривают с применением электронно-лучевой сварки, после этого помещают в газостат и проводят горячее изостатическое прессование, оснастку вынимают из газостата и механическим путем снимают элементы оснастки с получением прутковой заготовки. Обеспечивается повышение пластичности, кратковременная прочность и однородность химического состава. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх