×
23.08.2019
219.017.c330

Способ получения монофазного интерметаллидного сплава с высокой степенью однородности на основе титана

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению монофазных интерметаллидных сплавов, и может быть использовано в атомной, энергетической, авиационной и аэрокосмической промышленности в качестве базовых композиционных материалов при производстве изделий и покрытий, работающих в области высоких температур, Способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе титана включает механоактивационную обработку смеси порошков алюминия и титана, уплотнение, нагрев смеси порошков алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава. После механоактивационной обработки проводят облучение смеси алюминия в количестве 36 мас.% и титана в количестве 64 мас.% гамма-квантами источника кобальт-60 с интенсивностью 98 Гр/с, нагрев высокочастотным электромагнитным полем осуществляют до температуры 1100-1350°С, а выдержку при этой температуре производят в течение 2-7 мин. Обеспечивается получение монофазного интерметаллидного сплава TiAl заданного состава с высокой степенью однородности структурных составляющих по всему объему сплава. 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве монофазных интерметаллидных сплавов на основе титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, которые могут найти применение в качестве композиционных материалов для подвижных конструктивных элементов, используемых при повышенных температурах, вследствие малой плотности, высокого модуля упругости, высоких показателях прочности и сопротивления ползучести, жаростойкости, стойкости к воздействию агрессивных сред, коррозионной стойкости, в частности, в атомной, авиационной и аэрокосмической промышленности в производстве изделий и покрытий, например, клапанов сверхмощных двигателей внутреннего сгорания; в качестве жаростойких покрытий на лопатках газотурбинных двигателей, подвергающихся воздействию высокотемпературных газовых потоков; как конструкционный материал, работающий при статических нагрузках и больших температурах.

Известен способ получения интерметаллидного сплава системы титан-алюминий, включающий уплотнение композиционного порошка, содержащего алюминий и титан, путем компактирования до плотности 93-97%, нагрев под давлением до 630-650°С и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного соединения и составляющего 0,5-1,5 ч. В качестве композиционного порошка используют частицы титана, покрытые алюминием, при содержании алюминия в количестве 50-63 мас. % и титана в количестве 37-50 мас. %. Данный способ позволяет получать любой интерметаллидный сплав системы титан-алюминий, в зависимости от соотношения компонентов исходной порошковой смеси (патент RU 2038192, МПК6 B22F 3/14, С22С 1/04).

Основными недостатками вышеописанного способа являются отсутствие возможности получения монофазного интерметаллидного сплава на основе системы алюминий-титан с высокой степенью однородного распределения структурных составляющих по всему объему, так как продукт, реализующий способ, на выходе не является монофазным и может содержать до 10 мас. % непрореагировавшего титана в зависимости от состава исходного композиционного порошка, что приводит к снижению прочности и необходимости дополнительной термической обработки для получения высокой твердости; повышенные затраты времени на осуществление способа вследствие его многостадийное и длительной выдержки после нагрева.

Наиболее близким аналогом к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе системы титан-алюминий, включающий механоактивационную обработку смеси порошков алюминия в количестве 25 мас. % и порошка титана в количестве 75 мас. %, уплотнение полученной порошковой смеси, осуществление ее нагрева высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1200 - 1400°С и последующую выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, составляющего 1-3 мин. В результате получают монофазный интерметаллидный сплав заданного состава (патент RU 2561952, МПК B22F 3/23 (2006.01), С22С 14/00 (2006.01)).

Основным недостатком указанного способа является невозможность получения монофазного интерметаллидного сплава на основе системы титан-алюминий с высокой степенью однородного распределения структурных составляющих по всему объему, которое требуется для получения сплава заданного состава, так как при реализации способа предварительная механоактивационная обработка порошковой смеси титана и алюминия не способствует в полной мере однородному перемешиванию реагентов, могут наблюдаются крупные включения более хрупкого компонента, находящегося в контакте с пластичным реагентом, что обуславливает невозможность получения монофазного интерметаллидного сплава заданного состава с высокой степенью однородности.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании способа получения монофазного интерметаллидного сплава с высокой степенью однородности на основе титана с заранее заданным составом и необходимыми свойствами, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Техническим результатом является обеспечение получения монофазного интерметаллидного сплава, реализующего способ, с высокой степенью однородности распределения продукта синтеза по всему объему сплава.

Решение настоящей технической проблемы достигается тем, что в способе получения монофазного интерметаллидного сплава на основе титана, включающем механоактивационную обработку смеси порошков алюминия и титана, уплотнение, нагрев смеси порошков алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, согласно изобретению после механоактивационной обработки проводят облучение гамма-квантами источника кобальт-60 с интенсивностью 98 Гр/с смеси порошков алюминия в количестве 36 мас. % и титана в количестве 64 мас. %, нагрев высокочастотным электромагнитным полем осуществляют до температуры 1100-1350°С, а выдержку при этой температуре производят в течение 2-7 мин.

Высокая степень однородности распределения продукта синтеза по всему объему получаемого сплава обусловлена тем, что механоактивированную порошковую смесь, приводящую к снижению энергетического барьера твердофазного синтеза и делающую возможным инициирование активного твердофазного взаимодействия, подвергают гамма-облучению, что способствует процессам растворения и гомогенизации в объеме механокомпозита и приводит к формированию разупорядоченной переходной области, представляющей собой смесь разнородных атомов и способствующей ускорению процессов взаимной диффузии реагентов порошковой системы на межфазных границах за счет радиационно-стимулированных процессов, последнее, в свою очередь, обуславливает более равномерное распределение компонентов в объеме элемента структуры, чего нельзя достигнуть при получении интерметаллидного сплава на основе системы титан-алюминий заданного сосстава, согласно способу, выбранному в качестве наиболее близкого аналога, при осуществлении которого не представляется возможным достигнуть высокой степени однородности распределения продуктов синтеза только за счет предварительной механоактивационной обработки исходной порошковой смеси, что является недостаточным для получения интерметаллидного сплава другого стехиометрического состава; за счет формирования переходной зоны уже на этапе нагрева смеси происходят процессы химических превращений с образованием соединений, при этом скорость реализации теплового взрыва и его максимальные температуры уменьшаются, при завершении химической реакции продукт является практически монофазным с неравновесным состоянием структуры, далее в процессе выдержки происходят структурные изменения, которые характеризуются релаксацией структуры и гомогенизацией состава, продукт является монофазным; причем указанные процессы являются неравновесными, экзотермическими и не определяются равновесной диаграммой системы, что дает возможность управления процессом высокотемпературного синтеза и формирования монофазного интерметаллидного сплава с высокой однородной структурной морфологией, с заданными микро- и макро- структурными характеристиками.

Количество порошка алюминия, составляющее 36 мас. %, и порошка титана в количестве 64 мас. %, является оптимальным, так как предложенный способ направлен на получение монофазного интерметаллидного сплава γ-фазы TiAl, то есть сплава состава Ti+Al, а при содержании порошка алюминия, составляющем менее 36 мас. %, и порошка титана в количестве, составляющем более 64 мас. %, синтезируемый продукт не будет являться монофазным сплавом состава TiAl, и при содержании порошка алюминия в количестве, составляющем более 36 мас. %, и порошка титана в количестве, составляющем менее 64 мас. %, синтезируемый продукт не будет являться монофазным сплавом TiAl.

Интенсивность облучения смеси порошков алюминия и титана гамма-квантами источника кобальт-60, составляющая 98 Гр/с является оптимальной, так как при другом значении интенсивности облучения синтезируемый продукт не будет являться монофазным сплавом TiAl.

Температура нагрева порошковой смеси алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем, составляющая 1100-1350°С, является оптимальной, так как при температуре нагрева порошковой смеси алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем, составляющей менее 1100°С, синтезируемый продукт будет характеризоваться высокой концентрацией неравновесных дефектов структуры и не будет являться монофазным, а при температуре нагрева порошковой смеси алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем, составляющей более 1350°С, будет происходить перитектический распад фазы TiAl.

Время выдержки, составляющее 2-7 мин., является оптимальным, так как при выдержке менее 2 мин. синтезируемый продукт будет характеризоваться высокой концентрацией неравновесных дефектов структуры и не являться монофазным, а при выдержке более 7 мин. произойдет перитектический распад фазы TiAl.

Способ получения монофазного интерметаллидного сплава с высокой степенью однородности на основе титана осуществляется следующим образом.

Предварительно производят высокоэнергетическую механоактивационную обработку исходной порошковой смеси, содержащей 36 мас. % алюминия и 64 мас. % титана, в планетарной шаровой мельнице в инертной атмосфере. Затем полученную механоактивированную порошковую смесь облучают интегральным потоком гамма-квантов 5⋅104 Гр источника кобальт - 60 с интенсивностью 98 Гр/с. Далее полученную механоактивированную гамма-облученную экзотермическую смесь засыпают в графитовый тигель, с помощью пресса смесь уплотняют вместе с термопарой под давлением 2 МПа. Затем тигель с уплотненной смесью и термопарой помещают в индуктор, находящийся в вакуумной камере. Вакуумную камеру герметично закрывают, откачивают воздух до давления 0,01 МПа, затем вводят аргон до давления 0,08 МПа. Далее уплотненную смесь нагревают высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1100-1350°С путем разогрева графитового тигля, инициируя процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, а выдержку при этой температуре производят в течении времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, составляющего 2-7 мин.

Пример конкретного выполнения способа.

Готовят экзотермическую смесь порошков алюминия марки АСД-1 в количестве 36 мас. % со средним размером 20 мкм и титана марки ПТХ со средним размером 80±10 мкм в количестве 64 мас. %. Смесь порошков подвергают механической активации в планетарной шаровой мельнице АГО-2 ударно-фрикционного типа в течение 7 мин., при соотношении объемов смеси и размольных шаров 1:20, диаметре размольных шаров 8 мм, причем из цилиндров шаровой мельницы для защиты от окисления предварительно откачивают воздух, а затем цилиндры заполняют аргоном под давлением 0,3 МПа.

Далее полученную механоактивированную смесь состава Ti+Al, представляющую собой механокомпозит с размерами 40-80 мкм, извлекают из цилиндров планетарной шаровой мельницы в боксе в атмосфере аргона и на стационарной установке «Исследователь» проводят облучение гамма-квантами источника кобальт-60 интегральным потоком гамма-квантов 5⋅104 Гр, с интенсивностью 98 Гр/с. Облучение проводят при нормальных климатических условиях, с температурой в активной зоне установке 40°С.

Далее полученную механоактивированную, а затем облученную экзотермическую смесь состава Ti+Al, представляющую собой механокомпозит с размерами 40-80 мкм с разупорядоченной переходной зоной на поверхностях раздела реагентов, засыпают в графитовый тигель. Затем с помощью лабораторного пресса механоактивированную облученную экзотермическую смесь состава Ti+Al уплотняют вместе с термопарой под давлением 2 МПа. После этого тигель с прессованной смесью и термопарой помещают в индуктор, находящийся в вакуумной камере, из-под которой откачивают воздух до давления 0,01 МПа. Потом в вакуумную камеру вводят аргон до давления 0,08 МПа. Затем, увеличивая мощность индуктора до 20%, уплотненную механоактивированную облученную экзотермическую смесь состава Ti+Al нагревают высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1100-1350°С, путем разогрева графитового тигля, инициируя процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. После этого выключают индуктор и осуществляют выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, составляющего 2-7 мин. Конечным продуктом, реализующим предложенный способ, является интерметаллидный сплав γ-фазы TiAl с высокой степенью однородности структурных составляющих по всему объему сплава.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает получение монофазного интерметаллидного сплава заданного состава с определенными свойствами; дополнительное воздействие гамма-облучения приводит к высокой степени однородности структурных составляющих по всему объему сплава.

Способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе титана, включающий механоактивационную обработку смеси порошков алюминия и титана, уплотнение, нагрев смеси порошков алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, отличающийся тем, что после механоактивационной обработки проводят облучение смеси порошков алюминия в количестве 36 мас.% и титана в количестве 64 мас.% гамма-квантами источника кобальт-60 с интенсивностью 98 Гр/с, нагрев высокочастотным электромагнитным полем осуществляют до температуры 1100-1350°С, а выдержку при этой температуре производят в течение 2-7 мин.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 140 items.
27.03.2016
№216.014.dcbf

Способ получения сорбента для очистки воды

Изобретение относится к области сорбционной очистки воды. Способ получения сорбента для очистки воды включает обработку гречневой лузги в растворе гидроксида натрия c концентрацией 500 мг/л в течение двух часов. Соотношение твердой и жидкой фазы при обработке составляет 1:(3-5). Отделение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579129
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.06.2016
№217.015.04a4

Осевая гидротурбина

Изобретение относится к малой гидроэнергетике. Осевая гидротурбина содержит направляющий аппарат с внутренним корпусом 2, установленным на валу 11, рабочее колесо 5, размещенное в камере 6, с лопастями 7 криволинейной формы, закрепленными на корпусе 8, струевыравнивающую часть, выполненную из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587396
Дата охранного документа: 20.06.2016
27.04.2016
№216.015.38f0

Способ индукционного упрочнения почвообрабатывающего рабочего органа

Способ индукционного упрочнения почвообрабатывающего рабочего органа предназначен для использования в сельхозмашиностроении, строительной и других отраслях промышленности. На упрочняемую поверхность почвообрабатывающего рабочего органа детали наносят шихту, содержащую, мас.%: сормайтовую крупку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582840
Дата охранного документа: 27.04.2016
27.04.2016
№216.015.3965

Способ формирования сортового профиля в закрытых калибрах

Способ относится к обработке металлов давлением в прокатном и волочильном производстве. Способ включает многоступенчатую деформацию заготовки в ряде калибров, образованных ручьями смежных валков роликовой волоки при сопряжении их контактных поверхностей, путем формирования профиля на отдельных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582839
Дата охранного документа: 27.04.2016
27.04.2016
№216.015.39a3

Роликовый подшипник качения (варианты)

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к подшипникам качения. Роликовый подшипник качения содержит наружное (1) и внутреннее (2) кольца, снабженные цилиндрическими дорожками качения с буртиками (3) с обеих сторон дорожек качения, тела качения в виде цилиндрических роликов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582630
Дата охранного документа: 27.04.2016
10.05.2016
№216.015.3bc9

Способ идентификации операции механической обработки

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для прогнозирования параметров качества обрабатываемой поверхности. Способ включает формирование полигармонического возбуждающего воздействия на входе металлообрабатывающего станка путем взаимодействия инструмента станка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583557
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.08.2016
№216.015.4ed3

Паста для индукционной наплавки

Изобретение может быть использовано для индукционной наплавки при упрочнении деталей машин и механизмов, подвергаемых интенсивному изнашиванию, в частности средств сельскохозяйственного и дорожно-строительного назначения. Паста содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: карбид бора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595180
Дата охранного документа: 20.08.2016
27.08.2016
№216.015.50d6

Субстрат для выращивания грибов grifola frondosa

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к грибоводству. Для приготовления субстрата для выращивания плодовых тел грибов Grifola frondosa используют березовые опилки и минеральные компоненты в следующем соотношении, мас.%: березовые опилки - 65,0-80,0; пшеничные отруби -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595737
Дата охранного документа: 27.08.2016
12.01.2017
№217.015.5820

Двухрядный роликовый подшипник качения

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения. Двухрядный роликовый подшипник качения содержит внутреннее кольцо (4) с двумя цилиндрическими дорожками качения (5), разделенными в центральной части кольца общим буртиком (6), наружное разрезное кольцо (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588288
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.58e1

Двухрядный роликовый подшипник качения

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения. Двухрядный роликовый подшипник качения содержит внутреннее кольцо (5) с двумя цилиндрическими дорожками качения (6), разделенными в центральной части кольца общим буртиком (7), и снабженное буртиком (8) на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588299
Дата охранного документа: 27.06.2016
Showing 1-10 of 20 items.
10.10.2013
№216.012.71ca

Способ упаривания жидких отходов

Изобретение относится к физико-химической обработке водных растворов минеральных солей, а именно к способам упаривания жидких отходов. Способ упаривания жидких отходов включает упарку водных растворов минеральных солей прямым воздействием пламени, полученным в результате пульсирующего с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494787
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.11.2013
№216.012.8155

Способ оценки перемещений зубов в процессе лечения

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и предназначено для использования в ортопедической и ортодонтической практике при лечении деформаций зубов и зубных рядов. Предварительно в ячейку деформированного зуба вводят силиконовую корригирующую оттискную массу. Затем на зубной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498785
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.02.2014
№216.012.a163

Шихта для получения пористого проницаемого материала

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составу шихты для получения пористого проницаемого материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Может использоваться для изготовления каталитических блоков нейтрализаторов отработавших газов двигателей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507030
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.04.2014
№216.012.b3f3

Эжекционное устройство для охлаждения оборотной воды

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения технологического оборудования, охлаждаемого водой. Эжекционное устройство для охлаждения оборотной воды системы охлаждения производственного оборудования содержит корпус с вертикальным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511784
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.12.2014
№216.013.0ea4

Роторно-пульсационный аппарат

Изобретение относится к области измельчения и диспергирования материалов. Роторно-пульсационный аппарат содержит корпус, диск 2 и расположенный под ним диск 3, являющийся роторным, при этом диск 3 соединен с приводом. Рабочие поверхности дисков снабжены выступами 6 и 7, между которыми выполнены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535165
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0fee

Способ получения смазочного концентрата для обработки металлов давлением

Настоящее изобретение относится к способу получения смазочного концентрата для обработки металлов давлением, представляющего собой эмульсию масла в воде, заключающемуся в том, что смесь гудрона от дистилляции жирных кислот с кислотным числом 40-60 мгКОН/г (жировой гудрон), выделенных из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535495
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.07.2015
№216.013.65d1

Способ рекультивации песчаных почв в зоне полупустынь и питательная влагоаккумулирующая композиция для его осуществления

Изобретение относится к области сельского и лесного хозяйства, в частности к области рекультивации песчаных почв в зоне полупустынь, и может быть использовано для улучшения водно-воздушного и питательного режимов корнеобитаемого слоя песчаных почв. Способ рекультивации песчаных почв в зоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557618
Дата охранного документа: 27.07.2015
27.07.2015
№216.013.6703

Способ получения детонационного биосовместимого покрытия на медицинский имплантат

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения детонационного биосовместимого покрытия на медицинский имплантат, включающий механическую и химическую подготовку поверхности титанового имплантата, и затем осуществляют формирование покрытия путем напыления порошка гидроксиапатита на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557924
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.09.2015
№216.013.769b

Способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе системы алюминий-титан

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к интерметаллидному сплаву на основе системы алюминий-титан , который может быть использован при производстве изделий и покрытий, в частности в производстве лопаток газотурбинных двигателей, клапанов моторов, вентиляторов для горячих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561952
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.12.2015
№216.013.95d8

Эжекционное устройство для охлаждения оборотной воды

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения технологического оборудования, охлаждаемого водой, например компрессорных станций, промышленных холодильников, конденсаторов и т.д. Эжекционное устройство для охлаждения оборотной воды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569980
Дата охранного документа: 10.12.2015
+ добавить свой РИД