close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5947

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5947
(13) C1
(19)
7
(51) B 22F 3/23
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОРОШКОВОГО
МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБИДОВ ХРОМА И ТИТАНА
(21) Номер заявки: a 20000342
(22) 2000.04.11
(46) 2004.03.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт порошковой
металлургии" (BY)
(72) Авторы: Беляев Андрей Васильевич;
Верстак Андрей Александрович; Талако Татьяна Леонидовна; Витязь Петр
Александрович; Ильющенко Александр
Федорович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
BY 5947 C1
(57)
1. Способ получения композиционного порошкового материала на основе карбидов
хрома и титана с содержанием карбида хрома не менее 30 мас. % методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, включающий приготовление смеси порошков
титана, хрома и углерода, локальное воспламенение реакционной смеси и высокотемпературное реагирование компонентов в режиме горения, отличающийся тем, что готовят раздельно титан-углеродные и хром-углеродные смеси, затем их перемешивают, добавляют до
50 мас. % порошка никеля и/или нихромового сплава и до 0,1-3,0 мас. % активатора горения, полученную смесь подвергают механохимической активации в высокоэнергетической
мельнице в течение 0,6-4,0 ч, процесс синтеза проводят с использованием предварительного
подогрева реакционной смеси до 100-800 °C, а высокотемпературное реагирование компонентов осуществляют на воздухе или в инертной среде.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят молибден
и/или тантал в качестве легирующей добавки.
(56)
RU 2061784 C1, 1996.
SU 644728, 1979.
RU 2095193 C1, 1997.
RU 2066700 C1, 1996.
RU 2038296 C1, 1995.
US 4988480, 1991.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению
композиционных порошковых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Известен способ получения композиционных порошковых материалов на основе тугоплавких соединений металлов группы III-VI, VIII периодической системы химических
BY 5947 C1
элементов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в замкнутом объеме реактора [1]. Способ позволяет получать большое число неорганических порошкообразных материалов, однако довольно сложен и дорогостоящ.
В качестве прототипа выбран следующий способ получения композиционного порошкового материала для покрытий, содержащего карбидную составляющую из карбида хрома и карбида титана в виде твердого раствора карбида хрома в карбиде титана или
твердого раствора указанных карбидов с карбидом хрома при содержании компонентов,
мас. %: карбид хрома - 3-60, карбид титана - 19-81 и никель - 15-35 [2]: готовят смесь из
порошков элементарного титана, хрома и углерода, взятых в соотношении на получение
заявленного состава. Готовую смесь загружают в герметичный реактор, подводят вольфрамовую спираль в контакт с поверхностью реакционной смеси, реакционный объем продувают аргоном и воспламеняют смесь подачей тока на спираль. После прохождения
фронта горения по реакционной смеси и охлаждения массы продукт синтеза выгружают.
Затем продукт подвергают дроблению и классификации с целью выделения порошков
зернистостью 20-40 и 40-80 мкм. После этого карбидные зерна подвергают плакированию
никелем. Однако большая часть карбида Сr3С2 в композите, полученном известным способом, находится в твердом растворе на основе карбида титана TiC-Cr3C2, и лишь незначительное количество - в виде отдельных кристаллов. Это приводит к тому, что процесс
окисления полученного материала контролируется процессом окисления карбида титана,
который обладает меньшей окалиностойкостью по сравнению с карбидом хрома.
Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в снижении стоимости процесса получения композиционного материала на основе карбидов
хрома и титана и повышении стойкости покрытий к абразивному износу и эрозиикоррозии в окислительной среде.
Поставленная техническая задача решается следующим образом. В известном способе титан-углеродные и хром-углеродные смеси готовят раздельно, затем их перемешивают, добавляют до 50 мас. % порошка никеля и/или нихромового сплава и до 0,1-3,0 мас. % активатора
горения, полученную смесь подвергают механохимической активации в высокоэнергетической
мельнице в течение 0,6-4 ч, процесс синтеза проводят с использованием предварительного подогрева реакционной смеси до 100-800 °С, а высокотемпературное реагирование компонентов
осуществляют на воздухе или в инертной среде. В реакционную смесь можно дополнительно
вводить молибден и/или тантал в качестве легирующей добавки.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Известно, что реакция образования карбида титана характеризуется высокими экзотермическим эффектом,
скоростью и полнотой превращения. Система Сr-С относится к числу низкоэкзотермических систем, процессы взаимодействия в которых протекают менее интенсивно. Поэтому
при обычных условиях горения, реализуемых в известном способе, основной фазой, формирующейся в процессе синтеза, является карбид титана. Раздельное смешивание позволяет увеличить контактную поверхность хрома и углерода. Предварительная обработка
реакционной смеси в высокоэнергетической мельнице обеспечивает очистку порошков от
поверхностных оксидных пленок, создание дефектной кристаллической структуры с высокой диффузионной подвижностью атомов, а также зародышей новых фаз, приводя систему в более активное состояние. Использование предварительного подогрева и активаторов
горения позволяет дополнительно интенсифицировать процессы взаимодействия хрома и
углерода и получать порошковые композиции на основе карбидов хрома и титана с содержанием карбида хрома не менее 30 мас. % с никелем непосредственно в процессе СВС
без использования герметичного реактора и продувки реакционного объема аргоном, а
также без дополнительных операций, связанных с плакированием карбидной составляющей никелем.
В качестве активаторов горения используют фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов. Добавки активатора менее 0,1 мас. % не оказывают существенного
2
BY 5947 C1
влияния на процесс синтеза. Введение в реакционную смесь более 3,0 мас. % активатора не
приводит к дальнейшему увеличению содержания карбидов хрома в конечном продукте.
Установленное ограничение на относительное содержание порошка никеля и/или нихромового сплава в реакционной смеси связано с тем, что при более высоком его содержании выделяемой тепловой энергии недостаточно для обеспечения самоподдерживающейся реакции.
Уменьшение времени механохимической активации менее 0,6 ч ведет к снижению
уровня дефектности частиц, уменьшению диффузионных потоков и снижению относительного содержания карбидов хрома в продукте. Обработка реакционной смеси более 4 ч
практически не влияет на реакционную способность системы, следовательно, проводить
ее нецелесообразно.
Предварительный подогрев реакционной смеси до температуры ниже 100 °С не обеспечивает требуемой полноты превращения. Увеличение температуры подогрева свыше
800 °С приводит к неконтролируемому процессу объемного горения.
Изобретение дает возможность получать порошковые композиции на основе карбидов
хрома и титана с содержанием карбида хрома не менее 30 мас. % с никелем непосредственно в процессе СВС без использования герметичного реактора, продувки реакционного
объема аргоном и без дополнительных операций, связанных с плакированием карбидной
составляющей никелем, а также повысить стойкость покрытий к абразивному износу и
эрозии-коррозии в окислительной среде за счет повышения относительного содержания
карбида хрома в продукте.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Готовили титан-углеродные и хром-углеродные смеси из расчета стехиометрии TiC и
Сr3С2. Полученные смеси перемешивали, добавляя порошок никеля при соотношении
компонентов, необходимом для получения материала, содержащего в мас. %: 60 % TiC,
30 % Сr3С2, 10 % Ni. В смесь дополнительно вводили 0,5 % калия гексафторосиликата.
Полученную смесь подвергали механохимической активации в аттриторе в течение 1,5 ч
при скорости вращения импеллера 190 об/мин и соотношении массы шаров и порошка
20:1. Реакционную смесь засыпали в контейнер, помещали последний в нагревательное
устройство, подводили вольфрамовую спираль в контакт с поверхностью смеси, нагревали шихту до температуры 100 °С и осуществляли воспламенение смеси на воздухе подачей через спираль кратковременного импульса тока. После окончания реагирования и
остывания материала контейнер разгружали, спек подвергали дроблению на щековой дробилке с последующим размолом и классификацией. Окалиностойкость полученной композиции определяли путем выдержки порошка фракции менее 50 мкм на воздухе при
температуре 500-1000 °С в течение 2 ч. В качестве характеристики стойкости к окислению
использовали приведенную по плотности величину прироста массы. Сравнительные данные приведены в таблице.
Пример 2.
Готовили хром-углеродные и титан-углеродные смеси как в примере 1. Смеси перемешивали при соотношении 70:30, добавляя 25 % порошка ПХ20Н80, 5 % порошка молибдена, 0,5 % порошка тантала и 1 % порошка калия гексафторосиликата. Реакционную
смесь подвергали механохимической активации в аттриторе в течение 2,5 ч при скорости
вращения импеллера 280 об/мин и соотношении массы шаров и порошка 30:1. Дальнейшую обработку осуществляли, как в примере 1, с использованием предварительного подогрева до 800 °С. Соотношение карбидов хрома и титана в конечном продукте,
определенное с помощью рентгеноструктурного фазового анализа, составило соответственно 70:30. Порошок фракции + 5-50 мкм наносили методом высокоскоростного газопламенного напыления на образцы среднеуглеродистой стали. Полученные покрытия
обладают хорошей жаростойкостью при температурах до 1000 °С и высокой стойкостью к
3
BY 5947 C1
абразивному износу и эрозии-коррозии в окислительной среде при температурах до
700 °С (в 1,2-1,6 раза выше по сравнению с лучшими промышленными аналогами).
Окалиностойкость композиционного порошкового материала на основе карбидов титана и хрома
№
п/п
1
2
Способ получения материала
Прототип
Предлагаемое изобретение
Прирост массы, мг/г при температуре, °С
500
600
700
800
900
1000
73
87,6
98,9
151,3
71
79
86
127
247,6
301
Источники информации:
1. US 4988480, МПК В 22F 7/00, 1991.
2. RU 2061784 С1, МПК С 23С 4/10, 1996 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
134 Кб
Теги
патент, by5947
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа