×
20.08.2014
216.012.eaa6

Результат интеллектуальной деятельности: НАНОКОМПОЗИТ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЬ-ХРОМ-МОЛИБДЕН

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам на основе никеля для получения износостойких покрытий на металлические конструктивные элементы. Нанокомпозит на основе никеля для нанесения покрытий методами гетерофазного напыления содержит, мас.%: хром - 10,0-20,0, молибден - 25,0-45,0, кремний - 6,0-9,0, алюминий - 7,5-10,0, цинк - 1,5-2,0, TiC - 2,0-4,0, никель - остальное. Нанокомпозит получен при введении Al и Zn в виде лигатуры при соотношении компонентов 5:1 соответственно, а TiC - в виде наночастиц размером 60-80 нм. Повышается микротвердость и адгезионная прочность сплава на основе никеля. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к области создания сплавов со специальными свойствами, в частности к высокопрочным сплавам на основе никеля.

Техника сегодняшнего дня существенно ужесточает требования к условиям эксплуатации конструкций различного применения, прежде всего с точки зрения повышения срока службы за счет нанесения функциональных металлических покрытий с высокой микротвердостью и соответственно высокой износостойкостью. Такие же ужесточенные требования предъявляются и к другим материалам микрометаллургического производства (волокна, микропровода, порошки и другие), которые могут быть использованы в качестве армирующих компонентов.

С этой точки зрения весьма перспективным является создание наноструктурированных композитов системы «металл-неметалл». Такая композиция позволит оптимально сочетать пластичность металлической составляющей с высокой микротвердостью неметаллической компоненты в виде армирующих наполнителей (нитриды, оксиды, карбиды или их комбинации).

Известны высокопрочные сплавы на основе никеля, созданные на основе p-фазы, наиболее перспективной в качестве металлической матрицы для создания износостойких нанокомпозитов, в т.ч. патенты 2219279 от 04.03.2002 «Аморфный сплав на основе никеля»; ЕР 1522602 от 13.04.2005 «Высокопрочный аморфный сплав на основе никеля»; 2418091 от 05.10.2011 «Аморфный износостойкий наноструктурированный сплав на основе никеля системы Ni-Cr-Mo-WC»; 2333987 от 20.09.2008 «Сплав на основе никеля»; 2446223 от 27.03.2012 «Жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой»

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является аморфный сплав на основе никеля (патент RU 2219279 С2 МПК C22C 45/04, опубликован 20.12.2003), выбранный в качестве прототипа и имеющий состав (мас.%): Cr - 10-20; Мо - 25-40; Si - 6-7,5; В - 4-5; Ce - 0,8-1,5; Ni - остальное.

Общим недостатком известных сплавов, в т.ч. и сплава-прототипа, является относительно низкая микротвердость, не превышающая 15 ГПа. Практика показывает, что для современных конструкций, использующих для защиты от износа функциональные покрытия, эффективно работающие в жестких условиях эксплуатации, необходимо, чтобы величина микротвердости была не ниже 30 ГПа.

Техническим результатом является повышение микротвердости и адгезионной прочности сплава на основе никеля для получения износостойких покрытий на металлические конструктивные элементы.

Технический результат достигается введением в высокопрочную металлическую матрицу на основе p-фазы системы Ni-Cr-Mo пластификатора для получения покрытий с высокой адгезионной прочностью и армирующих наночастиц с высокой микротвердостью в количестве, необходимом для обеспечения высокой микротвердости покрытия в целом.

В качестве металлической матрицы экспериментально выбрана тройная система состава Cr - 10-20; Mo - 25-45; Ni - остальное, структурно, составляющая p-фаза, как наиболее высокопрочная из известных составов. Однако не удается получить покрытие из этого тройного сплава перспективными методами газотермического напыления (плазменного, холодного газотермического напыления), т.к. адгезия к металлической подложке практически отсутствует.

Экспериментально установлено, что пластичность сплава и соответственно существенное улучшение технологичности при нанесении покрытий достигается при комплексном введении двойной лигатуры Al-Zn в количестве 9-12% при соотношении Al:Zn=5:1. Введение только Al, нестойкого с точки зрения коррозионного разрушения, приводит к коррозионному растрескиванию полученных покрытий. Поэтому для исключения этого нежелательного эффекта в качестве пластификатора используется коррозионно-стойкая лигатура Al-Zn. Оптимальным сочетанием пластичности и коррозионной стойкости обладает лигатура при соотношении Al:Zn=5:1, а количество лигатуры от 9 до 12%. При меньших количествах, чем 9%, не наблюдается увеличения пластичности; при больших, чем 12% - уменьшается прочность сплава.

Для улучшения адгезии предлагаемого сплава к металлической подложке (из стали или титановых сплавов) дополнительно вводится кремний в количестве от 6 до 9%. Эффект увеличения адгезии за счет уменьшения межфазного натяжения наблюдается, начиная с введения 6% Si, при содержании Si более 9% наблюдается существенное охрупчивание сплава и растрескивание наносимых покрытий.

Однако микротвердость сплава Ni-Cr-Mo-(Al+Zn) не достигает требуемых значений, не превышая 18 ГПа.

Существенное повышение микротвердости, как показывает практика, может быть достигнуто при введении армирующих наполнителей в виде наноразмерных частиц с высокой микротвердостью, прежде всего определенной объемной доли карбидных соединений.

Наибольшей микротвердостью из химических соединений, которые легко когерентно связываются с металлической матрицей системы Ni-Cr-Mo, обладает TiC. Эффект существенного увеличения микротвердости (до значений более 30 ГПа) наблюдается начиная с 2,0% TiC. При содержании более 4,0% происходит охрупчивание сплава и растрескивание наносимых из него покрытий.

С точки зрения технологичности сплава при нанесении покрытий газотермическими методами наилучшие результаты получены при использовании наночастиц TiC фракции 60-80 нм. То выбранное количество наночастиц, которое определяет в конечном счете критериальные свойства материала, достаточно для его определения как нанокомпозит.

Таким образом, оптимальный состав предлагаемого композитного сплава следующий (мас.%):

Хром 10,0-20,0
Молибден 25,0-45,0
Кремний 6,0-9,0
Алюминий 7,5-10,0
Цинк 1,5-2,0
TiC 2,0-4,0
Никель остальное

Обязательным условием получения покрытий с уровнем свойств, достигнутых в исходном нанокомпозитном материале, является использование высокоскоростных методов гетерофазного переноса, прежде всего микроплазменного газодинамического напыления и др.

В качестве вариантов практической реализации изобретения приводится два примера.

Пример 1.

Выплавка сплава производится с помощью высокочастотной установки типа ВУ-2М в алундовых тиглях при следующей последовательности введения шихтовых компонентов:

Ni→Cr→Mo→(Al+Zn)→Si→TiC

Карбид титана вводится в расплав в виде наноразмерных частиц фракции 60-80 нм. Выплавляется слиток весом 1 кг. Затем с помощью двухэтапной обработки на щековой дробилке и дезинтеграторе типа ДЕЗИ-15 производится дробление слитка на порошок фракции 50-80 мкм, оптимальной для получения покрытий методом микроплазменного напыления.

Химический состав сплава определяется с помощью установки Niton 7000 и составляет (мас.%) Cr - 10; Mo - 25; Si - 6; Al - 7,5; Zn -1,5; TiC - 2,0; Ni - остальное.

Нанесение покрытий толщиной 100±10 мкм производится на установке типа УГПН-3/3350. Технологичность сплава удовлетворительная, адгезия к подложке из стали Х18Н9Т составляет 20 МПа, микротвердость - 32 ГПа, а пористость не превышает 2%.

Пример 2.

Выплавка сплава производится с помощью высокочастотной установки типа ВУ-2М в алундовых тиглях при следующей последовательности введения шихтовых компонентов:

Ni→Cr→Mo→(Al+Zn)→Si→TiC

Карбид титана вводится в расплав в виде наноразмерных частиц фракции 60-80 нм. Выплавляется слиток весом 1 кг. Затем с помощью двухэтапной обработки на щековой дробилке и дезинтеграторе типа ДЕЗИ-15 производится дробление слитка на порошок фракции 60-70 мкм, оптимальной для получения покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления.

Химический состав сплава определяется с помощью установки Niton 7000 и составляет (мас.%) Cr-20; Мо-45; Si-9; Al-10; Zn-2; TiC-4; Ni - остальное.

Нанесение покрытий толщиной 150±10 мкм производится на установке типа УГПН-3/3350. Технологичность сплава удовлетворительная, адгезия к подложке из титанового сплава ВТ-6 составляет 32 МПа, микротвердость - 34 ГПа, а пористость не превышает 1,5%.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 57.
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.10.2013
№216.012.7a16

Система защиты от эрозионно-коррозионного разрушения корпусов морских судов и сооружений

Изобретение относится к системам защиты от эрозионно-коррозионного разрушения подводной поверхности корпусов морских судов, морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, например морских стационарных и плавучих буровых платформ, и может быть использовано в другой морской технике,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496916
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.11.2013
№216.012.8378

Способ создания пористого покрытия на металлическом электропроводящем носителе

Изобретение относится к способам создания пористых материалов для альтернативных источников энергии и может быть использовано в производстве химических водоактивируемых источников тока, систем очистки и опреснения воды, комплексов промышленной экологии. Техническим результатом изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499332
Дата охранного документа: 20.11.2013
27.12.2013
№216.012.9106

Сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана с высокой коррозионной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах, и может быть использовано в свариваемых элементах оборудования: химических производств, оффшорной техники и судостроения. Сплав...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502819
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.02.2014
№216.012.9eb4

Сплав на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, и может быть использовано в элементах оборудования химических производств, в сварных соединениях судостроения. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 4,3-6,3, молибден 1,5-2,5, углерод 0,05-0,14,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506336
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.08.2014
№216.012.eaa4

Сплав на основе меди

Изобретение относится к прецизионным сплавам на основе меди для получения микро- и нанопроводов, а также тонких пленок и покрытий с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Сплав содержит, мас.%: марганец 18,0-22,0; никель 18,0-25,0; кремний 2,0-4,0; бор 1,5-4,0; германий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525876
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.09.2014
№216.012.f119

Сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным прецизионным сплавам на основе никеля для получения покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением. Сплав содержит, мас.%: хром 18,0-40,0, молибден 30,0-40,0, алюминий 0,45-0,63, цирконий 4,5-6,4, карбид...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527543
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.09.2014
№216.012.f8a9

Многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения

Изобретение относится к средствам для защиты от электромагнитных полей электротехнических и электронных устройств и биологических объектов и может использоваться для создания электромагнитных экранов и безэховых камер. Композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529494
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.10.2014
№216.012.fae6

Способ получения нанокристаллического порошка

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению нанокристаллических магнитомягких порошковых материалов. Может использоваться для создания эффективных систем электромагнитной защиты на основе радиопоглощающих материалов. Исходный материал в виде аморфной ленты из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530076
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fb71

Электрод для сварки теплоустойчивых сталей

Изобретение может быть использовано при ручной дуговой сварке конструкций химического машиностроения из сталей 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V композиции. Электрод состоит из стержня из легированной стали 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V и покрытия, содержащего следующие компоненты (в % по массе): мрамор 30,5-56,0,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530215
Дата охранного документа: 10.10.2014
Показаны записи 1-10 из 55.
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.10.2013
№216.012.7a16

Система защиты от эрозионно-коррозионного разрушения корпусов морских судов и сооружений

Изобретение относится к системам защиты от эрозионно-коррозионного разрушения подводной поверхности корпусов морских судов, морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, например морских стационарных и плавучих буровых платформ, и может быть использовано в другой морской технике,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496916
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.11.2013
№216.012.8378

Способ создания пористого покрытия на металлическом электропроводящем носителе

Изобретение относится к способам создания пористых материалов для альтернативных источников энергии и может быть использовано в производстве химических водоактивируемых источников тока, систем очистки и опреснения воды, комплексов промышленной экологии. Техническим результатом изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499332
Дата охранного документа: 20.11.2013
27.12.2013
№216.012.9106

Сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана с высокой коррозионной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах, и может быть использовано в свариваемых элементах оборудования: химических производств, оффшорной техники и судостроения. Сплав...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502819
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.02.2014
№216.012.9eb4

Сплав на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, и может быть использовано в элементах оборудования химических производств, в сварных соединениях судостроения. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 4,3-6,3, молибден 1,5-2,5, углерод 0,05-0,14,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506336
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.08.2014
№216.012.eaa4

Сплав на основе меди

Изобретение относится к прецизионным сплавам на основе меди для получения микро- и нанопроводов, а также тонких пленок и покрытий с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Сплав содержит, мас.%: марганец 18,0-22,0; никель 18,0-25,0; кремний 2,0-4,0; бор 1,5-4,0; германий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525876
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.09.2014
№216.012.f119

Сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным прецизионным сплавам на основе никеля для получения покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением. Сплав содержит, мас.%: хром 18,0-40,0, молибден 30,0-40,0, алюминий 0,45-0,63, цирконий 4,5-6,4, карбид...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527543
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.09.2014
№216.012.f8a9

Многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения

Изобретение относится к средствам для защиты от электромагнитных полей электротехнических и электронных устройств и биологических объектов и может использоваться для создания электромагнитных экранов и безэховых камер. Композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529494
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.10.2014
№216.012.fae6

Способ получения нанокристаллического порошка

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению нанокристаллических магнитомягких порошковых материалов. Может использоваться для создания эффективных систем электромагнитной защиты на основе радиопоглощающих материалов. Исходный материал в виде аморфной ленты из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530076
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fb71

Электрод для сварки теплоустойчивых сталей

Изобретение может быть использовано при ручной дуговой сварке конструкций химического машиностроения из сталей 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V композиции. Электрод состоит из стержня из легированной стали 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V и покрытия, содержащего следующие компоненты (в % по массе): мрамор 30,5-56,0,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530215
Дата охранного документа: 10.10.2014
+ добавить свой РИД